CN113556112A - 一种固体继电器及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种固体继电器及其应用，该继电器包括输入部分，包括霍尔开关P1、二极管D3、二极管D4、三极管Q1、电阻R2、电阻R1和电阻R4；输出部分，包括场效应管Q4、场效应管Q5、场效应管Q6和场效应管Q7；所述场效应管Q4和所述场效应管Q5作为一组输出，所述场效应管Q6和所述场效应管Q7作为一组输出；以及隔离部分，用于隔离所述输入部分和所述输出部分，包括隔离器U1和隔离器U2。该固体继电器通过霍尔开关感应外加的磁场信号，在磁场信号作用下输入部分、输出部分和隔离部分实现转换功能；利用隔离部分隔离输入、输出，保证了电参数不受外加磁场的干扰；采用双向输出方式，输出端可不分正负，用户可随意规定电流从某段进另一端出，灵活变换。

Description

一种固体继电器及其应用
技术领域
本发明属于电子电器领域，尤其是涉及一种固体继电器及其应用。
背景技术
该固体继电器主要应用于监测磁场的控制系统中，通过外加磁场控制固体继电器的切换，该固体继电器引入霍尔开关元件，满足固体继电器的磁切换功能。
传统的固体继电器在监测磁场系统中对磁场进行监测时，是将磁感应元件、外部控制电路和固体继电器组合在一起构成监测系统使用，导致监测系统体积较大，可靠性低。
发明内容
本发明在此的目的在于提供一种能够通过磁场切换固体继电器内部通断，输出端可不分正负，用户可随意规定电流从某段进另一端出，灵活变换的固体继电器。
为实现本发明的目的，在此提供的固体继电器包括输入部分，包括：
霍尔开关P1、二极管D3、二极管D4、三极管Q1、电阻R2、电阻R1和电阻R4；
输出部分，包括场效应管Q4、场效应管Q5、场效应管Q6和场效应管Q7；所述场效应管Q4和所述场效应管Q5作为一组输出，所述场效应管Q6和所述场效应管Q7作为一组输出；
隔离部分，用于隔离所述输入部分和所述输出部分，包括隔离器U1和隔离器U2；
所述霍尔开关P1的电源端VCC和GND端分别接IN+端和IN-端，所述二极管D3的阴极接地，阳极接所述三极管Q1的发射极；所述三极管Q1的基极经所述电阻R2接IN+端，所述三极管Q1的基极还依次经所述电阻R2和所述电阻R1接所述隔离器U1的一个输入端，所述三极管Q1的集电极接所述隔离器U1的另一个输入端；所述二极管D4的阴极接所述霍尔开关P1的输出端OUT，阳极接所述三极管Q1的基极；所述隔离器U1用于控制所述场效应管Q4和所述场效应管Q5的导通、截止；
所述电阻R4串联于IN+端和所述隔离器U2的一个输入端之间，所述隔离器U2的另一个输入端接所述霍尔开关P1的输出端OUT；所述隔离器U2用于控制所述场效应管Q6和所述场效应管Q7的导通、截止。
本发明的有益效果：本发明提供的固体继电器通过霍尔开关感应外加的磁场信号，在磁场信号作用下输入部分、输出部分和隔离部分实现转换功能；利用隔离部分隔离输入、输出，保证了电参数不受外加磁场的干扰；采用双向输出方式，输出端可不分正负，用户可随意规定电流从某段进另一端出，灵活变换。
本发明提供的固体继电器将感应外加磁场信号的霍尔开关、输入部分、输出部分和隔离部分集成在一个固体继电器中，用其即可实现在需要监测磁场的情况下进行磁场监控，无需外接外部控制电路、霍尔开关等功能电路，减小了体积；提高了监测的可靠性。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合发明的实施例，并与说明书一起用于解释发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本发明提供的固态继电器的电路图；
