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无线电电子与电气工程百科全书 KR293 系列固态继电器。 无线电电子电气工程百科全书
KR293系列集成混合微电路是直流和交流信号开关，在输入和输出之间具有光电隔离。 就其电气参数和功能而言，这些微电路可以在许多技术领域取代机电继电器。 这种情况决定了文献中广泛使用术语“固态继电器”来表示新系列开关器件的集成电路，其工作原理在 2 年的《无线电杂志 N1995》中进行了足够详细的考虑。 系列的组成 目前，KR293系列包括五种型号的固态继电器KR293KP1 KR293KP5，每种型号均由两个额定值的器件组成，例如KR293KP1和KR293KP11。 每种芯片类型又包含三组（A、B 和 C 组）。 一系列固态继电器集成电路的条件图形图像如图1所示。 单通道继电器 KR293KP1AV、KR293KP11AV、KR293KP3AV 和 KR293KP31AV 采用矩形塑料六引脚封装 2101-6，两通道微电路 KR293KP2AV、KR293KP21AV、KR293KP4AV、KR293KP41AV、KR293KP5AV和 KR293 51KP2101AV - 采用八引脚封装类型8-XNUMX。 微电路 KR293KP1 KR293KP5 设计用于切换直流电和交流电信号，而 KR293KP11 KR293KP51 - 仅用于直流电。 固态继电器 KR293KP1AV、KR293KP11AV、KR293KP2AV 和 KR293KP21AV 具有所谓的常开触点，即对应A型继电器，KR293KP3AV、KR293KP31AV、KR293KP4AV和KR293KP41AV为常闭触点的B型继电器。 微电路KR293KP5AV和KR293KP51AV可以执行C型继电器的功能，用于切换。
图。 1 每个额定值内的微电路分组是根据最大允许开关电压 Ucom 的值以及与其物理关联的处于开路状态的固态继电器的输出电阻值 Rout 进行的（表格1）。 表1
显然，由于输出电阻较高，不建议使用额定值KR293KP2AV、KR293KP4AV和KR293KP5AV代替KR293KP21AV、KR293KP41AV和KR293KP51AV进行直流开关，并且额定值KR293KP1AV和KR293KP3AV比更便宜的KR293KP有一定优势。 11AV 和 KR293KP31AV，因为它们如有必要，可以将器件的输出阻抗降低两倍，工作在特殊的开关模式下，当微电路的第4和第6引脚组合并连接到正极，第5引脚连接到负极电位时分别是电路的。 表1给出的参数值对应以下测量模式（表2）： 表2
继电器的电气特性 KR293系列所有额定值的固态继电器在输入特性方面是统一的，这是由设备中使用的红外发光二极管的参数决定的。 在该温度范围内，正向输入电压 Vin 和输出电阻 Rout 对输入电流水平的依赖性如图 2 所示。 分别为3和XNUMX。
需要注意的是，输入电流相对标称值的减小，除了导致输出电阻直接增大之外，还会导致该参数的值分布较宽，而输入电流的增大实际上并不能改善器件的静态特性。 当在线性电路中使用继电器切换模拟信号时，应考虑到该器件的输出电流-电压特性在 -0.7 ... 0.7 V 的输出电压范围之外是非线性的，如下所示图4. 由于 MOSFET 内置漏源二极管的分流作用。
输入电流的大小对固态继电器的动态参数有显着影响。 从上图5可以看出，不应在低于额定电流的输入电流下工作。 同时必须考虑到，如果平均输入电流不超过293mA，KR20系列微电路仍保留高可靠性指标。
图 6 显示了一个简单的电路，它允许您获得可靠控制固态继电器所需的输入电流和电压。
