【应用】提速降噪！业内首款基于CMOS的隔离型SSR解决方案

时间： 2019-07-29 来源：世强作者：John

技术问答

【摘要】光耦隔离的固态继电器工作温度范围有限，高温性能不佳，且生命周期极度有限。业内首款基于CMOS工艺的隔离式SSR解决方案Si875x是隔离式FET驱动器加分立的FET来形成的固态继电器，可保证全温度范围内的隔离性能，具有可选的米勒钳位功能，可高效解决传统EMR和SSR的慢速、噪音等问题。

众所周知，在工业、汽车的控制领域，继电器被大量地使用，传统解决方案使用的是机械式的电磁继电器（EMR）或固态继电器（SSR）。由于电磁继电器存在体积大、开关速度慢、开关时触头易产生电弧并有噪声等缺点，所以固态继电器已经逐步取代电磁继电器。

然而，固态继电器多数采用光耦方式隔离，工作温度范围有限，高温下性能下降很多，固态继电器中的LED长时间使用性能会衰减，产品的生命周期有限，同时输出端需要专门的辅助电源。以上的问题不仅影响了产品的稳定性、可靠性，还增加了产品的复杂性，提高了产品的成本，所以工程师也不是很乐意实行固态继电器与电磁继电器的替换。

使用SILICON LABS的SI875X隔离式FET驱动器加分立的FET来形成的固态继电器可以很好的解决以上的问题。SI875X采用的是CMOS的隔离技术，可保证全温度范围内的隔离性能，并且没有LED的老化问题，延长了产品的生命周期。SI875X提供了数字CMOS引脚控制（Si8751）或二极管仿真（Si8752）以满足不同应用的需求，其具有输出灵活的特性，可以支持驱动直流或交流负载。SI875X内部会产生输出侧电源，不需要外部隔离电源，从而减小产品尺寸，降低了复杂性，减少了成本。下图为SI8751/2内部结构图。

图1：SI8751/2内部结构图

不同于光耦型SSR，SI875X采用的是射频载波调制而不是LED，这种简单的体系结构提供了一种稳定的数据路径，不需要特殊地注意事项和启动时的初始化。SI875X隔离通道的简化图如图2所示。

图2：SI875X隔离通道简化图

隔离通道由射频发射机、接收机和基于半导体的隔离屏障组成。输入信号A和射频振荡器由调制器调制为OOK的波载信号，接收的解调器对射频能量输入的状态进行解码，并将结果输出到B。这种OOK的编码方式优于脉冲编码，因为它提供了同类最佳的抗噪性、低功耗和对磁场更好的免疫力。下图是输入信号，调制信号和输出信号的调制方案。

图3：输入信号、调制信号、输出信号的调制方案

SI875X的开启时间可以灵活控制，SI8751提供的TT引脚对地所接的电阻大小，能够调节输入引脚高电平时的电流消耗。电阻越小，消耗的电流越大，开启时间越短；反之，则消耗的电流越小，开启的时间越长，TT引脚对地所接电阻的范围可以从0欧到开路。SI8752是通过输入电流的大小来调节开启时间的，输入电流越大，开启时间越短，当输入电流提高至10mA可实现高达94uS的超快开启时间。

SI875X还具有可选的米勒钳位功能，SI875X提供了两个米勒钳位功能引脚：MCAP1和MCAP2，使用时在FET的漏极与MCAPX之间接一个最小10pF的电容就可以起到钳位的作用，这可以防止在外接感性负载变化时FET被意外地开启。米勒钳位功能是一个可选的功能，当MCAPX引脚悬空时为禁止米勒钳位功能，这时SI875X的功能也是正常的。

在应用时，SI875X与一个外部的FET配合使用，可以实现直流固态继电器的功能，如下图：

图4：直流固态继电器的应用

SI875X与两个背靠着的FET配合使用，可以实现交流固态继电器的功能，如下图：

图5：交流固态继电器的应用

SI875X隔离式FET驱动器系列产品的功能特点：
• 业内首款基于CMOS工艺的隔离式SSR解决方案
• 支持数字CMOS或二极管仿真控制输入
• 开启时间 <100µs的 10.3V栅极驱动输出
• 内部产生的次级侧电源
• 支持米勒钳位电容，可防止外部FET意外开启
• 支持直流或交流负载开关
• 2.5 kVrms隔离等级
• UL、CSA、VDE和CQC认证（认证中）
• 工业-40°C至+105°C或汽车-40°C至 125 °C的温度范围
• 符合RoHS的SOIC-8封装

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