固态继电器的选择和应用

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1、固态继电器的选择和应用相对于传统的机电式继电器和干簧管继电器，固态继电器具有功耗低、体积小和可靠性高的特点，因而越来越受到设计师的认可。本文将着重介绍固态继电器和传统机电式继电器的区别、了解固态继电器的特性以及选择和使用固态继电器的技巧。固态继电器的分类固态继电器有很多种，在光耦的子目录中，根据其输出级可以分为光电三极管、光电IC、光电可控硅以及光电MOSFET。本文介绍的固态继电器仅仅是指光电MOSFET，有一些设计师和供应商将PhotoTriac即光电可控硅也称为固态继电器。根据固态继电器开关形式可以划

2、分为：FormA为单刀单掷常开型继电器；FormB为单刀单掷常闭型继电器；FormC为单刀双掷型继电器，也称为SPDT继电器。PhotoMOSFETFormA继电器使用了增强型场效应管，FormB固态继电器使用了耗尽型场效应管，FormC固态继电器可通过将FormA和FormB固态继电器串联得到。此外，根据封装形式分类，大多数固态继电器都是塑料封装，也有密封的陶瓷封装用作军事或者太空应用。固态继电器与机电式继电器的比较首先，由于固态继电器在操作中不会产生电弧，因而具有高稳定性；而对机电式继电器而言，触点闭合

3、时会产生电弧，一段时间之后，触点的阻值会逐渐增加直到触点完全被销毁，最终使该继电器失效。这一差异使固态继电器可以进行表贴，而机电式继电器需要安放于IC插座中以便替换。其次，固态继电器只需用电阻将LED的驱动电流限制在10mA左右；而机电式继电器则需要几百毫安的电流驱动感性线圈，由于大多数逻辑门和CMOSIC都能够直接驱动LED，因而使用固态继电器可以帮助减少方案的成本。再次，固态继电器的小封装尺寸也可以满足高密度布板的需要。最后，对机电式操作而言，得到稳定的输出需要把去反跳时间计算进去，这样EMR的有效开关

4、时序被增加到5ms以上，固态继电器则提供快得多的1ms以下的开关速度，显著提高了数据的吞吐量。固态继电器也有其自身的限制，从而造成某些应用暂时无法离开机电式继电器。首先，固态继电器导通电阻范围在50m?到100?之间，导致加载电流时产生显著的热量，然而由于功耗的限制，固态继电器的电流驱动能力通常被限制在5A以下。其次，高频信号可以在寄生的关断状态电容中形成通路而通过，关断状态电容低至0.5pF的固态继电器可以隔离100MHz的信号，但是如果有很多通道存在时，更低频率的信号需要被考虑是否对设计有影响。最后，需

5、要注意的是固态继电器的关断状态漏电流。尽管这个漏电流在室温时低至pA级，然而随着工作温度的升高，漏电流可以高到10μA，这对设计也会造成问题。固态继电器的特性固态继电器的最基本功能是通过低功率电气隔离输入信号进行AC/DC负载电路的开关控制，其基本工作原理如图1所示。输入是一个电流驱动的LED，由于大多数芯片的输出均为电压，且很容易通过限流电阻串接到LED的阳极或阴极转换成驱动LED的电流。LED发出的光信号通过透光绝缘层被耦合到光检测器上，透光绝缘层保证了输入和输出侧的电气隔离。输出级包含有两个Power

6、MOSFET，固态继电器关断状态的耐压能力取决于这两个崩溃电压，通过这两个MOSFET的串联，可将固态继电器接到AC/DC负载中。固态继电器有两种基本配置，分别为AC/DC通用连接以及DC专用连接，如图2所示。从图2左图可以看到，在AC/DC通用连接中两个MOSFET漏极被接入到负载电路，而源极没有外接到电路中。这种连接方式是双向的，允许AC/DC信号通过。在DC专用连接中，连接到MOSFET引脚被接入到电路中，两个MOSFET是并联的而非串联，因此可以在不增加功耗的同时将导通电阻减小到原来的四分之一。在D

7、C专用连接方式中，需注意连接的极性，如图2中右图所示，需将两个MOSFET漏极短接在一起以作为正极使用。固态继电器的取舍考量选择固态继电器一个至关重要的准则是应用中的工作电压，通常需要给设计保留20%的余量，另外选择时需要注意AC电压。对于大多数应用，负载电流是第二重要的准则，固态继电器中持续的负载电流不可以超过其规定的绝对最大值，可以通过负载中串联限流电阻加以保证。此外，负载电流值在环境温度升高时需要降额使用，降低的程度依赖于封装的额阻值，而且板子的状况也会影响电流的降低曲线。可耐受电压是最关键的选取标准

8、，MOSFET耐受电压增加时其导通电阻也会增加，因此60V时很容易找到导通电阻为0.5?的SO4封装继电器，但找到一个导通电阻相同的400VDIP封装的固态继电器却很难。例如，我们仅能提供导通电阻为25?的SO4400V固态继电器。原因是导通电阻增加，负载电流容量就应相应减小，以维持相同的功耗，防止热损坏。另一个取舍考量是输入驱动电流和开关速度。高速开关的应用中需要用到很大的输入驱动电流，但是如果功率或电源有限，