如何使用固態(tài)繼電器實(shí)現(xiàn)更高可靠性的隔離和更小的解決方案尺寸

自晶體管發(fā)明之前，繼電器就已被用作開(kāi)關(guān)。從低壓信號(hào)安全控制高壓系統(tǒng)的能力，如隔離電阻監(jiān)控，對(duì)于許多汽車(chē)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是必要的。雖然機(jī)電繼電器和接觸器的技術(shù)多年來(lái)有所改進(jìn)，但設(shè)計(jì)人員要實(shí)現(xiàn)其終身可靠性和快速開(kāi)關(guān)速度以及低噪聲、沖擊振動(dòng)和功耗的目標(biāo)仍然具有挑戰(zhàn)性。

固態(tài)繼電器（SSR）具有性能和成本效益，并具有不同級(jí)別的隔離等級(jí)，無(wú)論是基本隔離還是增強(qiáng)隔離。與機(jī)電繼電器和固態(tài)光繼電器等替代技術(shù)相比，SSR具有優(yōu)勢(shì)。

提高系統(tǒng)可靠性
傳統(tǒng)繼電器開(kāi)關(guān)解決方案，機(jī)電繼電器（EMR）在高壓開(kāi)關(guān)應(yīng)用中很常見(jiàn)。EMR利用電磁力以機(jī)械方式打開(kāi)和關(guān)閉觸點(diǎn)。鑒于其機(jī)械性質(zhì)，EMR具有極低的導(dǎo)通電阻;它們的觸點(diǎn)本質(zhì)上是金屬對(duì)金屬的連接。
EMR在開(kāi)關(guān)速度和可靠性方面確實(shí)需要權(quán)衡取舍。繼電器內(nèi)部的移動(dòng)部件是一個(gè)限制因素，開(kāi)關(guān)速度通常在5至15ms范圍內(nèi)。隨著時(shí)間的推移和使用，EMR可能會(huì)遇到拱起、顫振和焊接閉合等故障。

與EMR不同，光繼電器沒(méi)有移動(dòng)部件，并提供高隔離電壓。光繼電器是對(duì)傳統(tǒng)EMR的改進(jìn);但是，它們也有設(shè)計(jì)考慮因素，例如可實(shí)現(xiàn)的功率傳輸?shù)南拗埔约皟?nèi)部LED的劣化。此外，光繼電器需要一個(gè)外部限流電阻，并且通常使用額外的場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）來(lái)管理LED的導(dǎo)通或關(guān)斷狀態(tài)。

使用SSR實(shí)現(xiàn)更高可靠性的隔離
固態(tài)繼電器可用作開(kāi)關(guān)（帶集成FET）或驅(qū)動(dòng)器，用于控制外部FET。無(wú)論是利用電容隔離還是磁隔離，隔離式SSR產(chǎn)品組合都可以實(shí)現(xiàn)具有基本或增強(qiáng)隔離級(jí)別的設(shè)計(jì)。與EMR相比，TPSI2140-Q1隔離開(kāi)關(guān)和TPSI3050-Q1隔離驅(qū)動(dòng)器具有更高的可靠性和更長(zhǎng)的使用壽命，因?yàn)樗鼈儾粫?huì)隨著時(shí)間的推移而經(jīng)歷機(jī)械劣化。因此，SSR的使用壽命可靠性比傳統(tǒng)EMR高10倍。SSR還可以在微秒范圍內(nèi)切換，比EMR快幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

由于TPSI3050-Q1和TPSI2140-Q1在單個(gè)隔離柵上集成了電源和信號(hào)傳輸，因此無(wú)需次級(jí)偏置電源，因此可以實(shí)現(xiàn)較小的解決方案尺寸。圖1說(shuō)明了TPSI2140-Q1隔離開(kāi)關(guān)在高壓系統(tǒng)中的使用，無(wú)需偏置電源和外部控制電路等外部組件。

圖1：TPSI2140-Q1隔離開(kāi)關(guān)減小了高壓系統(tǒng)中的解決方案尺寸

與傳統(tǒng)的光繼電器和光耦合器相比，TPSI2140-Q1和TPSI3050-Q1等固態(tài)繼電器也具有優(yōu)勢(shì)。與光繼電器相比，如TPSI2140-Q1和TPSI3050-Q1）具有更好的可靠性，因?yàn)闆](méi)有LED退化。無(wú)需外部控制電路，因?yàn)檫壿嬰娖捷斎肟梢灾苯域?qū)動(dòng)系統(tǒng)。

結(jié)論

固態(tài)繼電器以最快的速度、最高的工作溫度和最低的系統(tǒng)成本提供最高的介電強(qiáng)度。它們還可以在更小的封裝中實(shí)現(xiàn)更可靠的開(kāi)關(guān)。在下面的其他資源中，詳細(xì)了解我們?nèi)绾瓮ㄟ^(guò)隔離開(kāi)關(guān)和驅(qū)動(dòng)器幫助您簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。

審核編輯黃宇