如何使用固態繼電器實現更高可靠性的隔離和更小的解決方案尺寸

自晶體管發明之前，繼電器就已被用作開關。從低壓信號安全控制高壓系統的能力，如隔離電阻監控，對于許多汽車系統的開發是必要的。雖然機電繼電器和接觸器的技術多年來有所改進，但設計人員要實現其終身可靠性和快速開關速度以及低噪聲、沖擊振動和功耗的目標仍然具有挑戰性。

固態繼電器（SSR）具有性能和成本效益，并具有不同級別的隔離等級，無論是基本隔離還是增強隔離。與機電繼電器和固態光繼電器等替代技術相比，SSR具有優勢。

提高系統可靠性
傳統繼電器開關解決方案，機電繼電器（EMR）在高壓開關應用中很常見。EMR利用電磁力以機械方式打開和關閉觸點。鑒于其機械性質，EMR具有極低的導通電阻;它們的觸點本質上是金屬對金屬的連接。
EMR在開關速度和可靠性方面確實需要權衡取舍。繼電器內部的移動部件是一個限制因素，開關速度通常在5至15ms范圍內。隨著時間的推移和使用，EMR可能會遇到拱起、顫振和焊接閉合等故障。

與EMR不同，光繼電器沒有移動部件，并提供高隔離電壓。光繼電器是對傳統EMR的改進;但是，它們也有設計考慮因素，例如可實現的功率傳輸的限制以及內部LED的劣化。此外，光繼電器需要一個外部限流電阻，并且通常使用額外的場效應晶體管（FET）來管理LED的導通或關斷狀態。

使用SSR實現更高可靠性的隔離
固態繼電器可用作開關（帶集成FET）或驅動器，用于控制外部FET。無論是利用電容隔離還是磁隔離，隔離式SSR產品組合都可以實現具有基本或增強隔離級別的設計。與EMR相比，TPSI2140-Q1隔離開關和TPSI3050-Q1隔離驅動器具有更高的可靠性和更長的使用壽命，因為它們不會隨著時間的推移而經歷機械劣化。因此，SSR的使用壽命可靠性比傳統EMR高10倍。SSR還可以在微秒范圍內切換，比EMR快幾個數量級。

由于TPSI3050-Q1和TPSI2140-Q1在單個隔離柵上集成了電源和信號傳輸，因此無需次級偏置電源，因此可以實現較小的解決方案尺寸。圖1說明了TPSI2140-Q1隔離開關在高壓系統中的使用，無需偏置電源和外部控制電路等外部組件。

圖1：TPSI2140-Q1隔離開關減小了高壓系統中的解決方案尺寸

與傳統的光繼電器和光耦合器相比，TPSI2140-Q1和TPSI3050-Q1等固態繼電器也具有優勢。與光繼電器相比，如TPSI2140-Q1和TPSI3050-Q1）具有更好的可靠性，因為沒有LED退化。無需外部控制電路，因為邏輯電平輸入可以直接驅動系統。

結論

固態繼電器以最快的速度、最高的工作溫度和最低的系統成本提供最高的介電強度。它們還可以在更小的封裝中實現更可靠的開關。在下面的其他資源中，詳細了解我們如何通過隔離開關和驅動器幫助您簡化設計。

審核編輯黃宇