HSSR-8060/8400低電阻固態(tài)繼電器

介紹

接通電阻是在其輸出端使用mosfet的固態(tài)繼電器的一個重要規(guī)范。一般來說，較低的接通電阻額定值將允許更高的接觸電流額定值。HSSR-8060和HSSR-8400是單極的，常開的，固態(tài)繼電器(SSR)，電阻極低。每個SSR由一個高壓電路組成，與一個發(fā)光二極管(LED)光學耦合。當控制電流流過SSR的輸入端子時，LED發(fā)出光到光電二極管陣列上。如圖1所示，光電二極管陣列產(chǎn)生足夠的電壓和電流來操作FET驅(qū)動電路，也驅(qū)動柵到源電壓高于兩個輸出FET的閾值。

特征總結(jié)

HSSR-8060/8400封裝在一個6針的DIP中，但只使用了5個針。針腳1和針腳2分別是輸入LED的陽極和陰極。位于SSR輸出側(cè)的引腳4、5和6可以配置為連接A或連接B，如圖2所示。對于連接A，SSR輸出處的信號可以具有正極性或負極性。這意味著SSR可以通過交流或直流信號。對于連接B，SSR輸出處的信號必須具有如圖2b所示的極性。在這種配置中，引腳4和6被綁在一起，SSR只能控制直流信號。使用連接B的優(yōu)點是，它將兩個輸出fet彼此并行放置，而不是串聯(lián)放置。

圖1.HSSR-8060/8400的電路圖。

圖2. HSSR-8060/8400的示意圖

這種配置顯著降低了SSR的輸出上電阻，并將其輸出電流能力提高了兩倍。圖2還定義了SSR的輸入端的極性。HSSR-8060/8400以最小輸入電流接通(其觸點閉合)，如果，在一個典型的正向電壓下為5 mA，vf，1.6 V。在較高電流下運行會使觸點更快關(guān)閉。SSR關(guān)閉(其聯(lián)系人打開)vf等于0.8 V。

HSSR-8060和HSSR-8400都保證了輸入到輸出的絕緣電壓額定值為2500 Vac，1分鐘。此外，HSSR-8060在60V時的輸出瞬態(tài)抑制功率為1000V/μs，而HSSR-8400在100 V時的輸出瞬態(tài)抑制功率為1000V/μs。在1000 V時，兩個SSRs的輸入到輸出瞬態(tài)抑制規(guī)格均為2500V/μs 。

HSSR-8060在室溫下的輸出耐壓電壓為60 V。如果如連接A所示使用SSR傳遞交流信號，則60 V是應(yīng)通過輸出觸點施加的峰值正或負電壓的最大量。HSSR-8060的特點是其低電阻，R(上)，輸出電流能力大，io.在室溫下，使用連接A時，HSSR-8060的最大接通電阻為0.7W，平均輸出電流額定電流為0.75 A。使用連接B，接通電阻降低到0.2 W，平均輸出電流額定值增加到1.5A。如數(shù)據(jù)表中提到的，HSSR-8060和HSSR-8400的接通電阻規(guī)范是指當脈沖電流信號施加到輸出引腳時通過輸出觸點測量的電阻。使用脈沖信號(≤30 ms)意味著每個結(jié)的溫度等于環(huán)境溫度和情況溫度。

HSSR-8400在室溫下的輸出耐壓電壓為400 V。如果如連接A所示使用SSR傳遞交流信號，則400 V是應(yīng)通過輸出觸點施加的峰值正或負電壓的最大量。與HSSR-8060類似，HSSR-8400具有較低的電阻和較大的輸出電流額定值。在室溫下，最大接通電阻值為10 W，平均輸出電流能力為0.15 A。對于連接B，最大接通電阻為2.5W，平均輸出電流額定值增加到0.3 A。

機電繼電器(EMR)的輸出電流額定值通常受到其在打開時中斷該電流的能力的限制。另一方面，HSSR-8060/8400的輸出額定電流受到其MOSFETs所能承受的最高結(jié)溫度(125°C)的限制。這個結(jié)溫度是接通電阻、負載電流、熱阻和環(huán)境溫度。隨著結(jié)溫度的升高，接通電阻也會升高。為了限制更高情況和環(huán)境溫度下的功耗，輸出額定電流。對于SSR規(guī)范來說，包含這種降級效應(yīng)是很重要的。HSSR-8060和HSSR-8400的數(shù)據(jù)表都包括顯示溫度對輸出電流額定值的影響的圖表，io.如果這些SSR在這些電流降額圖上所示的“安全運行區(qū)域”內(nèi)運行，則相應(yīng)的“功率與溫度”圖說明了SSR耗散的最大功率量。在此區(qū)域內(nèi)的操作確保穩(wěn)態(tài)結(jié)溫度保持在以下125° C.

