ZHCAFV5 October 2025 AMC0386-Q1 , TPS61170 , TPS61170-Q1 , TPSI2140-Q1
3.1 固態(tài)繼電器
固態(tài)繼電器 (SSR) 使用半導(dǎo)體 FET 構(gòu)建具有隔離柵的高壓開(kāi)關(guān)。與傳統(tǒng)的機(jī)電繼電器相比，SSR 具有許多明顯的優(yōu)勢(shì)。
- 高可靠性：由于沒(méi)有移動(dòng)觸點(diǎn)，SSR 不存在磨損、電弧和接觸反彈。SSR 的額定壽命通常是機(jī)電繼電器的 10–100 倍，并且 SSR 不受振動(dòng)、沖擊、灰塵和濕度影響，可在很寬廣的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。
- 快速開(kāi)關(guān)：與機(jī)械繼電器在幾毫秒內(nèi)開(kāi)關(guān)并表現(xiàn)出反彈相比，SSR 可達(dá)到微秒范圍的開(kāi)關(guān)時(shí)間且無(wú)反彈操作，從而實(shí)現(xiàn)更干凈的測(cè)量電壓和更快的故障檢測(cè)。
- 可預(yù)測(cè)的電氣參數(shù)：與可變接觸電阻和機(jī)械繼電器不受控制的泄漏不同，SSR 的導(dǎo)通狀態(tài)電阻和漏電流規(guī)格受到嚴(yán)格限定，在整個(gè)生命周期內(nèi)保持穩(wěn)定。
- 簡(jiǎn)單電路：SSR 可以直接由邏輯級(jí)信號(hào)驅(qū)動(dòng)；SSR 不需要專用驅(qū)動(dòng)器或單獨(dú)的電源來(lái)進(jìn)行線圈激勵(lì)，因此可減少元件數(shù)量并降低設(shè)計(jì)復(fù)雜性。
- 緊湊尺寸：SSR 在小型封裝內(nèi)集成了電容隔離功能，無(wú)需機(jī)電繼電器典型的笨重線圈、驅(qū)動(dòng)器和輔助電源元件，從而節(jié)省了 PCB 面積。
這些優(yōu)勢(shì)直接滿足車載充電器絕緣監(jiān)測(cè)功能的高周期、安全關(guān)鍵型要求，因此 SSR 是機(jī)械繼電器的優(yōu)選替代品。表 3-1 包含 SSR 與傳統(tǒng)選項(xiàng)的并排比較。
| 規(guī)格 | TI 固態(tài)繼電器 | PhotoMOS | 繼電器 |
|---|---|---|---|
| 關(guān)斷時(shí)間 | <400μs | <4ms | ?10ms |
| IAvalanche | <1mA | <1mA | x |
| 導(dǎo)通電阻 | ?300Ω | ?500Ω | <1Ω |
| 尺寸 | 小 | 小 | 大 |
| AEC | 合格 | 不合格 | 合格 |
TPSI2140?Q1 是德州儀器 (TI) 的單通道、高壓固態(tài)開(kāi)關(guān)，集成了 MOSFET 功率器件和隔離式柵極驅(qū)動(dòng)接口。圖 3-1 中的圖顯示了 TPSI2140?Q1 器件的方框圖。該器件具有 200V 開(kāi)/關(guān)能力，可承受 1mA 雪崩電流長(zhǎng)達(dá) 60 秒，因此能夠進(jìn)行高電勢(shì) (Hi Pot) 測(cè)試。該器件適用于雙開(kāi)關(guān)和有源單開(kāi)關(guān)架構(gòu)中的實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景。
圖 3-1 單向 SSR TPSI2140?Q1 方框圖TPSI2072?Q1 是德州儀器 (TI) 的雙通道、高壓固態(tài)開(kāi)關(guān)，集成了 MOSFET 功率器件和隔離式柵極驅(qū)動(dòng)接口。該器件適合雙開(kāi)關(guān)架構(gòu)中的實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景。TPSI2072?Q1 的示意圖如圖 3-2 所示。
圖 3-2 雙向 SSR TPSI2072?Q1 方框圖下面是在 IMD 中使用固態(tài)繼電器時(shí)需要考慮的關(guān)鍵規(guī)格：
- 隔離柵：在使用半導(dǎo)體技術(shù)方面，TPSI2140?Q1 和 TPSI2072?Q1 器件可在 1000Vrms 交流或 1500V 直流條件下支持隔離超過(guò) 26 年。
- 關(guān)斷電壓：如果施加在 SSR 上的外部電壓低于關(guān)斷電壓，則只有 1uA 的漏電流從 S1 流向 S2 或從 S2 流向 S1。與傳統(tǒng)繼電器相比，它們無(wú)需擔(dān)心觸點(diǎn)粘滯。
- 雪崩電流：該規(guī)格在 Hi-Pot 測(cè)試中受到挑戰(zhàn)。在 Hi-Pot 測(cè)試期間，對(duì) Rst 和 SSR 施加 ?2kV 到 3kV 的電壓。由于 SSR 的關(guān)斷電壓為 1.2kV，需要使用 Rst 來(lái)限制電流，且不應(yīng)超過(guò) SSR 的雪崩電流限制。在考慮 Hi-Pot 測(cè)試時(shí)，Rst 選擇在可靠性和檢測(cè)精度方面進(jìn)行權(quán)衡。
- 導(dǎo)通/關(guān)斷時(shí)間：根據(jù)節(jié) 2中先前的分析，Y 電容器會(huì)顯著影響 50Hz 或 60Hz 系統(tǒng)的穩(wěn)定時(shí)間。Y 電容器有助于抑制 OBC 系統(tǒng)中的 EMI，但較大的 Y 電容器會(huì)縮短 IMD 的檢測(cè)窗口。因此，必須仔細(xì)選擇 Y 電容的值，以便在 EMI 的優(yōu)勢(shì)和電路設(shè)計(jì)期間的 IMD 權(quán)衡因素之間實(shí)現(xiàn)平衡。
- 導(dǎo)通電阻：當(dāng)單個(gè)繼電器對(duì)主路徑進(jìn)行分壓時(shí)，導(dǎo)通電阻會(huì)影響檢測(cè)精度。