Оптоэлектронное реле – Оптоэлектронные реле компании International Rectifier

Оптоэлектронное реле

Оптоэлектронное реле

И. НЕЧАЕВ, г. Курск

Оптоэлектронные реле — это электронные коммутаторы с управлением по оптическому каналу. Их основные достоинства — гальваническая развязка между цепью управления и коммутирующим элементом, а также отсутствие механических контактов. В управляющей цепи оптоэлектронных реле применяют излучающие диоды, а в качестве коммутирующего элемента — фототиристоры, фототранзисторы или полевые транзисторы. В последнем случае для управления транзисторами используют фотодиоды, работающие в режиме генерации напряжения.

Поскольку оптоэлектронные реле не всегда доступны, а иногда подобных приборов с необходимыми параметрами промышленность не выпускает, то для радиолюбителей представляют интерес их аналоги на дискретных элементах. Сделать такой аналог можно на основе мощных переключательных полевых транзисторов фирмы International Rectifier («Мощные полевые переключательные транзисторы фирмы International Rectifier» в «Радио», 2001, № 5, с. 45) и излучающих ИК диодов, используя свойство их обратимости. Схема оптоэлектронного реле и его включения для управления нагрузкой в сети 220 В показана на

рис. 1.

Для управления мощным переключательным полевым транзистором необходима очень малая статическая мощность сигнала. Чтобы открыть транзистор, указанный на схеме, достаточно на его затвор подать управляющее напряжение в пределах от 4,5 до 10 В. При этом сопротивление его канала уменьшится до 0,85 Ом. Требуемое для открывания транзистора напряжение генерируют излучающие ИК диоды BL1 — BL5, которые работают в режиме фотодиодов. Излучающие диоды В11—B15 располагают точно напротив фотодиодов BL1 — BL5. Излучающие диоды и резистор R1 образуют цепь управления. Когда по управляющей цепи протекает ток, ИК излучение попадает на фотодиоды, генерируемое напряжение поступает на затвор полевого транзистора и он открывается. Таким образом, для подключения нагрузки к сети необходимо подать напряжение на цепь управления.

Число фотодиодов зависит от напряжения на затворе, при котором полевой транзистор открывается. Поскольку при освещении на каждом фотодиоде возникает напряжение 0,9… 1 В, то последовательно необходимо включить не менее пяти таких диодов. В цепи управления при токе 20…50 мА падение напряжения на каждом излучающем диоде составляет 1,1… 1,2 В, поэтому для пяти диодов управляющее напряжение должно быть больше 6 В. В зависимости от его значения и необходимого тока через диоды вычисляют сопротивление резистора R1:

R1=(Uу-NUд)/Iд,

где Uy — управляющее напряжение; Uд — напряжение на диоде; N — число диодов; Iд — ток излучающего диода.

Если необходимо уменьшить управляющее напряжение, то в цепи управления излучающие диоды допустимо включить параллельно, но для каждого из них следует подобрать свой токоограничивающий резистор.

Большинство деталей смонтировано на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита со стороны печатных проводников. Чертеж платы показан на рис, 2. Диоды размещают точно друг напротив друга с зазором около 1 мм и после налаживания приклеивают к плате. Сверху диоды закрывают светонепроницаемым экраном из изоляционного материала. Транзистор припаивают к плате, а место пайки заливают эпоксидным клеем.

В устройстве допустимо применить любые излучающие ИК диоды средней мощности, которые следует обязательно предварительно проверить на работоспособность в генераторном режиме. Используя другие полевые транзисторы, можно получить реле с требуемыми параметрами. Например, если установить транзистор IRLR2905, у которого напряжение открывания 2,5 В, число последовательно включенных фотодиодов можно уменьшить. При этом максимальный ток реле равен 30.. .40 А, но коммутируемое напряжение не должно превышать 55 В. В зависимости от мощности нагрузки транзистор возможно придется разместить на теплоотводе. Диодный мост VD1 должен обеспечивать требуемый ток нагрузки.

www.radio-schemy.ru

мир электроники — Твердотельные оптоэлектронные реле и их применение

Твердотельные оптоэлектронные реле и их применение

категория

Электронные компоненты

материалы в категории

С. АРХИПОВ, г. Орел
Радио, 2003 год, № 1

Статья знакомит с некоторыми особенностями оптоэлектронных реле средней мощности, производимых ЗАО Протон-Импульс. Приведенные в ней сведения будут полезны всем читателям, использующим или разрабатывающим различные тиристорные и транзисторные коммутаторы силовых цепей.

