當(dāng)正向邏輯電壓施加到器件的門極時(shí)(5V/3.3V),FET導(dǎo)通,啟動(dòng)繼電器。當(dāng)FET截止時(shí),繼電器線圈停止,使它反激并產(chǎn)生一個(gè)高電壓尖峰,此電壓尖峰引起箝位齊納二極管(28V)擊穿,導(dǎo)致FET部分啟動(dòng)而使該能量釋放到地。這個(gè)工作序列在繼電器驅(qū)動(dòng)器的所有通和斷的操作中重復(fù)。圖7顯示了NUD3124繼電器驅(qū)動(dòng)器控制OMRON 繼電器 (G8TB-1A-64)時(shí)產(chǎn)生的電壓和電流波形。此繼電器線圈有以下特性：L=46mH, Rdc=100Ω。繼電器從12V電源電壓所吸收的電流是120mA。集成FET典型的導(dǎo)通電阻是1Ω,因此在 25℃的環(huán)境溫度時(shí),FET上產(chǎn)生的功耗大約為15mW (P=I2R)。結(jié)果是電流為120mA時(shí)的導(dǎo)通壓降只有125mV。
與NUD3105和NUD3112器件(工業(yè)版本)不同,NUD3124器件(汽車版本)的獨(dú)特設(shè)計(jì)提供了有源箝位特性,通過(guò)在任何瞬間電壓情況超過(guò)箝位齊納二極管擊穿電壓(28V)的時(shí)候觸發(fā)FET,允許更高的反向雪崩能量容量。NUD3124器件的能量容量一般為350mJ。圖8顯示了施加到器件上的浪涌測(cè)試示波器圖,由它可以測(cè)出最大的反向雪崩能量容量。
此器件的高反向雪崩能量容量(350mJ) 可以控制大多數(shù)用于汽車應(yīng)用的繼電器,因?yàn)樗鼈兊木�圈電流一般在50mA到 150mA 之間,電感值低于1亨。這類線圈不會(huì)向NUD3124 元件傳輸高等級(jí)的能量(E = 1/2 L I2),因此每個(gè)都可以用相同的元件(NUD3124)控制 。由于一般的繼電器驅(qū)動(dòng)器用于控制大多數(shù)用于特殊應(yīng)用的電路中,采用集成式繼電器驅(qū)動(dòng)器可以獲得巨大的優(yōu)勢(shì)。節(jié)約了印刷電路板面積并且優(yōu)化了電路設(shè)計(jì)。另外,也簡(jiǎn)化了元件購(gòu)買工作。
NUD3124器件的有源箝位特性也可使它能滿足負(fù)荷突降的汽車要求和汽車規(guī)格的其他電壓瞬變要求。當(dāng)大電流充電的電池接線斷時(shí),汽車的交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生負(fù)荷突降瞬變。當(dāng)繼電器通或斷時(shí),這類瞬變也會(huì)發(fā)生。盡管負(fù)荷突降的汽車要求隨著供應(yīng)商而改變,可以知道,大多數(shù)負(fù)荷突降要求可以由能夠承受350ms、60V負(fù)荷突降瞬變的器件滿足。
圖9中所示的73V波形來(lái)自60V的負(fù)荷突降瞬變加上汽車的電池電壓(13V)。在應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi),繼電器驅(qū)動(dòng)器 (NUD3124)總是連接到繼電器,因此如果負(fù)荷突降情況發(fā)生,電流被繼電器線圈電阻限制,這減少了需要由繼電器驅(qū)動(dòng)器(NUD3124) 排放到地的能量。
圖10顯示的示波圖為在負(fù)荷突降瞬變時(shí)在NUD3124器件上產(chǎn)生的波形。對(duì)于這種情況,器件控制一個(gè)線圈特性為L(zhǎng)=48mH和Rdc=100Ω的OMRON繼電器(G8TB-1A-64)。流過(guò)驅(qū)動(dòng)器的電流很小(大約為170mA),因?yàn)樗焕^電器線圈的電阻(100Ω)所限制。導(dǎo)致的能量大約為73mJ,這依然在NUD3124器件的雪崩能量容量 (350mJ)以內(nèi)。在某些情況中,負(fù)荷突降瞬變甚至高達(dá)80V,但是NUD3124器件的可靠性也可以處理那些類型的負(fù)荷突降狀況。
