HSSR-8060/8400低电阻固态继电器

介绍

接通电阻是在其输出端使用mosfet的固态继电器的一个重要规范。一般来说，较低的接通电阻额定值将允许更高的接触电流额定值。HSSR-8060和HSSR-8400是单极的，常开的，固态继电器(SSR)，电阻极低。每个SSR由一个高压电路组成，与一个发光二极管(LED)光学耦合。当控制电流流过SSR的输入端子时，LED发出光到光电二极管阵列上。如图1所示，光电二极管阵列产生足够的电压和电流来操作FET驱动电路，也驱动栅到源电压高于两个输出FET的阈值。

特征总结

HSSR-8060/8400封装在一个6针的DIP中，但只使用了5个针。针脚1和针脚2分别是输入LED的阳极和阴极。位于SSR输出侧的引脚4、5和6可以配置为连接A或连接B，如图2所示。对于连接A，SSR输出处的信号可以具有正极性或负极性。这意味着SSR可以通过交流或直流信号。对于连接B，SSR输出处的信号必须具有如图2b所示的极性。在这种配置中，引脚4和6被绑在一起，SSR只能控制直流信号。使用连接B的优点是，它将两个输出fet彼此并行放置，而不是串联放置。

图1.HSSR-8060/8400的电路图。

图2. HSSR-8060/8400的示意图

这种配置显著降低了SSR的输出上电阻，并将其输出电流能力提高了两倍。图2还定义了SSR的输入端的极性。HSSR-8060/8400以最小输入电流接通(其触点闭合)，如果，在一个典型的正向电压下为5 mA，vf，1.6 V。在较高电流下运行会使触点更快关闭。SSR关闭(其联系人打开)vf等于0.8 V。

HSSR-8060和HSSR-8400都保证了输入到输出的绝缘电压额定值为2500 Vac，1分钟。此外，HSSR-8060在60V时的输出瞬态抑制功率为1000V/µs，而HSSR-8400在100 V时的输出瞬态抑制功率为1000V/µs。在1000 V时，两个SSRs的输入到输出瞬态抑制规格均为2500V/µs 。

HSSR-8060在室温下的输出耐压电压为60 V。如果如连接A所示使用SSR传递交流信号，则60 V是应通过输出触点施加的峰值正或负电压的最大量。HSSR-8060的特点是其低电阻，R(上)，输出电流能力大，io.在室温下，使用连接A时，HSSR-8060的最大接通电阻为0.7W，平均输出电流额定电流为0.75 A。使用连接B，接通电阻降低到0.2 W，平均输出电流额定值增加到1.5A。如数据表中提到的，HSSR-8060和HSSR-8400的接通电阻规范是指当脉冲电流信号施加到输出引脚时通过输出触点测量的电阻。使用脉冲信号(≤30 ms)意味着每个结的温度等于环境温度和情况温度。

HSSR-8400在室温下的输出耐压电压为400 V。如果如连接A所示使用SSR传递交流信号，则400 V是应通过输出触点施加的峰值正或负电压的最大量。与HSSR-8060类似，HSSR-8400具有较低的电阻和较大的输出电流额定值。在室温下，最大接通电阻值为10 W，平均输出电流能力为0.15 A。对于连接B，最大接通电阻为2.5W，平均输出电流额定值增加到0.3 A。

机电继电器(EMR)的输出电流额定值通常受到其在打开时中断该电流的能力的限制。另一方面，HSSR-8060/8400的输出额定电流受到其MOSFETs所能承受的最高结温度(125°C)的限制。这个结温度是接通电阻、负载电流、热阻和环境温度。随着结温度的升高，接通电阻也会升高。为了限制更高情况和环境温度下的功耗，输出额定电流。对于SSR规范来说，包含这种降级效应是很重要的。HSSR-8060和HSSR-8400的数据表都包括显示温度对输出电流额定值的影响的图表，io.如果这些SSR在这些电流降额图上所示的“安全运行区域”内运行，则相应的“功率与温度”图说明了SSR耗散的最大功率量。在此区域内的操作确保稳态结温度保持在以下125° C.

