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SCM1502A 继电器节电控制芯片

—— SCM1502A 是一款继电器节电控制器,封装为 SOP 8
作者:时间:2020-05-23来源:电子产品世界收藏


本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/202005/413417.htm

特点:

●   实时检测输入电压,可精确设置动作电压

●   可在 2.5:1 的宽输入电压范围工作

●   吸合电流与吸持电流可分别设置,线圈设计更简单

●   自带模拟抖频,轻松解决 问题

●   工作电压范围 7~40V,满足绝大部分应用要求

●   具有快速关断功能,减少继电器关断延时

●   从输入取电,节省辅助电源

应用范围:

●   各种继电器节电改造

封装:

image.png

功能描述:

SCM1502A 是一款继电器节电,可以减少继电器的吸合与吸持功耗。 SCM1502A 内置启动电路,可以在输入电压 7V~40V 输入电压范围内,以大于 8mA 的充电电流完成的快速启动,以便在满足继电器动作条件下,快速响应。此外,SCM1502A 还能控制继电器线圈实现大电流吸合与小电流吸持的切换,其吸合和吸持电流大小可自主设计,便于不同继电器的 应用。并且在小电流吸持阶段,发生输入欠压或用户不使能的情况,会激活快速关断功能,让继电器的快速断开,以减少 SCM1502A 对继电器断开性能的影响。

典型应用电路:

image.png

功能曲线:

image.png

image.png

引脚封装:

image.png

内部框图:

image.png

引脚描述:

image.png

引脚说明:

VCC(Bypass 端):控制器的旁路电容端口,外接 bypass 电容 CVCC。上电后,内置的 LDO 电路给电容 CVCC 充电,VCC 电压上升。当 VCC 电压被充 电到启动阈值 VVCC_ON时,控制器开始输出驱动信号,并且 LDO 电路会持续工作,最终维持 VCC=5.2V。

VIN(输入):控制器的电源供电端口,可接 40V 以下的直流输入电压。该直流输入电压,经 VIN 内部的 LDO 电路降压输出至 VCC 引脚,VCC 引脚电 压最终会稳定在 5.2V。

GT(驱动输出端):输出平均频率为 23.9kHz 的方波信号,在吸合阶段,为了确保吸合,允许出现 100%的占空比,但进入吸持阶段后,控制器限制最大 占空比为 75%,并在吸合和吸持阶段,方波频率有周期性的抖动,即每 6ms 内频率在±6.5%的范围内抖动。

VSS(接地):信号参考地。

CSH(吸合电流检测):大电流检测引脚,只在吸合阶段控制 GT 引脚输出的方波信号的占空比,即当 CSH 引脚电压大于 0.6V 时,GT 引脚输出低电平。

CSL(吸持电流检测):小电流检测引脚,只在吸持阶段控制 GT 引脚输出的方波信号的占空比,即当 CSL 引脚电压大于 0.3V 时,GT 引脚输出低电平。

VT(输入电压检测):外接分压器采样输入电压,当 VT<0.6V 时,计时 0.5ms,若 VT 仍小于 0.6V,则进入保护状态;此时只有当 VT>0.8V,才能退出输入 欠压保护状态。

FO(快速关断管驱动输出)在正常工作模式下,只要 GT 引脚输出高电平,则 VFO=VVCC-0.6-VCSL。为了能够将 FO 引脚充电至最大值,需要在 GT 引 脚信号的第一个上升沿出现后,VCSL还不是很大时,将 VFO充电至 VVCC-0.6,这样才能最大程度的降低快速关断管的导通电阻。在吸持阶段,若控制器进入输入欠压保护,则 FO 会抽取 1.45mA 的电流,使得快速关断管 TR1 工作在亚阈值区,电感的消磁电流斜率变大,进而减小继电器触头弹开的延时,详 见“快速关断”小节。

极限额定值

下列数据是在自然通风,正常工作温度范围内测得(除非另有说明)。

image.png

注:若超出“最大额定值”表内列出的应力值,可能会对器件造成永久损坏。长时间工作在极限额定条件下,器件的可靠性有可能会受到影响。所有电压值都是以大地()为参考基准。 电流是指定端子的正输入,负输出。

