專利名稱：一種直流固態繼電器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于一種光電隔離的直流固態繼電器。
現有技術中用于驅動直流執行器的直流固態繼電器驅動電流普遍較大，例如美國CRyTOM公司于八十年代利用光生伏打效應使用互補場效應晶體管制造的PVR2300型交直流兩用固態繼電器驅動電流也只達到2mA的水平，而一般由輸入電路、光電耦合器、晶體管電流放大器，雙極型晶體管直流開關制造的直流固態繼電器靈敏度則更低，因而使得大多數CMOS集成電路在10V以下的電源條件下工作輸出端無法直接驅動直流固態繼電器控制直流供電的執行器，并且由于雙極型晶體管直流開關基極注入電流很大，使得電源電流的利用率降低，增加了無用的功耗和直流電源的負擔。
本實用新型的目的在于制造一種光電隔離的控制靈敏的電源電流利用率高的直流固態繼電器。它應有比CRYTOM公司制造的PVR2300型交直流兩用固態繼電器高得多的控制靈敏度，比雙極型晶體管做直流開關的直流固態繼電器更高的電源電流利用率。
完成本實用新型提出的任務的技術方案可以通過附
圖1加以說明輸入電路1由限流電阻R1，和反并接在發光二極管PC上的二極晶體管CR1組成；光電隔離器2由常見的通用型光電耦合器組成，其內部包含一個發光二極管PC和一個接受發光二極管PC光線的光敏三極管PT；電壓開關3由晶體管T1、基極電阻R2、集電極負載電阻R3構成的共發射極電壓放大器組成，其中R3的阻值大于100KΩ， (R2)/(R3) 的數值在2～10之間；直流開關4由共源極連結組態的功率型N溝道場效應晶體管T2，正端連接在公共電源正端負端連接在場效應晶體管T2漏極D上即反并接在直流負載Z1上的續流二極管CR2，并接在場效應晶體管T2的漏極D和源極S上的反向連接的過壓吸收穩壓二極管CR3組成。其中光電隔離器2中的光敏三極管PT的集電極CP、發射極EP跨接在電壓開關3中的晶體管T1的基極管B1、發射極E1上，電壓開關3中的晶體管T1的集電極C1與直流開關4中的場效應晶體管T2的柵極G相連接，光敏三極管PT的發射極EP、晶體管T1的發射極E1、場效應晶體管T2的源極S相互連接在一起作為公共地端，電阻R2、R3的一端、續流二極管CR2的負端連接在一起作為公共電源正端。以上敘述的整體即為本實用新型指明的直流固態繼電器，其中(1)為正輸入端，(2)為負輸入端，(3)為公共電源正端，外接電源E＋，(4)為輸出端，(5)公共地端，外接電源E－，運用時直流負載Z1應接在直流固態繼電器的(3)、(4)端之間，由于內接有續流二極管CR2、過壓吸收穩壓二極管CR3，可以省去外接保護電路的麻煩。
本實用新型是按下述過程工作的。如果輸入端(1)、(2)腳之間有直流信號輸入，光敏三極管PT導通飽合，當飽合壓降小于晶體管T1的截止電壓時，晶體管T1由于無基極電流流入基射結而截止，公共電源E＋通過R3向場效應晶體管T2的柵源電容CGS充電，經短暫延時后充電電壓大于7～10V時，場效應晶體管T2導通飽合，直流開關4開通。由于令場效應晶體管T2飽合的充電電壓遠小于公共電源電壓，因此這一延時過程遠小于由τ＝R3CGS確定的時間，其小于50μs；同時由于電阻R2的阻值在200KΩ以上，在令光敏三極管PT導通飽合時，這一導通飽合電流是很小的，從而減小了對光信號強度的要求，有效地降低了流過發光二極管PC上的電流，提高了直流固態繼電器的輸入電流靈敏度，其典型值約0.5mA。如果信號輸入端(1)、(2)沒有直流信號輸入，光敏三極管PT因無光照而截止，直流電流經電阻R2送入晶體管T1的基射結，由于 (R2)/(R3) 的數值在2～10之間，該電流使晶體管T1深度飽合，即電壓開關3輸出零電平，與此同時，場效應晶體管T2的柵源電容CGS上儲存的電荷通過晶體管T1的飽合電阻放電，經過短暫延時電壓下降至場效應晶體管T2的截止電壓時，場效應晶體管T2截止，直流開關4關斷，由于晶體管T1的飽合電阻是很小的，這一延時過程小于100μS。
我們從電路中還可以看出由于采用了由電壓驅動的場效應晶體管T2作直流開關4，公共電源除流過負載Z1的有效電流外，由于電阻R2、R3的阻值都很大，因此通過其它電流支路－－電阻R2支路、電阻R3支路的電流都很小，從而使電流利用率遠遠地比雙極型晶體管做直流開關4的直流固態繼電器高。
綜上所述，按照上述電路方案制成的直流固態繼電器具有開關速度高、控制靈敏，電源電流利用率高的特點，可以被大多數在10V電壓以下工作的CMOS集成電路輸出端和別的輸出負載能力差的電子電路輸出端所直接驅動用以有隔離地驅動直流執行器。
權利要求1.一種由輸入電路、光電隔離器、晶體管放大器、直流開關組成的直流固態繼電器，其特征在于晶體管T1、基極偏置電阻R2、集電極負載電阻R3共同組成一個共發射極連接組態的電壓開關3，直流開關4主要由共源極連接組態的N溝道場效應晶體管T2構成，晶體管T1的集電極C1與場效應晶體管T2的柵極G相連接，光電隔離器器中的光敏三極管PT的集電極Cp和發射結Ep跨接在晶體管T1的基極B1和發射極E1上。
2.根據權利要求1所述的直流固態繼電器，其特征在于電壓開關3中的集電極電阻R3＞100KΩ，且與偏值電阻R2有 (R2)/(R3) 的數值在2～10之間。
專利摘要一種由輸入電路1、光電隔離器2、電壓開關3和場效應晶體管充當的直流開關4組成的直流固態繼電器有輸入電壓1、4V、輸入電流0.5mA以上的控制靈敏度、100μS以內的開關速度和高的效率，因而能與更多的CMOS集成電路輸出端、低負載能力的電子電路輸出端直接相連接快速地驅動直流負載和降低系統功耗。
文檔編號H03K17/00GK2080727SQ9021476
公開日1991年7月10日 申請日期1990年7月16日 優先權日1990年7月16日
發明者伍占禧 申請人:伍占禧