本發(fā)明涉及電子設(shè)備領(lǐng)域，尤其是一種高邊智能固態(tài)繼電器。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的電磁繼電器具有經(jīng)濟(jì)、可靠、無(wú)靜態(tài)功耗、電源利用率高和輸入和輸出回路間高度隔離、易于實(shí)現(xiàn)大功率化等優(yōu)點(diǎn)。但是，電磁繼電器存在固有缺點(diǎn)：

電磁繼電器的機(jī)械觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)具有開關(guān)瞬時(shí)抖動(dòng)的缺點(diǎn)，使得：(1)開關(guān)延遲時(shí)間必須長(zhǎng)達(dá)7ms限制了高速應(yīng)用；(2)對(duì)環(huán)境有電火花和電磁輻射；(3)電火花腐蝕、金屬氧化和彈性疲勞使觸點(diǎn)可靠性下降，壽命有限；(4)不能適應(yīng)繼電器智能化和數(shù)字化控制的低功耗驅(qū)動(dòng)需要。

固態(tài)繼電器的輸出電路是在觸發(fā)信號(hào)的控制下，實(shí)現(xiàn)固態(tài)繼電器的“無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)”通斷切換。輸出電路主要由輸出器件(芯片)和起瞬態(tài)抑制作用的吸收回路組成，有時(shí)還包括反饋電路。

目前，各種固態(tài)繼電器使用的輸出器件主要有晶體三極管(transistor)、單向可控硅(thyristor或scr)、雙向可控硅(triac)、mos場(chǎng)效應(yīng)管(mosfet)、絕緣柵型雙極晶體管(igbt)等。

固體繼電器在一定程度上克服了電磁繼電器的缺點(diǎn)，用可控硅或巨型晶體管作為固體開關(guān)元件，提高了繼電器使用壽命和在惡劣環(huán)境中使用的適應(yīng)能力；小信號(hào)驅(qū)動(dòng)能力及高速開關(guān)特性容易實(shí)現(xiàn)智能化控制。但是，這種固體繼電器也有它的缺點(diǎn)：(1)輸入和輸出控制回路之間沒有隔離，對(duì)感性負(fù)載而言輸入回路的元器件易受破壞。(2)可控硅或巨型晶體管都具有較大的飽和壓降，使得這種固體繼電器的電源利用效率降低、自身功耗大。(3)靜態(tài)維持電流大。

固體繼電器的開關(guān)元件開始采用功率mos管，解決了大電流情況下的飽和壓降偏大/決開關(guān)管的電壓閾值損耗問(wèn)題。通常的解決方法是需要引進(jìn)電荷泵電路，但又帶來(lái)電磁輻射影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種高邊智能固態(tài)繼電器。

一種高邊智能固態(tài)繼電器，包括有帶限流驅(qū)動(dòng)led光mos繼電器m1和恒流驅(qū)動(dòng)led光電泵m2，負(fù)載電源電壓v2經(jīng)由恒流源電性串接控制于所述光mos繼電器m1和光電泵m2，所述光mos繼電器m1和光電泵m2組合形成限流驅(qū)動(dòng)信號(hào)與強(qiáng)電隔離具有極小靜態(tài)功耗的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；控制信號(hào)電壓v1連接于光mos繼電器m1驅(qū)動(dòng)側(cè)高端，驅(qū)動(dòng)側(cè)低端接地；負(fù)載電源電壓v2經(jīng)由恒流源連接于光電泵m2的驅(qū)動(dòng)側(cè)高端，驅(qū)動(dòng)側(cè)低端連接于光mos繼電器m1的受控側(cè)高端，受控側(cè)低端與萬(wàn)分之一負(fù)載電流檢測(cè)采樣電阻r、負(fù)載電阻rl的共同低端一起接電源地。負(fù)載電源電壓v2連接于功率電子開關(guān)k2高端，功率電子開關(guān)k2的低端連接于電流檢測(cè)的高端，功率電子開關(guān)k2的控制端連接于電子開關(guān)k1的高端；電子開關(guān)k1的高端電性連接于光電泵m2受控側(cè)的高端，電子開關(guān)k1的低端分別電性連接于光電泵m2受控側(cè)低端、功率電子開關(guān)k2和電流檢測(cè)的節(jié)點(diǎn)；電子開關(guān)k1的控制端連接于控制邏輯的輸出端，控制邏輯的輸入端電性連接于電流檢測(cè)的輸出側(cè)；電流檢測(cè)的低端連接于負(fù)載rl的高端，負(fù)載rl的低端接地；電流檢測(cè)的輸出側(cè)電性連接于萬(wàn)分之一負(fù)載電流檢測(cè)采樣電阻r的高端，萬(wàn)分之一負(fù)載電流檢測(cè)采樣電阻r的低端連接于負(fù)載rl的低端電源地。

