CN205320053U - 一种快速通断直流固态继电器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于电力电子控制技术领域，具体涉及一种使用光伏输出光耦隔离的具有快速接通和关断功能的直流固态继电器。它包括依次连接的隔离电路、控制电路、输出电路和保护电路，输出电路和保护电路至少一个，隔离电路包括光电耦合器。本实用新型的输出电路采用MOSFET或IGBT作为功率开关器件，通过对其控制极的快速充电和放电电路，可实现直流固态继电器输出的快速接通和关断，且在输出端设置有过压保护电路，实现高可靠应用。
Description
技术领域
本实用新型属于电力电子控制技术领域，具体涉及一种使用光伏输出光耦隔离的具有快速接通和关断功能的直流固态继电器。
背景技术
目前，市场上直流输出固态继电器，采用的输出功率器件主要为三极管、金属氧化层半导体场效晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor，简称MOSFET)和绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor，简称IGBT)。
参考专利文献CN203984383U公开了一种直流固态继电器，包括输入控制模块、隔离元器件为磁环变压器的隔离模块以及倍压整流模块和功率输出模块，该专利的功率输出模块包括绝缘栅双极型晶体管。参考专利文献CN1913353A公开了一种直流固态继电器，包括输入电路、响应输入电路的输出信号并执行开关动作的电子开关电路，该电子开关电路中开关管为金属氧化层半导体场效晶体管。
三极管价格低廉，但输出功耗较大，一般在小功率场合选用。MOSFET在较低电压时有导通阻抗低的优点，而IGBT高电压时有其特有的优势。一个明显的特性是MOSFET和IGBT的栅极电容都比较大，用作固态继电器输出功率器件时，因驱动电路目前通常采用光电耦合器和变压器隔离驱动，光电耦合器因驱动电流小，而变压器需要整流过程，所以整体上导致采用MOSFET和IGBT作为功率器件的直流固态继电器接通和关断时间比较长，在需要快速通断的场合应用时受到限制。
实用新型内容
针对现有的直流固态继电器响应速度慢，接通和关断时间比较长，本实用新型提出了一种快速通断直流固态继电器，采用MOSFET或IGBT作为输出功率器件，设置有栅极的快速充电和放电电路，可实现输出的快速接通和关断，且在输出端设置有过压保护电路，实现高可靠应用。
本实用新型采用如下技术方案：
一种快速通断直流固态继电器，它包括依次连接的隔离电路、控制电路、输出电路和保护电路，输出电路和保护电路至少一个，隔离电路包括光电耦合器，光电耦合器的输入端与外接电路相连，光电耦合器的输出端接连控制电路的输入端；控制电路包括N型开关管、P型开关管、第二电阻、第二二极管和电容，N型开关管的控制极连接隔离电路的第一输出端，第二电阻串接在N型开关管的控制极和第二连接极之间，P型开关管的控制极连接N型开关管的控制极，P型开关管的第一连接极连接N型开关管的第二连接极，P型开关管的第二连接极与隔离电路的第二输出端、负载负极均相连，电容串接于N型开关管的第一连接极和P型开关管的第二连接极之间，N型开关管的第一连接极经第二二极管连接负载正极，第二二极管负极连接N型开关管的第一连接极；输出电路包括功率开关管，功率开关管的控制极连接N型开关管的第二连接极，功率开关管的第一连接极接负载正极，第二连接极接负载负极；保护电路串接在负载正极和负极之间。
进一步的，光电耦合器为光敏二极管光电耦合器。
进一步的，N型开关管和P型开关管为三极管或场效应管。
进一步的，功率开关管为MOSFET或IGBT。
进一步的，保护电路包括过压保护器件，过压保护器件串接在负载正负极之间。
更进一步的，过压保护器件为稳压二极管、TVS二极管或压敏电阻。
本实用新型的输出电路采用MOSFET或IGBT作为功率开关器件，通过对其控制极的快速充电和放电电路，可实现直流固态继电器输出的快速接通和关断，且在输出端设置有过压保护电路，实现高可靠应用。
附图说明
图1是快速通断直流固态继电器的原理图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。
参阅图1所示，本实用新型优选一实施例的一种快速通断直流固态继电器，它包括依次连接的隔离电路1、控制电路2、输出电路3和保护电路4。隔离电路1包括第一二极管D1、第一电阻R1和光电耦合器A1，外界电路的正极经第一二极管D1连接光电耦合器A1的输入端正极，外界电路的负极经第一电阻R1连接光电耦合器A1的输入端负极。其中，第一二极管D1的正极连接外界电路的正极，光电耦合器A1的输出端接连控制电路2的输入端。
控制电路2包括N型开关管Q1、P型开关管Q2、第二电阻R2、第二二极管D2、电容C1、第三电阻R3和稳压二极管D3。N型开关管Q1的控制极连接隔离电路1的第一输出端，第二电阻R2串接在N型开关管Q1的控制极和第二连接极之间。P型开关管Q2的控制极连接N型开关管Q1的控制极，P型开关管Q2的第一连接极连接N型开关管Q1的第二连接极，P型开关管Q2的第二连接极与隔离电路1的第二输出端、负载负极均相连。电容C1串接于N型开关管Q1的第一连接极和P型开关管Q2的第二连接极之间，N型开关管Q1的第一连接极经第二二极管D2连接负载正极，第二二极管D2负极连接N型开关管Q1的第一连接极。稳压二极管D3串接在P型开关管Q2的第一连接极和第二连接极之间，稳压二极管D3的正极连接P型开关管Q2的第二连接极。第三电阻R3的一端连接稳压二极管D3的负极，另一端连接输出电路3的控制端。
