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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Relés de estado sólido de la serie KR293. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Referencias Los microcircuitos híbridos integrados de la serie KR293 son interruptores de señal CC y CA con aislamiento optoelectrónico entre entrada y salida. En términos de sus parámetros eléctricos y funcionalidad, estos microcircuitos pueden reemplazar a los relés electromecánicos en muchas áreas de la tecnología. Esta circunstancia determinó el amplio uso del término "relé de estado sólido" en la literatura para designar circuitos integrados de una nueva serie de dispositivos de conmutación, cuyo principio de funcionamiento fue considerado con suficiente detalle en la revista Radio N2 de 1995. COMPOSICIÓN DE LA SERIE Actualmente, la serie KR293 incluye cinco tipos de relés de estado sólido KR293KP1 KR293KP5, cada uno de los cuales está formado por dispositivos de dos clasificaciones, por ejemplo, KR293KP1 y KR293KP11. A su vez, cada tipo de chip contiene tres grupos (grupo A, B y C). En la figura 1 se muestran imágenes gráficas condicionales de circuitos integrados de una serie de relés de estado sólido. Los relés de un solo canal KR293KP1AV, KR293KP11AV, KR293KP3AV y KR293KP31AV están hechos en un paquete rectangular de plástico de seis pines 2101-6 y los microcircuitos de dos canales KR293KP2AV, KR293KP21AV, KR293KP4AV, KR293KP41AV, KR293KP5AV y KR293 51KP2101AV - en un tipo de paquete de ocho pines 8-XNUMX. Los microcircuitos KR293KP1 KR293KP5 están diseñados para conmutar señales de corriente continua y alterna, y KR293KP11 KR293KP51, solo directo. Los relés de estado sólido KR293KP1AV, KR293KP11AV, KR293KP2AV y KR293KP21AV tienen los llamados contactos normalmente abiertos, es decir, corresponden a relés tipo A, y KR293KP3AV, KR293KP31AV, KR293KP4AV y KR293KP41AV son relés tipo B con contactos normalmente cerrados. Los microcircuitos KR293KP5AV y KR293KP51AV pueden realizar las funciones de un relé tipo C, trabajando para la conmutación.
La figura. 1 La clasificación de los microcircuitos en grupos dentro de cada clasificación se lleva a cabo de acuerdo con los valores de la tensión de conmutación máxima permitida Ucom y el valor de la resistencia de salida del relé de estado sólido en el estado abierto Rout físicamente asociado con él ( Tabla 1). Tabla 1
Obviamente, no es recomendable utilizar las clasificaciones KR293KP2AV, KR293KP4AV y KR293KP5AV en lugar de KR293KP21AV, KR293KP41AV y KR293KP51AV para la conmutación de CC debido a la alta resistencia de salida, y las clasificaciones KR293KP1AV y KR293KP3AV tienen cierta ventaja sobre las más económicas KR293KP11. AV y KR293KP31AV, ya que permita, si es necesario, Es posible reducir la impedancia de salida del dispositivo en dos, trabajando en un modo de conmutación especial, cuando los pines 4 y 6 del microcircuito se combinan y conectan al positivo, y el pin 5 al potencial negativo del circuito, respectivamente. Los valores de los parámetros dados en la Tabla 1 corresponden a los siguientes modos de medición (Tabla 2): Tabla 2
CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS DEL RELÉ Los relés de estado sólido de todas las clasificaciones de la serie KR293 están unificados en términos de características de entrada, que están determinadas por los parámetros del diodo emisor de luz infrarroja que se usa en el dispositivo. La dependencia del voltaje de entrada directo Vin y la resistencia de salida Rout en el nivel de la corriente de entrada en el rango de temperatura se muestra en la fig. 2 y 3, respectivamente.