Твердотельное оптоэлектронное реле- оптоэлектронный прибор (по принципу оптопары: светодиод-фотодиод), но оно имеет возможность управления достаточно мощной нагрузкой. Структурная схема оптоэлектронного реле выглядит вот таким образом:

По схеме видно что в отличие от обыкновенного реле оно не имеет механических контактов- исполнительным устройством здесь случит мощный полупроводниковый прибор- симистор, что значительно увеличивает срок службы такого изделия.

Представление о системе обозначений и номенклатуре выпускаемых реле дает таблица. Более подробные сведения о них можно найти на Интернет-сайте производителя (ссылка выше).

Все оптоэлектронные реле можно разделить на две основные группы: переменного тока с силовыми элементами на симисторах и тринисторах, однополярные и двуполярные постоянного тока с IGBT или МОП-транзисторами в силовых цепях. Их принципиальное различие в том, что для реле переменного тока характерна частичная управляемость — разрыв силовой цепи всегда происходит только при нулевом значении тока. Это создает определенные преимущества при индуктивной нагрузке, устраняя импульсы перенапряжения, возникающие при выключении. Использовать такие реле в цепях постоянного тока весьма затруднительно. А вот двуполярные реле постоянного тока способны коммутировать и переменный ток.

Одним из критериев выбора реле для конкретного применения может служить мощность, рассеиваемая на его силовом элементе. При работе в цепях переменного тока напряжением 220…380 В и токах более нескольких ампер тиристоры по этому показателю в 3…5 раз лучше IGBT. Отношение мощности, рассеиваемой на IGBT и на МОП-транзисторах, приблизительно равно численному значению тока в амперах.

ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ РЕЛЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Среди тиристорных реле имеются однофазные нормально-замкнутые и нормально-разомкнутые на ток 1…100А; трехфазные нормально-разомкнутые на ток 10… 100 А; одно-, дву-и трехфазные реверсивные на ток 10…40 А со встроенной защитой от межфазного замыкания и мгновенного реверса; сдвоенные на ток 1 А и более с независимым управлением, с общей точкой на выходе и без нее.

Класс реле по пробивному напряжению выхода может быть от четвертого (не менее 400 В) до двенадцатого (не менее 1200 В), а допустимое пиковое значение напряжения изоляции между входными и выходными токоведущими цепями и теплоотводом — 1500 или 4000 В.

В реле с индексом ТМ предусмотрен контроль нулевой фазы коммутируемого напряжения (они включаются только при близком к нулю мгновенном значении этого напряжения, что уменьшает создаваемые помехи). Реле с индексом ТС этим свойством не обладают.

Цепи управления реле бывают токовыми (рис. 1а. номинальный ток — 10…25 мА) или потенциальными (рис. 1,б — постоянное напряжение 4…7 или 3…30 В, рис. 1 ,в — переменное 6..30 или 110…280 В). С токовым управлением выпускают только однофазные и двуканальные реле, с потенциальным — всех видов. В различных модификациях место резистора R1 (см. рис. 1,6 и в) может занимать стабилизатор тока, а «гасящий» конденсатор С1 (см. рис. 1,в) — отсутствовать. Если в реле (например, многофазных) имеется несколько излучающих диодов, они могут быть соединены последовательно или параллельно.

Тиристорные структуры весьма чувствительны к превышению допустимого напряжения, что ведет к необратимым пробоям. Основной прием защиты выхода реле — шунтирование его варистором. Рекомендуются варисторы СН2-1, СН2-2 с коэффициентом нелинейности более 30 и энергией рассеивания 10…114Дж. При выборе следует исходить из того, что классификационное напряжение варистора (при котором ток через него достигает 1 мА) должно превосходить амплитудное значение коммутируемого и быть ниже пробивного напряжения тиристоров. Необходимо обязательно учитывать возможную нестабильность и технологический разброс этих параметров. При прочих равных условиях для коммутации большего тока требуются реле более высокого класса по напряжению. Это связано с зависимостью напряжения на варисторе оттока.

Еще одна особенность тиристорных структур — чувствительность к скорости нарастания напряжения (dU/dt), приложенного к закрытому прибору. Превышение критической скорости приводит к его несанкционированному открыванию. Большие значения dU/dt возможны при подаче напряжения в цепь нагрузки в момент, близкий к максимуму синусоиды. Они могут быть вызваны импульсными помехами в коммутируемой цепи или скачками напряжения при разрыве цепи нагрузки индуктивного характера.

