固態(tài)繼電器參考設(shè)計：REF_SSR_AC_DC_2A 全方位解析

在電子工程領(lǐng)域，固態(tài)繼電器（SSR）憑借其無機械觸點、響應(yīng)速度快等優(yōu)勢，在眾多應(yīng)用場景中得到了廣泛應(yīng)用。今天，我們就來深入探討一下英飛凌的 REF_SSR_AC_DC_2A 固態(tài)繼電器參考設(shè)計。

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一、文檔概述

這份用戶指南主要圍繞 REF_SSR_AC_DC_2A 固態(tài)繼電器參考設(shè)計板展開，詳細介紹了其使用方法、工作原理、設(shè)計要點以及性能評估等內(nèi)容。此文檔主要面向那些考慮將固態(tài)繼電器與英飛凌器件結(jié)合使用的工程師。

不過，在開始使用之前，我們必須明確，這些評估板和參考板僅用于演示和評估目的，并非商業(yè)化產(chǎn)品，不能用于可靠性測試或生產(chǎn)。同時，使用時要嚴(yán)格遵守相關(guān)的安全注意事項，確保人身和設(shè)備安全。

二、安全注意事項

在測試過程中，評估或參考板會連接到電網(wǎng)輸入，因此在使用示波器測量電壓波形時，必須使用高壓差分探頭，否則可能導(dǎo)致人身傷害甚至死亡。此外，在進行接線、維護等操作前，務(wù)必先斷開電網(wǎng)輸入電源，避免觸電危險。

測試時，評估或參考板的散熱片和器件表面可能會發(fā)熱，操作時需采取必要的防護措施。而且，只有熟悉驅(qū)動、電力電子及相關(guān)機械的人員才能對系統(tǒng)進行規(guī)劃、安裝、調(diào)試和維護。另外，該板包含對靜電放電敏感的部件，安裝、測試、維護時要采取靜電控制措施。

三、SSR 簡介

3.1 基本概念

傳統(tǒng)的繼電器大多是機電式的，包含機械運動部件，而固態(tài)繼電器則是基于半導(dǎo)體技術(shù)的電子開關(guān)，通過小的控制信號（通常是低壓直流信號）來實現(xiàn)電路的通斷，REF_SSR_AC_DC_2A 參考板就沒有機械運動部件。

3.2 適用范圍

該參考設(shè)計適用于在 250 VAC 或 350 VDC 電網(wǎng)電源下切換高達 2 A 標(biāo)稱電流的負載。

3.3 關(guān)鍵特性

• 雙向電流阻斷能力：采用背對背（B2B）CoolMOS? 配置，可實現(xiàn)雙向電流阻斷。
• 可調(diào)輸入電源電壓：方便根據(jù)不同的應(yīng)用需求進行調(diào)整。
• 溫度保護功能：CoolMOS? S7T（IPT60T022S7）功率 FET 內(nèi)置溫度傳感器，可實現(xiàn)過溫保護。
• 電流測量功能：基于分流電阻的通道電流測量，能實時監(jiān)測電流情況。
• 集成保護功能：固態(tài)隔離器（ISSI30R12H）集成了過流（OCD）和過溫保護（OVT）功能。
• 過壓保護功能：配備外部鉗位元件，可實現(xiàn)過壓保護（OVP）。

3.4 技術(shù)參數(shù)

四、系統(tǒng)與功能描述

4.1 入門指南

使用繼電器時，可參考簡單的連接圖。除了使用端子連接器塊，還可以使用板上的相應(yīng)焊盤，這樣能減小設(shè)備的占用空間，但為了便于評估和使用，建議使用連接器塊。

4.2 操作方法

該設(shè)備操作簡單，與市場上的其他開關(guān)/繼電器類似。當(dāng)有邏輯電源電壓時，SSR 導(dǎo)通；斷開邏輯電源輸入，SSR 關(guān)斷。此外，它還具備過流、過溫和過壓保護等額外功能。

