CN201393213Y - 继电器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种继电器，该继电器包括发光元件、光电元件、控制电路以及输出场效晶体管，所述发光元件与光电元件光耦合，所述控制电路连接于光电元件及输出场效晶体管之间，并根据光电元件发送的电信号控制输出场效晶体管的导通和关断。上述控制电路能迅速为输出场效应管栅极电压上升到开启电压值，也能在继电器复位时快速释放掉输出场效应管栅极的电荷，从而继电器具有良好的开关特性。

Description

继电器
技术领域
本实用新型涉及继电器，尤其涉及PHOTOMOS继电器。
背景技术
PHOTOMOS继电器是一种利用光信号将小功率电信号转换成大功率电信号的开关式器件，其具有开关速度快、导通电阻低、工作电流小、以及可靠性高等特征。同时由于具备小型、轻量、薄型化的特点，作为适应电子化的继电器在信息通信器械、OA器械、检测器械及更广的领域中得以应用。
现有技术中一PHOTOMOS继电器由发光元件、光电元件、控制元件以及功率MOSFET(即金属-氧化层-半导体-场效晶体管，简称金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)构成，其动作原理是：光电元件将发光元件的光进行电压变换，通过控制元件控制功率MOSFET的导通或截止，从而实现对负载的控制。更具体地说，发光元件采用LED(发光二极管)，光电元件采用光电二极管阵列，LED作为输入级，将通过其的电信号转换为光信号；光电二极管阵列接收上述LED发出至的光信号，并将其转化为电信号；功率MOSFET为电压驱动型元件，因此，由于光电二极管阵列供给电压，使得MOSFET的栅极容量被充电，通过使栅极电压上升到开启电压值(即门槛电压)，从而继电器动作。如若使继电器复位，就必须使MOSFET的栅极尽快放电。为了加快关断时间，在本现有技术中，设有一控制元件。更具体地，在MOSFET的栅极和源极间固接电阻，以便MOSFET的栅极放电速度加快。
但是上述继电器存在一定的问题，具体地，继电器动作时，即光电二极管阵列供给电压，为功率MOSFET的栅极进行充电，以达到开启电压值使其导通的过程中，来自其光电二极管阵列的光电流会通过上述电阻而漏泄，因此，功率MOSFET导通时间会变长，从而影响到了继电器的开关特征。
发明内容
本实用新型的目的在于解决上述继电器开关特征不佳的问题，从而提供一种开关响应速度快的继电器。
为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样的：
一种继电器，包括发光元件、光电元件、控制电路以及输出场效晶体管，所述发光元件与光电元件光耦合，所述控制电路连接于光电元件及输出场效晶体管之间，并根据光电元件发送的电信号控制输出场效晶体管的导通或截止，其特征在于，所述控制电路包括第一场效应管、第二场效应管、第一二极管、第二二极管、电阻；所述第一二极管的阳极与光电元件的一端连接，阴极与第一场效应管的源极连接；所述第一场效应管的栅极与第一二极管的阳极连接，其漏极与光电元件的另一端连接，源极与输出场效应管的栅极连接；第二二极管的阳极与第二场效应管的源极连接，其阴极与发光二极管的另一端连接；电阻与第二二极管并联连接；第二场效应管的栅极与发光元件的另一端连接，其漏极与第一二极管的阴极连接，源极与输出场效应管的源极连接。
与现有技术相比，本实用新型的继电器所采用的控制电路能迅速将输出场效应管栅极电压上升到开启电压值，也能在继电器复位时快速释放掉输出场效应管栅极的电荷，从而良好控制场效应管的导通和关断，保证了继电器具有良好的开关特性，即继电器的开关响应速度快。
附图说明
图1为本实用新型的继电器电路图。
具体实施方式
在以下描述中，为了不加以限制地说明，阐述了诸如特定技术的具体细节一共对本实用新型的彻底理解，然后，本领域技术人员清楚，本实用新型可以以从这些具体细节出发的其他实施方式。换句话说，省略了对公知器件和方法的详细描述，从而不会由于不必要的细节而是对本实用新型的描述不清楚。
下面请参照图1描述了本实施新型的继电器的电路图，所述继电器包括发光元件、光电元件、控制电路以及输出场效晶体管，所述发光元件与光电元件光耦合，所述控制电路连接于光电元件及输出场效晶体管之间，并根据光电元件发送的电信号控制输出场效晶体管的导通或截止，其特征在于，所述控制电路包括第一场效应管M1、第二场效应管M2、第一二极管D1、第二二极管D2、电阻R1；所述第一二极管D1的阳极与光电元件的一端连接，阴极与第一场效应管M1的源极连接；所述第一场效应管M1的栅极与第一二极管D1的阳极连接，其漏极与光电元件的另一端连接，源极与输出场效应管的栅极连接；第二二极管D2的阳极与第二场效应管M2的源极连接，其阴极与发光二极管的另一端连接；电阻R1与第二二极管D2并联连接；第二场效应管M2的栅极与发光元件的另一端连接，其漏极与第一二极管D1的阴极连接，源极与输出场效应管的源极连接。
其中，输出场效应管包括第一输出场效应管M10和第二输出场效应管M20，所述第一、第二输出场效应端的栅极与第一二极管D1的阴极连接，所述第一、第二输出场效应端的源极与第二二极管D2的阳极连接，所述第一、第二输出场效应端的漏极为输出端，即外接至负载。第一场效应管M1为PMOS，该场效应管的宽长比优选为10。第二场效应管M2为耗尽型NMOS，该场效应管的宽长比优选为50。
同时，本实用新型继电器中的光电元件为光电二极管阵列，发光元件为发光二极管LED，更进一步，发光元件可以为AlGaAs红外发光二极管。
本实用新型继电器的工作原理为：
当继电器的输入端加载电压信号Vplus时，即继电器复位时，该电压信号加载到发光元件(即LED)上时LED发光，该光线被与LED光耦合的光电元件(即光电二极管阵列)接收到，所述光电二极管将光信号转换成电压信号，此时第一二极管D1处于正向偏置的状态，但是由于二极管D1存在一定的压降，因此第一场效应管M1栅极和源极之间的电压差为正值，第一场效应管为PMOS管，所以第一场效应管M1处于关断状态。电阻R1与二极管D2连接于第二场效应管M2的栅极和源极，此时第二场效应管M2的栅极和源极之间的电压差为负值，第二场效应管为NMOS管，所以第二场效应管M2也处于关断状态。由于第一、第二输出场效应管的栅极连接在一起，其源极连接在一起，且栅极与二极管D1的阴极，源极与电阻R1的一端，光电二极管阵列转换成的电压信号可迅速加载至第一、第二输出场效应管的源极和栅极之间，而其他支路都处于关断状态，因此自其光电二极管阵列的光电流不会通过其他支路漏泄，因此，使得输出场效应管(M10、M20)能快速达到预定的电压值导通，保证了本实用新型的继电器具有良好的开启特征。
上述是对输出场效应管充电时情况的描述，下面将详细说明其放电时工作原理。当撤出掉输入信号Vplus，即继电器复位时，LED停止发光，光电二极管阵列的电压开始下降，此时控制电路使得输出场效应管(M10、M20)的栅极电荷迅速释放，从而使输出场效应管(M10、M20)关断。具体地，放电时，第一场效应管M1导通，而第二场效应管为耗尽型的NMOS管，根据耗尽型NMOS的特性，详细地说，当其栅极和源极的电压差等于零时，该场效应管导通，形成漏极电流Id0，所以输出场效应管(M10、M20)通过第一、第二场效应管M1、M2进行释放电荷。
因为第二场效应管为耗尽型的NMOS管，根据耗尽型NMOS的特性，详细地说，当其栅极和源极的电压差等于零时，该场效应管导通，形成漏极电流Id0，当栅极和源极的电压差大于零时，即栅极和源极的电压差增大时，该场效应管仍然导通，形成漏极电流Id1，且Id1大于Id0。正是利用的上述特性，此时的第一场效应管通过电阻R1为第二场效应管M2提供一个正向的栅极电压，从而第二场效应管M2的栅极和源极电压差增大。也就使得输出场效应管的栅极电荷通过第二场效应管M2构成放电回路进行放电时，可以具有更大的放电电流，从而输出场效应管(M10、M20)栅极被快速放电，加快关断时间。
同时，因为第二场效应管M2为耗尽型NMOS，在常态时处于导通状态，所以输入端的噪声信号可以通过第二场效应管M2与第二输出场效应管(此时的第二输出场效应管等效于一电容构成的路径被放掉，从而增加了整个继电器的抗噪性能。
根据上述的描述显而易见，本实用新型的继电器所采用的控制电路能迅速将输出场效应管栅极电压上升到开启电压值，也能在继电器复位时快速释放掉输出场效应管栅极的电荷，从而良好控制场效应管的导通和关断，保证了继电器具有良好的开关特性。同时控制电路还可以滤除噪声信号，增加了继电器的抗造性能。

