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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Relais statiques de la série KR293. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Les références Les microcircuits hybrides intégrés de la série KR293 sont des commutateurs de signaux CC et CA avec isolation optoélectronique entre l'entrée et la sortie. En termes de paramètres électriques et de fonctionnalité, ces microcircuits peuvent remplacer les relais électromécaniques dans de nombreux domaines technologiques. Cette circonstance a déterminé la large utilisation du terme "relais à semi-conducteurs" dans la littérature pour désigner les circuits intégrés d'une nouvelle série d'appareils de commutation, dont le principe de fonctionnement a été examiné de manière suffisamment détaillée dans le magazine Radio N2 pour 1995. COMPOSITION DE LA SÉRIE Actuellement, la série KR293 comprend cinq types de relais à semi-conducteurs KR293KP1 KR293KP5, chacun étant formé par des dispositifs de deux calibres, par exemple, KR293KP1 et KR293KP11. À son tour, chaque type de puce contient trois groupes (groupe A, B et C). Des images graphiques conditionnelles de circuits intégrés d'une série de relais à semi-conducteurs sont illustrées à la Fig.1. Les relais monocanal KR293KP1AV, KR293KP11AV, KR293KP3AV et KR293KP31AV sont fabriqués dans un boîtier rectangulaire en plastique à six broches 2101-6, et les microcircuits à deux canaux KR293KP2AV, KR293KP21AV, KR293KP4AV, KR293KP41AV, KR293KP5AV et KR293 51KP2101AV - dans un type de boîtier à huit broches 8-XNUMX. Les microcircuits KR293KP1 KR293KP5 sont conçus pour commuter des signaux de courant continu et alternatif, et KR293KP11 KR293KP51 - uniquement direct. Les relais statiques KR293KP1AV, KR293KP11AV, KR293KP2AV et KR293KP21AV ont des contacts dits normalement ouverts, c'est-à-dire correspondent aux relais de type A, et KR293KP3AV, KR293KP31AV, KR293KP4AV et KR293KP41AV sont des relais de type B avec des contacts normalement fermés. Les microcircuits KR293KP5AV et KR293KP51AV peuvent remplir les fonctions d'un relais de type C, travaillant pour la commutation.
Fig. 1 Le classement des microcircuits en groupes au sein de chaque calibre s'effectue en fonction des valeurs de la tension de commutation maximale admissible Ucom et de la valeur de la résistance de sortie du relais statique à l'état ouvert Rout qui lui est physiquement associé ( Tableau 1). Tableau 1
Évidemment, il n'est pas conseillé d'utiliser les calibres KR293KP2AV, KR293KP4AV et KR293KP5AV au lieu de KR293KP21AV, KR293KP41AV et KR293KP51AV pour la commutation CC en raison de la résistance de sortie élevée, et les calibres KR293KP1AV et KR293KP3AV ont un certain avantage par rapport au KR293KP11 moins cher. AV et KR293KP31AV, car ils permettre, si nécessaire, Il est possible de réduire l'impédance de sortie de l'appareil par deux, en travaillant dans un mode de commutation spécial, lorsque les 4ème et 6ème broches du microcircuit sont combinées et connectées au positif, et la broche 5 au potentiel négatif du circuit, respectivement. Les valeurs des paramètres données dans le tableau 1 correspondent aux modes de mesure suivants (tableau 2) : Tableau 2
CARACTERISTIQUES ELECTRIQUES DU RELAIS Les relais à semi-conducteurs de toutes les puissances de la série KR293 sont unifiés en termes de caractéristiques d'entrée, qui sont déterminées par les paramètres de la diode électroluminescente infrarouge utilisée dans l'appareil. La dépendance de la tension d'entrée directe Vin et de la résistance de sortie Rout sur le niveau du courant d'entrée dans la plage de température est illustrée à la fig. 2 et 3, respectivement.