作為一種優(yōu)選方案的，電流檢測(cè)與運(yùn)算放大器組成1/10000比例負(fù)載電流實(shí)時(shí)共地檢測(cè)部分；負(fù)載電流i-load通過(guò)r-sense在電阻r5、電阻r6兩端產(chǎn)生壓降，電阻r6電性連接于2號(hào)節(jié)點(diǎn)，2號(hào)節(jié)點(diǎn)經(jīng)由電阻r7連接于4號(hào)節(jié)點(diǎn)，負(fù)載端經(jīng)由電阻r5連接于1號(hào)節(jié)點(diǎn)，1號(hào)節(jié)點(diǎn)經(jīng)由電阻r8連接于3號(hào)節(jié)點(diǎn)，3號(hào)節(jié)點(diǎn)和4號(hào)節(jié)點(diǎn)之間設(shè)有電阻r，所述4號(hào)節(jié)點(diǎn)經(jīng)由檢測(cè)電路接地。

作為一種優(yōu)選方案的，所述電阻r的阻值大小不為零。

作為一種優(yōu)選方案的，當(dāng)控制信號(hào)電壓v1信號(hào)為低時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)關(guān)斷，當(dāng)控制信號(hào)電壓v1輸入高電平(1.2v以上)時(shí)，僅需3-5ma輸入電流就可(＜2ms)打開功率電子開關(guān)k2，驅(qū)動(dòng)負(fù)載rl；此時(shí)電子開關(guān)k1斷開，功率電子開關(guān)k2由光電泵m2電壓驅(qū)動(dòng)打開；功率電子開關(guān)k2的驅(qū)動(dòng)通過(guò)檢測(cè)元件受控制邏輯控制，檢測(cè)元件檢測(cè)到系統(tǒng)出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，控制邏輯即觸發(fā)電子開關(guān)k1、關(guān)斷功率電子開關(guān)k2。

本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)輸入輸出全隔離(隔離電壓≧1500v)，led光電耦合。驅(qū)動(dòng)電流3-10ma，驅(qū)動(dòng)電壓最低可至1.2v，輸出電流10a-30a(按需配置不同功率most來(lái)實(shí)現(xiàn))。開關(guān)時(shí)間較電磁繼電器快2-3倍，可以工作在pwm模式下。

(2)采用n溝道m(xù)osfet功率管，內(nèi)部采用集成光電泵m2，無(wú)需電荷泵電路就可以實(shí)現(xiàn)高邊驅(qū)動(dòng)。并且具有負(fù)載電流實(shí)時(shí)檢測(cè)功能(輸出萬(wàn)分之一負(fù)載電流，精度優(yōu)于5％)。工作溫度范圍-40℃-+120℃.；適用于dc12-24v供電的各種阻性、感性或容性負(fù)載。

(3)具有多項(xiàng)保護(hù)功能：短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)、感性負(fù)載保護(hù)、掉地和掉電保護(hù)、靜電放電保護(hù)和電源反接保護(hù)。靜態(tài)工作電流≤10ua?？煽啃院褪褂脡勖入姶爬^電器提高二個(gè)數(shù)量級(jí)。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明光電隔離、耦合電壓泵觸發(fā)控制電路示意圖；

圖2為本發(fā)明負(fù)載電流實(shí)時(shí)檢測(cè)原理示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本公開的示例性實(shí)施例。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實(shí)施例，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實(shí)現(xiàn)本公開而不應(yīng)被這里闡述的實(shí)施例所限制。相反，提供這些實(shí)施例是為了能夠更透徹地理解本公開，并且能夠?qū)⒈竟_的范圍完整的傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

首先，對(duì)附圖1和附圖2中的圖示進(jìn)行專業(yè)術(shù)語(yǔ)定義：‘電子開關(guān)k1’的頂上面引出線稱為電子開關(guān)k1的高端，底下面引出線稱為電子開關(guān)k1的低端，右側(cè)面引出線稱為電子開關(guān)k1的控制端。

‘功率電子開關(guān)k2’的mosfet頂上面引出線稱為功率電子開關(guān)k2的高端，底下面引出線稱為功率電子開關(guān)k2的低端，左側(cè)面引出線稱為功率電子開關(guān)k2的控制端。