Claims (9)

1.继电器，包括发光元件、光电元件、控制电路以及输出场效晶体管，所述发光元件与光电元件光耦合，所述控制电路连接于光电元件及输出场效晶体管之间，并根据光电元件发送的电信号控制输出场效晶体管的导通和关断，其特征在于，所述控制电路包括第一场效应管、第二场效应管、第一二极管、第二二极管、电阻；所述第一二极管的阳极与光电元件的一端连接，阴极与第一场效应管的源极连接；所述第一场效应管的栅极与第一二极管的阳极连接，其漏极与光电元件的另一端连接，源极与输出场效应管的栅极连接；第二二极管的阳极与第二场效应管的源极连接，其阴极与发光二极管的另一端连接；电阻与第二二极管并联连接；第二场效应管的栅极与发光元件的另一端连接，其漏极与第一二极管的阴极连接，源极与输出场效应管的源极连接。
2.根据权利要求1所述的继电器，其特征在于：所述输出场效应管包括第一输出场效应管和第二输出场效应管，所述第一、第二输出场效应端的栅极与第一二极端的阴极连接，所述第一、第二输出场效应端的源极与第二二极管的阳极连接，所述第一、第二输出场效应端的漏极为输出端。
3.根据权利要求2所述的继电器，其特征在于，所述第一场效应管为PMOS。
4.根据权利要求3所述的继电器，其特征在于，所述第二场效应管为耗尽型NMOS。
5.根据权利要求3所述的继电器，其特征在于，所述第一场效应管的宽长比优选为10。
6.根据权利要求4所述的继电器，其特征在于，所述第二场效应管的宽长比优选为50。
7.根据权利要求4所述的继电器，其特征在于，所述第一输出场效应管和第二输出场效应管为NMOS。
8.根据权利要求4所述的继电器，其特征在于，所述发光元件为发光二极管。
9.根据权利要求4所述的继电器，其特征在于，所述光电元件为光电二极管阵列。
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