Техническая документация на твердотельное реле (SSR) 6-пинового DIP типа Форма A - 60В до 600В выход - 50мА до 800мА ток нагрузки

1. Обзор продукта

В данном документе подробно описана серия универсальных твердотельных реле (SSR) в 6-пиновом DIP (Dual In-line Package) исполнении. Эти устройства являются однополюсными, однонаправленными реле (Форма A), что означает наличие нормально разомкнутого (NO) контакта. Они предназначены для замены традиционных электромеханических реле (EMR) в широком спектре применений, предлагая повышенную надежность, больший срок службы и бесшумную работу благодаря отсутствию движущихся частей.

Основная технология включает инфракрасный светодиод AlGaAs на входной стороне, оптически связанный с высоковольтной выходной детекторной схемой. Этот детектор состоит из фотогальванической диодной матрицы и MOSFET-транзисторов, что позволяет управлять как AC, так и DC нагрузками. Оптическая развязка обеспечивает высокое напряжение изоляции (5000 В действ.) между низковольтной цепью управления и высоковольтной силовой цепью, повышая безопасность системы и помехоустойчивость.

2. Ключевые особенности и преимущества

• Нормально разомкнутая конфигурация (Форма A):Простое, одноканальное переключение.
• Низкий рабочий ток:Входной светодиод требует минимального тока управления, что делает его совместимым с маломощными логическими схемами и микроконтроллерами.
• Широкий диапазон выходного напряжения:Доступны модели с допустимым выходным напряжением от 60В до 600В (EL606A, EL625A, EL640A, EL660A), охватывающие различные уровни напряжения в приложениях.
• Низкое сопротивление во включенном состоянии:Выход на основе MOSFET обеспечивает низкие потери проводимости, повышая эффективность и снижая тепловыделение.
• Широкий рабочий температурный диапазон:Надежная работа от -40°C до +85°C, подходит для промышленных и жестких условий эксплуатации.
• Высокое напряжение изоляции:Изоляция 5000 В действ. между входом и выходом обеспечивает безопасность и защищает чувствительную управляющую электронику.
• Отраслевые сертификаты:Сертифицированы по стандартам UL 1577, UL 508, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO и CQC, что гарантирует соответствие международным требованиям безопасности и производительности.
• Варианты корпусов:Доступны в стандартном DIP для монтажа в отверстия и в варианте для поверхностного монтажа (SMD).

3. Подробные технические характеристики

3.1 Абсолютные максимальные параметры

Это предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа всегда должна осуществляться в пределах этих значений.

• Вход (сторона светодиода):Максимальный прямой ток (IF) составляет 50 мА, с пиковым прямым током (IFP) 1 А в импульсных условиях. Обратное напряжение (VR) ограничено 5 В.
• Выход (сторона ключа):Напряжение пробоя (VL) определяет максимальное напряжение, которое может блокировать выход, в диапазоне от 60В (EL606A) до 600В (EL660A). Непрерывный ток нагрузки (IL) варьируется в зависимости от модели и типа подключения (A, B, C), от 50 мА до 800 мА. Также указан импульсный ток нагрузки (ILPeak) для кратковременных бросков тока.
• Изоляция:Выдерживает 5000 В действ. в течение 1 минуты между входом и выходом.
• Тепловые параметры:Рабочий температурный диапазон составляет от -40°C до +85°C. Температура хранения достигает 125°C. Максимальная температура пайки составляет 260°C в течение 10 секунд.

3.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры определяют рабочие характеристики SSR при температуре 25°C.

• Входные характеристики:Типичное прямое напряжение (VF) для светодиода составляет 1,18В при токе 10мА. Обратный ток утечки (IR) очень мал (<1 мкА).
• Выходные характеристики - выключенное состояние:Ток утечки (Ileak) при выключенном SSR указан как максимальный 1 мкА, что свидетельствует об отличной блокирующей способности.
• Выходные характеристики - включенное состояние:Ключевым параметром является сопротивление во включенном состоянии (Rd(ON)). Оно значительно различается между моделями и типами подключения:
  • Подключение A:Наибольший номинальный ток, наибольшее Rd(ON) (например, EL606A: 0,75Ω тип., 2,5Ω макс.).
  • Подключение B:Сбалансированный номинал, среднее Rd(ON).
  • Подключение C:Меньший номинальный ток, наименьшее Rd(ON) (например, EL606A: 0,2Ω тип., 0,5Ω макс.).
  Выбор предполагает компромисс между максимальным током нагрузки и рассеиваемой мощностью (потери I²R).
• Выходная емкость (Cout):Составляет от 30 пФ до 85 пФ. Меньшая емкость полезна для высокочастотного переключения, чтобы снизить потери.
• Передаточные характеристики:Определяют входной ток, необходимый для надежного включения (IF(on), макс. 3 мА) и выключения (IF(off), мин. 0,4 мА) выхода. Это обеспечивает четкие пороги переключения.
• Скорость переключения:Время включения (Ton) обычно составляет от 0,35 мс до 1,3 мс. Время выключения (Toff) очень мало, обычно 0,1 мс. Эти значения медленнее, чем у некоторых SSR, но достаточны для многих применений в промышленной автоматике.
• Параметры изоляции:Сопротивление изоляции (RI-O) чрезвычайно велико (>5×10¹⁰ Ом), а емкость изоляции (CI-O) мала (1,5 пФ тип.).

