阅读说明：本技术 快速开关光隔离固体继电器 (Quick switch optical isolation solid relay ) 是由 宁艳艳 郭竟 海翔 谢林波 任海峰 余鸿坤 于 2019-11-01 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种快速开关光隔离固体继电器,包括设置在基板上的输入电路和设置在基座上的输出电路；输入电路包括2个发光二极管R2和R3；发光二极管R2和R3相互串联或并联后形成输入电路的输入端；输出电路包括光伏二极管阵列R4、功率场效应管Q1和Q2；光伏二极管阵列R4的一端同时连接功率场效应管Q1和Q2的源极,光伏二极管阵列R4的另一端同时连接功率场效应管Q1和Q2的栅极,功率场效应管Q1和Q2的漏极形成输出电路的输出端；输入电路发光二极管R2和R3通过直射的光照方式与输出电路的光伏二极管阵列R4相耦合。本发明能够提高继电器的转换速率和开通速度,同时提高了继电器的温度稳定性问题。(The invention discloses a quick switch optical isolation solid relay, which comprises an input circuit arranged on a substrate and an output circuit arranged on a base; the input circuit comprises 2 light emitting diodes R2 and R3; the light emitting diodes R2 and R3 are connected in series or in parallel to form the input end of the input circuit; the output circuit comprises a photovoltaic diode array R4, power field effect transistors Q1 and Q2; one end of the photovoltaic diode array R4 is simultaneously connected with the sources of the power field effect transistors Q1 and Q2, the other end of the photovoltaic diode array R4 is simultaneously connected with the grids of the power field effect transistors Q1 and Q2, and the drains of the power field effect transistors Q1 and Q2 form the output end of the output circuit; the input circuit leds R2 and R3 are coupled to the output circuit pv diode array R4 by direct illumination. The invention can improve the switching rate and the switching speed of the relay and simultaneously improve the temperature stability of the relay.)

快速开关光隔离固体继电器

技术领域

本发明涉及固体继电器技术领域，具体涉及一种快速开关光隔离固体继电器。

背景技术

随着数字化、微电子、光电子等电子行业的发展，相应的整机与系统，各种通信和网络交换设备，遥测系统等处理信息越来越大，要求的速度越来越快，环境适应性要求越来越强，这就对固体继电器提出了更高的要求。固体继电器被广泛应用于航天、航空、兵器、船舶等系统，作为开关作用。但传统的光隔离固体继电器的输入部分仅采用一个发光二极管来驱动输出部分的光伏二极管阵列，但因一个发光二极管的发光强度有限，且光伏二极管阵列的接受面有限，而使得驱动能力较低，进而导致整个光隔离固体继电器的开通速度慢。

发明内容

本发明解决现有光隔离固体继电器存在的开通速度慢的问题，提供一种快速开关光隔离固体继电器。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

快速开关光隔离固体继电器，包括设置在基板上的输入电路和设置在基座上的输出电路；输入电路包括2个发光二极管R2和R3；发光二极管R2和R3相互串联或并联后形成输入电路的输入端；输出电路包括光伏二极管阵列R4、功率场效应管Q1和Q2；光伏二极管阵列R4的一端同时连接功率场效应管Q1和Q2的源极，光伏二极管阵列R4的另一端同时连接功率场效应管Q1和Q2的栅极，功率场效应管Q1和Q2的漏极形成输出电路的输出端；输入电路发光二极管R2和R3通过直射的光照方式与输出电路的光伏二极管阵列R4相耦合。

上述方案中，输入电路还进一步包括防反二极管R1；防反二极管R1的阳极与串联或并联后的发光二极管R2和R3的阴极连接，防反二极管R1的阴极与输入电路的输入端的负极连接。

上述方案中，输出电路还进一步包括稳压管R5；稳压管R5的两端并接在光伏二极管阵列R4的两端。

上述方案中，发光二极管R2和R3在基板的表面上相互错开。

上述方案中，基板和基座上均开设有每个元器件的定位沉孔。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：