Cabe señalar que una disminución en la corriente de entrada en relación con el valor nominal, además de un aumento directo en la resistencia de salida, también conduce a una amplia dispersión en los valores de este parámetro, mientras que un aumento en las corrientes de entrada prácticamente no mejora las características estáticas del dispositivo. Cuando se utiliza un relé para conmutar una señal analógica en circuitos lineales, se debe tener en cuenta que la característica de voltaje de corriente de salida del dispositivo no es lineal fuera del rango de voltaje de salida de -0.7 ... 0.7 V, como se muestra en Figura 4. debido a la acción de derivación del diodo integrado de drenaje a fuente de los MOSFET.
El valor de la corriente de entrada tiene un efecto notable en los parámetros dinámicos del relé de estado sólido. De la figura 5 anterior se puede ver que no debe trabajar con una corriente de entrada por debajo de la corriente nominal. Al mismo tiempo, debe tenerse en cuenta que los microcircuitos de la serie KR293 conservan indicadores de alta confiabilidad si la corriente de entrada promedio no supera los 20 mA.
En la Fig. 6 se muestra un circuito simple que le permite obtener la corriente y el voltaje de entrada requeridos para un control confiable de un relé de estado sólido.
La figura. 6 La resistencia R1 establece el nivel de corriente de entrada, y la resistencia R2 se usa si el circuito de control tiene una corriente de fuga de alto nivel tan grande que no permite mantener el voltaje en la entrada del microcircuito a menos de 0.8 V. En el caso cuando es necesario para reducir el tiempo de encendido del dispositivo, se recomienda complementar el circuito RC con una cadena de control de impulsos del LED. En el momento de la conmutación, una corriente de pulso fluye a través del LED, determinada por un circuito RC que consta de la resistencia R3 y el condensador C. La magnitud de la corriente de pulso no debe exceder el valor máximo permitido para el relé de 150 mA, también debe Recuerde que el nivel de voltaje inverso máximo permitido en el LED no debe exceder los 3V. CARACTERÍSTICAS TÉRMICAS DEL RELÉ Un relé de estado sólido es un dispositivo semiconductor que conserva su funcionalidad y alto nivel de confiabilidad si la temperatura de funcionamiento de la unión pn, Tp, no supera los 125 °C. Se puede suministrar calor al microcircuito tanto desde el entorno, cuya temperatura es Tc, como como resultado de la liberación de calor en el propio dispositivo como resultado del calentamiento resistivo, principalmente en los circuitos de salida del dispositivo cuando fluye la corriente. El grado de sobrecalentamiento de la unión pn está determinado por el valor de la llamada resistencia térmica del cristal: el medio ambiente, Rk-s, que para todas las clasificaciones de los microcircuitos de la serie KR293 es de 60 ° C / W. La potencia admisible Po(T), que puede ser disipada por el dispositivo a una temperatura dada, está determinada por la siguiente relación: Po(Tc) = ( Tp - Tc ) / Rp-s (1) Por lo tanto, utilizando la dependencia de la temperatura de la resistencia de salida del dispositivo en el estado abierto, es posible determinar la corriente de carga operativa promedio permisible a una temperatura ambiente dada. Porque, P(Tc) = (Isalida)2 * Ruta (Tp) (2), entonces de (1) y (2) obtenemos: Isalida = ( Tp - Ts ) / Rp-s Ruta(Tp) 1/2 (3) Por ejemplo, determinemos el valor de la corriente de carga permisible del microcircuito KR293KP1B a Tc = 85°C. La resistencia de salida del dispositivo a una temperatura de 25°C es de 25 Ohm (ver Tabla 2), y la relación Rout (125C) / Rout (25C) según el gráfico de la figura es 1.6, entonces Rout (125C) = 25 * 1.6 = 40 ohmios. Ahora, usando (3), encontramos Iout = ( 125 - 85 ) / (60 * 40) 1/2= 0.12 (A) Tenga en cuenta que la expresión (1) también debe usarse para determinar la corriente de salida límite en el estado apagado, que, a valores dados de la temperatura ambiente Tc y el voltaje máximo permitido en la salida en el estado apagado Ukom, no debe exceder los valores calculados de acuerdo con la siguiente fórmula: Isalida P(Ts)/Ucom = ( Tp - Ts ) / ( Rp-s * Ucom) (4) Entonces, para el microcircuito KR293KP1B a Tc igual a 85C, encontramos Iout (125 - 85) / (60 * 250) = 280 (μA). Aunque no es un modo de funcionamiento válido que el dispositivo esté en estado de avería, se debe realizar una evaluación previa de las condiciones adversas, lo que es especialmente importante cuando se opera con una carga inductiva. CAPACIDAD DE SALIDA APAGADA Esta capacitancia es esencialmente la capacitancia del diodo de drenaje a sustrato con polarización inversa del MOSFET en el estado en el que no fluye corriente de excitación a través del LED. Es obvio que esta capacitancia proporciona un paso no deseado de la señal de CA a la carga cuando el relé está apagado. En la Figura 7 se muestra un circuito equivalente de relé simplificado para CA.