4. Графики производительности и данные

В спецификации представлены типичные характеристические кривые (хотя в предоставленном тексте они не детализированы). Обычно они иллюстрируют:

• Прямое напряжение в зависимости от прямого тока (Vf-If):Для входного светодиода, показывая его диодоподобное поведение.
• Сопротивление во включенном состоянии в зависимости от тока нагрузки (Rd(ON)-IL):Показывает, как Rd(ON) может изменяться в зависимости от величины коммутируемого тока.
• Сопротивление во включенном состоянии в зависимости от температуры окружающей среды (Rd(ON)-Ta):Критично для теплового расчета, так как Rd(ON) обычно увеличивается с температурой, что приводит к большим потерям.
• График передаточных характеристик:Отображает состояние выхода (вкл/выкл) в зависимости от тока входного светодиода, визуально определяя пороги включения/выключения и гистерезис.

Эти кривые необходимы разработчикам для понимания поведения устройства в нестандартных или изменяющихся условиях, отличных от типичных значений при 25°C.

5. Механическая информация, корпус и монтаж

5.1 Распиновка и схема

6-пиновый DIP имеет стандартную распиновку:

• Вывод 1: Анод светодиода (+)
• Вывод 2: Катод светодиода (-)
• Вывод 4, 6: Сток MOSFET (Выходные клеммы, обычно взаимозаменяемы для DC)
• Вывод 5: Исток MOSFET (Общая выходная клемма)
• Вывод 3: Не подключен (NC) внутри, может использоваться для механической стабильности.

Внутренняя схема показывает, что светодиод управляет фотогальванической матрицей, которая генерирует напряжение для включения выходного каскада на N-канальном MOSFET.

5.2 Габариты корпуса и монтаж

Предоставлены подробные механические чертежи для:

• Стандартный DIP тип:Для монтажа в отверстия на печатной плате.
• Опция S1 тип (низкопрофильный для поверхностного монтажа):Для SMD монтажа.
• Рекомендуемая контактная площадка:Для SMD версии, обеспечивающая правильное формирование паяного соединения при оплавлении.

Габариты включают размер корпуса, шаг выводов (2,54 мм типично для DIP), длину выводов и высоту установки.

5.3 Маркировка устройства

Устройства маркируются на верхней части кодом: префикс "EL", номер детали (например, 660A), однозначный код года (Y), двузначный код недели (WW) и код опции VDE (V). Это обеспечивает прослеживаемость.

5.4 Рекомендации по пайке и обращению

На основе абсолютных максимальных параметров:

• Пайка оплавлением (SMD):Пиковая температура не должна превышать 260°C, а время выше 260°C должно быть ограничено 10 секундами для предотвращения повреждения.
• Волновая/ручная пайка (DIP):Применяются стандартные методы, но термическое напряжение должно быть минимизировано.
• Меры предосторожности от ЭСР:Хотя выход на основе MOSFET защищен фотогальваническим драйвером, рекомендуется стандартное обращение с чувствительными компонентами для защиты от ЭСР.
• Хранение:Хранить в сухих, антистатических условиях в температурном диапазоне от -40°C до +125°C.

6. Упаковка и информация для заказа

6.1 Система нумерации моделей

Номер детали следует формату:EL6XXA(Y)(Z)-V

• XX:Номер детали, определяющий выходное напряжение/ток (06, 25, 40, 60).
• Y:Опция формы выводов. 'S1' обозначает низкопрофильный корпус для поверхностного монтажа. Пустое значение обозначает стандартный DIP.
• Z:Опция упаковки в ленту и на катушку для SMD деталей (TA, TB, TU, TD). Пустое значение для упаковки в трубку.
• V:Обозначает опцию, одобренную VDE по безопасности.

Пример: EL660AS1(TA)-V - это SSR на 600В, 50-80мА в SMD корпусе на ленте TA и катушке, одобренное VDE.

