JGD24-5固体式限时保护继电器的设计方案

的计算如下（按额定电压计算）：

　　下拉电阻R1 的电流值IR1的计算如下：

　　输入电流I输入的电流值为：

　　3.2 延时滤波电路的设计

　　限时保护继电器使用在汽车发动机上， 其使用条件比较恶劣， 发动机工作时会产生大量的干扰电压， 干扰电压加到限时保护继电器的输入端可能会造成限时保护继电器的误动作。因此， 在限时保护继电器的输入电路之后， 设计一个延时滤波电路，延时滤波电路的原理图如图5 所示。当干扰电压小于一定值时（200ms， 干扰电压的持续时间较短，在1μs 左右）， 限时保护继电器不工作， 只有输入端持续供电超过200ms， 才认为是输入端正常供电， 限时保护继电器正常工作。

　　延时滤波电路的具体工作原理是： 当输入端添加一个上升沿电压信号时， 电流经过R6、R7 给电容C 充电。当电容C 充电到一定的门限值V 限时，反向器的“10” 引脚输出高电平， 限时保护继电器开始工作。充电时间（即延时时间） 由下式计算：

　　当反相器的“13” 引脚电压充电到3.8V 时，反相器开始工作， 其中V5 为5V 稳压管。

　　因此， V （t） 为3.8V， E 为5V， 代入上式：

　　3.3 限时保护电路的设计

　　为了避免起动机单次过长时间起动， 起动机因过热损坏绝缘层而烧毁定转子， 进而损坏起动机，在限时保护继电器的输入端设计出限时保护电路（如图6 所示）。输入端加电， 由于电容器C1 两端的电压不能够突变， 因此， 反相器的“1” 引脚为高电平， 通过两级反向门， 反相器的“4” 脚为高电平， 三极管V7 接通， 限时保护继电器开始工作。此时， 通过C1、R5 回路给电容C1 充电， 当反相器“1” 脚电压低于3.8V 时（即电容C1 两端的电压为1.2V）， 反相器的“4” 脚输出低电平信号， 此时三极管V7 关断， 限时保护器停止工作。

　　其中， 充电时间的计算公式如下：

　　3.4 隔离电路的设计

　　限时保护继电器的输入端控制电流很低， 而输出电流很大， 所以， 它们之间必须进行电隔离， 其隔离电路的原理图如图7 所示。本电路中采用振荡电路的变压器耦合隔离。变压器耦合隔离主要由高频振荡电路、变压器耦合电路和整流电路组成。高频振荡电路采用双端推挽自激振荡输出， 它比单端输出更能提高输入能量的转换效率。提高振荡频率， 使其达到50kHz ~200kHz， 实现快速响应。

　　隔离变压器磁芯是本电路的关键器件， 直接关系到电路的特性和转换效率。根据材料特性与本电路的特点， 并通过反复试验， 采用Mn-Zn 高磁导率铁氧体材料作为隔离变压器磁芯。在选择铁氧体材料时要考虑如下几个方面：

　　⑴ 磁导率和饱和磁通密度要高， 可减少线圈匝数， 减小内阻， 减小磁环体积；

　　⑵ 矫顽力要小， 减小磁滞损失；

　　⑶ 电阻率要高， 减小涡流损耗；

　　⑷ 合理选择居里温度， 提高磁环的综合性能。

　　隔离电路设计的另一个关键是振荡电路的设计， 在本电路中振荡电路如图6 所示。在隔离的输入与输出确定后， 通过下列方式对振荡电路进行优化设计。

　　⑴ 调整RC 值， 改变振荡频率， 测试输出参数， 并计算耦合效率η， 直至η最大；

　　⑵ 调整变压器线圈匝数， 测试输出参数， 并计算耦合效率直至最大。

　　同个隔离电路耦合后的电流信号为交流信号，经过整流桥电路D1、D2 整流后， 为驱动电路提供工作电流。

　　3.5 驱动电路的设计

　　驱动电路直接给输出电路供电， 输出电路的功率场效应管必须由恒压源驱动。因此， 选择高精度限流电阻提供功率管工作所需要的工作电流。工作电流经过R13、V11 形成回路， V11 为15V 稳压管， 确保提供给输出电路的场效应管驱动电压为15V 恒压源。R14、C5 形成一个放电回路， 当限时保护继电器不工作时， 由于输出端功率场效应管的电容效应， 会在功率场效应管的G 端积累电荷，会影响到功率场效应管的寿命， 通过R14、C5 形成的回路可以释放掉功率器件积累的电荷， 保护功率器件， 见图8 所示。

　　3.6 串联输出电路的设计

　　输出电路包括功率场效应管、串联保护回路和吸收电路。

　　⑴ 功率场效应管的选择

　　功率场效应管是限时保护继电器的核心部件，选择合适的功率场效应管是设计成功的关键。本产品中的功率器件可选用的类型主要有功率场效应管（MOSFET）、绝缘栅双极晶体管（IGBT）、双极晶体管和达林顿晶体管。MOSFET 耐压高， 输出电流大， 漏电流小， 导通管压降低， 驱动功率小， 体积小， 故作为限时保护继电器的功率器件比较合理。

　　根据限时保护继电器的应用特点， 应选用低电压降型的MOSFET.功率器件的类型确定以后， 具体型号的选择可根据额定输出电压、额定输出电流、输出电压降、体积及市场情况， 遵循以下原则：

以24V 5A 限时保护继电