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    直流固态继电器的制作
    发布者:admin 点击:1366 发表时间:2014-9-24

    本文介绍采用分立元器件制作的直流SSR,电路十分简单、成本较低、性能良好,适合白行制作。

      电路及工作原理

          一种适合制作的通用直流SSR电路如下图所示。

     

    它由光电耦合器(IC)、N沟道功率MOSFET(VT)及电阻(R1)三个元器件组成。外围元件仅限流电阻Rin。被驱动的负载RL可以是阻性负载或感性负载(如直流无刷电动机、螺管线圈、电磁阀等)。

      其工作原理如下:未加控制电压VCC时,光耦中的红外发光二极管不发光,光电三极管截止,VT的Vgs=OV,VT截止(相当于开关断开如图a所示),负载失电;当加上控制电压Vcc后,有一定电流流经红外发光二极管,使光电三极管饱和导通,R1上的电压VR1=Vdd-Vce(set)。一般光电三极管的Vce(set)约零点几伏,所以VR1≈Vdd。R1两端连接的G极及S极,即Vgs=Vr1≈Vdd(Vdd≥5V))VT导通(相当于开关闭合,如图b所示),负载得电。

      直流SSR就是一个电控隔离型直流开关。光电隔离绝缘电压可达几千伏,功率MOSFET的导通电阻Rds(on)很小,其开关损耗很小,并且开关速度较快,工作电压Vdd从5V到几百伏,电流从几百毫安到几十安培,应用范围很宽。

      元器件简介

      本文介绍的SSR采用4N35光耦及FQP50NO6功率MOSFET,可做成负载工作电压5~l2V,负载电流可达5A的直流SSR。

      1、4N354N35是一种由红外发光二极管及光电三极管组成的光耦。它主要特点:绝缘电压大于7500V;电流传输率大于100%;发光二极管Vf=1.2V典型值;If(max)=60mA;Vrb=6.OV;光电三极管的V(br)ceo≥30V、Vce(set)=0.14V(典型值);其开关特性是导通时间tm≤lOμs,关断时间Toff≤10μs。

      4N35有6管脚DIP封装及SO封装,内部结构及排列如下图所示。3脚为空脚,6脚不用(悬空)。

      2.FQP5ON06   FQP50NO6是N沟道功率MOSFET(增强型),TO-220封装,管脚排列如下图所示。

          该器件主要特点:Vdss=60V;Rds(on)极低,典型值0.018Ω(Vgs=1OV,Id=25A),最大值为0.O22Ω;Id=50A(连续漏极电流,Tc=25℃);最大的Vgs=±25V;最大管耗Pd=120W(Tc=25℃);工作结温-55~+175℃;阈值电压Vgs(th)=2.0~4.OV(Vds=5V,Id=250μA)。

      制作方法

      由于整个电路仅三个元器件,因此,将此SSR电路做在印制板上(作为系统电路的一部分)是十分简单的,若整个系统电路的元器件都采用贴片式,则光耦及功率MOSFET采用贴片式器件即可。这里介绍做成一个功能??榈墓?,并且采用“仿贴片”的方法来制作。采用“仿贴片”

      方法是可以省印制板面积)另外,其目的是印制板的背面可用来安装散热片,使结构更简单。

      1、“仿贴片”方法所谓“仿贴片”方法是对穿孔式封装的器件改成贴片式装配的方式。4N35是将管脚剪短,然后折弯后将管脚弯到器件底部,如下图所示;

    功率MOSFET是将管脚剪短(中间的管脚剪去,利用散热板作D极),折弯后如下所示。

    在折弯时应防止弯曲半径过小而产生断裂,最好在折弯时在弯曲处放一个直径约1mm的仪表改锥(或铜丝)如a所示。若直接弯曲90度角时,有可能在弯角处产生裂纹,在再次弯成直角时,管脚齐根断裂,如图b所示。

      2、印制板的绘制可以采用计算机辅助设计来绘制印制板,绘制的印制板如下图所示。

    它是双面敷铜板,目的是通过金属化孔导热,再通过小型散热片达到散热的目的(负载电流大于5A时用)。印制板尺寸32x26.5mm,t=1mm。

      3、装配1)装引脚:用O.6xO.6mm的L形插脚排的插针作引。因插针的断面是方形的,可能比引脚孔大一些,用锉刀将直角倒圆,将插针插入印制板(如图a,要注意插入的方向);用钳子将插针弯曲,如图b;再将多部分用偏口钳剪掉(如图c所示),并用钳子将它与印制板压紧(压前要使它保持90度,(如图d所示)。然后用焊锡将引脚焊好。

      2)焊元器件:先焊光耦,3脚与6脚可以焊上(主要是增加器件与印制板连接牢固),然后焊贴片式0805尺寸的1OkΩ电阻,最后用M3螺钉、垫片及螺帽装上功率MOSFET后,焊功率MOSFET。焊接时应采用尖头(φ2)烙铁头的20W铬铁,采用φ0.8松香焊接仝生有较好效果。

      焊接前应用沾酒精的棉球清洁焊接处,焊接后应检杏有无“粘连”或漏焊之处。

      负载电流在5A以下时,功率MOS-FET的损耗较小,发热不大,可不装散热片;若负载电流在5A时要加装散热片(其尺寸要实验定)。

      装好的直流SSR、印制板(正、反面)、光耦及MOSFET如下图所示。

      图1的电路适合Vdd的电压是5~l2V,若Vdd要增大到l5~24V,可增加一个电阻R2,如下图所示。

    在印制板设计时留了这电阻的焊盘,只要将中间的连接绂用小刀切断即可。

      一种由单片机控制直流SSR、驱动l2V直流电机的电路如下图所示。

    由5V供电的单片机在I/0口输出高电平时约5V,Rin可按式计算,Rin可取720Ω标准电阻值。

      直流电机的两端并接一个二极管是防止电机在断电瞬间产生的感应电势与Vdd叠加而损坏MOSFET管。I/0口输出高电平时;电机得电转动、I/0口输出低电平时,电机停转。最大的负载电流Ir可达5A。在Ir=5A时的MOSFET的管耗Pd=Ir的平方×Rds(on)=(5A)的平方×0.022Ω=0.55W。

      而在5A负载电流时,在MOSFET上的管压阵Vds=Ir×Rds(on)=5A×O.022Ω=0.11W。从这个例可以看出此直流SSR的性能是很好的。

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