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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Relés de estado sólido da série KR293. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Materiais de referência Microcircuitos híbridos integrados da série KR293 são interruptores de sinal DC e AC com isolamento optoeletrônico entre entrada e saída. Em termos de parâmetros elétricos e funcionalidade, esses microcircuitos podem substituir relés eletromecânicos em muitas áreas da tecnologia. Essa circunstância determinou o amplo uso do termo "relé de estado sólido" na literatura para denotar circuitos integrados de uma nova série de dispositivos de comutação, cujo princípio de operação foi considerado com detalhes suficientes na revista Radio N2 de 1995. COMPOSIÇÃO DA SÉRIE Atualmente, a série KR293 inclui cinco tipos de relés de estado sólido KR293KP1 KR293KP5, cada um dos quais é formado por dispositivos de duas classificações, por exemplo, KR293KP1 e KR293KP11. Por sua vez, cada tipo de chip contém três grupos (grupo A, B e C). Imagens gráficas condicionais de circuitos integrados de uma série de relés de estado sólido são mostradas na Fig.1. Os relés de canal único KR293KP1AV, KR293KP11AV, KR293KP3AV e KR293KP31AV são fabricados em um pacote retangular de plástico de seis pinos 2101-6 e microcircuitos de dois canais KR293KP2AV, KR293KP21AV, KR293KP4AV, KR293KP41AV, KR293KP5 AV e KR293 51KP2101AV - em um tipo de pacote de oito pinos 8-XNUMX. Os microcircuitos KR293KP1 KR293KP5 são projetados para comutar sinais de corrente contínua e alternada e KR293KP11 KR293KP51 - apenas direto. Os relés de estado sólido KR293KP1AV, KR293KP11AV, KR293KP2AV e KR293KP21AV têm os chamados contatos normalmente abertos, ou seja, correspondem a relés tipo A, e KR293KP3AV, KR293KP31AV, KR293KP4AV e KR293KP41AV são relés tipo B com contatos normalmente fechados. Os microcircuitos KR293KP5AV e KR293KP51AV podem desempenhar as funções de um relé tipo C, trabalhando para comutação.
Fig. 1 A classificação dos microcircuitos em grupos dentro de cada classificação é realizada de acordo com os valores da tensão de comutação máxima permitida Ucom e o valor da resistência de saída do relé de estado sólido na rota de estado aberto fisicamente associada a ele (Tabela 1). Tabela 1
Obviamente, não é aconselhável usar as classificações KR293KP2AV, KR293KP4AV e KR293KP5AV em vez de KR293KP21AV, KR293KP41AV e KR293KP51AV para comutação CC devido à alta resistência de saída, e as classificações KR293KP1AV e KR293KP3AV têm uma certa vantagem sobre o KR293KP11 mais barato AV e KR293KP31AV, pois permitem, se necessário, reduzir a impedância de saída do dispositivo em dois, trabalhando em um modo de comutação especial, quando os pinos 4 e 6 do microcircuito são combinados e conectados ao positivo e pino 5 - ao potencial negativo do circuito, respectivamente. Os valores dos parâmetros dados na Tabela 1 correspondem aos seguintes modos de medição (Tabela 2): Tabela 2
CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS DO RELÉ Os relés de estado sólido de todas as classificações da série KR293 são unificados em termos de características de entrada, que são determinadas pelos parâmetros do diodo emissor de luz infravermelha usado no dispositivo. A dependência da tensão de entrada direta Vin e da resistência de saída Rout no nível da corrente de entrada na faixa de temperatura é mostrada na fig. 2 e 3, respectivamente.
Deve-se notar que uma diminuição na corrente de entrada em relação ao valor nominal, além de um aumento direto na resistência de saída, também leva a uma ampla dispersão nos valores desse parâmetro, enquanto um aumento nas correntes de entrada praticamente não melhora as características estáticas do dispositivo. Ao usar um relé para comutar um sinal analógico em circuitos lineares, deve-se levar em consideração que a característica corrente-tensão de saída do dispositivo é não linear fora da faixa de tensão de saída de -0.7 ... 0.7 V, conforme mostrado na Fig.4. devido à ação de desvio do diodo interno dreno-fonte dos MOSFETs.
O valor da corrente de entrada tem um efeito perceptível nos parâmetros dinâmicos do relé de estado sólido. Da figura 5 acima pode ser visto que você não deve trabalhar com uma corrente de entrada abaixo da corrente nominal. Ao mesmo tempo, deve-se levar em consideração que os microcircuitos da série KR293 retêm indicadores de alta confiabilidade se a corrente média de entrada não exceder 20 mA.
Um circuito simples que permite obter a corrente e a tensão de entrada necessárias para um controle confiável de um relé de estado sólido é mostrado na Fig.6.
