SCM1502A 继电器节电控制芯片
特点:
● 实时检测输入电压,可精确设置继电器动作电压
● 可在 2.5:1 的宽输入电压范围工作
● 吸合电流与吸持电流可分别设置,继电器线圈设计更简单
● 自带模拟抖频,轻松解决 EMI 问题
● 工作电压范围 7~40V,满足绝大部分继电器应用要求
● 具有快速关断功能,减少继电器关断延时
● 从输入取电,节省辅助电源
应用范围:
● 各种继电器节电改造
封装:
功能描述:
SCM1502A 是一款继电器节电控制器,可以减少继电器的吸合与吸持功耗。 SCM1502A 内置启动电路,可以在输入电压 7V~40V 输入电压范围内,以大于 8mA 的充电电流完成控制器的快速启动,以便在满足继电器动作条件下,快速响应。此外,SCM1502A 还能控制继电器线圈实现大电流吸合与小电流吸持的切换,其吸合和吸持电流大小可自主设计,便于不同继电器的 应用。并且在小电流吸持阶段,发生输入欠压或用户不使能的情况,控制器会激活快速关断功能,让继电器的快速断开,以减少 SCM1502A 对继电器断开性能的影响。
典型应用电路:
功能曲线:
引脚封装:
内部框图:
引脚描述:
引脚说明:
VCC(Bypass 端):控制器的旁路电容端口,外接 bypass 电容 CVCC。上电后,内置的 LDO 电路给电容 CVCC 充电,VCC 电压上升。当 VCC 电压被充 电到启动阈值 VVCC_ON时,控制器开始输出驱动信号,并且 LDO 电路会持续工作,最终维持 VCC=5.2V。
VIN(输入):控制器的电源供电端口,可接 40V 以下的直流输入电压。该直流输入电压,经 VIN 内部的 LDO 电路降压输出至 VCC 引脚,VCC 引脚电 压最终会稳定在 5.2V。
GT(驱动输出端):输出平均频率为 23.9kHz 的方波信号,在吸合阶段,为了确保吸合,允许出现 100%的占空比,但进入吸持阶段后,控制器限制最大 占空比为 75%,并在吸合和吸持阶段,方波频率有周期性的抖动,即每 6ms 内频率在±6.5%的范围内抖动。
VSS(接地):信号参考地。
CSH(吸合电流检测):大电流检测引脚,只在吸合阶段控制 GT 引脚输出的方波信号的占空比,即当 CSH 引脚电压大于 0.6V 时,GT 引脚输出低电平。
CSL(吸持电流检测):小电流检测引脚,只在吸持阶段控制 GT 引脚输出的方波信号的占空比,即当 CSL 引脚电压大于 0.3V 时,GT 引脚输出低电平。
VT(输入电压检测):外接分压器采样输入电压,当 VT<0.6V 时,计时 0.5ms,若 VT 仍小于 0.6V,则进入保护状态;此时只有当 VT>0.8V,才能退出输入 欠压保护状态。
FO(快速关断管驱动输出):在正常工作模式下,只要 GT 引脚输出高电平,则 VFO=VVCC-0.6-VCSL。为了能够将 FO 引脚充电至最大值,需要在 GT 引 脚信号的第一个上升沿出现后,VCSL还不是很大时,将 VFO充电至 VVCC-0.6,这样才能最大程度的降低快速关断管的导通电阻。在吸持阶段,若控制器进入输入欠压保护,则 FO 会抽取 1.45mA 的电流,使得快速关断管 TR1 工作在亚阈值区,电感的消磁电流斜率变大,进而减小继电器触头弹开的延时,详 见“快速关断”小节。
极限额定值
下列数据是在自然通风,正常工作温度范围内测得(除非另有说明)。
注:若超出“最大额定值”表内列出的应力值,可能会对器件造成永久损坏。长时间工作在极限额定条件下,器件的可靠性有可能会受到影响。所有电压值都是以大地(GND)为参考基准。 电流是指定端子的正输入,负输出。
推荐工作参数
若无特殊说明,下列参数都是在常温常压,不密封环境下测试得到的。
引脚封装:
内部框图:
引脚描述:
引脚说明:
VCC(Bypass 端):控制器的旁路电容端口,外接 bypass 电容 CVCC。上电后,内置的 LDO 电路给电容 CVCC充电,VCC 电压上升。当 VCC 电压被充 电到启动阈值 VVCC_ON时,控制器开始输出驱动信号,并且 LDO 电路会持续工作,最终维持 VCC=5.2V。
