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Other Parts Discussed in Post: TPSI3050-Q1, TPSI2140-Q1

릴레이는 트랜지스터가 발명되기 전부터 스위치로 사용되어 왔다. 절연 저항 모니터링과 마찬가지로 저전압 신호에서 고전압 시스템을 안전하게 제어하는 기능은 많은 자동차 시스템 개발에 필요하다. 수년에 걸쳐 전기기계식 릴레이 및 접촉기의 기술이 향상되었지만 설계자가 낮은 소음, 충격 진동 및 전력 소비와 함께 수명 안정성과 빠른 스위칭 속도라는 목표를 달성하는 것은 여전히 어려운 일이다.

솔리드 스테이트 릴레이(SSR)는 성능 및 비용상의 이점을 갖추고 있어 기본이든 강화형이든 상관없이 절연 수준이 다양한 것으로 평가된다. 또한 SSR은 전기기계식 릴레이, 솔리드 스테이트 포토릴레이와 같은 대체 기술 대비 장점이 있다.

높은 시스템 신뢰성 달성

솔리드 스테이트 릴레이 포트폴리오에 대해 자세히 알아보기

기존 릴레이 스위칭 솔루션

전자기계식 릴레이(EMR)는 고전압 스위칭 분야에서는 흔하다. EMR은 전자기력을 이용하여 스위치 접촉부를 기계적으로 켜고 끈다. 기계적 특성을 고려할 때 EMR은 온저항이 매우 낮다. 접촉부는 본래 금속간 연결로 되어 있다.

EMR은 스위칭 속도와 안정성을 절충하고 있다. 릴레이 내부의 가동부는 제한 요인이며 스위칭 속도는 보통 5~15ms 범위다. 시간이 지남에 따라 EMR은 아칭(arching), 채터링(chattering), 용접 차단(welding shut)과 같은 고장이 발생할 수 있다.

EMR과 달리 포토릴레이는 가동부가 없고 절연 전압이 높다. 포토릴레이는 기존 EMR보다 개선된 형태이다. 그러나 달성 가능한 동력 전달에 대한 제한은 물론 내부 LED의 열화와 같이 설계에서 고려해야 할 사항도 있다. 또한 포토릴레이는 외부 전류-제한 저항이 필요하며, 추가 전계 효과 트랜지스터(FET)도 종종 사용하여 LED의 켜짐 또는 꺼짐 상태를 관리한다.

솔리드 스테이트 릴레이를 사용한 고신뢰성 절연

TI의 솔리드 스테이트 릴레이는 외부 FET를 제어하기 위한 스위치(통합 FET 포함) 또는 드라이버로 제공된다. TI의 절연 SSR 포트폴리오는 용량성 절연을 활용하거나 자기적 절연을 활용하는 경우 모두 기본 또는 강화형 절연 수준으로 설계를 구현한다. TI의 TPSI2140-Q1 절연 스위치 및 TPSI3050-Q1 절연 드라이버는 시간이 지나도 기계적 열화가 발생하지 않기 때문에 EMR보다 신뢰성이 높아 SSR은 기존 EMR보다 10배 더 높은 수명을 갖는다. 또한, TI의 SSR은 EMR보다 수십 배 빠른 마이크로초 범위에서 전환할 수 있다.

TPSI3050-Q1 및 TPSI2140-Q1은 단일 절연 장벽에서 동력 및 신호 전달을 통합하여 보조 바이어스 전원이 필요하지 않으므로 솔루션 소형화를 달성할 수 있다. 그림 1은 고전압 시스템에서 TPSI2140-Q1 절연 스위치를 사용하여 바이어스 전원 및 외부 제어 회로와 같은 외부 부품을 제거하는 방법을 보여준다.

그림 1: TPSI2140-Q1 절연 스위치는 고전압 시스템의 솔루션 크기를 줄여준다.

TPSI2140-Q1 및 TPSI3050-Q1과 같은 솔리드 스테이트 릴레이도 기존 포토릴레이와 옵토커플러보다 이점이 있다. TPSI2140-Q1 및 TPSI3050-Q1과 같은 TI 디바이스는 LED 성능 저하가 없기 때문에 포토릴레이보다 높은 신뢰성을 달성한다. 논리 수준 입력이 시스템을 직접 구동할 수 있기 때문에 외부 제어 회로가 필요하지 않다. 표 1은 이러한 절연 스위칭 기술을 정성적으로 비교하고 있다.

전기기계식 릴레이

포토릴레이 또는 옵티컬 릴레이

TI 솔리드 스테이트 릴레이

절연 재료

공식 또는 에폭시

에폭시 또는 폴리이미드

폴리이미드 또는 이산화규소

절연 강도(1)

≅1VRMS/µm

≅20VRMS/µm

≅20VRMS/µm

≅300VRMS/µm

≅300VRMS/µm

≅500VRMS/µm

장점

낮은 저항

낮은 전자기간섭(EMI) 방출

높은 속도(µs)

낮은 전력

단점

느린 속도(ms)

기계적 마모, 진동/자기 내성

광분해 및 부분 방전

EMI를 제한하도록 설계해야 함

작동 주위 온도

–40°C ~ 85°C

–40°C ~ 85°C

–40°C to 125°C

비용

$$$

$

$

1: 기존 스위칭 솔루션 비교

결론

TI의 솔리드 스테이트 릴레이는 가장 빠른 속도에서의 가장 높은 절연 강도, 가장 높은 작동 온도, 가장 낮은 시스템 비용을 제공한다. 또한 더 작은 패키지에서 더 안정적인 스위칭을 구현한다. 하기의 추가 리소스에서 절연 스위치 및 드라이버를 사용하여 설계를 간소화할 수 있는 방법에 대해 자세히 확인할 수 있다.

추가 리소스

페드로 아랑고 라미레스 (Pedro Arango Ramirez), TI 모터 드라이버 부문 애플리케이션 엔지니어

(원문보기)

Anonymous