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          庫頓固態繼電器,突破汽車固態繼電器技術難點

          庫頓固態繼電器,突破汽車固態繼電器技術難點

          發布時間:
          2019/05/30
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          庫頓固態繼電器由微電子電路、分立電子器件、半導體功率器件組成的無觸點開 。固態繼電器的輸入端用微小的控制信號,達到直接驅動大電流負載。固態繼電器是一種全部由固態電子元件組成的新型無觸點開關器件,它利用電子元件 ( 如開關三極管、MOSFET、雙向晶閘管等半導體器件) 的開關特性,可達到無觸點無火花地接通和斷開電路的目的,因此又被稱為無觸點開關。庫頓固態繼電器是一種四端有源器件,其中兩個端子為輸入控制端,另外兩端為輸出受控端。它有放大驅動作用,很適合驅動 大功率開關式執行機構,較之電磁繼電器可靠性更高, 且無觸點、壽命長、速度快,對外界的干擾也小,已被得到廣泛應用。但是通常場景下由于負載的短路或者過,會導致SSR內部的開關器件損壞而使SSR失效。 目前汽車工業普遍使用電磁繼電器來作為功率驅動, 在某些特殊應用的場景上已經無法達到現實場景的需求了,如高端乘用車的靜音要求、電子真空泵超長壽命的要求、大燈的 PWM 限壓要求以及新能源汽車上的一些特殊應用。

           

          庫頓固態繼電器已廣泛應用于計算機外圍接口設備、恒溫系統 、調溫、電爐 加溫控制、電機控制、數控機械、遙控系統、工業自動化裝置以及信號燈、調光、閃爍器、 照明舞臺燈光控制系統。目前 SSR 在汽車工業上的應用正處于起步階段,但是隨著汽車的發展以及新能源汽車的普及,庫頓SSR 在汽車工業會得到越來越多的廣泛使用。由于汽車的高可靠性要求,自帶短路保護以及過流保護的智能庫頓SSR 將會有廣闊的用武之地,會在很多場景下取代電磁繼電器; 同時伴隨著大功率半導體器件的發展,如果達到成本與電磁繼電器接近的情況下便能夠取代電磁繼電器。

           

          汽車用庫頓固態繼電器一般由驅動電路、功率 MOS- FET 以及保護電路等組成。在一般的乘用車駕駛艙內 會有一個 BCM( 車身控制器) 和一個 relay Box,Relay Box 里面會有各種電磁繼電器和保險絲。固態繼電器 外形與電磁繼電器完全一樣,目前業界都是完全兼容 電磁繼電器以保證整車平臺盡可能少的更改。于是在 某些特定應用場景,如剎車真空泵的控制庫頓固態繼電器就是直接替代電磁繼電器。目前庫頓固態繼電器的大規模普及很大程度上限制于與電磁繼電器相比的成本因素。 汽車用智能固態繼電器外觀結構與普通的電磁繼 電器一樣,但是內部結構是由 PCBA 加基座以及外殼 組成。而電磁繼電器則由繼電器組合以及外盒組成。 汽車用智能固態繼電器一般由功率半導體器件、驅動 電路、保護電路組成,結構形態的差別如圖所示。 

           

           

          庫頓固態繼電器在外部使用上與電磁繼電器最大的差別是電磁繼電器觸點兩端是可互換的,電磁繼電器可以任意一端接電源一端接負載。但是庫頓固態繼電器是由半導體器件組成,所以是具有方向的。它的功率輸出端和電源端是固定的,無法互相轉換使用。但是在整 車使用情況下,即便是電磁繼電器觸點兩端可以互換, 但是在現實場景的使用上也是固定的。同時庫頓固態繼電器內部通過橋電路實現了類似電磁繼電器的線包端無 差別,這兩點為庫頓固態繼電器直接替換電磁繼電器起到 了非常關鍵的作用,真正可以實現無縫替換。庫頓固態繼電器內部框圖如圖所示。 

           

           

          庫頓固態繼電器系統的常見方案:庫頓固態繼電器在目前的汽車工業上主要使用在一些特殊場景,很多時候都會有一些特殊的要求。但是通常都會與電流大小相關,根據不同電流要求來選擇不 同的方案。主要方案有:

          1、智能 MOSFET 方案 

          隨著功率半導體的發展, infineon ST 為代表 的功率半導體廠商推出了智能 MOSFET,自帶短路保 、 , infineon BTS5010、ST VN7010 ,電流大小能覆蓋 15 A 以內。目前在汽車 工業上廣泛使用,也是目前使用最為廣泛的庫頓固態繼電器方案。其優點非常明顯,保護功能在芯片級完成, 部電路非常簡單。缺點就是在電流較大的情況下, 本非常高,很顯著地影響了在大電流固態繼電器的使 。所以目前常見于電流比較小的固態繼電器產品。 

          3.1.2 普通的 P MOSFET 方案 

          普通的 P MOSFET 在工業領域有一些應用。P MOSFET 由于半導體工藝的問題,其可選型號比較 ,且價格相對 N MOSFET 昂貴,其導通內阻也不 N 型的普通 MOSFET。但是普通型的 MOSFET 極易 由于電源脈沖等干擾而損壞,且不具備短路保護,一旦 負載短路就會損壞。目前車載有一部分固態繼電器是沒有短路保護功能的大多采用這種方式。
          3. 1. 3 系統型方案 

          這里系統型方案指的是小型的 MCU 系統加上 MOFET 的方案。系統型方案在汽車固態繼電器上也 有一定的應用,因為有許多特殊的場景,如大燈 PWM 調光控制,一些比較特殊的需要精確地延時控制等。 此方案的優點是適應能力強,可以滿足特殊的應用,外加運放和采樣電阻也可以實現短路保護和過流保護。 其缺點也是十分顯著,相對于固態繼電器的空間結構以及構成來講,都太過于復雜。 不過,庫頓固態繼電器能夠解決系統型方案。

          比如KMTY系列的電機正反轉控制模塊是專門為三相電機控制開發的??刂苹芈钒壿嫽ユi、延時電路,正、反轉之間切換時間大于50ms。內置自動糾相、缺相保護功能,應用于電機控制場合。 性能為:

          • SCR輸出用于重型工業負荷 
          • 10-32VDC寬范圍控制輸入
          • 4000Vrms介質耐壓 
          • 內置RC保護                                                                       
          • EMC設計 
          • 內置自動糾相、缺相保護功能

           

          庫頓具有豐富的產品線和解決方案

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