6.2 Спецификации упаковки

• Стандартный DIP:Упакованы в трубки, по 65 штук в трубке.
• Поверхностный монтаж (S1):Упакованы на ленте и на катушке, по 1000 штук на катушке. Предоставлены подробные размеры ленты (размер кармана A, B, отверстия Do, D1, шаг E, F) и спецификации катушки для настройки автоматических установщиков компонентов.

7. Рекомендации по применению и проектированию

7.1 Целевые области применения

Эти SSR подходят для широкого спектра применений, требующих надежного, изолированного переключения:

• Телекоммуникационное оборудование и АТС:Маршрутизация сигналов, интерфейсы линейных карт.
• Контрольно-измерительное оборудование:Переключение входов датчиков, мультиплексирование сигналов.
• Промышленная автоматизация (FA) и офисная автоматизация (OA):Управление соленоидами, малыми двигателями, лампами и нагревателями.
• Промышленные системы управления (ICS):Выходные модули ПЛК, интерфейс между логическими и силовыми цепями.
• Системы безопасности:Переключение сигналов тревоги, дверных замков или питания камер.

7.2 Критические аспекты проектирования

1. Входная цепь управления:Используйте токоограничивающий резистор, включенный последовательно со светодиодом. Рассчитайте значение резистора на основе напряжения питания (например, 3,3В, 5В, 12В), желаемого тока светодиода (5-10мА типично для гарантированного включения) и VF светодиода. Убедитесь, что цепь управления может обеспечить как минимум максимальный IF(on) (3мА) и может опуститься ниже IF(off) (0,4мА) для гарантированного выключения.
2. Особенности выходной нагрузки:
   • Номинальное напряжение:Выберите модель (EL606A/625A/640A/660A), где максимальное напряжение нагрузки (включая переходные процессы) ниже номинального VL устройства. Практикуется использование с запасом (например, использование детали на 400В для линии 240В переменного тока).
   • Номинальный ток:Выбирайте на основе непрерывного действующего или постоянного тока нагрузки. Учитывайте компромисс типа подключения (A/B/C). Ток нагрузки не должен превышать указанный IL для выбранного подключения и модели в наихудших температурных условиях.
   • Индуктивные нагрузки:При переключении индуктивных нагрузок (реле, соленоиды, двигатели) демпфирующая цепь (RC-цепь) или обратный диод (для DC) параллельно нагрузкенеобходимыдля подавления выбросов напряжения, которые могут превысить напряжение пробоя SSR.
   • Пусковой ток:Для нагрузок, таких как лампы или емкостные нагрузки с высоким пусковым броском тока, убедитесь, что пиковый пусковой ток находится в пределах номинала ILPeak. Может потребоваться терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) или другой ограничитель пускового тока.
3. Тепловой менеджмент:Рассеиваемая мощность (Pout) в SSR рассчитывается как I_нагрузки² * Rds(on). При максимальном токе и повышенной температуре это может быть значительным. Убедитесь, что разводка печатной платы обеспечивает достаточную площадь меди для теплоотвода, особенно для SMD версии. Не превышайте максимальную температуру перехода, которая связана с температурой окружающей среды (Ta) и тепловым сопротивлением.
4. Разводка печатной платы:Соблюдайте расстояния утечки и воздушные зазоры на печатной плате между входными и выходными дорожками в соответствии со стандартами безопасности (например, IEC 61010-1). Держите выходные дорожки для больших токов короткими и широкими.

8. Техническое сравнение и руководство по выбору

Четыре модели в этой серии образуют четкую иерархию на основе напряжения и тока:

• EL606A (60В):Для низковольтных DC приложений. Предлагает наибольший непрерывный ток (до 800мА в подключении C) и наименьшее сопротивление во включенном состоянии.
• EL625A (250В):Подходит для приложений с сетевым напряжением 120В переменного тока (с запасом) или средне-вольтных DC систем. Хороший баланс тока (до 300мА) и напряжения.
• EL640A (400В):Идеально для приложений с сетевым напряжением 240В переменного тока. Номинальный ток до 150мА.
• EL660A (600В):Для высоковольтных DC или требовательных промышленных AC линий со значительными переходными процессами. Номинальный ток до 80мА.

По сравнению с электромеханическими реле (EMR):Эти SSR не имеют дребезга контактов, имеют гораздо больший срок службы (миллиарды циклов), бесшумную работу и лучшую устойчивость к ударам и вибрации. Они, как правило, медленнее, имеют более высокую начальную стоимость и имеют ненулевое сопротивление во включенном состоянии, приводящее к тепловыделению.