Чтобы уменьшить dU/dt и предотвратить нежелательные последствия, выходы тиристорных реле шунтируют демпфирующими RC-цепями, номиналы элементов которых подбирают экспериментально. Обычно они лежат в пределах 20…50 Ом и 0,01 …0,1 мкФ.

Дополнительное средство повышения устойчивости реле к скачкам напряжения — включенный последовательно с нагрузкой реактор задержки. Он представляет собой катушку индуктивности, намотанную на магнитопроводе с высокой магнитной проницаемостью и прямоугольной петлей гистерезиса. При рабочих токах магнитопровод насыщен, индуктивность реактора мала и он не влияет на происходящие процессы. Растущая с уменьшением тока индуктивность замедляет его изменение и задерживает переполюсовку напряжения, помогая закрыванию тиристора.

Снижая скорость нарастания тока на начальной стадии включения тиристора, реактор способствует более равномерному распределению тока по сечению полупроводникового кристалла, что предотвращает локальные перегревы. Это особенно важно при работе реле с индексом ТС на емкостную или активную нагрузку или в режиме фазоимпульсной регулировки мощности. К тому же реактор, увеличивая импеданс цепи нагрузки, повышает эффективность варисторной защиты.

Для тиристоров, работающих на индуктивную нагрузку, существует опасность перегрузки по току из-за асимметрии моментов включения в положительном и отрицательном полупериодах, приводящей появлению постоянной составляющей протекающего тока, насыщению магнитопроводов нагрузки, а следовательно, — к сверхтокам.

Токовая перегрузка бывает связана и с насыщением магнитопроводов индуктивных нагрузок (трансформаторов на холостом ходу, управляющих обмоток контакторов) при совпадении направления их остаточной и создаваемой током в момент включения намагниченности.

Вызванный этим пусковой ток может в десятки раз превышать номинальный, причем случай включения в момент перехода фазы напряжения через ноль — наихудший. Оптимально включать тиристор в максимуме напряжения или «мягко» запускать его, начиная с малых углов проводимости. Для работы на индуктивную нагрузку рекомендуется применять реле с индексом ТСИ, рассчитанные на повышенный ударный ток.

Асимметрия моментов включения может быть следствием различия напряжения включения тиристоров в разной полярности. Оно играет существенную роль, если амплитуда коммутируемого напряжения незначительно превышает напряжение включения тиристора (5… 15 В). Асимметрия возникает и при некорректном фазоимпульсном управлении реле, а также при открывании тиристора не в каждом полупериоде из-за того, что обратное напряжение пересекает «окно» включения слишком быстро. Последний фактор — один из главных, ограничивающих частоту коммутируемого напряжения (обычно — не более 500 Гц).

Работа на емкостную нагрузку характеризуется возможностью больших скачков тока в силовой цепи и воздействием на тиристор напряжения, достигающего удвоенной амплитуды коммутируемого.

Пусковой бросок тока возникает, если реле включают при ненулевой фазе коммутируемого напряжения. Подключение к сети переменного тока 220 В 50 Гц разряженного конденсатора емкостью 100 мкФ способно вызвать бросок тока амплитудой до 31000 А. Скорость нарастания тока в нагрузке индуктивностью 1 мкГн достигает 310 А/мкс при предельно-допустимом для тиристоров значении 20… 160 А/мкс.

Так как напряжение включения тиристора отлично от нуля (как отмечалось выше — 5… 15 В), броски тока возникают в каждом полупериоде коммутируемого напряжения. При емкости нагрузки 100 мкф амплитуда таких бросков — 500…1500 А. Они порождают значительные электромагнитные помехи и мощные высокочастотные составляющие в спектре тока нагрузки. Последние очень опасны для некоторых конденсаторов, вызывая их перегрев и пробои. Поэтому для работы на емкостные нагрузки следует применять реле с контролем перехода фазы напряжения через ноль и с малым напряжением включения, например, с индексом ТМК, у которых нормированы напряжения включения (4 В) и выключения (10 В).

Известно, что после спада тока до нуля и выключения тиристора емкость нагрузки остается заряженной до напряжения, близкого к амплитуде коммутируемого. В следующем полупериоде к закрытому тиристору будет приложена сумма этого напряжения и сетевого противоположной полярности, которая может достичь удвоенной амплитуды, например, при напряжении в сети 380 В±10 % — 1170 В. В этих условиях реле даже наивысшего, двенадцатого класса по напряжению будет работать на пределе своих возможностей и его не удастся защитить от пробоя варистором.

