阅读说明：本技术 一种直流固体继电器的强制关断电路及应用 (Forced turn-off circuit of direct-current solid-state relay and application ) 是由 赵笃良 刘理想 韦跃武 郭建章 林永 王承贵 何学东 于 2020-04-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种直流固体继电器的强制关断电路及应用。包括由发光二极管和光敏三级管构成的线性光电耦合器,发光二极管的正极为强制关断电路的控制电源正极,发光二极管的负极为强制关断电路的控制电源负极,光敏三级管的集电极和发射极分别为强制关断电路的输出控制端；所述的光敏三级管的集电极与直流固体继电器输出电路中的MOSFET管的栅极连接,光敏三级管的发射极与直流固体继电器输出电路中的MOSFET管的源极连接。本发明具有快速强制关断固体继电器,避免两路以上的继电器进行切换时可能出现的同时导通的情况,消除两路固体继电器同时导通引发的事故隐患,同时又不会延长输出MOSFET的导通时间,延长了固体继电器的可靠性与寿命的特点。(The invention discloses a forced turn-off circuit of a direct-current solid relay and application thereof. The linear photoelectric coupler comprises a light-emitting diode and a photosensitive triode, wherein the positive electrode of the light-emitting diode is the positive electrode of a control power supply of a forced turn-off circuit, the negative electrode of the light-emitting diode is the negative electrode of the control power supply of the forced turn-off circuit, and the collector and the emitter of the photosensitive triode are respectively output control ends of the forced turn-off circuit; and the collector of the photosensitive triode is connected with the grid of the MOSFET in the direct-current solid relay output circuit, and the emitter of the photosensitive triode is connected with the source of the MOSFET in the direct-current solid relay output circuit. The solid relay has the characteristics of rapidly and forcibly turning off the solid relay, avoiding the condition of simultaneous conduction possibly occurring when more than two relays are switched, eliminating accident potential caused by simultaneous conduction of the two relays, simultaneously not prolonging the conduction time of the output MOSFET, and prolonging the reliability and the service life of the solid relay.)

一种直流固体继电器的强制关断电路及应用

技术领域

本发明涉及电工电子领域电路控制，特别是一种直流固体继电器的强制关断电路及应用。

背景技术

固体继电器应用于电源切换控制，控制电路如附图1所示，附图1中，J1、J2为直流固体继电器，V_CC为正电源，V_EE为负电源，K1、K2为固体继电器的等效“触点”，开关器件为功率场效应管。当K1开始导通时K2已完全截止或当K2开始导通时K1已完全关断，则电路可正常工作。如果K1开始导通时K2未能处于截止状态或K2开始导通时K1未能处于截止状态，则有可能在此期间电流从V_CC通过K1、K2流向V_EE，严重时会造成V_CC与V_EE直接短路，引发事故。

固体继电器还可于直流电机换向控制，控制电路如附图2所示，附图2中，J1～J4为直流固体继电器。当J1、J4接通，J2、J3关断时，电机正转；当J2、J3接通，J1、J4关断时，电机反转。如果J1、J4接通时J2、J3不能完全关断或J2、J3接通时J1、J4不能完全关断，则有可能造成电源V_CC对地短路，引发事故。

对于附图1、附图2所用的固体继电器，一般要求其接通时间要大于关断时间，即其它回路的固体继电器关断之后，欲接通固体继电器方能接通。固体继电器输出电路如附图3或附图4所示。附图3为变压器隔离直流固体继电器输出电路图。图中，L为隔离变压器次级线圈，C为滤波电容，R为放电电阻。为了保证固体继电器接通时间大于关断时间，要求R、C的值尽量小，但为了保证驱动电路的驱动效果R、C的值不能太小。附图4为DC/DC驱动直流固体继电器的输出电路，C为DC/DC模块的内置滤波电容，为了保证DC/DC输出电压的平滑，C的值不能太小。为了保证固体继电器接通时间大于关断时间，要求R的值尽量小，但为了降低输入电流，R的值亦不能太小。