La figura. 7 Para reducir la capacitancia de salida del dispositivo, se utiliza la propiedad de reducir la capacitancia de barrera del diodo al aumentar la polarización inversa en la unión pn. Se debe aplicar polarización a uno de los contactos de salida del relé, mientras que el voltaje de polarización y la amplitud máxima de la señal alterna en total no deben exceder el voltaje máximo permitido en la salida del dispositivo en estado apagado. Tal método de suministrar una polarización se muestra en la Fig. 8.
La figura. 8 Con este método, uno de los diodos de los MOSFET estará en polarización inversa, el otro diodo en este caso tendrá polarización cero. Hay otra forma de aplicar voltaje de polarización. Consiste en utilizar una fuente de tensión negativa, que, por ejemplo, está disponible en las centrales telefónicas. El negativo de la fuente a través de una resistencia de alta resistencia está conectado a la quinta salida del microcircuito, como se muestra en la Fig. 5, mientras que ambos diodos estarán en polarización inversa. La capacitancia de salida total en este caso será dos veces menor que con el primer método de aplicación de polarización.
Resistencia de polarización Rcm. evita la derivación de la carga y la fuente de la señal en el estado en que el relé está encendido y debe ser mucho mayor que la resistencia de la carga. Cuando está cerrada, la resistencia de polarización debe ser mucho más pequeña que la capacitancia para evitar la modulación del voltaje de polarización por corrientes capacitivas. Por ejemplo, para circuitos de conmutación de centrales telefónicas con Rload.=600 Ohm, Fsign.=1000 kHz y Cout.=20pF, el valor de Rcm debe estar en el rango de 0.5 ... 5 MΩ. La figura 10 muestra un gráfico de la capacitancia de salida del relé frente al voltaje de polarización.
TENSIÓN DE AISLAMIENTO El parámetro de relé "tensión de aislamiento" caracteriza la capacidad del relé para soportar una tensión de prueba de 1500 V aplicada entre la entrada y la salida durante un minuto. El parámetro controlado es la corriente de fuga, que no debe superar los 10 μA. Durante el proceso de producción se realiza un control del 100% de los dispositivos para la estabilidad del relé cuando se aplica una tensión de aislamiento de 1800 V durante 5 segundos. El valor de tensión de aislamiento de 1500 V es suficiente para la mayoría de las aplicaciones industriales del relé, donde la tensión de alimentación no supera los 220 V. Para aplicaciones asociadas con mayores requisitos de fiabilidad y seguridad eléctrica de los equipos (equipos médicos, energía), un grupo con una tensión de aislamiento de 4000 V. Cabe señalar especialmente que la tensión de aislamiento es una tensión de prueba aplicada al dispositivo durante un tiempo breve y el fabricante no garantiza que el dispositivo estará bajo esta tensión durante mucho tiempo. Autor: Zeshkov Yu., Pervouralsk, región de Sverdlovsk ; Publicación: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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