В подобных случаях целесообразно использовать реле не только включаемые, но и выключаемые при нулевом напряжении, например, двуполярные постоянного тока. Это устраняет перегрузки по напряжению, значительно расширяет рабочий диапазон частот, однако несколько ухудшает энергетические показатели. Для работы на частотах до 1 кГц разработаны образцы реле серии 5П 66, ведутся работы по расширению их частотного диапазона до десятков килогерц.

Применение твердотельного реле переменного тока

На рис. 2 показана схема использования однофазного реверсивного реле U1 для изменения направления вращения однофазного электродвигателя М1 с фазосдвигающим конденсатором С1, а на рис. 3 — двуфазного реле для управления трехфазным двигателем. Коммутирующие элементы реле условно изображены в виде симисторов, хотя в некоторых случаях это — соединенные встречно-параллельно тринисторы.

Цепи управления реле на схемах не показаны. Они должны быть устроены таким образом, чтобы исключить одновременную подачу сигналов на открывание симисторов VS1 и VS2 (см. рис. 2 ) или VS1 и VS4, VS2 и VS3 (см. рис. 3). В любой момент должен быть открыт только один из каждой пары. Тем не менее из-за выключения симисторов только при нулевом токе, после подачи сигнала реверса, некоторые из них все же могут оказаться открытыми одновременно. В однофазном устройстве это приведет к разрядке фазосдвигающего конденсатора С1 через симисторы, в трехфазном — к межфазному замыканию.

Для исключения подобных ситуаций в реверсивных реле предусмотрена аппаратная задержка включения на 20…30 мс, благодаря чему при частоте сети более 40 Гц и «мгновенном» реверсе открытые симисторы успевают закрыться.

Есть и другие причины, по которым тиристоры иногда включаются одновременно. Например, скорость нарастания напряжения, подаваемого с помощью электромагнитного пускателя, может оказаться выше критической для двух последовательно соединенных приборов. Демпфирующие RC-цепи в данном случае почти не помогают, так как зашунтированы чрезвычайно низким импедансом питающей сети. Большие значения dU/dt могут быть вызваны импульсными помехами или коммутационными бросками напряжения.

Предусмотренные в устройстве по схеме, показанной на рис. 3, катушки индуктивности L1, L2 во взаимодействии с конденсаторами С1—С4 уменьшают скорость нарастания напряжения, снижая вероятность межфазного замыкания. Кроме того, их индуктивность ограничивает скорость нарастания тока, большие значения которой разрушительны для тиристоров.

Однако ни демпфирующие цепи, ни катушки индуктивности не гарантируют невозможности межфазных замыканий. Общепринятый метод защиты тиристоров от их последствий (его рекомендуют для своих изделий, например, фирмы Motorola, Siemens, Opto-22) — установка токоограничительных резисторов R1 (см. рис. 2) и R1, R2 (см. рис. 3). Их номиналы выбирают такими, чтобы ток межфазного замыкания не превысил допустимого для используемого реле ударного тока. Длительность его протекания не превышает половины периода сетевого напряжения. С последствиями установки ограничительных резисторов — уменьшением напряжения на обмотках электродвигателя и необходимостью отвода выделяющегося тепла — приходится мириться.

ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ РЕЛЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Реле постоянного тока с выходными цепями на IGBT и МОП-транзисторах бывают одно- и двуполярными. В последних два выходных транзистора соединены встречно-последовательно. Для МОП-транзисторов это необходимо, чтобы закрытый канал одного из них препятствовал протеканию тока через смещенный в прямом направлении шунтирующий диод второго (такие диоды обязательно присутствуют в МОП-структуре). В структуры IGBT диоды приходится вводить специально, но уже для пропускания тока, протекающего в обратном для транзистора направлении.

Отметим, что выпускаются и так называемые многоканальные реле постоянного тока с различными сочетаниями нормально-замкнутых и нормально-разомкнутых выходных цепей. Применяя их, следует учитывать, что нормально-замкнутыми выходные цепи становятся только после подачи на реле напряжения питания от источника, гальванически связанного со входами управления.

Остаточное напряжение на выходе однополярных реле на МОП-транзисторах в открытом состоянии зависит от сопротивления канала последних при температуре 25 °С, находящегося в пределах от единиц миллиом у низковольтных до единиц ом у высоковольтных транзисторов. С повышением температуры кристалла до предельной (150 °С) это сопротивление возрастает приблизительно в два раза.

