‌IPS4140HQ四通道高侧固态继电器技术解析与应用指南

STMicroelectronics IPS4140HQ四通道高侧智能功率固态继电器是单片4通道驱动器，具有非常低的 RDS(on) 和每通道诊断功能。该IC采用STMicroelectronics VIPower™技术实现，用于驱动一侧接地的任何负载。每个通道的独立保护、热关闭和自动重启功能结合了主动通道电流限制，从而保护器件免受过载。

数据手册：*附件：STMicroelectronics IPS4140HQ四通道高侧固态继电器数据手册.pdf

处于过载状态下的通道会过热，并自动关闭和重新开启，以将其结温保持在TTSD和TR之间。如果这种情况导致外壳温度达到TCSD，则过载通道关闭，只有在外壳温度降至TCR时才重新启动。在不止一个通道过载的情况下，重新启动过载通道的工作不会同时进行，以避免电源产生高峰值电流。非过载（非过热）通道继续正常工作。

四个开漏STATUSX输出引脚指示每个通道过热情况。

特性

• 工作输出电流（每通道）
  • 0.6 A/IPS4140HQ
  • 1.0 A/IPS4140HQ-1
• 每通道短路保护
• 每通道过热保护
• 热外壳保护
• 热外壳复位时不同时重启通道
• 驱动各种类型的负载（电阻、电容、电感负载）
• GND失效保护
• 带迟滞的欠压关闭
• 过压保护（VCC 钳位）
• 极低供电电流
• 每通道开漏热故障引脚
• 5 V和3.3 V兼容I/O
• 电感性负载的快速去磁
• 设计符合IEC61131-2、IEC61000-4-4和IEC61000-4-5标准
• ESD，符合IEC 61000-4-2标准，高达±25kV

框图

IPS4140HQ四通道高侧固态继电器技术解析与应用指南‌

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‌一、核心特性与市场定位‌

IPS4140HQ系列是STMicroelectronics基于VIPower™技术开发的智能固态继电器，采用QFN48L 8×6mm封装，具备以下核心优势：

• ‌双版本电流支持‌：IPS4140HQ（0.6A/通道）和IPS4140HQ-1（1.0A/通道），覆盖工业级负载需求。
• ‌全保护设计‌：每通道独立集成短路保护、过温保护（TTSD 150-190°C）、欠压锁定（7-10.5V）及VCC钳位过压保护（52V）。
• ‌兼容性‌：支持3.3V/5V CMOS/TTL逻辑输入，符合IEC61131-2等工业电磁兼容标准。
• ‌创新热管理‌：非同步通道重启机制避免多通道过载时的电流冲击（TCSD 125-135°C触发保护）。

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‌二、关键电路设计要点‌

‌ 1. 典型应用电路（图5） ‌

• ‌输入控制‌：IN1~IN4引脚需串联10kΩ电阻匹配逻辑电平，STATUSX开漏输出需上拉至3.3V。
• ‌电源设计‌：VCC引脚需布置10μF+100nF陶瓷电容组，抑制高频噪声；建议工作电压10.5-36V。
• ‌输出布局‌：各通道OUTX的3个并联引脚必须PCB短接以降低导通电阻（RDS(on)典型值0.08Ω）。

‌2. 安全保护实现‌

• ‌过流响应‌：触发后自动进入"热振荡"模式（TTSD与TR间循环开关），直至故障解除。
• ‌反向极性防护‌：可选方案：
  ▸ 电阻方案：RGND ≥ VCC/250mA（如24V系统需96Ω/1W电阻）
  ▸ 二极管方案：选用VRRM >41V的肖特基二极管（如STPS1L40A）。

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‌三、热设计与PCB建议‌

• ‌散热优化‌：
  • 底部散热焊盘需连接4层PCB的2oz铜地平面，热阻RθJC仅1.5°C/W。
  • 多通道满载时，建议环境温度≤85°C（RθJA=27°C/W）。
• ‌EMI控制‌：
  • 开关频率限制10kHz以内（图7波形显示tr/tf典型值8μs/4μs）。
  • 感性负载需并联快恢复二极管（如STMPS1L30）加速消磁（VDEMAG可达VCC-52V）。

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‌四、工业场景应用验证‌

• ‌PLC模块‌：通过IEC61000-4-5浪涌测试（±25kV ESD防护），适合驱动电磁阀等感性负载。
• ‌数控机床‌：多通道非同步重启特性有效避免伺服电机群控时的电源冲击。
• ‌诊断功能‌：STATUSX引脚可直接连接MCU GPIO，实现实时故障上报（响应延迟<35μs）。