一种具有抗干扰功能的固态继电器驱动电路的制作方法

1.本发明涉及固态继电器技术领域，尤其是涉及一种具有抗干扰功能的固态继电器驱动电路。


背景技术：

2.固态继电器具有小体积、高可靠和长寿命等优点，正在逐渐代替传统的电磁触点式继电器广泛应用于高可靠领域，特别是一些要求比较高的控制系统中，采用固态继电器，还能够防止触点式继电器触点可能引起的打火。
3.但是，电子设备配电和控制系统应用中，普遍存在电磁干扰、控制信号抖动，较大范围的温度扰动等现象。由于要求比较高的控制系统，对高可靠电子系统的体积、重量以及系统复杂度等方面要求严格，对固态继电器更是提出了“抗电磁干扰”“抗温度漂移”等技术要求。针对抗电磁干扰，目前主要采用传统固态继电器前端并联rc网络，强制延时4ms～10ms。针对环境温度扰动，目前主要手段是采用专用集成电路或温敏电阻进行温漂抑制。且现有技术的“抗电磁干扰”“抗温度漂移”均独立于固态继电器的传统电路结构，使得电路结构复杂，电路结构通用性差，器件保障性低，很难满足高可靠性的要求。
4.传统固态继电器的驱动电路结构如图1所示，在上电后，控制信号直接施加到振荡电路放大管q的基极，容易在高频电磁干扰下瞬间起振，继电器误动作，抗干扰能力差；另外环境温度升高或降低，会引起放大管q的放大倍数β和be结电压vbe变大，引起继电器在输入接通电压、关断电压、输入电流等参数时产生剧烈变化，从而引起固态继电器性能不稳定。且电容c连接在正输入端与基极之间，在上电后，基极电压就被置位，没有延时作用。
5.因此，设计一种能够克服电磁干扰、抗温漂的固态继电器，是目前亟待解决的问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种具有抗干扰功能的固态继电器驱动电路，通过设置延时抗温漂电路，对控制信号进行延时与抗温漂处理，将抗电磁干扰与抗温漂电路与固态继电器结合在一起，不需要在固态继电器外围再设置抗干扰电路；利用振荡电路中放大管的be结负温度系数和抗温漂器件负温度系数之间的差异，实现抗温漂功能。
7.本发明的上述发明目的通过以下技术方案得以实现：
8.一种具有抗干扰功能的固态继电器驱动电路，包括依次连接的延时抗温漂电路、振荡电路、耦合输出电路，延时抗温漂电路用于对第一控制信号进行延时分压，生成直流控制信号；振荡电路的控制端连接延时抗温漂电路的输出端，用于将直流控制信号转换为交流电压信号，并以电磁能量的方式传递给耦合输出电路，耦合输出电路采用互感耦合及倍压整流的方式，将振荡电路的交流电压信号耦合后转换为输出直流电压，用于驱动固态继电器的功率器件。
9.本发明进一步设置为：延时抗温漂电路包括分压电路、延时电路和抗温漂电路，分
压电路、延时电路共用第一部分电路，抗温漂电路与分压电路共用第二部分电路，抗温漂电路与振荡电路共用第三部分电路。
10.本发明进一步设置为：分压电路采用电阻分压方式，包括串联连接的第一电阻、第二电阻，第一电阻的第一端连接第一正输入端，第一电阻、第二电阻的连接点为延时抗温漂电路的输出端，第二电阻的第二端连接抗温漂器件的第一端，抗温漂器件的第二端连接负输入端，第一电阻、第二电阻、抗温漂器件组成分压电路，用于对第一正输入端输入的第一控制信号进行分压，在延时抗温漂电路输出端与负输入端之间连接第一电容，第一电阻与第一电容组成rc延时电路，用于对第一控制信号进行延时，第一部分电路包括第一电阻，第二部分电路包括第一电阻、第二电阻、抗温漂器件。
