【腾恩科技】固态继电器(MOS RELAY)

2018-08-03 14:30:11 发表

【腾恩科技】固态继电器(SSR)是电机械继电器的固态替代品,通常用于信号的通用开关和低功耗的交流/直流负载。它由发光二极管(LED)、光敏FET驱动和高压mosfet组成。继电器在LED打开时打开(触点闭合),在LED关闭时关闭(触点开启)SSR提供开关和电压隔离功能,通常用于需要从低电压或低功率电路中分离高压电路的应用,其原理是通过使用SSR,电路可以交换信号,同时隔离电压。SSR允许在高压和低压电路之间有一个安全的接口,它打破了接地回路,消除了高电压和低电压回路之间的串扰。SSR广泛应用于电话、调制解调器、传真机、PBX系统或中央办公设备,而在电话应用中,我们总会将电话设备与进来的电话线隔离开来,以此来保护电子设备不受雷电造成的有害电压或电流的干扰,正因如此,具有高输入输出瞬态抑制规格的SSR能提供良好的隔离和浪涌保护。本文介绍了暂态电压效应对SSR的两种常见现象,以及各种暂态抑制测量方法。此外,建议采用来过电压保护装置进一步保护SSR免受危险浪涌电压的影响。

共模暂态效应

当具有高dv/dt的瞬态电压存在于SSR的输入和输出端(如图1a所示)时,SSR可能会打开或关闭,因为耦合电压会进入LED、驱动电路或MOSFET的门极中。当LED打开而电压源应用于负载时,SSR的输出引脚上的电压可以忽略不计。当在SSR的输入端和输出端之间的地面上存在电压瞬变时,负载电压发生瞬时电压降,如图1b所示。当LED熄灭时,负载上的电压可以忽略不计。在跨SSR的电压瞬变影响下,负载电压出现瞬时电压峰值,如图1c所示。SSR的输入端和输出端之间的隔离由输入-输出瞬态抑制规范定义,通常也称为公共模式抑制(CMR)规范。

 

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输入-输出瞬态抑制测量

2显示了某技术“ASSR-322R”上执行的输入输出瞬态抑制测试电路。测试参数:Vi-0= 1000 VIo = 200 maT = 25°C。普通模式瞬态脉Vi-O =1000V由脉冲发生器产生,并应用于SSR的输入和输出区域之间,5V电源通过负载应用于输出。测试是用输入LED开关在AB之间的阳极以及LED连接到脉冲发生器的阴极上进行的。在“A”位置,图2的阳极和阴极。输入-输出瞬态抑制测试电路将LED短路给脉冲发生器,关闭SSR。如果输出处的扰动电压V O(off)由于普通模态瞬变小于4V,则设备不能通过瞬态抑制测试。在“B”位置,输入电流I F =5mA应用于LED的阳极,同时打开SSR, 假设在零电压下,如果扰动电压Vo(ON)由于普通模式瞬变大于0.8V,设备就不能通过测试。10kV/µsASSR-322R是典型的输入-输出dV I-O /dt瞬态抑制。

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dv / dt刺激效应

SSR的两个输出引脚之间的隔离是通过测量输出瞬态抑制来指定的。在电力线或电话网中可能存在高的瞬变电压,这主要是雷电在电力线系统中引起感应负载或干扰的。负载电压的快速上升或下降时间可以快速通过寄生电容MOSFET的大门,从而导致主控的MOSFET打开。dv / dt刺激效应通常发生在一个高度感应负载的区域,即使试图通过电路把它关掉也毫无作用。

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3显示了在SSR中,将直流电压应用于SSR的输出端,而控制脉冲应用于输入端。在LED关闭后,MOSFET确实关闭了,但又打开了,这种效应被称为dv/dt打开效应。具有高输出瞬变免疫规范的SSR装置可以承受高的dv/dt。为了提高输出暂态免疫,可以通过寄生电容器或SSR开关时间的增加来降低电压耦合,此时不考虑传播延迟。

 

输出瞬态抑制测量

输出瞬态抑制测量原理图如图4所示。当LED熄灭时,脉冲发生器产生的高压脉冲被应用到SSR的输出端。具有高耐压电压的电容器并联,其电压由示波器监测。例如,输出瞬态拒绝ASSR-322R和大约45 pf的电容C(off),在下列条件下测试:Vo= 250 V,T = 25°C,Cm = 1000 pf, Rm > 1 MΩ。如果在脉冲中心测量的电容器的电压电平Vm大于3V,则被测设备在输出瞬态试验中表示为不合格,这表明SSRmosfet已经启动,而Cm已被充电。SSR必须具有高输出瞬态免疫才能保证SSR正常运行,对于输出耐受电压为250VSSR来说,通常7kV/µs的输出瞬态抑制规范dV / dt足够高。

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过电压保护

SSR驱动感应负载时,也就是当它被关闭时,其将会在输出端产生很高的峰值电压。所以在任何可能发生这种危险事件的时候,都建议使用过电压保护。外部组件如金属氧化物压敏电阻(MOV)TransZorbs®可以用于过压保护SSRs的输出连接部件。当电压超过某一特定水平时,这些保护装置就会发生故障并产生严重的影响。图5显示了保护设备如何与SSR的输出连接部件的外部连接。一个合适的保护装置确保跨SSR的瞬态电压不高于SSR输出耐受电压额定值,而当SSR在输出电压额定值范围内工作时,保护装置处于全导电状态。

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当负载为电容时,可能会发生电流浪涌。为了避免电流浪涌造成的损坏,负载的电阻应该大于V RMS/IMAX),其中V (RMS)为负载上的RMS电压,I(MAX)为允许的最大输出电流。

结论

输出暂态抑制dV /dt和输入输出暂态抑制(dV I-O /dt)是选择SSR时需要考虑的关键指标。高瞬态抑制保证了输出信号的最小扰动和SSR的安全运行。

【腾恩科技】

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