[实用新型]一种高边智能固态继电器

说明书

技术领域

本实用新型涉及电子设备领域，尤其是一种高边智能固态继电器。

背景技术

传统的电磁继电器具有经济、可靠、无静态功耗、电源利用率高和输入和输出回路间高度隔离、易于实现大功率化等优点。但是，电磁继电器存在固有缺点：

电磁继电器的机械触点结构具有开关瞬时抖动的缺点，使得：(1)开关延迟时间必须长达7ms限制了高速应用；(2)对环境有电火花和电磁辐射；(3)电火花腐蚀、金属氧化和弹性疲劳使触点可靠性下降，寿命有限；(4)不能适应继电器智能化和数字化控制的低功耗驱动需要。

固态继电器的输出电路是在触发信号的控制下，实现固态继电器的“无触点开关”通断切换。输出电路主要由输出器件(芯片)和起瞬态抑制作用的吸收回路组成，有时还包括反馈电路。

目前，各种固态继电器使用的输出器件主要有晶体三极管(Transistor)、单向可控硅 (Thyristor或SCR)、双向可控硅(Triac)、MOS场效应管(MOSFET)、绝缘栅型双极晶体管 (IGBT)等。

固体继电器在一定程度上克服了电磁继电器的缺点，用可控硅或巨型晶体管作为固体开关元件，提高了继电器使用寿命和在恶劣环境中使用的适应能力；小信号驱动能力及高速开关特性容易实现智能化控制。但是，这种固体继电器也有它的缺点：(1)输入和输出控制回路之间没有隔离，对感性负载而言输入回路的元器件易受破坏。(2)可控硅或巨型晶体管都具有较大的饱和压降，使得这种固体继电器的电源利用效率降低、自身功耗大。 (3)静态维持电流大。

固体继电器的开关元件开始采用功率MOS管，解决了大电流情况下的饱和压降偏大/ 决开关管的电压阈值损耗问题。通常的解决方法是需要引进电荷泵电路，但又带来电磁辐射影响。

实用新型内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种高边智能固态继电器。

一种高边智能固态继电器，包括有带限流驱动LED光MOS继电器M1和恒流驱动LED 光电泵M2，负载电源电压V2经由恒流源电性串接控制于所述光MOS继电器M1和光电泵M2，所述光MOS继电器M1和光电泵M2组合形成限流驱动信号与强电隔离具有极小静态功耗的拓扑结构；控制信号电压V1连接于光MOS继电器M1驱动侧高端，驱动侧低端接地；负载电源电压V2经由恒流源连接于光电泵M2的驱动侧高端，驱动侧低端连接于光MOS继电器M1的受控侧高端，受控侧低端与万分之一负载电流检测采样电阻r、负载电阻RL的共同低端一起接电源地。负载电源电压V2连接于功率电子开关K2高端，功率电子开关K2的低端连接于电流检测的高端，功率电子开关K2的控制端连接于电子开关 K1的高端；电子开关K1的高端电性连接于光电泵M2受控侧的高端，电子开关K1的低端分别电性连接于光电泵M2受控侧低端、功率电子开关K2和电流检测的节点；电子开关K1的控制端连接于控制逻辑的输出端，控制逻辑的输入端电性连接于电流检测的输出侧；电流检测的低端连接于负载RL的高端，负载RL的低端接地；电流检测的输出侧电性连接于万分之一负载电流检测采样电阻r的高端，万分之一负载电流检测采样电阻r的低端连接于负载RL的低端电源地。

作为一种优选方案的，电流检测与运算放大器组成1/10000比例负载电流实时共地检测部分；负载电流I-load通过R-sense在电阻R5、电阻R6两端产生压降，电阻R6电性连接于2号节点，2号节点经由电阻R7连接于4号节点，负载端经由电阻R5连接于1号节点，1号节点经由电阻R8连接于3号节点，3号节点和4号节点之间设有电阻R，所述4 号节点经由检测电路接地。

作为一种优选方案的，所述电阻R的阻值大小不为零。

作为一种优选方案的，当控制信号电压V1信号为低时，整个系统关断，当控制信号电压V1输入高电平(1.2V以上)时，仅需3-5mA输入电流就可(＜2mS)打开功率电子开关K2，驱动负载RL；此时电子开关K1断开，功率电子开关K2由光电泵M2电压驱动打开；功率电子开关K2的驱动通过检测元件受控制逻辑控制，检测元件检测到系统出现异常现象，控制逻辑即触发电子开关K1、关断功率电子开关K2。

本实用新型和现有技术相比，其优点在于：

(1)输入输出全隔离(隔离电压≧1500V)，LED光电耦合。驱动电流3-10mA，驱动电压最低可至1.2V，输出电流10A-30A(按需配置不同功率MOST来实现)。开关时间较电磁继电器快2-3倍，可以工作在PWM模式下。