汽車瞬變中最嚴(yán)格和最苛刻的要求是負(fù)荷突降。因此如果器件能夠滿足這個(gè)要求,它一定可以承受其他不太苛刻的瞬變,如240V(10Ω源阻抗),350μs長(zhǎng)度的瞬變。
除了滿足負(fù)荷突降要求和所有其他較小的汽車瞬變以外,NUD3124器件也符合其他汽車要求,如電池接反 (-14V, 1分鐘或以上) 和雙電壓加壓?jiǎn)?dòng)(24V +/- 10%)。
如果電池接反情況發(fā)生,它會(huì)引起FET的體二極管正向偏置并導(dǎo)通。在這種情況下,電流被繼電器線圈阻抗限制為安全的電平,使繼電器動(dòng)作。采用傳統(tǒng)的分立方法,因?yàn)榉聪蜻B接的電池可能形成通過(guò)驅(qū)動(dòng)器到邏輯輸出的電流路徑,而使控制邏輯電路損壞。使用NUD3124器件避免了這種可能性。
如果使用雙電壓加壓?jiǎn)?dòng)(24V或以上),NUD3124器件保持在截止?fàn)顟B(tài),因此繼電器也不操作。在雙電壓加壓?jiǎn)?dòng)情況下,這是一個(gè)理想的工作要求,否則繼電器會(huì)被啟動(dòng),并使受其控制的設(shè)備或功能(車窗、座椅等)發(fā)生嚴(yán)重的問(wèn)題。
5 繼電器模塊
如果把安森美半導(dǎo)體的繼電器驅(qū)動(dòng)器(NUD3105、NUD3112、NUD3124、NUD3160)集成到繼電器主體內(nèi),構(gòu)成可以直接用邏輯電路驅(qū)動(dòng)的繼電器模塊,將更加獨(dú)特和有用。優(yōu)點(diǎn)是：
● 不需要外部驅(qū)動(dòng)設(shè)備
● 減小印刷電路板面積
● 減少插入操作
● 更低成本的優(yōu)化設(shè)計(jì)
所有以上的優(yōu)點(diǎn)降低了需要使用機(jī)械繼電器的工業(yè)和汽車應(yīng)用的成本。圖11描述了繼電器模塊的設(shè)計(jì)。一些繼電器制造商已經(jīng)集成了一個(gè)和繼電器線圈并聯(lián)的二極管,以簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)器電路。其他廠商正在考慮開發(fā)繼電器模塊的理念。繼電器制造商的主要目標(biāo)是向他們的客戶提供更多的附加值,以優(yōu)化設(shè)計(jì)和削減成本。
6 小結(jié)
傳統(tǒng)的分立式繼電器驅(qū)動(dòng)器方法（雙極型晶體管、偏置電阻和續(xù)流二極管）價(jià)格昂貴,因?yàn)樗褂脦讉�(gè)元件并在印刷電路板上占據(jù)大量的面積。在某些情況下,它需要額外的保護(hù)元件,才能在汽車和一些工業(yè)應(yīng)用中獲得合適的功能。
通過(guò)一個(gè)單片工藝集成所有所需的元件,安森美半導(dǎo)體提供的NUD3105 和NUD3112繼電器驅(qū)動(dòng)器替代了傳統(tǒng)的分立式繼電器驅(qū)動(dòng)器方法。它們的集成設(shè)計(jì)封裝在一個(gè)小型的三引腳貼片SOT-23封裝中,允許用較小的印刷電路板獲得最優(yōu)工作,并在制造和元件數(shù)量方面節(jié)約了成本。
NUD3124 和NUD3160器件的目的是汽車應(yīng)用。兩者都完全符合主要的汽車要求,如負(fù)荷突降、電池反接、雙電壓加壓?jiǎn)?dòng)和ESD。它獨(dú)特的有源箝位設(shè)計(jì)使這個(gè)器件成為汽車應(yīng)用中的一個(gè)可靠的驅(qū)動(dòng)器。它也封裝在一個(gè)小型三引腳貼片SOT-23 封裝中,可以占用較小的印刷電路板面積和降低成本而獲得最優(yōu)的工作。
繼電器模塊為工業(yè)和汽車?yán)^電器市場(chǎng)帶來(lái)明顯的優(yōu)點(diǎn)。它減小了印刷電路板面積并優(yōu)化了電路設(shè)計(jì)。這些優(yōu)點(diǎn)為客戶帶來(lái)了巨大的附加值和削減成本。此類優(yōu)點(diǎn)總是帶來(lái)額外的收益。
參考文獻(xiàn)：
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