Il convient de noter qu'une diminution du courant d'entrée par rapport à la valeur nominale, en plus d'une augmentation directe de la résistance de sortie, entraîne également une large dispersion des valeurs de ce paramètre, tandis qu'une augmentation des courants d'entrée n'améliore pratiquement pas les caractéristiques statiques de l'appareil. Lors de l'utilisation d'un relais pour commuter un signal analogique dans des circuits linéaires, il convient de tenir compte du fait que la caractéristique courant-tension de sortie de l'appareil est non linéaire en dehors de la plage de tension de sortie de -0.7 ... 0.7 V, comme indiqué dans Fig.4. en raison de l'action de shunt de la diode drain-source intégrée des MOSFET.
La valeur du courant d'entrée a un effet notable sur les paramètres dynamiques du relais statique. La figure 5 ci-dessus montre que vous ne devez pas travailler avec un courant d'entrée inférieur au courant nominal. Dans le même temps, il faut tenir compte du fait que les microcircuits de la série KR293 conservent des indicateurs de haute fiabilité si le courant d'entrée moyen ne dépasse pas 20 mA.
Un circuit simple qui vous permet d'obtenir le courant et la tension d'entrée requis pour un contrôle fiable d'un relais à semi-conducteurs est illustré à la Fig.6.
Fig. 6 La résistance R1 définit le niveau de courant d'entrée et la résistance R2 est utilisée si le circuit de commande a un courant de fuite de niveau élevé si important qu'il ne permet pas de maintenir la tension à l'entrée du microcircuit inférieure à 0.8 V. Dans le cas où il est nécessaire pour réduire le temps d'allumage de l'appareil, il est recommandé de compléter le circuit RC par une chaîne de commande impulsionnelle de la LED. Au moment de la commutation, un courant d'impulsion traverse la LED, déterminé par un circuit RC composé d'une résistance R3 et d'un condensateur C. L'amplitude du courant d'impulsion ne doit pas dépasser la valeur maximale autorisée pour le relais de 150 mA, il doit également rappelez-vous que le niveau de tension inverse maximum autorisé sur la LED ne doit pas dépasser 3V. CARACTERISTIQUES THERMIQUES DU RELAIS Un relais statique est un dispositif semi-conducteur qui conserve sa fonctionnalité et son haut niveau de fiabilité si la température de fonctionnement de la jonction pn, Tp, ne dépasse pas 125°C. La chaleur peut être fournie au microcircuit à la fois par l'environnement, dont la température est Tc, et par le dégagement de chaleur dans l'appareil lui-même en raison d'un chauffage résistif, principalement dans les circuits de sortie de l'appareil lorsque le courant circule. Le degré de surchauffe de la jonction pn est déterminé par la valeur de la soi-disant résistance thermique du cristal - l'environnement, Rk-s, qui pour toutes les valeurs nominales des microcircuits de la série KR293 est de 60 ° C / W. La puissance admissible Po(T), pouvant être dissipée par l'appareil à une température donnée, est déterminée par la relation suivante : Po(Tc) = ( Tp - Tc ) / Rp-s (1) Ainsi, en utilisant la dépendance de la résistance de sortie du dispositif à l'état ouvert à la température, il est possible de déterminer le courant de charge de fonctionnement moyen admissible à une température ambiante donnée. Parce que, P(Tc) = (Iout)2 * Déroute(Tp) (2), alors de (1) et (2) on obtient : Iout = ( Tp - Ts ) / Rp-s Rout(Tp) 1/2 (3) Par exemple, déterminons la valeur du courant de charge admissible du microcircuit KR293KP1B à Tc = 85°C. La résistance de sortie de l'appareil à une température de 25°C est de 25 Ohm (voir Tableau 2), et le rapport Rout (125C) / Rout (25C) selon le graphique de la figure est de 1.6, alors Rout (125C) = 25 * 1.6 = 40 ohms. Maintenant, en utilisant (3), nous trouvons Iout = ( 125 - 85 ) / (60 * 40) 1/2= 0.12 (A) Notez que l'expression (1) doit également être utilisée pour déterminer le courant de sortie limite à l'état bloqué, qui, à des valeurs données de la température ambiante Tc et de la tension maximale admissible à la sortie à l'état bloqué Ukom, ne doit pas dépasser les valeurs calculées selon la formule suivante : Iout P(Ts)/Ucom = ( Tp - Ts ) / ( Rp-s * Ucom) (4) Donc pour le microcircuit KR293KP1B à Tc égal à 85C, on trouve Iout (125 - 85) / (60 * 250) = 280 (μA). Bien qu'il ne s'agisse pas d'un mode de fonctionnement valide pour l'appareil en état de panne, une évaluation des conditions défavorables doit être effectuée à l'avance, ce qui est particulièrement important lors du fonctionnement sur une charge inductive. CAPACITÉ DE SORTIE NON Cette capacité est essentiellement la capacité de la diode drain-substrat polarisée en inverse du MOSFET dans l'état où aucun courant de commande ne traverse la LED. Il est évident que cette capacité assure un passage non souhaité du signal alternatif vers la charge lorsque le relais est éteint. Un circuit équivalent de relais simplifié pour le courant alternatif est illustré à la figure 7.