4.3 過流保護

過流保護通過分流電阻進行電流測量，并結(jié)合柵極驅(qū)動器中的過流比較器關(guān)斷閾值來實現(xiàn)。典型的比較器關(guān)斷閾值在柵極驅(qū)動器內(nèi)部設(shè)置為 200 mV，使用 7 mΩ 分流電阻時，典型的關(guān)斷電流為 29 A。過流保護觸發(fā)后，功率開關(guān)會鎖存關(guān)斷，要恢復(fù)正常運行，需將電源輸入設(shè)置為 0 V。

4.4 過溫保護

過溫保護通過 CoolMOS? S7T 和 iSSI30R12H 柵極驅(qū)動器實現(xiàn)。柵極驅(qū)動器可為 S7T MOSFET 的集成溫度傳感器提供 50 μA 的偏置電流，同時檢測典型閾值電壓 1.095 V，對應(yīng)結(jié)溫約為 150°C。過溫保護觸發(fā)后，同樣會鎖存關(guān)斷功率開關(guān)，恢復(fù)正常運行也需將邏輯電源輸入設(shè)置為 0 V。

4.5 過壓保護

為了防止過壓損壞，添加了雙向 TVS 二極管作為保護元件。在緊湊布局中，還需要額外的 RC 緩沖器來防止因 TVS 二極管與驅(qū)動器柵極輸出耦合產(chǎn)生的高頻振蕩導(dǎo)致設(shè)備重新導(dǎo)通。對于較大的電路板，將 TVS 遠離柵極驅(qū)動器和 MOSFET 有助于過濾 TVS 產(chǎn)生的高頻噪聲。

4.5.1 TVS 二極管選型

S7T MOSFET 的絕對最大漏源電壓為 600 V，保護元件的鉗位電壓需在所有應(yīng)力模式下低于該值，同時 TVS 鉗位電壓要高于最大額定電源電壓的峰值。

五、系統(tǒng)設(shè)計

5.1 原理圖

REF_SSR_AC_DC_2A 的原理圖展示了其內(nèi)部電路的連接方式，為工程師進行電路分析和優(yōu)化提供了重要依據(jù)。

5.2 布局設(shè)計

合理的布局設(shè)計對于提高系統(tǒng)性能和穩(wěn)定性至關(guān)重要。該參考設(shè)計的布局考慮了散熱、電磁兼容性等因素，確保了系統(tǒng)的正常運行。

5.3 物料清單

5.4 連接器詳情

對于交流操作，引腳 AC1 和 AC2 可互換。

六、系統(tǒng)性能評估

6.1 穩(wěn)態(tài)行為

此外，還可以觀察到瞬態(tài)關(guān)斷行為，并提取 I2t 脫扣曲線，該曲線受多種因素影響，不同設(shè)備可能會有所不同。

6.2 過流保護性能

通過測試不同短路電流斜率下的過流保護情況，發(fā)現(xiàn)即使在 41 A/μs 的陡峭電流斜率下，SSR 也能快速響應(yīng)，從檢測到故障到電流開始下降僅需 140 ns。不同電流斜率下，最大脫扣電流會有所變化。

6.3 過溫保護性能

使用恒定直流電流驗證過溫保護功能，當(dāng)溫度二極管電壓下降到設(shè)定的關(guān)斷水平時，SSR 會關(guān)斷，且設(shè)備會保持鎖存關(guān)斷狀態(tài)，直到將輸入設(shè)置為 0 V 重啟。

七、總結(jié)

REF_SSR_AC_DC_2A 固態(tài)繼電器參考設(shè)計為工程師提供了一個優(yōu)秀的設(shè)計范例，其具備多種保護功能和良好的性能表現(xiàn)。在實際應(yīng)用中，工程師可以根據(jù)具體需求對其進行優(yōu)化和改進。同時，使用過程中一定要嚴(yán)格遵守安全注意事項，確保設(shè)計的可靠性和穩(wěn)定性。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。