推荐工作参数

若无特殊说明,下列参数都是在常温常压,不密封环境下测试得到的。

image.png

引脚封装:

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内部框图:

image.png

引脚描述:

image.png

引脚说明:

VCC(Bypass 端):控制器的旁路电容端口,外接 bypass 电容 CVCC。上电后,内置的 LDO 电路给电容 CVCC充电,VCC 电压上升。当 VCC 电压被充 电到启动阈值 VVCC_ON时,控制器开始输出驱动信号,并且 LDO 电路会持续工作,最终维持 VCC=5.2V。

VIN(输入):控制器的电源供电端口,可接 40V 以下的直流输入电压。该直流输入电压,经 VIN 内部的 LDO 电路降压输出至 VCC 引脚,VCC 引脚电 压最终会稳定在 5.2V。

GT(驱动输出端):输出平均频率为 23.9kHz 的方波信号,在吸合阶段,为了确保吸合,允许出现 100%的占空比,但进入吸持阶段后,控制器限制最大 占空比为 75%,并在吸合和吸持阶段,方波频率有周期性的抖动,即每 6ms 内频率在±6.5%的范围内抖动。

VSS(接地):信号参考地。

CSH(吸合电流检测):大电流检测引脚,只在吸合阶段控制 GT 引脚输出的方波信号的占空比,即当 CSH 引脚电压大于 0.6V 时,GT 引脚输出低电平。

CSL(吸持电流检测):小电流检测引脚,只在吸持阶段控制 GT 引脚输出的方波信号的占空比,即当 CSL 引脚电压大于 0.3V 时,GT 引脚输出低电平。

VT(输入电压检测):外接分压器采样输入电压,当 VT<0.6V 时,计时 0.5ms,若 VT 仍小于 0.6V,则进入保护状态;此时只有当 VT>0.8V,才能退出输入 欠压保护状态。

FO(快速关断管驱动输出)在正常工作模式下,只要 GT 引脚输出高电平,则 VFO=VVCC-0.6-VCSL。为了能够将 FO 引脚充电至最大值,需要在 GT 引 脚信号的第一个上升沿出现后,VCSL还不是很大时,将 VFO充电至 VVCC-0.6,这样才能最大程度的降低快速关断管的导通电阻。在吸持阶段,若控制器进 入输入欠压保护,则 FO 会抽取 1.45mA 的电流,使得快速关断管 TR1 工作在亚阈值区,电感的消磁电流斜率变大,进而减小继电器触头弹开的延时,详见“快速关断”小节。

极限额定值

下列数据是在自然通风,正常工作温度范围内测得(除非另有说明)。

image.png

注:若超出“最大额定值”表内列出的应力值,可能会对器件造成永久损坏。长时间工作在极限额定条件下,器件的可靠性有可能会受到影响。所有电压值都是以大地()为参考基准。 电流是指定端子的正输入,负输出。