1、输入端采用两个发光二极管(串联或者并联)同时对一个光二极管阵列进行光照，这不仅增大了光照强度，提高了转换速率和开通速度，而且高温条件下，在一定程度上弥补了光损失的问题，解决了温度稳定性问题；

2、输入接入防反的二极管，有效避免了光隔离器件在应用时出现反压导致损坏情况；

3、输出电路增加稳压管，静电敏感度较高，稳定性较强；

4、基板和基座内部发光二极管和光伏二极管阵列的位置采用下沉结构设计，这既有效降低了高度，对器件起到定位作用；又提高了光电转换效率和开通速度；又优化了转换参数一致性，从而能够适用于更多的场合；

5、和同种类型产品相比，高度降低，提高了产品的集成度，实现了产品的小型化设计，高度仅为2.8mm。

附图说明

图1为快速开关光隔离固体继电器立体结构示意图。

图2为输入电路和输出电路的四种电路原理图。

图3为基板的两种立体结构示意图。

图4为基座的立体结构示意图。

图中标号：1、基板；2、基座；3、输入电路；4、输出电路；5、定位沉孔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，对本发明进一步详细说明。

一种快速开关光隔离固体继电器，如图1所示，主要由基板1、基座2、输入电路3和输出电路4组成。输入电路3设置在基板1上，输出电路4设置在基座2上。在本实施例中，基板1和基座2均为陶瓷材质，且相互平行，两者处于不同的水平高度上，以使得输入电路3和输出电路4实现了物理隔离。输入电路3设置在基板1的下表面；输出电路4设置在基座2的上表面，且输入电路3的输出端即发光二极管R2和R3与输出电路4的输入端即光伏二极管阵列R4在垂直方向上相对应，并通过直射式的光照方式使得输入电路3的发光部分与输出电路4的接收部分实现光路耦合。

上述输入电路3和输出电路4的电路具体包括4种具体电路结构：

第一种电路结构如图2(a)所示：

输入电路3包括2个发光二极管R2和R3，以及防反二极管R1。发光二极管R2和R3相互串联，其串联后的阳极端形成输入电路3的输入端正极，其串联后的阴极端与防反二极管R1的阳极连接，防反二极管R1的阴极形成输入电路3的输入端负极。

输出电路4包括光伏二极管阵列R4、功率场效应管Q1和Q2，以及稳压管R5。光伏二极管阵列R4的阳极端同时连接功率场效应管Q1和Q2的源极。光伏二极管阵列R4的阴极端同时连接功率场效应管Q1和Q2的栅极。功率场效应管Q1的漏极形成输出电路4的输出端正极，功率场效应管Q2的漏极形成输出电路4的输出端负极。稳压管R5的阳极连接光伏二极管阵列R4的阴极端。稳压管R5的阴极连接光伏二极管阵列R4的阳极端。

第二种电路结构如图2(b)所示：

输入电路3包括2个发光二极管R2和R3，以及防反二极管R1。发光二极管R2和R3相互并联，其并联后的阳极端形成输入电路3的输入端正极，其并联后的阴极端与防反二极管R1的阳极连接，防反二极管R1的阴极形成输入电路3的输入端负极。

输出电路4包括光伏二极管阵列R4、功率场效应管Q1和Q2，以及稳压管R5。光伏二极管阵列R4的阳极端同时连接功率场效应管Q1和Q2的源极。光伏二极管阵列R4的阴极端同时连接功率场效应管Q1和Q2的栅极。功率场效应管Q1的漏极形成输出电路4的输出端正极，功率场效应管Q2的漏极形成输出电路4的输出端负极。稳压管R5的阳极连接光伏二极管阵列R4的阴极端。稳压管R5的阴极连接光伏二极管阵列R4的阳极端。

第三种电路结构如图2(c)所示：

输入电路3包括2个发光二极管R2和R3，以及防反二极管R1。发光二极管R2和R3相互串联，其串联后的阳极端形成输入电路3的输入端正极，其串联后的阴极端与防反二极管R1的阳极连接，防反二极管R1的阴极形成输入电路3的输入端负极。

