固態繼電器參考設計：REF_SSR_AC_DC_2A 全方位解析

在電子工程領域，固態繼電器（SSR）憑借其無機械觸點、響應速度快等優勢，在眾多應用場景中得到了廣泛應用。今天，我們就來深入探討一下英飛凌的 REF_SSR_AC_DC_2A 固態繼電器參考設計。

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一、文檔概述

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

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，并非商業化產品，不能用于可靠性測試或生產。同時，使用時要嚴格遵守相關的安全注意事項，確保人身和設備安全。

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，否則可能導致人身傷害甚至死亡。此外，在進行接線、維護等操作前，務必先斷開電網輸入電源，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熱，操作時需采取必要的防護措施。而且，只有熟悉驅動、電力電子及相關機械的人員才能對系統進行規劃、安裝、調試和維護。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

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

3.2 適用范圍

該參考設計適用于在 250 VAC 或 350 VDC 電網電源下切換高達 2 A 標稱電流的負載。

3.3 關鍵特性

• 雙向電流阻斷能力：采用背對背（B2B）CoolMOS? 配置，可實現雙向電流阻斷。
• 可調輸入電源電壓：方便根據不同的應用需求進行調整。
• 溫度保護功能：CoolMOS? S7T（IPT60T022S7）功率 FET 內置溫度傳感器，可實現過溫保護。
• 電流測量功能：基于分流電阻的通道電流測量，能實時監測電流情況。
• 集成保護功能：固態隔離器（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，可實現過壓保護（OVP）。

3.4 技術參數

四、系統與功能描述

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焊盤，這樣能減小設備的占用空間，但為了便于評估和使用，建議使用連接器塊。

4.2 操作方法

該設備操作簡單，與市場上的其他開關/繼電器類似。當有邏輯電源電壓時，SSR 導通；斷開邏輯電源輸入，SSR 關斷。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，并結合柵極驅動器中的過流比較器關斷閾值來實現。典型的比較器關斷閾值在柵極驅動器內部設置為 200 mV，使用 7 mΩ 分流電阻時，典型的關斷電流為 29 A。過流保護觸發后，功率開關會鎖存關斷，要恢復正常運行，需將電源輸入設置為 0 V。

4.4 過溫保護

過溫保護通過 CoolMOS? S7T 和 iSSI30R12H 柵極驅動器實現。柵極驅動器可為 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，對應結溫約為 150°C。過溫保護觸發后，同樣會鎖存關斷功率開關，恢復正常運行也需將邏輯電源輸入設置為 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 二極管與驅動器柵極輸出耦合產生的高頻振蕩導致設備重新導通。對于較大的電路板，將 TVS 遠離柵極驅動器和 MOSFET 有助于過濾 TVS 產生的高頻噪聲。

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、系統設計

5.1 原理圖

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

5.2 布局設計

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

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、系統性能評估

6.1 穩態行為

此外，還可以觀察到瞬態關斷行為，并提取 I2t 脫扣曲線，該曲線受多種因素影響，不同設備可能會有所不同。

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，發現即使在 41 A/μs 的陡峭電流斜率下，SSR 也能快速響應，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，當溫度二極管電壓下降到設定的關斷水平時，SSR 會關斷，且設備會保持鎖存關斷狀態，直到將輸入設置為 0 V 重啟。

七、總結

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