关于用两颗功率MOS管背靠背替代喇叭保护器继电器

zxhdoop

榆木耳朵 发表于 2026-8-19 16:11
用光伏光耦，变压器隔离供电，自举供电都可以。
MOS管是控制沟道宽度导通，两个方向电流都可以通过，只 ...

找了一圈氮化镓都是4端芯片，加上国产光伏光耦价格可以控制在50内，就是不知失真如何，THD+N能否优于-100dB。氮化镓应该不用背靠背用单片就行。

无语密码

摇滚铁心 发表于 2026-8-17 11:50
看这种继电器30安电流下直流也才能上30伏

50A的也有

摇滚铁心

无语密码 发表于 2026-8-19 15:46
MOS管可以用超大电流的，那继电器为什么就不能用超大电流呢？当然功放不配使用才是关键点。

关键是20 ...

可以外置的喇叭保护器，装在另外一个机箱内。用大电流的交流接触器，一两千块钱的。触点有食指指甲那么大。我还是觉得机械的开关好一点。半导体怕它莫名其妙的坏了

无语密码

摇滚铁心 发表于 2026-8-20 10:55
可以外置的喇叭保护器，装在另外一个机箱内。用大电流的交流接触器，一两千块钱的。触点有食指指甲那么大 ...

模拟开关的确可靠性差，也难怪宇宙飞船也不使用模拟开关。

毛毛虫

摇滚铁心 发表于 2026-8-20 10:55
可以外置的喇叭保护器，装在另外一个机箱内。用大电流的交流接触器，一两千块钱的。触点有食指指甲那么大 ...

大电流的交流接触器，家里夜深人静的时候启动和停止，声音会吓死个人的
工厂里的话，这点声音就没啥。
接触器线圈如果是直流还好，如果是交流的，还会嗡嗡响
安装还得竖直，不能平躺，比较占空间的。

hohaos

学习了，我的两个功放都没有保护电路，为保护心爱的音箱，用70A继电器改了一个外置

c77

锂电池保护IC和保护电路你了解一下，直接搬过来用就行，目前锂电池保护IC可以检测1毫欧的精密电阻上的压降，电压到达30mV启动毫秒级保护，电压大于50mV启动微秒级保护。。。。。

无语密码

c77 发表于 2026-10-23 16:48
锂电池保护IC和保护电路你了解一下，直接搬过来用就行，目前锂电池保护IC可以检测1毫欧的精密电阻上的压降 ...

检查出1毫欧与0.01毫欧没有区别吧？50mV价值就比较高

电流而言，只能用保险丝，性价比超高

c77

精密电阻只要是阻值精准，保险丝的阻值范围就大了去了

zxb

感谢lin889889的图，打板中D:\DIY\1a.gif

audyop

         对于高电压大电流的情况，还可以考虑，继电器保护和双功率场效应管背靠背（或固态继电器）保护并联使用的方案。音箱扬声器回路正常工作时，电流主要通过继电器主触电，此时阻抗低、压降也低，而背靠背双功率场效应管被旁路或关断。在保护被触发需要关断故障电流时，背靠背双功率场效应管开始工作，导通故障电流，继电器断开，再由背靠背双功率场效应管关断故障电流。

完整时序（逐微秒级）
设系统参数：
功放供电：±50V
负载：4Ω 喇叭
故障：正轨击穿，中点 = +50V DC
继电器：欧姆龙 G2R-1，12V线圈
固态支路：2×IRFP250（背靠背MOS），Vds=200V，Rds_on=75mΩ

阶段0：正常状态
电流路径：功放中点 → 继电器NO触点（闭合）→ 喇叭 → 地
固态支路：MOS关断
继电器两端压降：≈0V（触点导通）

阶段1：故障发生（t=0）
功放输出级击穿
中点电压从 0V → +50V（上升时间约 μs~ms 级，取决于故障类型）
直流电流开始建立：I = (50V − 0V) / 4Ω = 12.5A

阶段2：检测+固态导通（t=0.1~1ms）
直流检测比较器（如LM393监控中点电压）
阈值：±1V → 触发保护信号
保护信号做两件事（几乎同时，有微小先后）：
  a) 驱动光耦/隔离器 → MOS栅极充电 → 固态支路导通
  b) 继电器线圈断电 → 触点开始分离（机械动作需要几ms）
关键：固态支路导通后，电流开始分流。

阶段3：电流换流（t=1~3ms）
固态支路导通前：全部电流走继电器触点
固态支路导通后（Rds_on=75mΩ，继电器触点≈10mΩ）：
并联等效电阻：
  R_relay ≈ 10mΩ
  R_ssr   ≈ 75mΩ
  等效 ≈ 8.8mΩ
电流分配（反比于电阻）：
  I_relay ≈ 12.5A × (75/85) ≈ 11A
  I_ssr   ≈ 12.5A × (10/85) ≈ 1.5A
→ 固态支路承接了约12%的电流，继电器仍承担大部分
但这不是最终状态。​ 接下来继电器触点开始分离：

阶段4：继电器触点分离，电压钳位（t=3~8ms）
继电器触点间距开始拉开 → 触点回路电阻急剧上升
当触点回路电阻 >> 固态支路导通电阻时：
  电流自然换流到固态支路