输出电路4包括光伏二极管阵列R4、功率场效应管Q1和Q2，以及稳压管R5。光伏二极管阵列R4的阳极端同时连接功率场效应管Q1和Q2的栅极。光伏二极管阵列R4的阴极端同时连接功率场效应管Q1和Q2的漏极。功率场效应管Q1的漏极形成输出电路4的输出端正极，功率场效应管Q2的漏极形成输出电路4的输出端负极。稳压管R5的阳极连接光伏二极管阵列R4的阴极端。稳压管R5的阴极连接光伏二极管阵列R4的阳极端。

第四种电路结构如图2(d)所示：

输入电路3包括2个发光二极管R2和R3，以及防反二极管R1。发光二极管R2和R3相互并联，其并联后的阳极端形成输入电路3的输入端正极，其并联后的阴极端与防反二极管R1的阳极连接，防反二极管R1的阴极形成输入电路3的输入端负极。

输出电路4包括光伏二极管阵列R4、功率场效应管Q1和Q2，以及稳压管R5。光伏二极管阵列R4的阳极端同时连接功率场效应管Q1和Q2的栅极。光伏二极管阵列R4的阴极端同时连接功率场效应管Q1和Q2的漏极。功率场效应管Q1的漏极形成输出电路4的输出端正极，功率场效应管Q2的漏极形成输出电路4的输出端负极。稳压管R5的阳极连接光伏二极管阵列R4的阴极端。稳压管R5的阴极连接光伏二极管阵列R4的阳极端。

在输入电路3中：发光二极管R2和R3用于驱动光伏二极管阵列R4。防反二极管R1能够有效避免了光隔离器件在应用时出现反压导致损坏情况。在输出电路4中：光伏二极管阵列R4负责将接收到的光转换为电，并为后级提供电能。功率场效应管Q1和Q2可以为增强型的场效应管，也可以为耗尽型的场效应管，功率场效应管Q1和Q2采用反向串联连接，以实现输出双向模式。稳压管R5用于增强耐静电及抗干扰能力，从而提高电路的稳定性。

输入电路3的各个元器件采用导电银胶粘接在基板1上，元器件之间的电气连接采用金丝球键合工艺。输出电路4的各个元器件采用导电银胶粘接在基座2上，元器件之间的电气连接采用金丝球键合工艺。当输入电路3组装到基板1上，且输出电路4组装到基座2上后，两者通过导电银胶粘接实现直射式的连接关系。

输入电路3的发光二极管R2和R3与输出电路4的光伏二极管阵列R4采用直射式的光照方式实现光耦合。为了能够让输入电路3的发光二极管R2和R3所发出的更多的光线被输出电路4的光伏二极管阵列R4所接收，发光二极管R2和R3在基板1的表面上相互错开，即在发光二极管R2和R3在基板1的平面上，其x方向中轴线和y方向中轴线两者均不重合。

为了能够让输入电路3和输出电路4能够更好的实现光耦合，同时也为了能够降低整个继电器的高度，基板1和基座2上均开设有每个元器件的定位沉孔5图3为基板1的两种立体结构示意图，其上分别开设有发光二极管R2和R3，以及防反二极管R1的定位沉孔5，其中图3(a)为发光二极管R2和R3并联时的定位沉孔5示意图，图3(b)为发光二极管R2和R3串联时的定位沉孔5示意图。图4为基座2的立体结构示意图，其上分别开设有光伏二极管阵列R4、功率场效应管Q1和Q2，以及稳压管R5的定位沉孔5。

需要说明的是，尽管以上本发明所述的实施例是说明性的，但这并非是对本发明的限制，因此本发明并不局限于上述具体实施方式中。在不脱离本发明原理的情况下，凡是本领域技术人员在本发明的启示下获得的其它实施方式，均视为在本发明的保护之内。