固態(tài)繼電器的動態(tài)功耗和設計考量

　　3.0 計算功耗的實際示例

　　ASSR-1510固態(tài)繼電器被用來控制Vd為60V時1A負載的切換，開關頻率為100Hz，占空比為50%，SSR的輸入驅(qū)動電流為5mA。

　　(a) 計算輸出功耗、輸入功耗和整體封裝功耗。

　　由ASSR-1510產(chǎn)品數(shù)據(jù)表中我們可以得到：

　　Vf (最大) = 1.7V

　　頻率 (f ) = 100 Hz,

　　導通電阻R(ON) = 0.5 ?

　　t(f) = 輸出電壓下降轉(zhuǎn)換時間 = 200 usec (估計值，非數(shù)據(jù)表標明參數(shù))

　　t(r) = 輸出電壓上升轉(zhuǎn)換時間 = 2 usec (估計值，非數(shù)據(jù)表標明參數(shù))

　　時間周期 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)

　　分別計算以上各部分功耗：

　　(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) = 0.5? 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

　　加總以上數(shù)字，可以得到整體輸出功耗為452mW。

　　輸入功耗可以由方程式(9)計算得出：

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

　　因此，切換周期中整體平均封裝功耗為：

　　4.25 mW + 452 mW = 456.25 mW

　　這個功耗大小低于ASSR-1510允許的絕對最大值540mW，因此在這個工作條件下并不需要降低功率。

　　4.0 FET驅(qū)動電路和固態(tài)繼電器功能方塊圖

　　SSR中的FET驅(qū)動電路通過光伏電源供電，由FET驅(qū)動電路所接收的LED光流是提供FET驅(qū)動電路推動輸出MOSFET的唯一能量來源，光伏電壓由12個上下堆棧的光二極管產(chǎn)生，每個光二極管大約可以產(chǎn)生0.5V的電壓，因此產(chǎn)生的總電壓大小為0.5x12=6V(典型值)。

　　產(chǎn)生光電流的大小為用來對輸出MOSFET整體柵極電容充電的最大電流值，這個光電流越大，柵極電壓充到光二極管堆棧光伏電壓的速度就越快，通常由堆棧電壓所產(chǎn)生的光電流在LED驅(qū)動電流為10mA時大約在20uA的范圍。

　　在FET驅(qū)動電路設計中采用了快速關斷電路(Fast Turn-Off Circuit)，這個電路的目的是當LED電流下降到零關斷SSR時可以立即對柵極電容進行放電，這個電路只有在光伏電壓下滑時短暫導通，接著快速關斷電路可以確保SSR的關斷時間要比SSR的導通時間短上許多。，F(xiàn)ET驅(qū)動電路的功耗可以被忽略，因為所產(chǎn)生的光電流在驅(qū)動電流為10mA時大約只有20uA，產(chǎn)生的堆棧電壓大約為6V。

　　安華高科技(Avago Technologies)公司的FET驅(qū)動電路設計同時也加入了輸出瞬變抑制電路(Transient Reject Circuit)，可以確保數(shù)據(jù)表中的超高dVo/dt參數(shù)和處理能力，這個電路的工作原理是，當SSR處于關斷狀態(tài)時，SSR接點上出現(xiàn)的任何瞬間高電壓變化會通過電容耦合到瞬變抑制晶體管的基極并暫時導通，造成柵極放電以確保輸出MOSFET不會在SSR輸出接點收到這個瞬變高電壓脈沖時導通。