图3。HSSR-8060输出电流降额图。

最大信号频率

当使用HSSR-8060/ 8400来控制交流信号时，该信号的最大频率可能会受到断电容的限制，C(关闭)，继电器。断电容与电压有关，并被指定为HSSR 8060典型的135 pF和HSSR-8400典型的HSSR-8400典型的60 pF伺服= 25 V.这两个ssr的数据表包括典型的输出电容与输出电压的图表。除断电容外，最大信号频率还取决于负载阻抗、电路配置和设计者所要求的衰减量。衰减是指通过触点处于OFF状态相对于ON状态的信号量。例如，-40 dB的衰减意味着在其关闭状态下通过触点的电流将比在其开启状态下通过触点的电流小一百倍。

为了进行比较，典型的ssr被配置为简单的串联开关，并在室温下测试了最大的信号频率。每个SSR都用一个负载电阻进行测试，rl=为100 W，还有一个输出的正弦波，伺服= 1 Vp-p.获得-40 dB的信号衰减的最大信号频率如下：HSSR-8060: 40 kHz、HSSR-8400: 65 kHz、HSSR-8200: 2800 kHz

这意味着相同数量的信号将通过触点。如图4所示，信号频率每降低10年，信号振幅就会降低20 dB。当SSR关闭时，需要-40 dB衰减的设计者必须具有比中断频率低至少20年的最大信号频率。例如，对于负载电阻RL为1 kW，C(关)为200 pF，断开频率约为800 kHz。如果当继电器关闭时，设计器要求至少-40 dB的衰减，则最大信号频率比800 kHz或8 kHz低20年。

图4(a)简单的串联频率响应。

图4(b)。简单的串联频率响应。

为了控制高频信号，可以在图5所示的串联分流配置中使用两个ssr。在ON状态下，串联SSR关闭，分流SSR打开。在OFF状态下，串联SSR打开，分流SSR关闭。图5显示了该OFF条件下的等效电路，图6显示了其频率响应。这种串联分流配置比简单的串联配置产生更高的断裂频率。这种改进的原因是，中断频率方程现在使用了SSR的低开启电阻值，而不是负载电阻值。串联分流配置允许使用更高的信号频率，或增加较低信号频率的衰减。例如，使用两个继电器与C(关闭)=200pF，R(开)= 6 W和RL = 1 kW，串联分流配置的中断频率约为66 MHz。用来确保至少-40 dB的衰减的最大信号频率大约比66MHz或660 kHz低20年。注意，因为R(上)<< RL，负载电阻值对断裂频率的计算几乎没有影响。

图5。 系列分流配置

图6。串联分流频率响应。

电信应用

SSRs通常被电信行业使用。一些应用的例子包括上/下开关、测试和维护设备、PBX和中央办公室切换，以及脉冲拨号。与emr相比，ssr在这些领域很有用，因为它们很小，需要的板空间小。它们没有机械部件，所以它们使用的时间更长，从而增加了可以执行的操作的数量。此外，ssr没有接触弹跳、电弧或声学噪声。

表1。典型的峰值开启时间

 

 

 

R3(W)	IF（峰值）（mA）	HSSR-8060 tON(ms)	HSSR-8400 tON (ms)
-	10(无峰值)	0.93	0.50
330	20	0.53	0.29
100	40	0.32	0.47
33	100	0.17	0.09

 

 

 

图。7推荐的输入电路。

各种负载

根据负载的类型，SSR可能需要承受大量的浪涌电流。纯电阻负载是SSR开关最容易的类型，因为它没有浪涌电流要求。HSSR-8060/8400的其他典型负载及其相关的冲击与稳态电流见表2。