Fig. 7 Pour réduire la capacité de sortie du dispositif, la propriété de réduire la capacité de barrière de la diode avec une polarisation inverse croissante au niveau de la jonction pn est utilisée. La polarisation doit être appliquée à l'un des contacts de sortie du relais, tandis que la tension de polarisation et l'amplitude maximale du signal alternatif au total ne doivent pas dépasser la tension maximale admissible à la sortie de l'appareil à l'état désactivé. Une telle méthode de fourniture d'un biais est illustrée à la Fig. 8.
Fig. 8 Avec cette méthode, l'une des diodes des MOSFET sera sous polarisation inverse, l'autre diode dans ce cas aura une polarisation nulle. Il existe une autre façon d'appliquer une tension de polarisation. Elle consiste à utiliser une source de tension négative, disponible par exemple dans les centraux téléphoniques. Le moins de la source à travers une résistance à haute résistance est connecté à la 5ème sortie du microcircuit, comme illustré à la Fig. 9, tandis que les deux diodes seront sous polarisation inverse. La capacité de sortie totale dans ce cas sera deux fois moindre qu'avec la première méthode d'application d'une polarisation.
Résistance de polarisation Rcm. empêche le shunt de la charge et de la source du signal dans l'état où le relais est activé et doit être beaucoup plus grand que la résistance de charge. Lorsqu'elle est fermée, la résistance de polarisation doit être beaucoup plus petite que la capacité pour empêcher la modulation de la tension de polarisation par des courants capacitifs. Par exemple, pour les circuits de commutation des centraux téléphoniques avec Rload.=600 Ohm, Fsign.=1000 kHz et Cout.=20pF, la valeur de Rcm doit se situer dans la plage de 0.5 ... 5 MΩ. La figure 10 montre un graphique de la capacité de sortie du relais en fonction de la tension de polarisation.
TENSION D'ISOLEMENT Le paramètre "tension d'isolement" du relais caractérise la capacité du relais à supporter une tension d'essai de 1500 V appliquée entre l'entrée et la sortie pendant une minute. Le paramètre contrôlé est le courant de fuite, qui ne doit pas dépasser 10 μA. Pendant le processus de production, un contrôle à 100% des appareils est effectué pour la stabilité du relais lorsqu'une tension d'isolement de 1800 V est appliquée pendant 5 secondes. La valeur de la tension d'isolement de 1500 V est suffisante pour la plupart des applications industrielles du relais, où la tension d'alimentation ne dépasse pas 220 V. Pour les applications liées à des exigences accrues de fiabilité et de sécurité électrique des équipements (matériel médical, énergie), un groupe avec une tension d'isolement de 4000 V. Il convient de noter en particulier que la tension d'isolement est une tension d'essai appliquée à l'appareil pendant une courte période et que le fabricant ne garantit pas que l'appareil sera sous cette tension pendant une longue période. Auteur : Zeshkov Yu., Pervouralsk, région de Sverdlovsk ; Publication : N. Bolchakov, rf.atnn.ru
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