CN202602609U

CN202602609U - 一种直流固态继电器

Info

Publication number: CN202602609U
Application number: CN 201220170062
Authority: CN
Inventors: 朱军
Original assignee: SHANGHAI ZUNRUI ELECTRONIC CO Ltd
Current assignee: Shanghai hyjas Electron Co., Ltd.
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2012-04-20
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2022-04-20

Abstract

本实用新型公开了一种直流固态继电器，包括壳体封装和隔离控制电路及功率开关电路；隔离控制电路包括DC-DC电源电路、光电转换电路、短路信号采集电路、信号锁存电路和驱动电路；功率开关电路包括第一、二电流采样电阻和第一、第二功率场效应管，第一、二电流采样电阻的另一端分别与短路信号采集电路输入端相连，第一功率场效应管源极接第一电流采样电阻与短路信号采集电路公共端，漏极为直流固态继电器的开关一个输出端，第二功率场效应管源极接第二电流采样电阻与短路信号采集电路公共端，漏极为直流固态继电器的开关另一输出端。本实用新型具有双向导通、短路保护自锁，无需额外提供偏置电源等优点。

Description

一种直流固态继电器

技术领域

本实用新型涉及一种继电器，具体涉及一种直流固态继电器，用于飞机、舰船、车辆及工业自动化等领域开关控制。

背景技术

相比传统电磁线圈带触点继电器，固态继电器具有寿命长、可靠性高、控制功率小、开关速度快，电磁干扰小、无噪声、无火花等优点。现在的直流固态继电器其电子开关器件从可控硅、晶体管逐渐发展到了采用大功率MOSFET器件，实现了大功率高耐压。然而现在的直流固态继电器由于采用了单一的MOSFET，因此其功率端均具有方向性，限制了继电器的使用，不能完全替换现有的电磁线圈带触点继电器。现有的固态继电器输入控制端采用光隔技术降低了可靠性，且需提供额外的偏置电源。现有的具有过流短路保护功能的固态继电器，不能实现短路保护自锁功能。

例如，中国专利申请号为200510021484.9、公开日为2007年2月14日、专利名称是“直流固态继电器”的申请案公开了一种直流固态继电器，该继电器实现过流短路保护，采用了MOS开关管。其不足之处在于，它采用单向MOS功率管，不能实现直流电流的双向导通，不能完全替换现有的电磁线圈带触点继电器。

又如，中国专利申请号为200820115691.X、公开日为2009年10月21日、专利名称是“交直流过流保护固态继电器”的申请案公开了一种交直流过流保护固态继电器，该继电器实现过流短路保护，具有直流双向导通功能。其不足之处在于，它采用二极管构成的桥式全波整流器，导通压降大，功耗高。另一不足在于，它采用额外的外部电源给电路供电，增加固态继电器的外部引脚，对外部应用要求较高。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型目的是提供一种具有双向导通性能，短路保护自锁，无需额外提供偏置电源的直流固态继电器。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：

本实用新型包括壳体封装和安装在壳体封装内的隔离控制电路及功率开关电路；隔离控制电路包括输入端接控制电源输入端VCC、GND的DC-DC电源电路、输入端接控制电源输入端VCC的光电转换电路、短路信号采集电路、与短路信号采集电路输出端相连接的信号锁存电路和与信号锁存电路及光电转换电路输出端相连接的驱动电路；功率开关电路包括第一电流采样电阻及与第一电流采样电阻一端相连接的第二电流采样电阻和栅极均接驱动电路输出端的第一功率场效应管及第二功率场效应管；第一电流采样电阻与第二电流采样电阻的公共端为DC-DC电源电路的输出地，第一电流采样电阻及第二电流采样电阻的另一端分别与短路信号采集电路输入端相连接；第一功率场效应管的源极接第一电流采样电阻与短路信号采集电路的公共端，第一功率场效应管的漏极为直流固态继电器的开关其中一个输出端；所述第二功率场效应管的源极接第二电流采样电阻与短路信号采集电路的公共端，第二功率场效应管的漏极为直流固态继电器的开关另外一个输出端。

本实用新型采用大功率高耐压功率场效应管作为固态继电器的开关，两功率场效应管的漏极分别作为固态继电器的开关的两端点，源极通过两个电流采样电阻相连，使本实用新型的直流固态继电器具有双向导通性，与普通电磁继电器应用习惯完全兼容。

上述驱动电路与第一功率场效应管的栅极及第二功率场效应管的栅极之间分别设有第一栅极电阻及第二栅极电阻。用于控制功率场效应管开关的上升及下降时间，提高固态继电器的电磁兼容性。

上述壳体封装包括壳体和灌封于壳体内的灌封胶。

本实用新型的有益效果如下：

（1）本实用新型直流固态继电器采用两级大功率场效应管电路，具有导通电流无方向性，导通内阻小，功耗低等优点；

（2）本实用新型直流固态继电器的功率场效应管电路，静态漏电流仅为1微安，比通常的功率管电路的100微安漏电流小了100倍；

（3）本实用新型的直流固态继电器具有短路立即保护锁存功能；

（4）本实用新型的直流固态继电器采用DC-DC电源电路，控制端与功率端完全电气隔离，与普通电磁继电器应用习惯完全兼容。

附图说明

图1为本实用新型的电路框图；

图2为本实用新型的电路原理图。

图中各标号：壳体封装1，隔离控制电路2，功率开关电路3，光电转换电路21，DC-DC电源电路22,信号锁存电路23，短路信号采集电路24,驱动电路25，第一栅极电阻31,第二栅极电阻32，第一功率场效应管33,第二功率场效应管34，第一电流采样电阻35,第二电流采样电阻36。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

