直流固態繼電器的制作
發布者:admin 點擊:1418 發表時間:2014-9-24

本文介紹采用分立元器件制作的直流SSR,電路十分簡單、成本較低、性能良好,適合白行制作。

  電路及工作原理

      一種適合制作的通用直流SSR電路如下圖所示。

 

它由光電耦合器(IC)、N溝道功率MOSFET(VT)及電阻(R1)三個元器件組成。外圍元件僅限流電阻Rin。被驅動的負載RL可以是阻性負載或感性負載(如直流無刷電動機、螺管線圈、電磁閥等)。

  其工作原理如下:未加控制電壓VCC時,光耦中的紅外發光二極管不發光,光電三極管截止,VT的Vgs=OV,VT截止(相當于開關斷開如圖a所示),負載失電;當加上控制電壓Vcc后,有一定電流流經紅外發光二極管,使光電三極管飽和導通,R1上的電壓VR1=Vdd-Vce(set)。一般光電三極管的Vce(set)約零點幾伏,所以VR1≈Vdd。R1兩端連接的G極及S極,即Vgs=Vr1≈Vdd(Vdd≥5V))VT導通(相當于開關閉合,如圖b所示),負載得電。

  直流SSR就是一個電控隔離型直流開關。光電隔離絕緣電壓可達幾千伏,功率MOSFET的導通電阻Rds(on)很小,其開關損耗很小,并且開關速度較快,工作電壓Vdd從5V到幾百伏,電流從幾百毫安到幾十安培,應用范圍很寬。

  元器件簡介

  本文介紹的SSR采用4N35光耦及FQP50NO6功率MOSFET,可做成負載工作電壓5~l2V,負載電流可達5A的直流SSR。

  1、4N354N35是一種由紅外發光二極管及光電三極管組成的光耦。它主要特點:絕緣電壓大于7500V;電流傳輸率大于100%;發光二極管Vf=1.2V典型值;If(max)=60mA;Vrb=6.OV;光電三極管的V(br)ceo≥30V、Vce(set)=0.14V(典型值);其開關特性是導通時間tm≤lOμs,關斷時間Toff≤10μs。

  4N35有6管腳DIP封裝及SO封裝,內部結構及排列如下圖所示。3腳為空腳,6腳不用(懸空)。

  2.FQP5ON06   FQP50NO6是N溝道功率MOSFET(增強型),TO-220封裝,管腳排列如下圖所示。

      該器件主要特點:Vdss=60V;Rds(on)極低,典型值0.018Ω(Vgs=1OV,Id=25A),最大值為0.O22Ω;Id=50A(連續漏極電流,Tc=25℃);最大的Vgs=±25V;最大管耗Pd=120W(Tc=25℃);工作結溫-55~+175℃;閾值電壓Vgs(th)=2.0~4.OV(Vds=5V,Id=250μA)。

  制作方法

  由于整個電路僅三個元器件,因此,將此SSR電路做在印制板上(作為系統電路的一部分)是十分簡單的,若整個系統電路的元器件都采用貼片式,則光耦及功率MOSFET采用貼片式器件即可。這里介紹做成一個功能??櫚墓?,并且采用“仿貼片”的方法來制作。采用“仿貼片”

  方法是可以省印制板面積)另外,其目的是印制板的背面可用來安裝散熱片,使結構更簡單。

  1、“仿貼片”方法所謂“仿貼片”方法是對穿孔式封裝的器件改成貼片式裝配的方式。4N35是將管腳剪短,然后折彎后將管腳彎到器件底部,如下圖所示;

功率MOSFET是將管腳剪短(中間的管腳剪去,利用散熱板作D極),折彎后如下所示。

在折彎時應防止彎曲半徑過小而產生斷裂,最好在折彎時在彎曲處放一個直徑約1mm的儀表改錐(或銅絲)如a所示。若直接彎曲90度角時,有可能在彎角處產生裂紋,在再次彎成直角時,管腳齊根斷裂,如圖b所示。

  2、印制板的繪制可以采用計算機輔助設計來繪制印制板,繪制的印制板如下圖所示。

它是雙面敷銅板,目的是通過金屬化孔導熱,再通過小型散熱片達到散熱的目的(負載電流大于5A時用)。印制板尺寸32x26.5mm,t=1mm。

  3、裝配1)裝引腳:用O.6xO.6mm的L形插腳排的插針作引。因插針的斷面是方形的,可能比引腳孔大一些,用銼刀將直角倒圓,將插針插入印制板(如圖a,要注意插入的方向);用鉗子將插針彎曲,如圖b;再將多部分用偏口鉗剪掉(如圖c所示),并用鉗子將它與印制板壓緊(壓前要使它保持90度,(如圖d所示)。然后用焊錫將引腳焊好。

  2)焊元器件:先焊光耦,3腳與6腳可以焊上(主要是增加器件與印制板連接牢固),然后焊貼片式0805尺寸的1OkΩ電阻,最后用M3螺釘、墊片及螺帽裝上功率MOSFET后,焊功率MOSFET。焊接時應采用尖頭(φ2)烙鐵頭的20W鉻鐵,采用φ0.8松香焊接仝生有較好效果。

  焊接前應用沾酒精的棉球清潔焊接處,焊接后應檢杏有無“粘連”或漏焊之處。

  負載電流在5A以下時,功率MOS-FET的損耗較小,發熱不大,可不裝散熱片;若負載電流在5A時要加裝散熱片(其尺寸要實驗定)。

  裝好的直流SSR、印制板(正、反面)、光耦及MOSFET如下圖所示。

  圖1的電路適合Vdd的電壓是5~l2V,若Vdd要增大到l5~24V,可增加一個電阻R2,如下圖所示。

在印制板設計時留了這電阻的焊盤,只要將中間的連接紱用小刀切斷即可。

  一種由單片機控制直流SSR、驅動l2V直流電機的電路如下圖所示。

由5V供電的單片機在I/0口輸出高電平時約5V,Rin可按式計算,Rin可取720Ω標準電阻值。

  直流電機的兩端并接一個二極管是防止電機在斷電瞬間產生的感應電勢與Vdd疊加而損壞MOSFET管。I/0口輸出高電平時;電機得電轉動、I/0口輸出低電平時,電機停轉。最大的負載電流Ir可達5A。在Ir=5A時的MOSFET的管耗Pd=Ir的平方×Rds(on)=(5A)的平方×0.022Ω=0.55W。

  而在5A負載電流時,在MOSFET上的管壓陣Vds=Ir×Rds(on)=5A×O.022Ω=0.11W。從這個例可以看出此直流SSR的性能是很好的。