推荐工作参数

若无特殊说明,下列参数都是在常温常压,不密封环境下测试得到的。

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电学特性

若无特殊说明,下列参数都是在常温常压,不密封环境下测试得到的。

符号

对应

参数

测试

条件

最小值
典型值
最大值
单位
ISTART

启动

电流

VVIN=20V 从 VCC 

引脚流出来的电流

818--mA
VLK_VIN

VIN

引脚漏电流

VVIN=20V,VVCC=5.6V

--
10uA
VVCC_ON

驱动

信号

输出点 

VCC 引脚电压
VVT=2V
2.9253.94.875V
VVCC_OFF

关断点

2.475
3.34.125
VVCC_HD

VCC 自供电维持电压

VVIN=20V
4.9975.265.523
VFO_STATE

吸合,吸持阶段,FO 电压

VVIN=20V,VVT=2V

4
55.5
IFO_LK

F漏电流

 VVCC=5V,VVT=2V,

VFO=30V

--
10uA
ISTART_OFF

VT 引脚欠压,VIN 偏置电流

VVIN=20V,VVT=0V

--
220--
IVIN_RUN

吸持阶段,GT 引脚 1nF 负载电容下的 VIN 引脚工作电流

VVIN=20V,VVT=2V,

VCSL=1.0V

570
VVT_ON

VT

引脚继电器

动作

电压
VVIN=20V
0.760.80.84V
VVT_OFF

关断

0.57
0.60.63
TD_CHANGE

吸合与吸持的模式切换延时

73.53
85.799.48ms
FSW

平均开关频率

VVIN=20V,正常工作

21.31
23.926.05kHz
FSK

频率抖动

与平均频率相比,

峰-峰值抖动, T=27℃

--
±6.5
--
%
TR

上升

时间

GT 引脚 1nF 

负载电容下的驱动

VVIN=20V,GT 接 1nF 电容

150
ns
TF

下降

VVIN=20V,GT 接 1nF 电容

45
Dmax

吸持状态最大占空比

VVIN=20V
71.25
7578.75%
VCSHT

CSH 

引脚吸合

VVIN=20V,吸合阶段

0.570.60.6V
VCSLT

CSL 

引脚吸持

电流比较阈值

VVIN=20V,吸持阶段

0.2850.30.315
TON_MIN

最小导通时间

VVIN=20V,VVT=2V,

VCSL=1.0V

357.5
550742.5ns
TD_STOP
关断检测延时
VVIN=20V
--500
--us
IFO_S

FO 引脚拉电流

VVIN=20V,VVT=0V

1.021.451.89
mA
TFO_S

FO 引脚拉电流时间,即快速关断时间

VVIN=20V,VVT=0V

73.5385.799.48ms

典型曲线

image.png

图1 VT 引脚继电器关断电压(VVT_OFF)VS 温度或吸合电流阈值电压(VCSHT)VS 温度

image.png

图2 吸持电流阈值电压(VCSLT)VS 温度

image.png

图3 VT 引脚继电器动作电压(VVT_ON)VS 温度

image.png

图 4 VCC 启动电流(ISTART)VS 温度

功能应用

image.png

图 5 启动过程电路原理图

image.png

图 6 吸合阶段与吸持阶段等效电路

image.png

图 7 关断阶段电路原理图

(1)图 5,芯片启动时的工作原理见启动过程的工作原理图。芯片启动后,GT 会输出高电平,这时 FO 也会持续输出一个电流驱动 MOS 管 TR1。 FO 给 MOS 管 TR1 的栅极充电,电流 IFO_ON 的路径如下:当 MOS 管 TR2 导通时,FO 引脚就会通过 MOS 管 TR1 的体二极管和 MOS 管 TR2 这条路径 给电容 C4 充电,每次 MOS 管 TR2 导通时,FO 引脚都会给 C4 充电。所以在吸合阶段和吸持阶段,MOS 管 TR1 都是长通的。

(2)图 6,由于正常工作时 MOS 管 TR1 长通,主功率电路就可以等效为吸合阶段与吸持阶段等效电路。在 MOS 管 TR2 导通时,继电器线圈被励 磁,线圈电流增大,电流路径如 I1;TR2 关断时,继电器线圈通过二极管 D3 去磁,线圈电流减小。芯片通过 CSH 和 CSL 脚来检测继电器线圈的电流, 实时调整占空比,来调整线圈电流的大小。

(3)图 7,在关断阶段,见关断阶段电路原理图。MOS 管 TR2 不导通,同时 FO 会抽电容 C4 的电流,抽电流 IFO_OFF 的路径如下:通过 MOS 管 TR2 的体二极管、MOS 管 TR1 来抽 C4 的电流。这时 MOS 管 TR1 工作在亚阈值状态,MOS 管 TR1 的漏端电压比较大,电压值为 VTH+VDZ,其中 VTH 为 TR1 的导通阈值电压,VDZ为稳压二极管 DZ 的稳压值。这时继电器线圈的去磁电压变大,线圈电流衰减得很快,最终达到快速关断的效果。



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关键词: GND EMI 继电器 控制器

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