VIN(输入):控制器的电源供电端口,可接 40V 以下的直流输入电压。该直流输入电压,经 VIN 内部的 LDO 电路降压输出至 VCC 引脚,VCC 引脚电 压最终会稳定在 5.2V。
GT(驱动输出端):输出平均频率为 23.9kHz 的方波信号,在吸合阶段,为了确保吸合,允许出现 100%的占空比,但进入吸持阶段后,控制器限制最大 占空比为 75%,并在吸合和吸持阶段,方波频率有周期性的抖动,即每 6ms 内频率在±6.5%的范围内抖动。
VSS(接地):信号参考地。
CSH(吸合电流检测):大电流检测引脚,只在吸合阶段控制 GT 引脚输出的方波信号的占空比,即当 CSH 引脚电压大于 0.6V 时,GT 引脚输出低电平。
CSL(吸持电流检测):小电流检测引脚,只在吸持阶段控制 GT 引脚输出的方波信号的占空比,即当 CSL 引脚电压大于 0.3V 时,GT 引脚输出低电平。
VT(输入电压检测):外接分压器采样输入电压,当 VT<0.6V 时,计时 0.5ms,若 VT 仍小于 0.6V,则进入保护状态;此时只有当 VT>0.8V,才能退出输入 欠压保护状态。
FO(快速关断管驱动输出):在正常工作模式下,只要 GT 引脚输出高电平,则 VFO=VVCC-0.6-VCSL。为了能够将 FO 引脚充电至最大值,需要在 GT 引 脚信号的第一个上升沿出现后,VCSL还不是很大时,将 VFO充电至 VVCC-0.6,这样才能最大程度的降低快速关断管的导通电阻。在吸持阶段,若控制器进 入输入欠压保护,则 FO 会抽取 1.45mA 的电流,使得快速关断管 TR1 工作在亚阈值区,电感的消磁电流斜率变大,进而减小继电器触头弹开的延时,详见“快速关断”小节。
极限额定值
下列数据是在自然通风,正常工作温度范围内测得(除非另有说明)。
注:若超出“最大额定值”表内列出的应力值,可能会对器件造成永久损坏。长时间工作在极限额定条件下,器件的可靠性有可能会受到影响。所有电压值都是以大地(GND)为参考基准。 电流是指定端子的正输入,负输出。
推荐工作参数
若无特殊说明,下列参数都是在常温常压,不密封环境下测试得到的。
电学特性
若无特殊说明,下列参数都是在常温常压,不密封环境下测试得到的。
符号 | 对应 参数 | 测试 条件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 单位 | ||
ISTART | 启动 电流 | VVIN=20V 从 VCC 引脚流出来的电流 | 8 | 18 | -- | mA | ||
VLK_VIN | VIN 引脚漏电流 | VVIN=20V,VVCC=5.6V | -- | 10 | uA | |||
VVCC_ON | 驱动 信号 | 输出点 | VCC 引脚电压 | VVT=2V | 2.925 | 3.9 | 4.875 | V |
VVCC_OFF | 关断点 | 2.475 | 3.3 | 4.125 | ||||
VVCC_HD | VCC 自供电维持电压 | VVIN=20V | 4.997 | 5.26 | 5.523 | |||
VFO_STATE | 吸合,吸持阶段,FO 电压 | VVIN=20V,VVT=2V | 4 | 5 | 5.5 | |||
IFO_LK | FO 漏电流 | VVCC=5V,VVT=2V, VFO=30V | -- | 10 | uA | |||
ISTART_OFF | VT 引脚欠压,VIN 偏置电流 | VVIN=20V,VVT=0V | -- | 220 | -- | |||
IVIN_RUN | 吸持阶段,GT 引脚 1nF 负载电容下的 VIN 引脚工作电流 | VVIN=20V,VVT=2V, VCSL=1.0V | 570 | |||||
VVT_ON | VT 引脚继电器 | 动作 | 电压 | VVIN=20V | 0.76 | 0.8 | 0.84 | V |
