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　　隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，對于隔離驅(qū)動、隔離切換電路的場合，已經(jīng)形成了光電隔離固態(tài)繼電器廣泛應(yīng)用的局面。

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

　　1 硬件電路設(shè)計

　　本文直流固態(tài)繼電器采用四端設(shè)計方式，電路原理如圖1所示。

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　　1.1 輸入電路

　　輸入回路主要由電阻R1，R2、R3，穩(wěn)壓管D1，D2，開關(guān)管T1，T2組成。其中NPN型開關(guān)管T1和PNP型開關(guān)管T2構(gòu)成正反饋回路，使光電耦合器導(dǎo)通電壓和截止電壓分離。

　　1.1.1 導(dǎo)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(guān)斷狀態(tài)，電路不導(dǎo)通。電阻R2與電阻R1構(gòu)成開關(guān)管輸入分壓回路，③點電壓為穩(wěn)壓管D2上電壓，基本恒定不變。逐漸增大輸入電壓，當(dāng)②點電壓超過③點電壓時(忽略開關(guān)管壓降)，三極管T1導(dǎo)通，繼而三極管T2導(dǎo)通。接著光耦中的發(fā)光二極管被觸發(fā)導(dǎo)通，光耦合器將發(fā)光二極管發(fā)出的光由光敏三極管轉(zhuǎn)換成光電流，光耦導(dǎo)通，從而將電路導(dǎo)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(dāng)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(fā)光二極管也隨之截止，從而使整個電路處于截止?fàn)顟B(tài)。

　　1.1.2 動作值、返回值和返回系數(shù)的計算

　　由圖1列出電路導(dǎo)通和關(guān)斷時的數(shù)學(xué)表達(dá)式：

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　　式中：Uin為導(dǎo)通(關(guān)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(shè)計電路的相對動作值達(dá)到75%，相對返回值達(dá)到40%，因而R1和R2的阻值分別選取為1 kΩ和1.5 kΩ。經(jīng)計算如下：

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　　從以上計算可見，繼電器導(dǎo)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(dǎo)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(zhǔn)確動作。