Fig. 6 O resistor R1 define o nível de corrente de entrada e o resistor R2 é usado se o circuito de controle tiver uma corrente de fuga de alto nível tão grande que não permita manter a tensão na entrada do microcircuito inferior a 0.8 V. No caso de ser necessário reduzir o tempo de ativação do dispositivo, é recomendável complementar o circuito com um circuito RC para controle de pulso do LED. No momento da comutação, uma corrente pulsada flui através do LED, determinada por um circuito RC composto pelo resistor R3 e pelo capacitor C. A magnitude da corrente pulsada não deve exceder o valor máximo permitido para o relé de 150 mA, deve-se lembrar também que o nível máximo de tensão reversa permitida no LED não deve exceder 3V. CARACTERÍSTICAS TÉRMICAS DO RELÉ Um relé de estado sólido é um dispositivo semicondutor que retém sua funcionalidade e alto nível de confiabilidade se a temperatura de operação da junção pn, Tp, não exceder 125°C. O calor pode ser fornecido ao microcircuito tanto do ambiente, cuja temperatura é Tc, quanto como resultado da liberação de calor no próprio dispositivo como resultado do aquecimento resistivo, principalmente nos circuitos de saída do dispositivo quando a corrente flui. O grau de superaquecimento da junção pn é determinado pelo valor da chamada resistência térmica do cristal - o ambiente, Rk-s, que para todas as classificações dos microcircuitos da série KR293 é de 60 ° C / W. A potência admissível Po(T), que pode ser dissipada pelo dispositivo a uma determinada temperatura, é determinada pela seguinte relação: Po(Tc) = (Tp - Tc) / Rp-s (1) Assim, usando a dependência da resistência de saída do dispositivo no estado aberto da temperatura, é possível determinar a corrente de carga operacional média permitida em uma determinada temperatura ambiente. Porque, P(Tc) = (Iout)2 * Rota(Tp) (2), então de (1) e (2) temos: Iout = ( Tp - Ts ) / Rp-s Rota(Tp) 1/2 (3) Por exemplo, vamos determinar o valor da corrente de carga permitida do microcircuito KR293KP1B em Tc = 85°C. A resistência de saída do dispositivo a uma temperatura de 25°C é de 25 Ohm (ver Tabela 2), e a relação Rout (125C) / Rout (25C) de acordo com o gráfico da figura é 1.6, então Rout (125C) = 25 * 1.6 = 40 Ohm. Agora, usando (3), encontramos Iout = (125 - 85) / (60 * 40) 1/2= 0.12 (A) Observe que a expressão (1) também deve ser usada para determinar a corrente de saída limite no estado desligado, que, para determinados valores de temperatura ambiente Tc e a tensão máxima permitida na saída no estado desligado Ukom, não deve exceder os valores calculados pela seguinte fórmula: Iout P(Ts)/Ucom = ( Tp - Ts ) / ( Rp-s * Ucom) (4) Portanto, para o microcircuito KR293KP1B em Tc igual a 85C, encontramos Iout (125 - 85) / (60 * 250) = 280 (μA). Embora não seja um modo de operação válido para o dispositivo estar em estado de falha, uma avaliação de condições adversas deve ser feita com antecedência, o que é especialmente importante ao operar em uma carga indutiva. CAPACIDADE DE SAÍDA DESLIGADA Essa capacitância é essencialmente a capacitância do diodo dreno-substrato com polarização reversa do MOSFET no estado em que nenhuma corrente de acionamento flui através do LED. É óbvio que esta capacitância proporciona uma passagem indesejada do sinal AC para a carga quando o relé é desligado. Um circuito equivalente de relé simplificado para CA é mostrado na Figura 7.
Fig. 7 Para reduzir a capacitância de saída do dispositivo, é usada a propriedade de reduzir a capacitância de barreira do diodo com o aumento da polarização reversa na junção pn. A polarização deve ser aplicada a um dos contatos de saída do relé, enquanto a tensão de polarização e a amplitude máxima do sinal alternado no total não devem exceder a tensão máxima permitida na saída do dispositivo no estado desligado. Esse método de fornecer um viés é mostrado na Fig. 8.
Fig. 8 Com este método, um dos diodos dos MOSFETs estará sob polarização reversa, o outro diodo neste caso terá polarização zero. Existe outra maneira de aplicar tensão de polarização. Consiste na utilização de uma fonte de tensão negativa, que, por exemplo, está disponível em centrais telefônicas. O menos da fonte através de um resistor de alta resistência é conectado à 5ª saída do microcircuito, conforme mostrado na Fig. 9, enquanto ambos os diodos estarão sob polarização reversa. A capacitância total de saída neste caso será duas vezes menor do que com o primeiro método de aplicação de um viés.
Resistor de polarização Rcm. evita o desvio da carga e da fonte do sinal no estado em que o relé está ligado e deve ser muito maior que a resistência da carga. Quando fechado, o resistor de polarização deve ser muito menor que a capacitância para evitar a modulação da tensão de polarização por correntes capacitivas. Por exemplo, para circuitos de comutação de centrais telefônicas com Rload.=600 Ohm, Fsign.=1000 kHz e Cout.=20pF, o valor de Rcm deve estar na faixa de 0.5 ... 5 MΩ. A Figura 10 mostra um gráfico da capacitância de saída do relé versus a tensão de polarização.
TENSÃO DE ISOLAMENTO O parâmetro do relé "tensão de isolamento" caracteriza a capacidade do relé de suportar uma tensão de teste de 1500 V aplicada entre a entrada e a saída por um minuto. O parâmetro controlado é a corrente de fuga, que não deve ultrapassar 10 μA. Durante o processo de produção, o controle de 100% dos dispositivos é realizado para a estabilidade do relé quando uma tensão de isolamento de 1800 V é aplicada por 5 segundos. O valor da tensão de isolamento de 1500 V é suficiente para a maioria das aplicações industriais do relé, onde a tensão de alimentação não excede 220 V. Para aplicações associadas a requisitos elevados de confiabilidade e segurança elétrica do equipamento (equipamentos médicos, engenharia de energia), é produzido um grupo com uma tensão de isolamento de 4000 V. Deve-se observar especialmente que a tensão de isolamento é uma tensão de teste aplicada ao dispositivo por um curto período de tempo e o fabricante não garante que o dispositivo fique sob essa tensão por um longo período. Autor: Zeshkov Yu., Pervouralsk, região de Sverdlovsk ; Publicação: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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