在许多情况下,我们需要基于低功率电路的操作来控制高电流/电压负载,例如,当使用微控制器的5V输出来打开10A,240V负载时。在这些情况下,必须在系统的高功率和低功率部分之间提供足够的隔离。不同类型的继电器,如机电继电器(EMR)、簧片继电器和固态继电器(SSR),可以用来实现这一目标。
虽然EMR仍然被广泛使用,但与SSR相比,它们有一些缺点。本文简要回顾了电子病历的缺点,并提供了一些关于电子病历基本操作的详细信息,重点是输出设备。机电继电器(EMR)给缠绕在铁芯上的线圈通电,以控制电枢的位置。对于常开输出,通电线圈迫使电枢将电触点置于接通状态。当线圈断电时,弹簧可以将触点移回断开位置。机电继电器坚固耐用,用途广泛。但是占用空间比较大,比SSR慢。EMR一般需要5到15ms才能稳定,这在某些应用中是不可接受的。此外,电磁辐射由于其运动部件而使用寿命短。
机电式继电器利用磁场来提供隔离,而SSR通常是通过光耦合来达到这个目的。在固态继电器中,通常使用3至32伏直流电的小输入电压来点亮发光二极管。当LED亮起时,输出光敏器件(如TRIAC)就会导通,传导电流。这些固态继电器的简化输出结构如图3所示(请注意,这只是一个输出设备,没有显示光耦合器)。当发光二极管点亮时,晶体管开始传导电流。SSR具有负载灵活性:RL可以连接到晶体管的集电极或发射极。考虑到众所周知的BJT伏安特性曲线,晶体管最好工作在(饱和)或(几乎完全截止)状态。
当SSR的开关器件导通时,SSR输出端会出现一个压降,称为“导通态压降”。该参数在器件数据手册中给出。对于基于BJT的固态继电器,例如DC60系列,最大导通状态电压降可能为1至1.3V。假设固态继电器输出的电压降为1V,我们可以估计基于BJT的固态继电器的功耗约为1W/安培。
在BJTSSR的帮助下,为了实现从光耦到开关级更高的增益,厂商采用达林顿和互补配置,很多SSR采用MOS晶体管作为开关器件。可用于交流和DC负载的固态继电器示例。为什么这些固态继电器需要两个晶体管?仅使用单晶体管光耦合器无法正确阻断交流电压。这是因为每个金属氧化物半导体晶体管的漏极和源极之间通常有一个寄生二极管,称为体二极管。