Оглавление
На рынке появились компактные твердотельные реле (ТТР) или SSR, по англ., переключающие как переменный, так и постоянный ток (напряжение). Эти устройства выполняют ту же функцию, что и традиционные электромеханические реле (ЭМР), но обладают рядом преимуществ благодаря отсутствию подвижных контактов.
Что такое твердотельное реле
ТТР — это электронное коммутационное устройство, работающее аналогично ЭМР, но использующее полупроводниковые компоненты вместо механических контактов. Такое решение обеспечивает:
- Более высокую надежность — отсутствие механического износа продлевает срок службы устройства.
- Бесшумную работу — нет щелчков и дребезга контактов, высокая скорость срабатывания/отпускания.
- Отсутствие искрения — что особенно важно в средах с повышенными требованиями к безопасности.
Твердотельные реле идеально подходят для задач, требующих прямого управления с помощью электронной схемы и плавного переключения нагрузки.
Реле на основе фото-МОП-транзисторов
В данной статье мы рассмотрим новинку — универсальные твердотельные реле для коммутации и переменного, и постоянного тока.
Основное различие между традиционными ТТР и фото-МОП-реле заключается в полупроводниковом элементе, используемом для коммутации нагрузки:
- Обычные ТТР используют симисторы.
- Фото-МОП-реле применяют МОП-транзисторы, обеспечивающие более точное и эффективное переключение.
Технология PhotoMOS®
PhotoMOS® — это зарегистрированная торговая марка Panasonic, обозначающая их линейку твердотельных реле. Однако аналогичные устройства выпускаются под разными названиями:
- Photo-MOSFET SSR
- OptoMOS Relay
- Photovoltaic SSR Optocoupler
- Photorelay MOSFET
Все эти реле представляют собой миниатюрные оптоэлектронные переключатели, использующие МОП-транзисторы для коммутации нагрузки.
Принцип работы PhotoMOS-реле
PhotoMOS-реле обычно выпускаются в компактных корпусах для поверхностного монтажа, например, в 6-контактном двухрядном корпусе. Они имеют однополюсную, нормально разомкнутую (1-Form-A) конфигурацию и включают:
- Светодиод GaAlAs, управляющий срабатыванием реле.
- Интегрированный монолитный кристалл, содержащий фотодиодную матрицу, схему управления и МОП-транзисторы.
В конструкции PhotoMOS-реле используется полупрозрачная смола, которая пропускает свет, но при этом обеспечивает диэлектрическую изоляцию между входной и выходной сторонами.
Коммутация переменного и постоянного тока
МОП-транзистор в одиночном исполнении способен коммутировать только постоянное напряжение. Это связано с тем, что его внутренний диод исток-сток сместится в прямом направлении при изменении полярности нагрузки.
Для коммутации переменного напряжения требуется два МОП-транзистора, соединенных с общими клеммами истока.
При этом:
- Для переменного используются выводы стока, а клеммы истока остаются неиспользованными.
- Для постоянного задействуются оба вывода — сток и исток.
Если соединить два выходных МОП-транзистора параллельно, можно увеличить допустимый постоянный ток коммутации.
Реле твердотельное LH1500
В качестве практического примера рассмотрим LH1500 от Vishay.
Это SPST (нормально разомкнутый) переключатель с рабочим напряжением до 350 В и током 140 мА/250 мА. В нем используется:
- Светодиод GaAlAs для управления,
- МОП-транзисторы для коммутации,
- Схема ограничения тока, защищающая реле от бросков напряжения.
Схема подключения для тестов ТТР
Для тестирования реле можно собрать простую схему, включающую:
- Резистор для ограничения тока светодиода,
- Светодиод-индикатор состояния реле,
- Макетную плату для быстрого подключения.
Соединения простые и легко осуществимы на стандартной макетной плате.
Фото-МОП-транзисторы передают сигналы оптически, сохраняя электрическую изоляцию между входом и выходом.
- При подаче сигнала входной светодиод зажигается, фотоэлементы заряжают затвор МОП-транзисторов, включая их в рабочий режим.
- При отключении механизм разрядника сбрасывает заряд затвора, мгновенно выключая реле.
Благодаря двунаправленной проводимости и низкому сопротивлению открытого канала, реле на фото-МОП-транзисторах уже сейчас широко используются в промышленности и бытовой электронике как бесшумные и надежные переключатели для управления переменным и постоянным напряжением.