‘光mos繼電器m1’的左側(cè)面稱為驅(qū)動(dòng)側(cè)，左側(cè)面上部引出線稱為驅(qū)動(dòng)側(cè)高端，左側(cè)面下部引出線稱為驅(qū)動(dòng)側(cè)低端。光mos繼電器m1的右側(cè)面稱為受控側(cè)，右側(cè)面上部引出線稱為受控側(cè)高端，右側(cè)面下部引出線稱為受控側(cè)低端

‘光電泵m2’的左側(cè)面稱為驅(qū)動(dòng)側(cè)，左側(cè)面上部引出線稱為驅(qū)動(dòng)側(cè)高端，左側(cè)面下部引出線稱為驅(qū)動(dòng)側(cè)低端。光電泵m2的右側(cè)面稱為受控側(cè)，右側(cè)面上部引出線稱為受控側(cè)高端，右側(cè)面下部引出線稱為受控側(cè)低端。

‘控制邏輯’頂上面引出線稱為控制邏輯的輸出端，右側(cè)面引出線稱為控制邏輯的輸入端。

‘電流檢測(cè)’頂上面引出線稱為電流檢測(cè)的高端，底下面引出線稱為電流檢測(cè)的低端。電流檢測(cè)左側(cè)面稱為電流檢測(cè)的輸出側(cè)，左側(cè)面上部引出線稱為電流檢測(cè)輸出高端，左側(cè)面下部引出線稱為電流檢測(cè)輸出低端。

‘負(fù)載rl’上部端子稱為負(fù)載rl的高端，負(fù)載rl下部端子稱為負(fù)載rl的低端。

‘萬(wàn)分之一負(fù)載電流檢測(cè)采樣電阻r上部端子稱為萬(wàn)分之一負(fù)載電流檢測(cè)采樣電阻r的高端，萬(wàn)分之一負(fù)載電流檢測(cè)采樣電阻r下部端子稱為萬(wàn)分之一負(fù)載電流檢測(cè)采樣電阻r的低端。

‘負(fù)載電源電壓v2’和‘控制信號(hào)電壓v1’。

由附圖1和附圖2所示，一種高邊智能固態(tài)繼電器，包括有帶限流驅(qū)動(dòng)led光mos繼電器m1和恒流驅(qū)動(dòng)led光電泵m2，負(fù)載電源電壓v2經(jīng)由恒流源電性串接控制于所述光mos繼電器m1和光電泵m2，所述光mos繼電器m1和光電泵m2組合形成限流驅(qū)動(dòng)信號(hào)與強(qiáng)電隔離，具有極小靜態(tài)功耗的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；控制信號(hào)電壓v1連接于光mos繼電器m1驅(qū)動(dòng)側(cè)高端，驅(qū)動(dòng)側(cè)低端接地；負(fù)載電源電壓v2經(jīng)由恒流源連接于負(fù)載電源v2光電泵m2的驅(qū)動(dòng)側(cè)高端，驅(qū)動(dòng)側(cè)低端連接于光mos繼電器m1的受控側(cè)高端，受控側(cè)低端連接于萬(wàn)分之一負(fù)載電流采樣電阻r的低端；負(fù)載電源電壓v2連接于功率電子開關(guān)k2高端，功率電子開關(guān)k2的低端連接于電流檢測(cè)的高端，功率電子開關(guān)k2的控制端連接于電子開關(guān)k1的高端；電子開關(guān)k1的高端電性連接于光電泵m2受控側(cè)的高端，電子開關(guān)k1的低端分別電性連接于光電泵m2受控側(cè)低端、功率電子開關(guān)k2和電流檢測(cè)的節(jié)點(diǎn)；電子開關(guān)k1的控制端連接于控制邏輯的輸出端，控制邏輯的輸入端電性連接于電流檢測(cè)的輸出側(cè)；電流檢測(cè)的低端連接于負(fù)載rl的高端，負(fù)載rl的低端接地；電流檢測(cè)的輸出側(cè)電性連接于萬(wàn)分之一負(fù)載電流采樣電阻r的高端，萬(wàn)分之一負(fù)載電流采樣電阻r的低端連接于負(fù)載rl的低端。

作為一種優(yōu)選方案的，電流檢測(cè)與運(yùn)算放大器組成1/10000比例負(fù)載電流實(shí)時(shí)共地檢測(cè)部分；負(fù)載電流i-load通過(guò)r-sense在電阻r5、電阻r6兩端產(chǎn)生壓降，電阻r6電性連接于2號(hào)節(jié)點(diǎn)，2號(hào)節(jié)點(diǎn)經(jīng)由電阻r7連接于4號(hào)節(jié)點(diǎn)，r-sense另一端經(jīng)由電阻r5連接于1號(hào)節(jié)點(diǎn)，1號(hào)節(jié)點(diǎn)經(jīng)由電阻r8連接于3號(hào)節(jié)點(diǎn)，3號(hào)節(jié)點(diǎn)和4號(hào)節(jié)點(diǎn)之間設(shè)有電阻r，所述4號(hào)節(jié)點(diǎn)經(jīng)由檢測(cè)電路接地。