圖3。HSSR-8060輸出電流降額圖。

最大信號頻率

當使用HSSR-8060/ 8400來控制交流信號時，該信號的最大頻率可能會受到斷電容的限制，C(關(guān)閉)，繼電器。斷電容與電壓有關(guān)，并被指定為HSSR 8060典型的135 pF和HSSR-8400典型的HSSR-8400典型的60 pF伺服= 25 V.這兩個ssr的數(shù)據(jù)表包括典型的輸出電容與輸出電壓的圖表。除斷電容外，最大信號頻率還取決于負載阻抗、電路配置和設(shè)計者所要求的衰減量。衰減是指通過觸點處于OFF狀態(tài)相對于ON狀態(tài)的信號量。例如，-40 dB的衰減意味著在其關(guān)閉狀態(tài)下通過觸點的電流將比在其開啟狀態(tài)下通過觸點的電流小一百倍。

為了進行比較，典型的ssr被配置為簡單的串聯(lián)開關(guān)，并在室溫下測試了最大的信號頻率。每個SSR都用一個負載電阻進行測試，rl=為100 W，還有一個輸出的正弦波，伺服= 1 Vp-p.獲得-40 dB的信號衰減的最大信號頻率如下：HSSR-8060: 40 kHz、HSSR-8400: 65 kHz、HSSR-8200: 2800 kHz

這意味著相同數(shù)量的信號將通過觸點。如圖4所示，信號頻率每降低10年，信號振幅就會降低20 dB。當SSR關(guān)閉時，需要-40 dB衰減的設(shè)計者必須具有比中斷頻率低至少20年的最大信號頻率。例如，對于負載電阻RL為1 kW，C(關(guān))為200 pF，斷開頻率約為800 kHz。如果當繼電器關(guān)閉時，設(shè)計器要求至少-40 dB的衰減，則最大信號頻率比800 kHz或8 kHz低20年。

圖4(a)簡單的串聯(lián)頻率響應(yīng)。

圖4(b)。簡單的串聯(lián)頻率響應(yīng)。

為了控制高頻信號，可以在圖5所示的串聯(lián)分流配置中使用兩個ssr。在ON狀態(tài)下，串聯(lián)SSR關(guān)閉，分流SSR打開。在OFF狀態(tài)下，串聯(lián)SSR打開，分流SSR關(guān)閉。圖5顯示了該OFF條件下的等效電路，圖6顯示了其頻率響應(yīng)。這種串聯(lián)分流配置比簡單的串聯(lián)配置產(chǎn)生更高的斷裂頻率。這種改進的原因是，中斷頻率方程現(xiàn)在使用了SSR的低開啟電阻值，而不是負載電阻值。串聯(lián)分流配置允許使用更高的信號頻率，或增加較低信號頻率的衰減。例如，使用兩個繼電器與C(關(guān)閉)=200pF，R(開)= 6 W和RL = 1 kW，串聯(lián)分流配置的中斷頻率約為66 MHz。用來確保至少-40 dB的衰減的最大信號頻率大約比66MHz或660 kHz低20年。注意，因為R(上)<< RL，負載電阻值對斷裂頻率的計算幾乎沒有影響。

圖5。 系列分流配置

圖6。串聯(lián)分流頻率響應(yīng)。

電信應(yīng)用

SSRs通常被電信行業(yè)使用。一些應(yīng)用的例子包括上/下開關(guān)、測試和維護設(shè)備、PBX和中央辦公室切換，以及脈沖撥號。與emr相比，ssr在這些領(lǐng)域很有用，因為它們很小，需要的板空間小。它們沒有機械部件，所以它們使用的時間更長，從而增加了可以執(zhí)行的操作的數(shù)量。此外，ssr沒有接觸彈跳、電弧或聲學噪聲。

表1。典型的峰值開啟時間

圖。7推薦的輸入電路。

各種負載

根據(jù)負載的類型，SSR可能需要承受大量的浪涌電流。純電阻負載是SSR開關(guān)最容易的類型，因為它沒有浪涌電流要求。HSSR-8060/8400的其他典型負載及其相關(guān)的沖擊與穩(wěn)態(tài)電流見表2。

