原创 如何使用固态继电器实现更高可靠性的隔离和更小的解决方案尺寸

自晶体管发明之前，继电器就已被用作开关。从低压信号安全控制高压系统的能力，如隔离电阻监控，对于许多汽车系统的开发是必要的。虽然机电继电器和接触器的技术多年来有所改进，但设计人员要实现其终身可靠性和快速开关速度以及低噪声、冲击振动和功耗的目标仍然具有挑战性。

固态继电器（SSR） 具有性能和成本效益，并具有不同级别的隔离等级，无论是基本隔离还是增强隔离。与机电继电器和固态光继电器等替代技术相比，SSR 具有优势。

提高系统可靠性

传统继电器开关解决方案，机电继电器 （EMR） 在高压开关应用中很常见。EMR 利用电磁力以机械方式打开和关闭触点。鉴于其机械性质，EMR 具有极低的导通电阻;它们的触点本质上是金属对金属的连接。

EMR 在开关速度和可靠性方面确实需要权衡取舍。继电器内部的移动部件是一个限制因素，开关速度通常在 5 至 15 ms 范围内。随着时间的推移和使用，EMR 可能会遇到拱起、颤振和焊接闭合等故障。

与EMR不同，光继电器没有移动部件，并提供高隔离电压。光继电器是对传统 EMR 的改进;但是，它们也有设计考虑因素，例如可实现的功率传输的限制以及内部LED的劣化。此外，光继电器需要一个外部限流电阻，并且通常使用额外的场效应晶体管（FET）来管理LED的导通或关断状态。

使用 SSR 实现更高可靠性的隔离

固态继电器可用作开关（带集成 FET）或驱动器，用于控制外部 FET。无论是利用电容隔离还是磁隔离，隔离式 SSR 产品组合都可以实现具有基本或增强隔离级别的设计。与 EMR 相比，TPSI2140-Q1 隔离开关和 TPSI3050-Q1 隔离驱动器具有更高的可靠性和更长的使用寿命，因为它们不会随着时间的推移而经历机械劣化。因此，SSR 的使用寿命可靠性比传统 EMR 高 10 倍。SSR 还可以在微秒范围内切换，比 EMR 快几个数量级。

由于 TPSI3050-Q1 和 TPSI2140-Q1 在单个隔离栅上集成了电源和信号传输，因此无需次级偏置电源，因此可以实现较小的解决方案尺寸。图 1 说明了 TPSI2140-Q1 隔离开关在高压系统中的使用，无需偏置电源和外部控制电路等外部组件。

图 1：TPSI2140-Q1 隔离开关减小了高压系统中的解决方案尺寸

与传统的光继电器和光耦合器相比，TPSI2140-Q1 和 TPSI3050-Q1 等固态继电器也具有优势。与光继电器相比，如 TPSI2140-Q1 和 TPSI3050-Q1）具有更好的可靠性，因为没有 LED 退化。无需外部控制电路，因为逻辑电平输入可以直接驱动系统。

结论

固态继电器以最快的速度、最高的工作温度和最低的系统成本提供最高的介电强度。它们还可以在更小的封装中实现更可靠的开关。在下面的其他资源中，详细了解我们如何通过隔离开关和驱动器帮助您简化设计。