По сравнению с другими SSR:Фотогальваническая связь на MOSFET обеспечивает очень низкий выходной ток утечки и стабильное сопротивление во включенном состоянии. Она отличается от SSR на основе симисторов, используемых для AC коммутации, так как эти реле на MOSFET могут коммутировать DC.

9. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

9.1 Может ли это SSR коммутировать AC нагрузки?

Yes.Выход MOSFET является двунаправленным в выключенном состоянии. Однако, внутренний диод одиночного MOSFET делает его однонаправленным во включенном состоянии. Для истинной AC коммутации часто используются два MOSFET встречно-последовательно. В спецификации указано "обеспечивают подключения для AC/DC и только DC выхода". Схема и диаграммы подключений (A, B, C) показывают одиночный MOSFET. Следовательно, для AC коммутации подразумевается использование внешних цепей или специальной конфигурации подключения (вероятно, с использованием обоих выводов стока 4 и 6) для блокировки тока в обоих направлениях во включенном состоянии. Разработчик должен обратиться к подробным диаграммам подключений для правильной реализации AC коммутации.

9.2 В чем разница между подключениями A, B и C?

Это различные внутренние или внешние конфигурации соединений фотогальванической матрицы и MOSFET, которые обеспечивают компромисс между максимальным током нагрузки (IL) и более низким сопротивлением во включенном состоянии (Rd(ON)).Подключение Aотдает приоритет высокой токовой способности.Подключение Cотдает приоритет наименьшим возможным потерям проводимости (наименьшее Rd(ON)).Подключение Bпредлагает промежуточный вариант. Выбор зависит от того, ограничен ли ваш проект по току или по рассеиваемой мощности/падению напряжения.

9.3 Как рассчитать рассеиваемую мощность и выделяемое тепло?

Мощность, рассеиваемая в SSR (P_ssr), почти полностью приходится на выходной MOSFET:P_ssr = I_нагрузки² * Rds(on). Используйте максимальное Rds(on) из спецификации при ожидаемой рабочей температуре перехода для консервативной оценки. Например, EL606A в подключении C (Rds(on)_макс = 0,5Ω), коммутирующий 500мА DC, рассеивает P = (0,5)² * 0,5 = 0,125Вт. Это тепло должно отводиться через выводы и медь печатной платы, чтобы поддерживать температуру перехода в допустимых пределах.

9.4 Требуется ли радиатор?

Для SMD корпуса при более высоких токах - да. Необходимость зависит от рассчитанной рассеиваемой мощности, теплового сопротивления от перехода к окружающей среде (RθJA) для вашей разводки печатной платы и максимальной температуры окружающей среды. Если рассчитанная температура перехода (Tj = Ta + (P_ssr * RθJA)) приближается или превышает 85°C, необходимо улучшить теплоотвод (больше меди, тепловые переходные отверстия, внешний радиатор).

10. Принцип работы

SSR работает по принципу оптической развязки и генерации фотогальванического напряжения. Когда ток протекает через входной инфракрасный светодиод AlGaAs, он излучает свет. Этот свет улавливается фотогальванической диодной матрицей на выходной стороне. Эта матрица генерирует напряжение холостого хода, достаточное для полного открытия затвора N-канального MOSFET(ов) в выходном каскаде. Это включает MOSFET, создавая низкоомный путь между его выводами стока и истока, тем самым замыкая "ключ". Когда ток светодиода прекращается, фотогальваническое напряжение падает, затвор MOSFET разряжается, и устройство выключается. Оптический путь обеспечивает высокую электрическую изоляцию.

11. Контекст отрасли и тренды

Твердотельные реле продолжают завоевывать долю рынка у электромеханических реле во многих применениях благодаря требованиям к более высокой надежности, большему сроку службы и миниатюризации. Тренды, стимулирующие развитие SSR, включают:

• Более высокая удельная мощность:Разработка SSR с более низким Rds(on) для работы с большими токами в меньших корпусах, сокращая занимаемую площадь на плате.
• Интеграция:Включение функций защиты, таких как обнаружение перегрузки по току, тепловое отключение и обратная связь о состоянии, в корпус SSR.
• Более широкие диапазоны напряжения:Существует спрос на устройства как для низковольтных (например, 12В/24В автомобильных/промышленных), так и для сетевых приложений.
• Улучшенные материалы изоляции:Повышение рейтингов безопасности и надежности за счет современных компаундов и внутренней конструкции.

Семейство устройств, описанное в этой спецификации, представляет собой зрелое, хорошо охарактеризованное решение для универсальных задач изолированного переключения в различных отраслях.