附图3和附图4的输出电路，若采取其它方法延长固体继电器的接通时间，以实现固体继电器接通时间大于关断时间的目的，则会同时延长输出MOSFET的导通时间，造成固体继电器接通过程承受的能量增加，影响固体继电器的可靠性与寿命。经测试，附图3和附图4中固体继电器的接通时间及关断时间一般在几十微秒到几毫秒之间。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种直流固体继电器的强制关断电路。本发明具有快速强制关断固体继电器，避免两路以上的继电器进行切换时可能出现的同时导通的情况，消除两路固体继电器同时导通引发的事故隐患，同时又不会延长输出MOSFET的导通时间，延长了固体继电器的可靠性与寿命的特点。

本发明的技术方案：一种直流固体继电器的强制关断电路,包括由发光二极管和光敏三级管构成的线性光电耦合器，发光二极管的正极为强制关断电路的控制电源正极，发光二极管的负极为强制关断电路的控制电源负极，光敏三级管的集电极和发射极分别为强制关断电路的输出控制端；所述的光敏三级管的集电极与直流固体继电器输出电路中的MOSFET管的栅极连接，光敏三级管的发射极与直流固体继电器输出电路中的MOSFET管的源极连接。

前述的直流固体继电器的强制关断电路中，所述的发光二极管的正极上还连接有限流电阻。

前述的直流固体继电器的强制关断电路中，线性光电耦合器的上升时间及下降时间均为微秒级。

前述的直流固体继电器的强制关断电路的应用：将所述的强制关断电路与直流固体继电器输出电路进行封装构成主关断电路，主关断电路保留三个输入端和两个输出端；三个输入端分别为：直流固体继电器输出电路的输入电源正极、强制关断电路的控制电源正极、输入电源正极与控制电源正极的公共负极，其中直流固体继电器输出电路的输入电源负极与强制关断电路的控制电源负极均连接于公共负极上；两个输出端分别为：直流固体继电器输出电路中的MOSFET管的漏极和源极；

应用时,将正电源的供电控制端与主关断电路Ⅰ的输入电源正极连接，负电源的供电控制端与主关断电路Ⅱ的输入电源正极连接；正电源的供电控制端与主关断电路Ⅱ的控制电源正极连接，负电源的供电控制端与主关断电路Ⅰ的控制电源正极连接；主关断电路ⅠMOSFET管的源极与主关断电路Ⅱ的漏极共同连接于负载的一端，负载的另一端接地；

当正电源的供电控制端施加控制电源时，主关断电路Ⅱ的强制关断电路工作，先行关断了主关断电路Ⅱ的输出端，然后接通主关断电路Ⅰ的输出端，正电源通过主关断电路Ⅰ为负载供电；当负电源的供电控制端施加控制电源时，主关断电路Ⅰ的强制关断电路工作，先行关断了主关断电路Ⅰ的输出端，然后接通主关断电路Ⅱ的输出端，V_EE通过主关断电路Ⅱ为负载供电。

有益效果：与现有技术相比，本发明使用发光二极管和光敏三级管构成线性光电耦合器，将线性光电耦合器中光敏三级管的集电极和发射极分别与直流固体继电器输出电路中的MOSFET管的栅极和源极连接；当在输入端施加激励信号后，输出的光敏三极管可以在几微秒的时间内快速进入饱和状态，输出端电压接近为0，此时固体继电器输出MOSFET的栅源电压V_GS快速下降至接近0V，不管固体继电器的控制电源处于何种状态，都可以使固体继电器快速进入关断状态；通过该结构，大大缩短了关断时间，实现了快速强制关断固体继电器的目的，避免两路以上的继电器进行切换时可能出现的同时导通的情况，消除两路固体继电器同时导通引发的事故隐患，同时又不会延长输出MOSFET的导通时间，延长了固体继电器的可靠性与寿命。