负载的浪涌要求应在继电器的峰值浪涌电流等级范围内。因此，切换这些类型的负载之一的SSR应该具有同时满足稳态和浪涌要求的电流规范。与EMR相比，ssr对浪涌电流更宽容，因为它们没有接触弹跳，这导致与EMR接触产生电弧。高温电弧会导致EMR接触点的熔化并最终退化。与连接A，HSSR-8060有一个单镜头，峰值输出电流额定电流 脉冲宽度为3.75 A。HSSR-8400的脉冲宽度为100 ms，额定值为1.0 A。对于较长的脉冲宽度，单次拍摄的峰值输出电流额定值会降低。图8和图9显示了对70个单元的HSSR-8060和HSSR-8400进行的实验结果。每个图都显示了我们能够应用于70个典型SSRs输出的峰值浪涌电流值，而其中任何一个失败。

我们还进行了另一个实验，以确定20个典型ssr所能承受的最大重复浪涌电流。HSSR-8060和HSSR-8400各10个单元，分别测试15分钟，以100 ms间隔施加100 ms的涌电流脉冲(50%占空比)。在这些条件下，HSSR-8060的最大重复失效冲击电流为1.2 A，HSSR-8400为 0.25 A。

表2。HSSR-8060/8400负载类型

 

 

 

负载类型	典型的涌入与稳态电流	涌入持续时间
小电磁阀	10-20X	70-100 ms
分数马力电动机	5-10X	200-500ms
微型白炽灯	20-15X	30-100ms
电容负载	20-40X	10-40ms

 

 

 

图8。HSSR-8060峰值浪涌电流实验结果。

图9。HSSR-8400峰值浪涌电流实验结果。

HSSR-8060/8400可用于驱动小马力电机。同步交流电机的换向控制装置如图10所示。对于经常开启和关闭循环的电机，SSR通常比EMR更受青睐，因为它可以更好地处理浪涌，而且不会产生EMI。SSR还可用于控制小型直流电机负载，如计算机磁盘驱动器、音频和视频设备、家用电子设备或汽车电子设备。SSR可用于控制EMR的输入线圈，这是一个高感应负载。其他感应负载包括小型变压器、接触器、电磁阀、磁性联轴器等。当SSRs驱动感应负载时，当关闭负载时，输出端可能会出现非常高的峰值电压。SSR输出中的MOSFET能够承受合理数量的感应过载。

图10.电机反转控制

例如，在室温条件下对10台HSSR-8060进行了测试：

输入电流，如果= 10 mA(1 Hz)负载，L = 1 H ,负载电压，V = 60 V ,加载电流= 670 mA

每个单元都经过了100万次循环的测试并通过。没有出现灾难性的故障或参数漂移。本实验未使用对SSR的过电压保护。但是，当出现同时超过耐压等级和输出功率损耗或浪涌额定值的事件，或瞬态的能量含量如闪电引起的事件时，建议进行过电压保护。

过电压保护

金属氧化物可变电阻器(MOVs)或TransZorbsTM可用于SSR触点的过电压保护。当它们之间的电压超过一个指定的水平时，它们都会分解并严重传导。对于交流电压，可以使用MOV或双向TransZorb。两个设备都“短”故障，因此保护始终到位，即使操作可能会停止。如图11(a)所示，保护装置放置在继电器的输出触点引脚上，当触点容易受到大于额定输出耐受电压的电压时使用，伺服.为了充分保护触点，保护装置应在略低于最大输出电压的电压下处于完全导电状态。但是，对于低于最大线路电压的任何电压，它都必须处于高阻抗状态。

当SSR用于控制小的直流电压时，如图11(b)所示的单个齐纳二极管提供了足够的保护。同样，齐纳的钳位电压应大于控制电压，但小于SSR触点的最大额定值。

图11。过电压保护。

结论

本文说明了HSSR-8060和HSSR-8400的主要特性，提出了一个控制驱动电路，并介绍了HSSR-8060/8400的各种应用。

审核编辑：汤梓红