参见图1，本实用新型包括壳体封装1、安装在壳体封装1内的隔离控制电路2及功率开关电路3、控制电源输入端VCC、GND和直流固态继电器的开关两个输出端K1、K2。其中，壳体封装1包括壳体和灌封于壳体内的灌封胶。

参见图2，隔离控制电路2包括光电转换电路21、DC-DC电源电路22、信号锁存电路23、短路信号采集电路24和驱动电路25；功率开关电路3包括第一功率场效应管33、第二功率场效应管34、第一电流采样电阻35、第二电流采样电阻36、第一栅极电阻31和第二栅极电阻32。

光电转换电路21的输入端接控制电源输入VCC，输出端接驱动电路25输入端A；DC-DC电源电路22输入端接控制电源输入VCC、GND，输出端输出9V隔离电源；信号锁存电路23输入端接短路信号采集电路24的输出端F，输出端接驱动电路25输入端B；短路信号采集电路24输出端接信号锁存电路23，输入端D接第一电流采样电阻35的一端，输入端E接第二电流采样电阻36的一端；驱动电路25输入端A接光电转换电路21的输出端，输入端B接信号锁存电路23的输出端，输出端C接第一栅极电阻31及第二栅极电阻32的一端；第一栅极电阻31的一端接驱动电路25的输出端C，另一端接第一功率场效应管33的栅极；第二栅极电阻32的一端接驱动电路25的输出端C，另一端接第二功率场效应管34的栅极；第一功率场效应管33的源极接第一电流采样电阻35的一端及短路信号采集电路24的输入端D，漏极为固态继电器开关一端K1，栅极接第一栅极电阻31的另一端；第二功率场效应管34的源极接第二电流采样电阻36的一端及短路信号采集电路24的输入端E，漏极为固态继电器开关另一端K2，栅极接第二栅极电阻32的另一端；第一电流采样电阻35的一端接第一功率场效应管33的源极及短路信号采集电路24的输入端D，另一端为DC-DC电源电路+9V的输出地，接第二电流采样电阻36的一端；第二电流采样电阻36的一端接第二功率场效应管34的源极及短路信号采集电路24的输入端E，另一端为DC-DC电源电路+9V的输出地，接第一电流采样电阻35的一端。

其中，光电转换电路21由光电耦合器件、电阻、电容组成，用于检测控制电压输入信号，根据控制输入信号的有无输出高低电平的逻辑量A到驱动电路25，若检测到有控制电压输入信号，则光电转换电路21输出高电平，反之，则输出低电平。

DC-DC电源电路22为所有的控制电路提供+9V隔离供电电源，隔离电源地为第一电流采样电阻35与第二电流采样电阻36相连端。

短路信号采集电路24采集第一电流采样电阻35及第一电流采样电阻35上的短路过流信号，当电路短路时，流过第一电流采样电阻35及第二电流采样电阻36上的过流电流使第一电流采样电阻35、第二电流采样电阻36两端产生电压大于设置的正常电压，则短路信号采集电路24输出端F输出高电平信号，反之，无过流电流时，短路信号采集电路24输出端F输出低电平信号。

信号锁存电路23根据短路信号采集电路24输出的电平信号判断是否短路，将短路信号采集电路24输出端F的短路信号锁存，输出到驱动电路25输入端B。

驱动电路25为组合逻辑电路，根据输入端A及输入端B的状态，输出驱动电压，控制第一功率场效应管33、第二功率场效应管34的通断。

栅极电阻（31、32）串联在功率场效应管（33、34）的栅极与驱动电路25输出端C之间，用于控制功率场效应管（33、34）开关的上升及下降时间，提高固态继电器的电磁兼容性。

本实施例采用两个功率场效应管作为开关管，可采用多个功率场效应管并联的方式为了提高固态继电器的导通电流。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种直流固态继电器，其特征在于，包括壳体封装（1）和安装在壳体封装（1）内的隔离控制电路（2）及功率开关电路（3）；

所述隔离控制电路（2）包括输入端接控制电源输入端VCC、GND的DC-DC电源电路（22）、输入端接所述控制电源输入端VCC的光电转换电路（21）、短路信号采集电路（24）、与短路信号采集电路（24）输出端相连接的信号锁存电路（23）和与信号锁存电路（23）及光电转换电路（21）输出端相连接的驱动电路（25）；

所述功率开关电路（3）包括第一电流采样电阻（35）及与第一电流采样电阻（35）一端相连接的第二电流采样电阻（36）和栅极均接驱动电路（25）输出端的第一功率场效应管（33）及第二功率场效应管（34）；所述第一电流采样电阻（35）与第二电流采样电阻（36）的公共端为DC-DC电源电路（22）的输出地，第一电流采样电阻（35）及第二电流采样电阻（36）的另一端分别与短路信号采集电路（24）输入端相连接；所述第一功率场效应管（33）的源极接第一电流采样电阻（35）与短路信号采集电路（24）的公共端，第一功率场效应管（33）的漏极为直流固态继电器的开关其中一个输出端；所述第二功率场效应管（34）的源极接第二电流采样电阻（36）与短路信号采集电路（24）的公共端，第二功率场效应管（34）的漏极为直流固态继电器的开关另外一个输出端。

2.根据权利要求1所述的直流固态继电器，其特征在于，所述驱动电路（25）与第一功率场效应管（33）的栅极及第二功率场效应管（34）的栅极之间分别设有第一栅极电阻（31）及第二栅极电阻（32）。

3.根据权利要求1或2所述的直流固态继电器，其特征在于，所述壳体封装（1）包括壳体和灌封于壳体内的灌封胶。