物理过程：
  触点间距 ↑ → 触点接触面积 ↓ → 接触电阻 ↑
  当 R_contact 上升到约 100mΩ 时：
    I_relay ≈ 12.5A × (75/175) ≈ 5.4A
    I_ssr   ≈ 12.5A × (100/175) ≈ 7.1A
  
  当 R_contact 上升到约 500mΩ 时：
    I_relay ≈ 12.5A × (75/575) ≈ 1.6A
    I_ssr   ≈ 12.5A × (500/575) ≈ 10.9A

  当触点完全分离（间距 > 0.1mm）：
    R_contact → 无穷大
    I_relay → 0A
    I_ssr → 12.5A（全部电流走固态支路）

此时继电器触点两端电压 = MOS导通压降 = 12.5A × 75mΩ ≈ 0.94V
0.94V << 电弧维持电压（约10~20V）→ 不可能拉弧！

阶段5：继电器完成断开（t=5~10ms）
触点间距拉到 >1mm（机械完成）
继电器两端电压仍 ≈ 0.94V（因为固态支路导通中）
继电器完成物理断开，触点间介质恢复
→ 继电器安全退出，零电弧、零熔焊

阶段6：固态支路切断故障电流（t=10~20ms）
保护逻辑确认继电器已断开后（或立即）：
MOS栅极放电 → 沟道关断

关断瞬间：
  电流 12.5A 被强制截断
  音圈电感 L（约 0.5mH）产生反电动势：
    V_back = L × di/dt = 0.5mH × (12.5A / 1μs) = 6250V（理论值）

  实际被 MOS 的寄生二极管 + TVS + RC吸收钳位：
  触点两端并联TVS（如P6KE68A，钳位68V）
  → V_back 被钳位在 68V 以内
  → MOS承受 Vds = 68V（远低于额定200V）

切断能量：E = 0.5 × L × I² = 0.5 × 0.5mH × (12.5A)² ≈ 0.039J
这个能量由TVS吸收+MOS沟道关断耗散，对半导体来说完全可以承受。

阶段7：最终状态
继电器：物理断开（唯一安全断点，可手动确认）
固态支路：关断
喇叭：与故障功放完全隔离
故障电流：已切断

无语密码

“继电器保护和双功率场效应管背靠背”，效果很好。但不会被认可。
我用可控可就可以代替场效应管，不仅电路更简单，成本更低。
不过已经是20年前的事情了。当时仅仅用于实验室的设备，电流都是大于20A级的

aceegzs

我认为还是机械继电器好，场效应管的导通电阻与通过的电流、频率大小有关，具有非线性，机械触点的线性好。

毛毛虫

zxb 发表于 2026-10-31 12:05
感谢lin889889的图，打板中

板子好漂亮的呢

毛毛虫

audyop 发表于 2026-11-4 14:26
对于高电压大电流的情况，还可以考虑，继电器保护和双功率场效应管背靠背（或固态继电器）保护并 ...

这种保护电路架构好新颖，不过也好复杂了
保护的时候，时序精度要求很高哦
不然继电器触点也有拉弧的风险
同时保护时间也拉长了

无语密码

毛毛虫 发表于 2026-11-5 11:20
这种保护电路架构好新颖，不过也好复杂了
保护的时候，时序精度要求很高哦
不然继电器触点也有拉弧的风 ...

小时候，就喜欢玩1.5V拉弧
玩精控时序，是单片机的事情，
仅仅是设计流程，不适合初学者，难度还是很大的。
玩复杂仅仅是体现高能，不一定有实际意义
美国宇宙飞船的开关，也没有使用这种电子开关。说明什么呢？水平吗？

audyop

理论上混合保护方案相比单电磁继电器方案，不会拉长保护时间。
由于两颗背靠背功率MOS管组成的回路，功率MOS管导通时间极快，微秒级；而电磁继电器从线圈断电（有纯续流管或齐纳二级管加速）到触点释放是毫秒级的。就算信号同时发出，完全可以在电磁继电器作动前完成功率MOS管导通，固态继电器可能会慢点，但也是1毫米量级。此后完全是由电磁继电器的触点分开动作时间主导。电磁继电器的触点分开后，功率MOS管或者固态继电器微秒或毫米关断。如果单电磁继电器保护回路算上切断故障大电流时的灭弧时间，混合保护方案反而更快完成保护。

audyop

无语密码 发表于 2026-11-5 12:03
小时候，就喜欢玩1.5V拉弧
玩精控时序，是单片机的事情，
仅仅是设计流程，不适合初学者，难度还是很 ...

在这个案例里，时序是分析用的。实际上由于两者时序不冲突，问题变得相当简单。

audyop

1、两颗背靠背功率MOS管的功率MOS管从信号给至到完全导通是微秒级的，随机导通型固态继电器的导通时间少于1毫秒，都可以在同时断开电磁继电器线圈电压信号后再继电器主触点分离前完成导通。
2、电磁继电器辅助触点分离，即确认物理分离完成，作为功率MOS管关断的信号。
3、基本不需要另外进行时序控制，特别是直接使用MOS管的保护回路。

lin889889

audyop 发表于 2026-11-5 13:25
1、两颗背靠背功率MOS管的功率MOS管从信号给至到完全导通是微秒级的，随机导通型固态继电器的导通时间少于1 ...

问题是既然用了MOSFET做开关，为何还要用继电器？