图。 6 电阻器 R1 设置输入电流电平，如果控制电路的高电平漏电流太大以至于不允许将微电路输入端的电压保持在 2 V 以下，则使用电阻器 R0.8。如果需要减少器件的开启时间，建议用 LED 脉冲控制链来补充 RC 电路。 开关瞬间，流过 LED 的脉冲电流由电阻 R3 和电容 C 组成的 RC 电路决定。脉冲电流的大小不应超过继电器的最大允许值 150 mA，同时还应请记住，LED 上的最大允许反向电压电平不得超过 3V。 继电器的热特性 固态继电器是一种半导体器件，如果 pn 结的工作温度 Tp 不超过 125°C，该器件仍能保持其功能和高可靠性。 热量可以从环境（其温度为Tc）以及由于电阻加热而在器件本身中释放的热量（主要是在电流流动时在器件的输出电路中）向微电路提供热量。 pn结的过热程度由所谓的晶体-环境热阻Rk-s的值决定，对于KR293系列微电路的所有额定值来说，该热阻为60°C/W。 设备在给定温度下可消耗的允许功率 Po(T) 由以下关系确定： Po(Tc) = ( Tp - Tc ) / Rp-s (1) 因此，利用器件在开路状态下的输出电阻对温度的依赖性，可以确定给定环境温度下允许的平均工作负载电流。 因为， P(Tc) = (Iout)2 * 路由(Tp) (2), 然后从（1）和（2）我们得到： Iout = ( Tp - Ts ) / Rp-s Rout(Tp) 1/2 (3) 例如，我们确定 KR293KP1B 微电路在 Tc = 85°C 时的允许负载电流值。 该器件在25℃温度下的输出电阻为25欧姆（见表2），根据图中的曲线图，比率Rout（125C）/Rout（25C）为1.6，则Rout（125C）= 25 * 1.6 = 40 欧姆。 现在，使用 (3)，我们发现 Iout = ( 125 - 85 ) / (60 * 40) 1/2= 0.12 (A) 请注意，表达式（1）也应用于确定关断状态下的限制输出电流，其中，在给定环境温度 Tc 和关断状态下输出端的最大允许电压的情况下Ukom，不应超过按下列公式计算的值： Iout P(Ts)/Ucom = ( Tp - Ts ) / ( Rp-s * Ucom) (4) 因此，对于 Tc 等于 293C 的 KR1KP85B 微电路，我们发现 Iout (125 - 85) / (60 * 250) = 280 (μA)。 尽管设备处于击穿状态并不是有效的工作模式，但必须提前对不利条件进行评估，这在感性负载上工作时尤其重要。 输出容量关闭 该电容本质上是在没有驱动电流流过 LED 的状态下 MOSFET 的反向偏置漏极至基板二极管的电容。 很明显，当继电器关闭时，该电容会向负载提供不希望有的交流信号通道。 图 7 显示了简化的交流继电器等效电路。
图。 7 为了减小器件的输出电容，利用了随着pn结处的反向偏压的增加而减小二极管的势垒电容的特性。 必须对继电器的输出触点之一施加偏压，而偏压电压和交变信号的最大幅值之和不得超过器件在关断状态下输出端的最大允许电压。 这种提供偏压的方法如图8所示。
图。 8 通过这种方法，MOSFET 的一个二极管将处于反向偏置状态，而另一个二极管在这种情况下将具有零偏置。 还有另一种施加偏置电压的方法。 它在于使用负电压源，例如电话交换机中可用的负电压源。 源极的负极通过高阻电阻连接到微电路的第五个输出端，如图5所示，同时两个二极管都处于反向偏置状态。 这种情况下的总输出电容将比第一种施加偏压的方法小两倍。
偏置电阻Rcm。 防止继电器导通状态下负载和信号源分流，且必须远大于负载电阻。 当闭合时，偏置电阻必须比电容小得多，以防止电容电流调制偏置电压。 例如，对于 Rload.=600 Ohm、Fsign.=1000 kHz 和 Cout.=20pF 的电话交换机交换电路，Rcm 的值应在 0.5 ... 5 MΩ 范围内。 图 10 显示了继电器输出电容与偏置电压的关系图。
绝缘电压 继电器参数“隔离电压”表征继电器承受在输入和输出之间施加1500V测试电压一分钟的能力。 控制参数是漏电流，漏电流不应超过10μA。 生产过程中，对器件进行100%控制，以确保继电器在施加1800V绝缘电压5秒时的稳定性。 1500 V 的隔离电压值足以满足继电器的大多数工业应用，其中电源电压不超过 220 V。对于与设备（医疗设备、能源）的可靠性和电气安全性要求提高相关的应用，一组产生4000V的隔离电压，需要特别注意的是，绝缘电压是短时间施加在器件上的测试电压，制造商不保证器件长期处于该电压下。 作者：Zeshkov Yu.，斯维尔德洛夫斯克州第一乌拉尔斯克; 出版物：N. Bolshakov，rf.atnn.ru
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