自己动手制作固态继电器

作者 任杰 来源 《无线电》杂志 2009.03
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发布时间 2011-01-05

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可靠、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,保证控制电压大范围内变动时,光电耦合器可靠地工作。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,变化量不超过±1mA。光电耦合器实现了以光为介质的信号传输,使输入/输出端可靠隔离,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。

制作固态继电器

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,负载电流最大为3A;选用BCR10AM时,最大电流为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,特别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。

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