隔离电路 - 具有滞回特性的直流固态继电器设计

　　本文采用光电耦合器(Optical Coupler，OC)作为继电器的隔离电路，光电耦合器是一种半导体光电器件，它具有体积小、寿命长、抗干扰能力强、工作温度宽及无触点输入与输出、在电气上完全隔离等特点。本设计选用型号为TLP127的光耦合器，该芯片适用于表面贴装。 TLP127由砷化镓红外发光二极管，光耦合到达林顿光敏三极管与一个不可分割的基地发射电阻器组成，广泛应用于可编程控制器、直流输出模块、电信等方面。

　　1.3 输出电路

　　输出电路由开关管T3，T4组成的两级放大电路和续流二极管D3组成，输出电路的通断完全由输入电路控制，输入电压使光电耦合器导通则输出回路导通，即继电器导通，反之则截止。可见，该继电器的输出稳定在一定值，不受负载的影响，端口相对独立。

　　从以上的各部分电路原理分析可以看出，上述设计方案从理论上讲，可以以小电流控制大电流，同时能够分离继电器的导通电压和截止电压，具备固态继电器的开关功能。

　　2 电路仿真与参数测试

　　考虑到系统的可实现性，本文利用Multisim进行仿真。Multisim是加拿大Interactive Image Technologies公司推出的Windows环境下的电路仿真软件，不仅具有电路瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析、噪声分析和直流分析等基本功能，而且还提供了离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析和电路容差分析等电路分析方法。由于仿真软件与现实元器件之间的差别，仿真实验只对电路设计做定性分析，具体参数在实物电路板上进行测试。

　　2.1 电路仿真

　　按照设计方案在Multisim中搭建电路原理图，输入为线性电压源，电压范围是0～24 V。仿真电路中用24 V直流电源与电阻R模拟受控回路连接在继电器输出端。输入电压上升过程中，当电路导通时，输出端电压会迅速下降;在输入电压下降过程中，当电路截止时，输出端电压会迅速上升。输入电压上升过程和下降过程波形分别如图2、图3所示。

　　分析图2、图3可以得出当输入电压从0 V逐渐增加到24 V时，电路动作电压值约为17.887 V，而当电压从24 V逐渐减小到0 V时，电路电压返回值约为10.212 V。仿真动作值与上述计算动作值相近，考虑到仿真误差，二者的结果吻合。

　　2.2 电路参数测量

　　在实物电路板上进行参数测量，主要进行通断电压测量和导通时间测量。实物电路板如图4所示。

　　2.2.1 输入/输出电压特性

　　根据测量继电器输入电压与输出电压参数的结果，绘制出其输入/输出电压特性如图5所示，从图5中可以看出动作结果与计算值一致，继电器的导通电压与截止电压分离，且留有足够的动作裕度，实现了继电器的滞回功能。