11.本发明进一步设置为：振荡电路采用电容反馈式三点振荡方式，包括共基极放大电路和选频网路，共基极放大电路包括第一放大管，选频网路包括第一线圈、第二电容、第三电容，第一放大管的控制极连接延时抗温漂电路的输出端，第一放大管的输出端连接第一线圈的一端、第三电容的一端，其输入端连接第二电容的一端、第三电容的另一端、第三电阻的一端，第一线圈的另一端、第二电容的另一端同时连接第一正输入端，第三电阻的另一端连接负输入端，第三部分电路包括第一放大管、第三电阻。
12.本发明进一步设置为：抗温漂电路包括：延时抗温漂电路的第一电阻、第二电阻、抗温漂器件、振荡电路的第一放大管、第三电阻，形成抗温漂电路，第一放大管具有负温度系数，抗温漂器件是具有负温度系数的二极管，且第一放大管的be结电压降大于抗温漂器件的电压降。
13.本发明进一步设置为：第一电阻r1、第二电阻r2满足如下要求：
14.(r1+r2)(vbe
‑
v1)/r2+v1保持稳定，其中，vbe为第一放大管的be结电压，v1为抗温漂器件两端的压降。
15.本发明进一步设置为：耦合输出电路包括依次连接的第二线圈和倍压整流电路，第二线圈用于与第一线圈进行电磁耦合，倍压整流电路用于对第二线圈耦合的交流电进行倍压整流，得到输出直流电压，用于驱动固态继电器的功率器件，输出直流电压的电压值为第一正输入端输入电压的n倍，n是小于等于3的正整数。
16.本发明进一步设置为：倍压整流电路包括第四电容、第二二极管、第五电容、第三二极管、第六电容、第四二极管；第四电容的一端连接第二线圈的同相端并作为第一输出端，另一端连接第二二极管的负端、第三二极管的正端、第六电容的一端并作为第二输出端；第二二极管的正极连接第二线圈的反相端、第五电容的一端；第五电容的另一端连接第三二极管的负端、第四二极管的正端；第六电容的另一端连接第四二极管的负端并作为第三输出端。
17.本发明进一步设置为：还包括信号匹配电路，信号匹配电路连接在正输入端与负输入端之间，其输出作为第一正输入，用于连接延时抗温漂电路的输入；信号匹配电路设置在延时抗温漂电路的输入端，用于对初始控制信号进行电压或阻抗匹配。
18.本发明进一步设置为：信号匹配电路包括串联连接的阻抗单元和第七电容，其连接点作为信号匹配电路的输出端，用于输出第一正输入信号，阻抗单元的另一端连接初始输入端，第七电容的另一端连接负输入端，第七电容的两端用于为延时抗温漂电路提供第一正输入与负输入。
19.与现有技术相比，本技术的有益技术效果为：
20.1.本技术通过设置延时抗温漂电路，实现了固态继电器具有抗干扰性能，减少了固态继电器外围电路；
21.2.进一步地，本技术将延时和抗温漂电路结合在一起，利用抗温漂器件的负温度系数与振荡电路中放大管be结的负温度系数不同，基于延时电路中的电阻大小对二个负温度系数设置比例系数，在保证延时的同时实现了抗温漂功能。
附图说明
22.图1是传统固态继电器电路图；
23.图2是本技术的一个具体实施例的抗干扰固态继电器驱动电路结构示意图；
24.图3是本技术的又一个具体实施例的抗干扰固态继电器驱动电路结构示意图。
具体实施方式
25.以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
26.本技术的一种具有抗干扰功能的固态继电器驱动电路，包括依次连接的延时抗温漂电路、振荡电路、耦合输出电路，延时抗温漂电路的正输入端连接第一正输入端，其输出连接振荡电路的控制端，振荡电路的正输入端也连接第一正输入端，振荡电路的负输入端、延时抗温漂电路的负输入端连接在一起，连接固态继电器驱动电路的负输入端。
27.延时抗温漂电路包括分压电路、延时电路、抗温漂电路，分压电路与延时电路共用第一部分电路，抗温漂电路与分压电路共用第二部分电路，抗温漂电路与振荡电路共用第三部分电路。抗温漂电路包括具体负温度系数的抗温漂器件。