输出电路3包括功率开关管Q3，功率开关管Q3的控制极连接第三电阻R3，功率开关管Q3的第一连接极接负载正极，第二连接极接负载负极。输出电路3通过控制电路的驱动，实现快速通断。
保护电路4串接在负载正极和负极之间，保护电路4包括稳压二极管D4，稳压二极管D4的正极连接负载负极，稳压二极管D4的负极连接负载正极。
该实施例的输出电路3和保护电路4均只有一个，本领域技术人员可知，输出电路3和保护电路4可有多个，实现多路输出的控制，该多个输出电路3和保护电路4的连接方式相同。
需要说明的是，光电耦合器A1为光敏二极管光电耦合器，光电耦合器A1的内部输入部分为发光二极管，输出部分为光敏二极管阵列，输入输出通过光传递信号并实现电气隔离功能，且隔离电压大于2500Vac。此外，该实施例的N型开关管Q1和P型开关管Q2为三极管或场效应管。该实施例的功率开关管Q3为MOSFET或IGBT等功率开关器件。
当该直流固态继电器输出处于关断状态时，负载直流电源通过负载和第二二极管D2给电容C1充电，电容C1在直流固态继电器关断状态时一直保持充电后的直流电压。当外接电路有输入电压，隔离电路1的光电耦合器A1输出端导通，光电耦合器A1输出端的电压使N型开关管Q1导通，电容C1两端的电压通过N型开关管Q1和第三电阻R3给功率开关管Q3的控制极快速充电，使输出电路3的功率开关管Q3快速导通，实现直流固态继电器的快速导通。
当外接电路没有输入电压时，光电耦合器A1输出端的电压消失，P型开关管Q2导通，此时功率开关管Q3的控制极电压通过第三电阻R3、P型开关管Q2快速放电，使功率开关管Q3迅速截止，实现直流固态继电器的快速关断。
需要说明的是，该实施例的保护电路4采用的稳压二极管，本领域技术人员可知，还可采用其他过压保护器件，如TVS二极管或压敏二极管。该保护电路4的功能是，当直流固态继电器输出端出现浪涌电压时，对该浪涌电压进行旁路，保护直流固态继电器的输出端不被击穿失效。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1.一种快速通断直流固态继电器，它包括依次连接的隔离电路、控制电路、输出电路和保护电路，输出电路和保护电路至少一个，其特征在于：所述隔离电路包括光电耦合器，光电耦合器的输入端与外接电路相连，光电耦合器的输出端接连控制电路的输入端；所述控制电路包括N型开关管、P型开关管、第二电阻、第二二极管和电容，N型开关管的控制极连接隔离电路的第一输出端，第二电阻串接在N型开关管的控制极和第二连接极之间，P型开关管的控制极连接N型开关管的控制极，P型开关管的第一连接极连接N型开关管的第二连接极，P型开关管的第二连接极与隔离电路的第二输出端、负载负极均相连，电容串接于N型开关管的第一连接极和P型开关管的第二连接极之间，N型开关管的第一连接极经第二二极管连接负载正极，第二二极管负极连接N型开关管的第一连接极；所述输出电路包括功率开关管，功率开关管的控制极连接N型开关管的第二连接极，功率开关管的第一连接极接负载正极，第二连接极接负载负极；所述保护电路串接在负载正极和负极之间。
2.如权利要求1所述的快速通断直流固态继电器，其特征在于：所述光电耦合器为光敏二极管光电耦合器。
3.如权利要求1所述的快速通断直流固态继电器，其特征在于：所述N型开关管和P型开关管为三极管或场效应管。
4.如权利要求1所述的快速通断直流固态继电器，其特征在于：所述功率开关管为MOSFET或IGBT。
5.如权利要求1所述的快速通断直流固态继电器，其特征在于：所述保护电路包括过压保护器件，过压保护器件串接在负载正负极之间。
6.如权利要求5所述的快速通断直流固态继电器，其特征在于：所述过压保护器件为稳压二极管、TVS二极管或压敏电阻。
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| CN201620017707.8U CN205320053U (zh) | 2016-01-08 | 2016-01-08 | 一种快速通断直流固态继电器 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN113556120A (zh) * | 2021-07-16 | 2021-10-26 | 贵州航天电器股份有限公司 | 一种小型化大负载的固态继电器 |
| CN116865734A (zh) * | 2023-07-12 | 2023-10-10 | 北京市科通电子继电器总厂有限公司 | 多功能固体继电器电路及应用此电路的超小型多功能固体继电器 |
| CN116865734B (zh) * | 2023-07-12 | 2024-05-14 | 北京市科通电子继电器总厂有限公司 | 多功能固体继电器电路及超小型多功能固体继电器 |
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