电力电子/电源管理


实现比传统EMs提供的更高可靠性隔离

2022年8月31日电力电子/电源管理

在晶体管发明之前,继电器就被用作开关。从低压信号中安全控制高压系统的能力,就像隔离电阻监测的情况一样,对于许多汽车系统的发展是必要的。虽然机电继电器和接触器的技术多年来不断进步,但对于设计师来说,实现寿命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(SSRs)表现出性能和成本优势,并被评为不同级别的隔离。相对于机电式继电器和固态光继电器等替代技术,SSRs也具有优势。

传统继电器开关解决方案

机电继电器(EMRs)在高压开关应用中很常见。EMRs利用电磁力来机械地开关触点的开关。由于其机械特性,EMRs具有极低的通电阻;它们的接触本质上是金属对金属的连接。

然而,当涉及到切换速度和可靠性时,电子病历确实需要权衡。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到15毫秒范围内。随着时间的推移和使用,EMR可能会出现诸如电弧、抖振和焊接关闭等故障。

与EMRs不同,光继电器没有活动部件,并提供高隔离电压。照片继电器是对传统电子病历的改进;但他们也有设计上的考虑,如可实现的功率传输的限制,以及内部LED的恶化。此外,光继电器需要一个外部限流电阻,通常使用额外的场效应晶体管(fet)来管理LED的开关状态。

使用ssr的更高可靠性隔离

TI的固态继电器可作为开关(集成fet)或用于控制外部fet的驱动器。与EMRs相比,TI公司的TPSI2140-Q1隔离开关和TPSI3050-Q1隔离驱动器具有更高的可靠性和寿命,因为它们不会随着时间的推移而发生机械退化。因此,SSRs的寿命可靠性是传统EMRs的十倍。这些SSRs还可以在微秒范围内切换,比EMRs快了几个数量级。

由于TPSI3050-Q1和TPSI2140-Q1集成了跨越单个隔离屏障的电源和信号传输,因此不需要二次偏置电源,从而可以实现小的解决方案尺寸。图1说明了在高压系统中使用TPSI2140-Q1隔离开关,消除了外部组件,如偏置电源和外部控制电路。

与传统的光继电器和光耦合器相比,这些固态继电器也具有优势。TPSI2140-Q1和TPSI3050-Q1在光继电器上实现了更好的可靠性,因为没有LED退化,也不需要外部控制电路,因为逻辑级输入可以直接驱动系统。

这些固态继电器在最快的速度、最高的工作温度和最低的系统成本下提供最高的介电强度。它们还可以在更小的包中实现更可靠的切换。


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