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固态继电器的动态功耗和设计考量

作者:时间:2015-03-25来源:网络收藏

  3.0 计算功耗的实际示例

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/271554.htm

  ASSR-1510被用来控制Vd为60V时1A负载的切换,开关频率为100Hz,占空比为50%,SSR的输入驱动电流为5mA。

  (a) 计算输出功耗、输入功耗和整体封装功耗。

  由ASSR-1510产品数据表中我们可以得到:

  Vf (最大) = 1.7V

  频率 (f ) = 100 Hz,

  导通电阻R(ON) = 0.5 Ω

  t(f) = 输出电压下降转换时间 = 200 usec (估计值,非数据表标明参数)

  t(r) = 输出电压上升转换时间 = 2 usec (估计值,非数据表标明参数)

  时间周期 Tp = 1/f = 10 msec

  50%占空比代表 t(On state) = 5 msec

  t(off state) = 5 msec

  由方程式(7):

  P(Total Average over Tp) = [ (Vd) (Id) / 6] t(f) (f) + [ (Vd) (Id) /6] t(r) (f) + [(Ron) (Id)2 t(on-state) (f) + [ (Vd) (Ioff) t(off-state) (f)-------- 方程式 (7)

  分别计算以上各部分功耗:

  (a) [(Vd) (Id) /6] t(f) (f) = [60V x 1A]/6 x 200 usec x 100 Hz = 200 mW

  (b) [(Vd)(Id) / 6] t (r) (f) = [60 V x 1A]/6 x 2 usec x 100 Hz = 2 mW

  (c) [R(ON) (Id) 2] t(on-state) (f) = 0.5Ω x (1A)2 x 5 msec x 100 Hz = 250 mW

  (d) [(Vd) (Ioff) ] t(off-state) (f) = 60V x 1 uA x 5 msec x 100 Hz = 30 µW

  加总以上数字,可以得到整体输出功耗为452mW。

  输入功耗可以由方程式(9)计算得出:

  P(input) = [(Vf ● If ) t(on state] ( f ) = 1.7 x 5 mA x 5 msec x 100 Hz = 4.25 mW

  因此,切换周期中整体平均封装功耗为:

  4.25 mW + 452 mW = 456.25 mW

  这个功耗大小低于ASSR-1510允许的绝对最大值540mW,因此在这个工作条件下并不需要降低功率。

  4.0 FET驱动电路和功能方块图

  

 

  SSR中的FET驱动电路通过光伏电源供电,由FET驱动电路所接收的LED光流是提供FET驱动电路推动输出MOSFET的唯一能量来源,光伏电压由12个上下堆栈的光二极管产生,每个光二极管大约可以产生0.5V的电压,因此产生的总电压大小为0.5x12=6V(典型值)。

  产生光电流的大小为用来对输出MOSFET整体栅极电容充电的最大电流值,这个光电流越大,栅极电压充到光二极管堆栈光伏电压的速度就越快,通常由堆栈电压所产生的光电流在LED驱动电流为10mA时大约在20uA的范围。

  在FET驱动电路设计中采用了快速关断电路(Fast Turn-Off Circuit),这个电路的目的是当LED电流下降到零关断SSR时可以立即对栅极电容进行放电,这个电路只有在光伏电压下滑时短暂导通,接着快速关断电路可以确保SSR的关断时间要比SSR的导通时间短上许多。,FET驱动电路的功耗可以被忽略,因为所产生的光电流在驱动电流为10mA时大约只有20uA,产生的堆栈电压大约为6V。

  安华高科技(Avago Technologies)公司的FET驱动电路设计同时也加入了输出瞬变抑制电路(Transient Reject Circuit),可以确保数据表中的超高dVo/dt参数和处理能力,这个电路的工作原理是,当SSR处于关断状态时,SSR接点上出现的任何瞬间高电压变化会通过电容耦合到瞬变抑制晶体管的基极并暂时导通,造成栅极放电以确保输出MOSFET不会在SSR输出接点收到这个瞬变高电压脉冲时导通。



关键词: 固态继电器

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