負載的浪涌要求應(yīng)在繼電器的峰值浪涌電流等級范圍內(nèi)。因此，切換這些類型的負載之一的SSR應(yīng)該具有同時滿足穩(wěn)態(tài)和浪涌要求的電流規(guī)范。與EMR相比，ssr對浪涌電流更寬容，因為它們沒有接觸彈跳，這導致與EMR接觸產(chǎn)生電弧。高溫電弧會導致EMR接觸點的熔化并最終退化。與連接A，HSSR-8060有一個單鏡頭，峰值輸出電流額定電流 脈沖寬度為3.75 A。HSSR-8400的脈沖寬度為100 ms，額定值為1.0 A。對于較長的脈沖寬度，單次拍攝的峰值輸出電流額定值會降低。圖8和圖9顯示了對70個單元的HSSR-8060和HSSR-8400進行的實驗結(jié)果。每個圖都顯示了我們能夠應(yīng)用于70個典型SSRs輸出的峰值浪涌電流值，而其中任何一個失敗。

我們還進行了另一個實驗，以確定20個典型ssr所能承受的最大重復浪涌電流。HSSR-8060和HSSR-8400各10個單元，分別測試15分鐘，以100 ms間隔施加100 ms的涌電流脈沖(50%占空比)。在這些條件下，HSSR-8060的最大重復失效沖擊電流為1.2 A，HSSR-8400為 0.25 A。

表2。HSSR-8060/8400負載類型

圖8。HSSR-8060峰值浪涌電流實驗結(jié)果。

圖9。HSSR-8400峰值浪涌電流實驗結(jié)果。

HSSR-8060/8400可用于驅(qū)動小馬力電機。同步交流電機的換向控制裝置如圖10所示。對于經(jīng)常開啟和關(guān)閉循環(huán)的電機，SSR通常比EMR更受青睞，因為它可以更好地處理浪涌，而且不會產(chǎn)生EMI。SSR還可用于控制小型直流電機負載，如計算機磁盤驅(qū)動器、音頻和視頻設(shè)備、家用電子設(shè)備或汽車電子設(shè)備。SSR可用于控制EMR的輸入線圈，這是一個高感應(yīng)負載。其他感應(yīng)負載包括小型變壓器、接觸器、電磁閥、磁性聯(lián)軸器等。當SSRs驅(qū)動感應(yīng)負載時，當關(guān)閉負載時，輸出端可能會出現(xiàn)非常高的峰值電壓。SSR輸出中的MOSFET能夠承受合理數(shù)量的感應(yīng)過載。

圖10.電機反轉(zhuǎn)控制

例如，在室溫條件下對10臺HSSR-8060進行了測試：

輸入電流，如果= 10 mA(1 Hz)負載，L = 1 H ,負載電壓，V = 60 V ,加載電流= 670 mA

每個單元都經(jīng)過了100萬次循環(huán)的測試并通過。沒有出現(xiàn)災(zāi)難性的故障或參數(shù)漂移。本實驗未使用對SSR的過電壓保護。但是，當出現(xiàn)同時超過耐壓等級和輸出功率損耗或浪涌額定值的事件，或瞬態(tài)的能量含量如閃電引起的事件時，建議進行過電壓保護。

過電壓保護

金屬氧化物可變電阻器(MOVs)或TransZorbsTM可用于SSR觸點的過電壓保護。當它們之間的電壓超過一個指定的水平時，它們都會分解并嚴重傳導。對于交流電壓，可以使用MOV或雙向TransZorb。兩個設(shè)備都“短”故障，因此保護始終到位，即使操作可能會停止。如圖11(a)所示，保護裝置放置在繼電器的輸出觸點引腳上，當觸點容易受到大于額定輸出耐受電壓的電壓時使用，伺服.為了充分保護觸點，保護裝置應(yīng)在略低于最大輸出電壓的電壓下處于完全導電狀態(tài)。但是，對于低于最大線路電壓的任何電壓，它都必須處于高阻抗狀態(tài)。

當SSR用于控制小的直流電壓時，如圖11(b)所示的單個齊納二極管提供了足夠的保護。同樣，齊納的鉗位電壓應(yīng)大于控制電壓，但小于SSR觸點的最大額定值。

圖11。過電壓保護。

結(jié)論

本文說明了HSSR-8060和HSSR-8400的主要特性，提出了一個控制驅(qū)動電路，并介紹了HSSR-8060/8400的各種應(yīng)用。

審核編輯：湯梓紅