本发明的强制关断电路应用广泛，可以应用于光伏隔离、变压器隔离、DC/DC隔离等应用场合。

本发明通过选用不同的限流电阻，即可满足不同的输入电压控制要求，且在2Vd.c.以上输入电压即可应用，适用性广。此外，本发明通过适当提高光耦输入发光二极管的输入电流，就可以缩短直流固体继电器强制关断电路的下降时间。此外，本发明选用上升时间及下降时间均为微秒级高速直流光耦，可以缩短直流固体继电器强制关断电路的下降时间。

综上，本发明具有快速强制关断固体继电器，避免两路以上的继电器进行切换时可能出现的同时导通的情况，消除两路固体继电器同时导通引发的事故隐患，同时又不会延长输出MOSFET的导通时间，延长了固体继电器的可靠性与寿命的特点。

附图说明

图1是传统电源切换控制电路；

图2是传统直流电机幻想控制电路；

图3是传统变压器隔离直流固体继电器输出电路图；

图4是传统DC/DC驱动直流固体继电器输出电路图；

图5是本发明直流固体继电器强制关断电路图；

图6是本发明强制关断电路与与直流固体继电器输出电路配合应用电路示意图；

图7是封装后构成主关断电路示意图；

图8是本发明应用的电路连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例1。一种直流固体继电器的强制关断电路，构成如图5和6所示，包括由发光二极管1和光敏三级管2构成的线性光电耦合器3，发光二极管1的正极为强制关断电路的控制电源正极Con2+，发光二极管1的负极为强制关断电路的控制电源负极Com2-，光敏三级管2的集电极和发射极分别为强制关断电路的输出控制端；所述的光敏三级管2的集电极与直流固体继电器输出电路4中的MOSFET管的栅极连接，光敏三级管2的发射极与直流固体继电器输出电路4中的MOSFET管的源极连接。

前述的发光二极管1的正极上还连接有限流电阻R。

前述的线性光电耦合器3的上升时间及下降时间均为微秒级。

前述的直流固体继电器的强制关断电路的应用，将所述的强制关断电路与直流固体继电器输出电路4进行封装构成主关断电路J,其电路结构如图7所示，主关断电路J保留三个输入端和两个输出端；三个输入端分别为：直流固体继电器输出电路4的输入电源正极Con1+、强制关断电路的控制电源正极Con2+、输入电源正极Con1+与控制电源正极Con2+的公共负极Com-，其中直流固体继电器输出电路4的输入电源负极Com1-与强制关断电路的控制电源负极Com2-均连接于公共负极Com-上；两个输出端分别为：直流固体继电器输出电路4中的MOSFET管的漏极和源极；

应用时,参见图8,正电源V_CC的供电控制端V+与主关断电路ⅠJ+的输入电源正极Con1+连接，负电源V_EE的供电控制端V-与主关断电路ⅡJ-的输入电源正极Con1’+连接；正电源V_CC的供电控制端V+与主关断电路ⅡJ-的控制电源正极Con2’+连接，负电源V_EE的供电控制端V-与主关断电路ⅠJ+的控制电源正极Con2+连接；主关断电路ⅠJ+MOSFET管的源极与主关断电路ⅡJ-的漏极共同连接于负载R_L的一端，负载R_L的另一端接地；

当正电源V_CC的供电控制端V+施加控制电源时，主关断电路ⅡJ-的强制关断电路工作，先行关断了主关断电路ⅡJ-的输出端，然后接通主关断电路ⅠJ+的输出端，正电源V_CC通过主关断电路ⅠJ+为负载R_L供电；当负电源V_EE的供电控制端V-施加控制电源时，主关断电路ⅠJ+的强制关断电路工作，先行关断了主关断电路ⅠJ+的输出端，然后接通主关断电路ⅡJ-的输出端，V_EE通过主关断电路ⅡJ-为负载R_L供电。