自制固态继电器

2015-01-24 11:18
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固态继电器作为电子开关，其通断无机械接触部件，较普通电磁继电器工作**、开关速度快、无噪声与火化，加上控制电流小，能与一般的CMOS电路兼容。因此，在日常的电子制作与电子产品的开发中，多用固态继电器代替普通的电磁继电器。固态继电器一般由输入恒流控制部分、光电耦合器隔离部分及输出功率开关部分组成。当然，在已知输入电压变化范围不大时，我们可以将恒流部分省略掉。根据实际应用中负载供电电源是交流还是直流，在制作时可选用不同类型的光电耦合器及功率开关元件。在供电电源为直流时，光电耦合器可以选用4N系列(受光器件为光敏三极管)，功率开关元件用晶体三极管或达林顿复合管；供电电源为交流时，光电耦合器可选用MOC306x系列（受光器件可看作光控的双向触发二极管），功率开关元件用单向晶闸管或双向晶闸管。

工作原理

图 1为交流固态继电器的原理图。由R1、R2、VT1、VT2构成恒流电路， **控制电压大范围内变动时，光电耦合器**地工作。控制端加上电压时，电流流过R1使VT2导通，则VT1也导通，VT1发射极与基极间电压保持在 0.6V左右，即R2两端电压约为0.6V，所以流过R2的电流为0.6/R2，则流过光电耦合器的电流也为0.6/R2，基本不随控制电压的变化而变化。实测得，在 R1=47Ω，控制电压在3~30V之间变化时，VT2的集电极电流维持在11mA左右，变化量不**过±1mA。光电耦合器实现了以光为介质的信号传输，使输入 /输出端**隔离，隔离带耐压1kV以上。功率开关选用双向晶闸管，R3 为触发限流电阻，R4与C串联用来吸收瞬间的高电压。

元器件选择

恒流部分按图中的参数选取元件，均无特殊要求。图1中的光电耦合器分别选用了4N25与MOC3063等便于购买的型号。这两种光耦均采用双列直插六脚封装，外形如图2所示，图1中标注了内部结构对应的引脚排列。功率三极管或晶闸管的选取决定了固态继电器的带负载能力，图1中T选用BT136、 BCR3AM时，负载电流**大为3A；选用 BCR10AM时，**大电流为10A。若负载电流小于1A，T可用MAC97A6等型号的小管，这将使制成的成品体积大大减小。如果负载电流较大，必要时需要给VT4和T加装一定大小的散热器。在负载电源为220V时，C的耐压值不小于 400V。笔者用的是彩电开关电源用的耐压1kV的安规电容。

制作步骤

整个电路十分简单，可以在一小块多孔板上完成制作。制作时要注意输入端与输出端要尽量远离，**是用于负载电源为交流220V时。笔者按图 1电路焊好的小板如题图所示，大小为30mm（长）×18mm（宽）× 20mm（高）。留出了输入/输出端4个引脚。为了便于区分，输入端采用了较细的引线，且正极留得较长；输出端采用较粗的引线，且两根一样长，见图3。这样无需任何标示便可以根据引线对引脚排列一目了然。焊好的小板经测试无误后可以用热熔胶将其封成一个整体，或者用大小适当的绝缘外壳装起来。制作好的固态继电器便可以在电路中取代电磁继电器使用了。这种固态继电器的工作下限电压低于3V，上限电压高于30V，因此通用性很强。在本刊2008年第4期《DIY声控流水彩灯》中，将10个发光二极管换成这种固态继电器来控制10组白炽彩灯（当然，此时完全可以将恒流部分省略），应该有不错的效果。