У двуполярных реле на МОП-транзисторах остаточное напряжение больше. Оно складывается из падений напряжения на сопротивлении канала одного транзистора и на прямосмещенном диоде, зашунтированном сопротивлением канала второго транзистора. Вольт-амперная характеристика выходной цепи таких реле во включенном состоянии при малом токе практически линейна, затем постепенно переходит в характеристику диода. Точка перегиба лежит в области 100…200 А у низковольтных реле и единиц ампер — у высоковольтных.

Элементами управления выходными транзисторами в реле серий 5П 20 (однополярных) и 5П 19 (двуполярных) служат фотовольтаические оптроны с выходным током порядка единиц микроампер. По этой причине зарядка емкости затвор-исток МОП-транзисторов происходит довольно медленно, что приводит к задержке включения реле на десятки миллисекунд. Задержка выключения значительно меньше (не более 1 мс), так как предусмотрены специальные тиристорные узлы разрядки упомянутой емкости.

Для быстродействующих реле характерны задержки включения/выключения в единицы микросекунд, но им необходим дополнительный источник питания цепей управления. У реле различных типов этот источник должен быть гальванически связан в выходом или входом реле.

Реле с питанием по входу серий 5П 57 (двуполярные) и 5П 59 (однополярные) при задержках включения/выключения в единицы микросекунд способны переключаться с частотой не выше 10…20 Гц, так как используемые в них фотовольтаические оптроны не могут достаточно быстро восполнить рассеянную при выключении энергию.

Однополярные реле с питанием по выходу серии 5П 40 могут работать на частоте коммутации в десятки кГц. Для их питания требуется изолированный от входных цепей источник напряжения 10…15 В.
Аналогичные параметры имеют и реле с питанием по входу серии 5П 62, однако к ним требуется подключить несколько внешних элементов, номиналы которых выбирают исходя из конкретных условий.
В принципе, как IGBT, так и МОП-транзисторы способны выдерживать, не выходя из строя, лавинный пробой. Однако допустимая энергия пробоя невелика (десятки-сотни миллиджоулей) и вероятность отказа вполне реальна. Отсюда следует необходимость защиты от бросков напряжения в силовой цепи. Для двухполярных реле, коммутирующих цепи переменного тока, справедливо все сказанное выше о защите тиристорных реле. Защитой однополярных реле может служить стабилитрон или варистор, шунтирующий выход.

Распространенный способ защиты от высоких напряжений, возникающих при отключении индуктивной нагрузки, — шунтирование ее диодом в обратной полярности. Ток I, протекавший через нагрузку до разрыва цепи, в этом случае спадает по экспоненте с постоянной времени L/r, где L и г — соответственно индуктивность и сопротивление нагрузки. Часть энергии

запасенной в индуктивности нагрузки, рассеивается на ее активном сопротивлении, другая — на шунтирующем диоде.

Можно показать, что при малых значениях r основная доля рассеиваемой энергии приходится на диод. Это вызывает перегрузку последнего по импульсной, а при высоких частотах коммутации — и по средней рассеиваемой мощности.

Если предельно-допустимое напряжение транзистора Uдоп значительно выше коммутируемого Uком, режим работы защитного диода существенно облегчит включение последовательно с ним резистора номиналом

В этом случае в момент выключения напряжение на выходе реле равно ином + RI на диоде выделяется энергия

(где Uд ≈ 0,7 В — прямое падение напряжения на диоде), а на резисторе —

Следовательно, при частоте коммутации fком мощность резистора должна быть не менее

PR=	RLI2	fком
	2(R+r)

Введение резистора дает еще один положительный эффект — уменьшает время выключения нагрузки, так как постоянная времени спада тока в этом случае равна L/(R+r).

Для реле серий 5П 19, 5П 20, как уже отмечалось, характерна задержка включения в десятки миллисекунд, что ограничивает максимальную частоту

Wком ≈	Uком Iком tнар
	6

где lK0M — коммутируемый ток. Так как длительность спада тока при выключении на порядок меньше tнар, рассеиваемой при этом энергией можно пренебречь.

