交流固态继电器(ssr)已经存在了很长一段时间,只要**个scr和triac可用。然而,这些早期的设备都不适合与音频信号一起使用,因为波形的过零点周围存在严重失真。基于MOSFET的ssr从1984年左右就已经存在了,当时国际整流器公司为一种能够处理低失真交流电的MOSFET电路申请了专利。目前还不知道这是否是最早的例子,但可能已经很接近了。
上图显示了ACSSR的总体思路。使用两个N通道开关mosfet,它们的源极和栅极连接在一起。信号和负载连接到每一个漏极端子上——哪一个不重要,因为“开关”是对称的。但是,请记住,串联有两个mosfet,因此有效RDS(on)是单个设备的两倍。
由于栅极和源极之间没有电压,mosfet关闭,因此没有电流流动。根据使用的mosfet,当栅源电压超过7伏左右时,它们将完全导电。提供10-12V栅极驱动始终是一个好主意,以确保它们始终完全开启。你看到的齐纳二极管是为了保护栅极和MOSFET沟道之间的微妙绝缘。
栅极绝缘的**额定值通常在±20V左右。即使是一点杂散电容或电阻(例如PCB上的水分)也很容易使电压上升到破坏性水平,因为阻抗非常高,齐纳是强制性的。如果不包括齐纳二极管,即使漏极电容也会引起问题。
虽然这一概念非常简单,但实际上可能需要很多额外的电路,因为控制电路通常必须与开关mosfet完全隔离。立体声需要两个完整的电路,即使它们是由同一个探测器驱动的。这是因为这两对mosfet不能以任何方式连接在一起,除非共享一个共同的控制驱动电路,如双光耦或微型双极继电器。
每个MOSFET的电压额定值应至少比无负载放大器的供电轨高25%。这是由于电路的工作方式,以及当直流故障电流突然中断时,扬声器或交叉线圈可能产生瞬时反电动势。在SSR开关端子上包括MOV(金属氧化物变阻器)可能有用,或者使用电容器“缓冲器”来防止任何破坏性电压尖峰的可能性。
当mosfet发生故障时,它们几乎总是发生短路故障(就像大多数半导体一样),可以想象,在扬声器着火之前,故障可能完全不被注意到。必须确保不太可能出现故障,或者合并某种测试过程(这当然增加了进一步的复杂性)。很明显,传统的继电器也会发生故障,但它们通常非常可靠,并且没有敏感的电子位。但是,如果你试图断开高直流故障电流,尤其是电压高于30V直流时,触点会熔化。
我们需要激活MOSFET继电器的是一个浮动直流电源。它必须与放大器的扬声器输出电隔离(并具有高阻抗),否则会被放大器损坏或损坏放大器。为简单起见,直流电源显示为9V电池。然后根据需要连接和断开直流电,以打开和关闭继电器(如上图所示)。实现开关功能的方法有很多种,包括微型继电器、光隔离器(LED+LDR或LED+光电晶体管)或通过某种方式远程打开和关闭栅极电源。齐纳管用于确保电压保持在可能损坏栅极敏感绝缘的电压以下。
上图显示了MOSFET光耦继电器的一般形式,仅以9V电池为例。在显示IRF540Nmosfet时,必须使用适合要控制的电压和电流的设备。这种总的电路布置将在毫伏信号电压下工作,一直到230/120V的电源和正确的设备。
如果您有±100V的电源,mosfet的额定电压应至少为120V,因为这提供了一个舒适的安全裕度。你可以在每个MOSFET上并联添加电阻,这样可以减少杂散电容的影响,并确保你的安全裕度保持不变。100k是一个很好的起点,但这并不是绝对必要的。