?

　　隨著現代電子技術的發展，對于隔離驅動、隔離切換電路的場合，已經形成了光電隔離固態繼電器廣泛應用的局面。

　　文獻利用大功率場效應管構成互補型MOS管對，從而形成具有3個輸出端的電子開關電路，模擬單刀雙擲功能，構成大功率單刀雙擲固態繼電器。文獻公開了一種多功能限流保護式固態繼電器，包括低壓控制部分和高壓開關部分，設置了高低壓組合指示和限流帶復位保護部分。文獻設計了一種20 A的1 500 V的大功率高速直流固態繼電器，具有良好的開關特性。目前廣泛應用的直流固態繼電器的導通電壓與截止電壓近似相等，當輸入在臨界值附近時，繼電器會出現抖動，無法正常動作。本文提出一種新的設計方法，將繼電器導通電壓與截止電壓分離。為了驗證所設計電路的有效性與正確性，對其進行了數值仿真，并對實際電路運行參數進行測試。

　　1 硬件電路設計

　　本文直流固態繼電器采用四端設計方式，電路原理如圖1所示。

?

　　1.1 輸入電路

　　輸入回路主要由電阻R1，R2、R3，穩壓管D1，D2，開關管T1，T2組成。其中NPN型開關管T1和PNP型開關管T2構成正反饋回路，使光電耦合器導通電壓和截止電壓分離。

　　1.1.1 導通與截止過程

　　如圖1所示，輸入電壓范圍為0～24 V，初始值為0 V。此時光耦合器處于關斷狀態，電路不導通。電阻R2與電阻R1構成開關管輸入分壓回路，③點電壓為穩壓管D2上電壓，基本恒定不變。逐漸增大輸入電壓，當②點電壓超過③點電壓時(忽略開關管壓降)，三極管T1導通，繼而三極管T2導通。接著光耦中的發光二極管被觸發導通，光耦合器將發光二極管發出的光由光敏三極管轉換成光電流，光耦導通，從而將電路導通。繼電器返回時，逐漸降低輸入電壓，此時D2兩端電壓等于T2、D1以及光耦中二極管三個元件的電壓的總和。

　　隨著電壓的降低，③點電壓比②點電壓略高0.7 V時，此時電壓為臨界電壓。當電壓降到臨界值以下時，三極管T1就會截止，三極管T1截止后，光耦合器中發光二極管也隨之截止，從而使整個電路處于截止狀態。

　　1.1.2 動作值、返回值和返回系數的計算

　　由圖1列出電路導通和關斷時的數學表達式：

?

　　式中：Uin為導通(關斷)時電路輸入電壓(動作電壓與返回電壓);U1為二極管D2兩端電壓;U3為二極管D1和三極管T2兩端電壓;假定設計電路的相對動作值達到75%，相對返回值達到40%，因而R1和R2的阻值分別選取為1 kΩ和1.5 kΩ。經計算如下：

?

　　從以上計算可見，繼電器導通時輸入電壓為17.7 V，動作值為73.8%，繼電器截止時輸入電壓為10.2 V，動作值為42.5%，繼電器導通電壓和截止電壓之間留有充分的裕度，保證了繼電器在臨界值能夠準確動作。