作為一種優(yōu)選方案的，本發(fā)明所述電阻r的阻值大小不為零。

一種高邊智能固態(tài)繼電器的工作原理：當(dāng)控制信號(hào)電壓v1信號(hào)為低時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)關(guān)斷，當(dāng)控制信號(hào)電壓v1輸入高電平(1.2v以上)時(shí)，僅需3-5ma輸入電流就可(＜2ms)打開功率電子開關(guān)k2，驅(qū)動(dòng)負(fù)載rl；此時(shí)電子開關(guān)k1斷開，功率電子開關(guān)k2由光電泵m2的泵電壓驅(qū)動(dòng)打開；功率電子開關(guān)k2的驅(qū)動(dòng)通過(guò)檢測(cè)元件受控制邏輯控制，檢測(cè)元件檢測(cè)到系統(tǒng)出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，控制邏輯即觸發(fā)電子開關(guān)k1、關(guān)斷功率電子開關(guān)k2。

實(shí)施例1

本發(fā)明采用一種限流驅(qū)動(dòng)led光mos繼電器m1和恒流驅(qū)動(dòng)led光電泵m2組合的電路升壓技術(shù)配合電子開關(guān)k1控制觸發(fā)電路，無(wú)需電荷泵電路就可以實(shí)現(xiàn)n溝功率mosfet的高邊驅(qū)動(dòng)(圖1所示)，當(dāng)v1信號(hào)為低時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)關(guān)斷，當(dāng)v1輸入高電平(1.2v以上)時(shí)，僅需3-5ma輸入電流就可以迅速(＜2ms)打開k2，驅(qū)動(dòng)動(dòng)負(fù)載rl，此時(shí)k1斷開，k2由m2的光電泵m2的泵電壓驅(qū)動(dòng)打開。k2的驅(qū)動(dòng)通過(guò)檢測(cè)元件受控制邏輯控制，一旦檢測(cè)元件檢測(cè)到系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)壓，過(guò)流(短路)，過(guò)溫，欠壓等現(xiàn)象，控制邏輯立即就觸發(fā)k1關(guān)斷k2，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)。

同時(shí)本發(fā)明具有負(fù)載電流實(shí)時(shí)共地(智能)檢測(cè)功能(輸出萬(wàn)分之一負(fù)載電流)；圖2中，r_sense為采樣電阻，若電阻r＝0、r7接于節(jié)點(diǎn)2與“地”之間，則r5、r6、r7、r8與運(yùn)放組成典型的減法器電路。

r5、r8及r6、r7的分壓將位于高邊電平的負(fù)載電流檢測(cè)信號(hào)[(i-load)×(r-sense)]降至適合一般運(yùn)放的輸入電平共模范圍內(nèi)。r8的負(fù)反饋使節(jié)點(diǎn)1的電平跟隨節(jié)點(diǎn)2，減法器輸出差值電壓施加于節(jié)點(diǎn)3、4與“地”之間的檢測(cè)采樣電阻r二端，此減法器輸出特性歸類于電壓源。

本發(fā)明中節(jié)點(diǎn)3與節(jié)點(diǎn)4之間串接入電阻r≠0，且r7改接于節(jié)點(diǎn)2與節(jié)點(diǎn)4之間；則減法器輸出差值電壓施加于節(jié)點(diǎn)3與節(jié)點(diǎn)4之間的電阻r二端。即減法器輸出流過(guò)檢測(cè)采樣電阻r的電流為(差值電壓/r)，此減法器輸出特性歸類于電流源。

為便于推演和獲簡(jiǎn)明的定量關(guān)系，取r5＝r6＝r7＝r8、r7>>r、r8>>r則可得：減法器輸出流過(guò)檢測(cè)采樣電阻r的電流即(i-load)/10000≈(i-load)×(r-sense)/r。電路設(shè)計(jì)時(shí)，取(r-sense)/r＝1/10000，則減法器輸出萬(wàn)分之一負(fù)載電流，當(dāng)流過(guò)負(fù)載電阻rl的電流i_rl＝10a時(shí)，如果取r＝1kω(0.1％)，則檢測(cè)采樣電阻r二端的電壓為1v，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載電流1/10000的共地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

若取(r-sense)/r＝1/2000，則減法器輸出二千分之一負(fù)載電流；其他輸出依次類推，

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。