介绍

自晶体管发明之前，继电器就被用作开关。从低压信号安全控制高压系统的能力，如隔离电阻监测，是许多汽车系统开发所必需的。虽然机电继电器和接触器的技术多年来不断改进，但对于设计人员来说，实现其使用寿命可靠性和快速开关速度以及低噪声、冲击振动和低功耗的目标仍然具有挑战性。

固态继电器（SSR）具有性能和成本优势，并针对不同级别的隔离进行了分级，无论是基本隔离还是增强隔离。与机电继电器和固态光继电器等替代技术相比，SSR还具有优势。

传统继电器开关解决方案

机电继电器（EMR）在高压开关应用中很常见。EMR 利用电磁力以机械方式打开和关闭触点。鉴于其机械性质，EMR具有令人难以置信的低导通电阻;它们的触点本质上是金属对金属的连接。

EMR在开关速度和可靠性方面确实需要权衡。继电器内部的运动部件是一个限制因素，开关速度通常在 5 到 15 ms 范围内。随着时间的推移和使用，EMR可能会遇到诸如拱形，颤振和焊接闭合等故障。

与EMR不同，光继电器没有移动部件，并提供高隔离电压。光继电器是对传统EMR的改进;然而，它们也有设计考虑因素，例如对可实现的功率传输的限制以及内部LED的劣化。此外，光继电器需要一个外部限流电阻，并且通常使用额外的场效应晶体管（FET）来管理LED的开通或关断状态。

使用 SSR 实现更可靠的隔离

固态继电器可用作开关（带集成 FET）或驱动器，用于控制外部 FET。无论是利用电容隔离还是磁性隔离，隔离式 SSR 产品组合都可以实现具有基本或增强型隔离级别的设计。与 EMR 相比，TPSI2140-Q1 隔离式开关和 TPSI3050-Q1 隔离式驱动器具有更高的可靠性和更长的使用寿命，因为它们不会随着时间的推移而出现机械劣化。因此，SSR 的使用寿命可靠性比传统 EMR 高 10 倍。SSR 还可以在微秒范围内切换，比 EMR 快几个数量级。

由于 TPSI3050-Q1 和 TPSI2140-Q1 在单个隔离栅上集成了电源和信号传输，因此无需次级偏置电源，从而实现了小解决方案尺寸。图 1 显示了 TPSI2140-Q1 隔离开关在高压系统中的使用，省去了偏置电源和外部控制电路等外部元件。

图 1：TPSI2140-Q1 隔离式开关减小了高压系统中的解决方案尺寸

与传统的光继电器和光耦合器相比，TPSI2140-Q1 和 TPSI3050-Q1 等固态继电器还具有优势。TPSI2140-Q1 和 TPSI3050-Q1 等器件与光继电器相比具有更好的可靠性，因为没有 LED 退化。无需外部控制电路，因为逻辑电平输入可以直接驱动系统。表1定性地比较了这些隔离式开关技术。

表 1：比较现有的开关解决方案

	机电继电器	光继电器或光继电器	固态继电器
绝缘材料	空气或环氧树脂	环氧树脂或聚酰亚胺	聚酰亚胺或二氧化硅
介电强度（1 s）	≅1 V有效值/微米 ≅20 V有效值/微米	≅20 V有效值/微米 ≅300 V有效值/微米	≅300 V有效值/微米 ≅500 V有效值/微米
优势	低电阻	低电磁干扰（EMI）辐射	高速（微秒）低功耗
弊	慢速（毫秒）机械磨损、振动/磁抗扰度	光降解和局部放电	必须设计以限制 EMI
工作环境温度	–40°C 至 85°C	–40°C 至 85°C	–40°C 至 125°C
成本	$$$	$	$

结论

固态继电器以最快的速度、最高的工作温度和最低的系统成本提供最高的介电强度。它们还可以在更小的封装中实现更可靠的开关。

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