28.分压电路采用电阻分压方式，包括串联连接的第一电阻、第二电阻，第一电阻r1的第一端连接第一正输入端，第一电阻、第二电阻的连接点为延时抗温漂电路的输出端，第二电阻的第二端连接抗温漂器件的第一端，抗温漂器件的第二端连接负输入端，第一电阻、第二电阻、抗温漂器件组成分压电路，用于对第一正输入端输入的第一控制信号进行分压，在延时抗温漂电路输出端与负输入端之间连接第一电容，第一电阻与第一电容组成rc延时电路，用于对第一控制信号进行延时，消除第一控制信号的抖动或高频干扰的影响，分压电路与延时电路共用第一电阻，抗温漂电路与分压电路共用第一电阻、第二电阻、抗温漂器件。
29.振荡电路采用电容反馈式三点振荡方式，包括第一放大管，第一放大管的be结也具体负温度系数，考虑到be结的负温度系数与抗温漂器件的负温度系数具有差异，在抗温漂电路中，要求be结随温度的变化与抗温漂器件随温度变化时，满足be结电压降vbe大于抗温漂器件的电压降v1。振荡电路与抗温漂电路共用第一放大管。
30.在本技术的一个具体实施例中，一种具有抗干扰功能的固态继电器驱动电路，如图2所示，包括由串联连接的第一电阻r1、第二电阻r2、抗温漂器件d1组成的分压电路，由串联连接的第一电阻r1、第一电容c1组成的rc延时电路。
31.第一电阻r1的第一端连接第一正输入端，第一电阻r1、第二电阻r2的连接点作为分压电路的输出端，同时也是延时抗温漂电路的输出端，第二电阻r2的另一端与抗温漂器件d1的正端连接，抗温漂器件d1的负端连接负输入端。
32.第一电阻r1、第一电容c1组成的rc延时电路，上电延时的时间常数τon＝r1
×
c1。
33.振荡电路采用电容反馈式三点振荡电路，包括共基极放大电路和选频网路，共基极放大电路包括分压电路、第一放大管q1、第三电阻r3，第一放大管q1的基极连接分压电路的输出端，即延时抗温漂电路的输出端，第一放大管的发射极通过第三电阻r3接负输入端，第三电阻r3用于抬高基极电压，提供静态工作点，第一放大管采用npn三极管。
34.选频网路包括第一线圈l1、第二电容c2、第三电容c3。第一放大管q1的控制极(即基极)连接延时抗温漂电路的输出端，其输出极(即集电极)连接第一线圈l1的第二端、第三电容c3的一端，其输入极(即发射极)连接第二电容c2的另一端、第三电容c3的另一端、第三电阻r3的一端，第一线圈l1的第一端、第二电容c2的一端连接第一正输入端，第三电阻r3的另一端连接负输入端。
35.第一线圈l1、第二电容c2、第三电容c3组成的选频网路，振荡频率为：
[0036][0037]
第二电容c2实现正反馈，反馈系数为：
[0038][0039]
并联在第一放大管基极与负输入端之间的第一电容c1，其容值远大于第二电容c2、第三电容c3的容值，对交流信号视为短路。
[0040]
第一电容c1将第一放大管q1的基极下拉到输入负，在第一正输入端突然上电时，第一放大管q1的基极电压为低电位，通过第一电阻r1充电，慢慢上升，实现了延时进入振荡的特性，抗干扰能力强。
[0041]
第一放大管的be结具有负温度系数。
[0042]
振荡电器将直流信号转换为交流电磁信号，通过第一线圈l1以电磁方式传递出去。
[0043]
抗温漂电路包括抗温漂器件d1、第一放大管的be结。
[0044]
参照带隙参考稳压电路的原理
[0045]
对于pn结电压降，有
[0046]
其中k为波尔兹曼常数，t为热力学温度，q为电子电量，i为pn结电流，i
s
为pn结反向饱和电流。
[0047]
则对于第一放大管be结和d1两个pn结而言，有：
[0048][0049]