VVT_OFF | 关断 | 0.57 | 0.6 | 0.63 | ||||
TD_CHANGE | 吸合与吸持的模式切换延时 | 73.53 | 85.7 | 99.48 | ms | |||
FSW | 平均开关频率 | VVIN=20V,正常工作 | 21.31 | 23.9 | 26.05 | kHz | ||
FSK | 频率抖动 | 与平均频率相比, 峰-峰值抖动, T=27℃ | -- | ±6.5 | -- | % | ||
TR | 上升 | 时间 | GT 引脚 1nF 负载电容下的驱动 | VVIN=20V,GT 接 1nF 电容 | 150 | ns | ||
TF | 下降 | VVIN=20V,GT 接 1nF 电容 | 45 | |||||
Dmax | 吸持状态最大占空比 | VVIN=20V | 71.25 | 75 | 78.75 | % | ||
VCSHT | CSH 引脚吸合 | VVIN=20V,吸合阶段 | 0.57 | 0.6 | 0.6 | V | ||
VCSLT | CSL 引脚吸持 | 电流比较阈值 | VVIN=20V,吸持阶段 | 0.285 | 0.3 | 0.315 | ||
TON_MIN | 最小导通时间 | VVIN=20V,VVT=2V, VCSL=1.0V | 357.5 | 550 | 742.5 | ns | ||
TD_STOP | 关断检测延时 | VVIN=20V | -- | 500 | -- | us | ||
IFO_S | FO 引脚拉电流 | VVIN=20V,VVT=0V | 1.02 | 1.45 | 1.89 | mA | ||
TFO_S | FO 引脚拉电流时间,即快速关断时间 | VVIN=20V,VVT=0V | 73.53 | 85.7 | 99.48 | ms |
典型曲线
图1 VT 引脚继电器关断电压(VVT_OFF)VS 温度或吸合电流阈值电压(VCSHT)VS 温度
图2 吸持电流阈值电压(VCSLT)VS 温度
图3 VT 引脚继电器动作电压(VVT_ON)VS 温度
图 4 VCC 启动电流(ISTART)VS 温度
功能应用
图 5 启动过程电路原理图
图 6 吸合阶段与吸持阶段等效电路
图 7 关断阶段电路原理图
(1)图 5,芯片启动时的工作原理见启动过程的工作原理图。芯片启动后,GT 会输出高电平,这时 FO 也会持续输出一个电流驱动 MOS 管 TR1。 FO 给 MOS 管 TR1 的栅极充电,电流 IFO_ON 的路径如下:当 MOS 管 TR2 导通时,FO 引脚就会通过 MOS 管 TR1 的体二极管和 MOS 管 TR2 这条路径 给电容 C4 充电,每次 MOS 管 TR2 导通时,FO 引脚都会给 C4 充电。所以在吸合阶段和吸持阶段,MOS 管 TR1 都是长通的。
(2)图 6,由于正常工作时 MOS 管 TR1 长通,主功率电路就可以等效为吸合阶段与吸持阶段等效电路。在 MOS 管 TR2 导通时,继电器线圈被励 磁,线圈电流增大,电流路径如 I1;TR2 关断时,继电器线圈通过二极管 D3 去磁,线圈电流减小。芯片通过 CSH 和 CSL 脚来检测继电器线圈的电流, 实时调整占空比,来调整线圈电流的大小。
(3)图 7,在关断阶段,见关断阶段电路原理图。MOS 管 TR2 不导通,同时 FO 会抽电容 C4 的电流,抽电流 IFO_OFF 的路径如下:通过 MOS 管 TR2 的体二极管、MOS 管 TR1 来抽 C4 的电流。这时 MOS 管 TR1 工作在亚阈值状态,MOS 管 TR1 的漏端电压比较大,电压值为 VTH+VDZ,其中 VTH 为 TR1 的导通阈值电压,VDZ为稳压二极管 DZ 的稳压值。这时继电器线圈的去磁电压变大,线圈电流衰减得很快,最终达到快速关断的效果。
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