图2为本发明提供的固体继电器的内部结构剖视图；
图3为本发明提供的固态继电器的使用底视接线图；
附图中：1-外壳，2-印制电路板，3-厚膜电路基片，4-着色绝缘子。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对发明的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践发明的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、实现或者操作以避免模糊发明的各方面。
本文提供的是一种固体继电器，参照图1所示，该固体继电器包括输入部分、输出部分和隔离部分，其中输入部分包括感应外部磁场的霍尔开关P1、二极管D3、二极管D4、三极管Q1、电阻R2、电阻R1和电阻R4；输出部分包括场效应管Q4、场效应管Q5、场效应管Q6和场效应管Q7；场效应管Q4和场效应管Q5作为一组输出，场效应管Q6和场效应管Q7作为一组输出；隔离部分，用于隔离输入部分和输出部分，包括隔离器U1和隔离器U2。
如图1所示，霍尔开关P1的电源端VCC和GND端分别接IN+端和IN-端，二极管D3的阴极接IN-端，阳极接三极管Q1的发射极；三极管Q1的基极经电阻R2接IN+端；三极管Q1的基极还依次经电阻R2和电阻R1接隔离器U1的一个输入端，三极管Q1的集电极接隔离器U1的另一个输入端；二极管D4的阴极接霍尔开关P1的输出端OUT，阳极接三极管Q1的基极；隔离器U1用于控制场效应管Q4和场效应管Q5的导通、截止。
输入部分中电阻R4串联于IN+端和隔离器U2的一个输入端之间，隔离器U2的另一个输入端接霍尔开关P1的输出端OUT；隔离器U2用于控制场效应管Q6和场效应管Q7的导通、截止。
本文中隔离器U1、隔离器U2采用光光伏器件；二极管D3、二极管D4为开关管。
本文提供的固态继电器的工作原理：当IN+与IN-两端有电压信号，霍尔开关P1无外加磁场时，回路电阻R1、隔离器U1、三极管Q1、二极管D3有电流，则隔离器U1输出端产生电压，驱动场效应管Q4和场效应管Q5导通，即OUT1两端导通；而由于霍尔元件P1无外加磁场，它OUT和GND两端不导通，则回路电阻R4、隔离器U2、霍尔开关P1无电流，即隔离器U2输出端无电压产生，则无法驱动场效应管Q6和场效应管Q7导通，即OUT2两端不导通。当IN+与IN-两端有电压信号，霍尔开关有外加磁场时，霍尔开关P1的OUT和GND导通，抑制三极管Q1导通，回路电阻R1、隔离器U1、三极管Q1、二极管D3无电流，则隔离器U1输出端无电压产生，无法驱动场效应管Q4和场效应管Q5导通，即OUT1两端不导通；而回路电阻R4、光伏器件U2、霍尔开关P1有电流，即隔离器U2输出端产生电压，驱动场效应管Q6和场效应管Q7导通，即OUT2两端导通。当IN+与IN-两端无电压信号，输入端无电流，即输出端均不导通。即无磁场时，OUT1两端导通，而OUT2两端不导通；当由此磁场时，OUT1两端不导通，而OUT2两端导通。
霍尔开关P1原理：它是一种利用霍尔效应的磁感应式电子开关，当霍尔开关受到一定程度的磁场B时，输出端OUT输出低电平；当霍尔开关受到磁场B较小或无磁场时，输出端OUT输出高电平。
为了保护霍尔开关P1，本文提供的固态继电器还包括阴极接霍尔开关P1的电源端VCC，阳极接霍尔开关P1的GND端的瞬态抑制二极管D1。
为了实现反极性保护，本文提供的固态继电器还包括阴极接IN-端，阳极接霍尔开关P1的GND端的开关二极管D2。