式中v1表示二极管d1两端的电压降，i1为d1的pn结电流，i
s1
为d1的pn结反向饱和电流；i
b2
为第一放大管be结的电流，i
s2
为第一放大管be结的反向饱和电流；
[0050]
在i
s2
和i
s1
一定的情况下，选定合适的i
b2
和i1，使得
△
pn为正温度系数。
[0051]
而v
be
为负温度系数，振荡电路对应某个静态工作点(振荡电路起振，继电器稳定工作的条件)有：
[0052][0053]
式中i
e
为静态工作点对应的发射极电流。
[0054]
为正温度系数，v1为负温度系数，为常数。
[0055]
选取合适的r1、r2可使温度变化影响抵消，von(voff)稳定在2.5v左右。
[0056]
耦合输出电路以电感线圈近场耦合的方式，接收振荡电路辐射的电磁能量，并采用倍压整流的方式产生1倍、2倍或3倍的整流电压信号，用于驱动后级固态继电器的功率器件。
[0057]
耦合输出电路包括依次连接的第二线圈l2和倍压整流电路，第二线圈l2用于与第一线圈l1进行电磁耦合，倍压整流电路用于对第二线圈l2耦合的交流电进行倍压整流，得到输出直流电压，用于驱动固态继电器的功率器件，输出直流电压的电压值为第一正输入端输入电压的n倍。
[0058]
倍压整流电路包括第四电容c4、第二二极管d2、第五电容c5、第三二极管d3、第六电容c6、第四二极管d4；第四电容c4的一端连接第二线圈l2的同相端，并作为第一输出端s1，另一端连接第二二极管d2的负端、第三二极管d3的正端、第六电容c6的一端，并作为第二输出端g1；第二二极管d2的正极连接第二线圈l2的反相端、第五电容c5的一端；第五电容c5的另一端连接第三二极管d3的负端、第四二极管d4的正端；第六电容c6的另一端连接第四二极管d4的负端，并作为第三输出端g2。
[0059]
第一输出端s1为1倍或3倍整流驱动电压的参考负端；第二输出端g1为1倍整流驱动电压的输出端，或2倍整流驱动电压的参考负端；第三输出端g2为2倍或3倍整流驱动电压的输出端。
[0060]
振荡电路的自由振荡半周为固态继电器的功率器件控制端提供能量(振荡电路不从电源要能量)，抗干扰能力强。
[0061]
在本技术的又一个具体实施例中，一种具有抗干扰功能的固态继电器驱动电路，如图3所示，与图2所示驱动电路相比，还包括信号匹配电路，信号匹配电路连接在正输入端与负输入端之间，其输出作为第一正输入，用于连接延时抗温漂电路的输入；信号匹配电路设置在延时抗温漂电路的输入端，用于对初始控制信号进行电压或阻抗匹配。
[0062]
信号匹配电路，包括串联连接的第四电阻r4和第七电容c7，第四电阻r4和第七电容c7的连接点作为信号匹配电路的输出端，用于输出第一正输入信号，第四电阻r4的另一端连接初始输入端，第七电容c7的另一端连接负输入端，第七电容c7的两端用于为延时抗温漂电路提供第一正输入与负输入，同时为振荡输入提供交流通路。第四电阻r4用于对初始输入信号进行阻抗匹配。
[0063]
在本技术的一个具体实施例中，第四电阻r4是阻抗元件，或是任何能够用于与初始输入信号匹配的电路或器件。
[0064]
本技术的工作原理如下：
[0065]
初始控制信号流入信号匹配电路后，在第七电容c7的两端产生第一控制信号，第一控制信号经过延时抗温漂电路的分压与延时，施加到第一放大管的基极，经过共基极放
大电路的放大，在选频网路中产生振荡，以电磁方式将电能传输给第二线圈l2，再经过倍压整流电路输出需要的直流电压值，用以控制固态继电器的功率器件。
[0066]
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。