如图1所示，在隔离器U1与场效应管Q4和场效应管Q5之间还包括电阻R3、二极管D5、三极管Q2和稳压二极管D6，电阻R3串联于隔离器U1的输出端之间，三极管Q2的基极和二极管D5的阳极分别接隔离器U1的一个输出端；三极管Q2的发射极分别接场效应管Q4的栅极和场效应管Q5的栅极，三极管Q2的集电极接隔离器U1的另一输出端，并分别接场效应管Q4的源极和场效应管Q5的源极；场效应管Q4的漏极和场效应管Q5的漏极作为OUT1输出端；稳压二极管D6的阴极接三极管Q2的发射极，阳极接三极管Q2的集电极。其中二极管D5为开关二极管。
电阻R3、二极管D5、三极管Q2和稳压二极管D6构成第一快速泄放电路，使场效应管Q4、场效应管Q5快速关断。
同理在隔离器U2与场效应管Q6和场效应管Q7之间还包括电阻R5、二极管D7、三极管Q3和稳压二极管D8，电阻R5串联于隔离器U2的输出端之间，三极管Q3的基极和二极管D7的阳极分别接隔离器U2的一个输出端；三极管Q3的发射极分别接场效应管Q6的栅极和场效应管Q7的栅极，三极管Q3的集电极接隔离器U2的另一个输出端，并分别接场效应管Q6的源极和场效应管Q7的源极；场效应管Q6的漏极和场效应管Q7的漏极作为OUT2输出端；稳压二极管D8的阴极接三极管Q3的发射极，阳极接三极管Q3的集电极。其中，二极管D7为开关二极管。
电阻R5、二极管D7、三极管Q3和稳压二极管D8构成第二快速泄放电路，使场效应管Q6、场效应管Q7快速关断。
如图2-3所示，本文的固体继电器还包括外壳1，输入部分、输出部分和隔离部分布设于外壳1内部。外壳1上布设有与输入部分、输出部分电连接的着色绝缘子4，用于输入直流电源和输出直流电源，如图3所示。输出部分输出的电源电流可以通过在输出部分输出端串联限流电阻R进行限流。
外壳1内部安装有印制电路板2和厚膜电路基片3，输入部分、输出部分和隔离部分中的输出功率器件焊接在厚膜电路基板3上，输入部分、输出部分和隔离部分的其余元器件焊接于印制电路板2上，或厚膜电路板3上。
外壳1采用的是白铜带材料，该材料不影响磁场的大小和方向，密封性好；印制电路板2可焊接元器件，保证输入控制组件安装牢固，实现控制功能；输出功率器件焊接在产品内部的厚膜电路基片3上。
厚膜电路基片3是采用氧化铝陶瓷材料和银钯导体，使该厚膜电路基片3具有良好的是散热，保证了输出功率器件产品散发的热量及时散出，满足固体继电器的输出负载能力。
本文提供的固体继电器体积小，尺寸可以制作为20.5mm×10.5mm×11.5mm；采用金属外壳封装，输出负载可达5Ad.c.。
本文提供的固体继电器应用于监测磁场时，无需外接霍尔开关、外部控制电路等功能电路。本文将固体继电器与磁场融合在一起了，相当于磁场控制系统和继电器开关集成在一个部件，有很好的金属封装，从而缩小了体积，提高了使用可靠性。总体来说，该产品与固体继电器相比，突出点就是，本产品可以应用于磁场的监测系统，切换功能独特。
本文提供的固体继电器还可以作为一种应用电路，比如在电机系统中，有磁场时，OUT1两端不导通，OUT2两端导通，相当于两路输出，起到保护，指示的作用，主要是切换作用，类似于一组转换继电器。
本公开已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本公开的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本公开的范围。相反，在不脱离本公开的精神和范围内所作的变动与润饰，均属本公开的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种固体继电器，其特征在于，该继电器包括：
输入部分，包括霍尔开关P1、二极管D3、二极管D4、三极管Q1、电阻R2、电阻R1和电阻R4；
输出部分，包括场效应管Q4、场效应管Q5、场效应管Q6和场效应管Q7；所述场效应管Q4和所述场效应管Q5作为一组输出，所述场效应管Q6和所述场效应管Q7作为一组输出；
隔离部分，用于隔离所述输入部分和所述输出部分，包括隔离器U1和隔离器U2；所述霍尔开关P1的电源端VCC和GND端分别接IN+端和IN-端，所述二极管D3的阴极接地，阳极接所述三极管Q1的发射极；所述三极管Q1的基极经所述电阻R2接IN+端，所述三极管Q1的基极还依次经所述电阻R2和所述电阻R1接所述隔离器U1的一个输入端，所述三极管Q1的集电极接所述隔离器U1的另一个输入端；所述二极管D4的阴极接所述霍尔开关P1的输出端OUT，阳极接所述三极管Q1的基极；所述隔离器U1用于控制所述场效应管Q4和所述场效应管Q5的导通、截止；
所述电阻R4串联于IN+端和所述隔离器U2的一个输入端之间，所述隔离器U2的另一个输入端接所述霍尔开关P1的输出端OUT；所述隔离器U2用于控制所述场效应管Q6和所述场效应管Q7的导通、截止。
2.根据权利要求1所述的固体继电器，其特征在于：所述输入部分还包括阴极接所述霍尔开关P1的电源端VCC，阳极接所述霍尔开关P1的GND端的瞬态抑制二极管D1。
3.根据权利要求1或2所述的固体继电器，其特征在于：所述输入部分还包括阴极接IN-端，阳极接所述霍尔开关P1的GND端的开关二极管D2。
4.根据权利要求1所述的固体继电器，其特征在于：所述输出部分还包括使所述场效应管Q4和所述场效应管Q5快速关断的第一快速泄放电路。
5.根据权利要求4所述的磁切换电路，其特征在于：所述第一快速泄放电路包括电阻R3、二极管D5、三极管Q2和稳压二极管D6，所述电阻R3串联于所述隔离器U1的输出端之间，所述三极管Q2的基极和所述二极管D5的阳极分别接所述隔离器U1的一个输出端；所述三极管Q2的发射极分别接所述场效应管Q4的栅极和所述场效应管Q5的栅极，所述三极管Q2的集电极接所述隔离器U1的另一输出端，并分别接所述场效应管Q4的源极和所述场效应管Q5的源极；所述场效应管Q4的漏极和所述场效应管Q5的漏极作为OUT1输出端；所述稳压二极管D6的阴极接所述三极管Q2的发射极，阳极接所述三极管Q2的集电极。
6.根据权利要求1所述的磁切换电路，其特征在于：所述输出部分还包括使所述场效应管Q6和所述场效应管Q7快速关断的第二快速泄放电路。
7.根据权利要求6所述的磁切换电路，其特征在于：所述第二快速泄放电路包括电阻R5、二极管D7、三极管Q3和稳压二极管D8，所述电阻R5串联于所述隔离器U2的输出端之间，所述三极管Q3的基极和所述二极管D7的阳极分别接所述隔离器U2的一个输出端；所述三极管Q3的发射极分别接所述场效应管Q6的栅极和所述场效应管Q7的栅极，所述三极管Q3的集电极接所述隔离器U2的另一个输出端，并分别接所述场效应管Q6的源极和所述场效应管Q7的源极；所述场效应管Q6的漏极和所述场效应管Q7的漏极作为OUT2输出端；所述稳压二极管D8的阴极接所述三极管Q3的发射极，阳极接所述三极管Q3的集电极。
8.根据权利要求1所述的固体继电器，其特征在于：还包括外壳(1)，所述输入部分、所述输出部分和所述隔离部分布设于所述外壳(1)内部。
9.根据权利要求8所述的固体继电器，其特征在于：还包括安装于所述外壳(1)内部的印制电路板(2)和厚膜电路基片(3)，所述所述输入部分、所述输出部分和所述隔离部分中的输出功率器件焊接在所述厚膜电路基板(3)，所述所述输入部分、所述输出部分和所述隔离部分的其余元器件焊接于所述印制电路板(2)上，或所述厚膜电路板(3)上。
10.权利要求1-9任意一项所述的固体继电器的应用，其特征在于：权利要求1-9任意一项所述的固体继电器应用于监测磁场。
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