Потенциально опасны для силовых транзисторов реле два режима работы: коммутация стационарной нагрузки с частотой, близкой к предельной, и включение нагрузки с большим пусковым током (например, пусковой ток лампы накаливания более чем в 10 раз превышает номинальный).
В первом случае средняя рассеиваемая реле мощность равна

Wком fком +	Rоткр I2ком
	Q

где ROTKр — сопротивление выходной цепи в открытом состоянии; Q — скважность (отношение периода коммутации к длительности включенного состояния). Например, на однополярном реле 5П 20.10 П-5-0,6 (предельное напряжение — 60 В, ток — 5 A, R — 0,055 Ом, тепловое сопротивление кристалл—окружающая среда — 40 °С/Вт) при токе нагрузки 5 А в постоянно включенном состоянии выделится мощность не более 1,375 Вт, что вызовет приемлемый в большинстве случаев перегрев кристалла относительно среды на 55 °С. Однако коммутация той же нагрузки с частотой 10 Гц при скважности 2, напряжении 50 В и tнар=5 мс приведет к возрастанию выделяемой мощности до 2,77 Вт и перегреву кристалла уже на 110 °С. Это не позволит реле надежно работать при температуре окружающей среды выше 40 °С.

Во втором случае начальное значение тока нагрузки значительно больше номинального, поэтому энергия включения WBKJ1 может превысить допустимую для транзисторов реле. Так как с уменьшением tнар энергия включения уменьшается пропорционально, инерционные нагрузки целесообразно коммутировать с помощью быстродействующих реле, например, серий 5П 57, 5П 59.

Как отмечалось выше, реле серии 5П 62 для работы на частоте коммутации более 10…30 Гц требуют подключения дополнительных внешних элементов. Как и у реле серий 5П 57 и 5П 59, их внутренний источник напряжения питания цепи управления выходным транзистором — низкой средней мощности и не может быстро восполнить энергию, израсходованную при разрядке емкости затвора транзистора. Для устранения этого недостатка и предназначен внешний конденсатор, через который при выключении выходного транзистора в цепь управления от источника коммутируемого напряжения «накачивается» дополнительная энергия. Оптимальная емкость конденсатора зависит от условий работы реле, в частности, от коммутируемого напряжения. Поэтому внутрь реле он введен быть не может.

При каждом включении входного транзистора конденсатор разряжается через цепь управления затвором с рассеиванием энергии C•U²/2. Если частота коммутации достаточно велика, дополнительная мощность, выделяющаяся в реле, достигает неприемлемой величины. Для ее уменьшения служат резистор, на котором рассеивается значительная часть запасенной конденсатором энергии, и стабилитрон. Напряжение стабилизации последнего выбирают таким, чтобы при минимальном значении коммутируемого напряжения конденсатор зарядился лишь до 15 В.

ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ РЕЛЕ

Для реле, эксплуатируемых без теплоотвода, максимальный коммутируемый ток нормируют исходя из предельной температуры кристаллов силовых элементов Ткр. макс (125 °С — для тиристоров, 150 °С — для транзисторов) при температуре окружающей среды Токр = 25 °С. Тот же параметр реле с теплоотводом устанавливают по предельной температуре кристалла при температуре теплоотвода Ттo = 75 °С для тиристорных реле и Ттo = 90 °С — для транзисторных. Последние два значения выбраны из достаточно произвольного условия равенства теплового сопротивления внешнего теплоотвода RT0 «эквивалентному» тепловому сопротивлению кристалл— теплоотвод R3kb- Следует иметь в виду, что в справочных данных многофазных реле тепловое сопротивление обычно указано из расчета «на фазу», поэтому «эквивалентное» сопротивление, например, трехфазного реле в три раза меньше.

Основное соотношение для тепловых расчетов: Токр + P(RTO + Иэкв) < Ткрлоп, где Р — мощность, рассеиваемая реле. Пример вычисления этой мощности для реле постоянного тока с МОП-транзистором на выходе был приведен в предыдущем разделе. Для IGBT ее рассчитывают по формуле Р = UOCT-lKOM, где UOCT — остаточное напряжение на открытом транзисторе. Мощность, рассеиваемую в одной фазе тиристорного реле, вычисляют по эмпирической формуле Р = (0,145 + 0,7UOCT пик) IэфФ, где U0CT пик — пиковое значение остаточного напряжения на включенном тиристоре; Iэфф — эффективное значение протекающего через него тока.

radio-uchebnik.ru

Оптоэлектронные реле.

Оптоэлектронным реле называют оптроном или оптоэлектронной парой. Представляют собой 3-и системы:

1. преобразует электрический ток в световое излучение — светоизлучатель;

2. передающая система – для передачи света;

3. обратное преобразование светового потока в электрический сигнал – фотоприемник.

В качестве светоизлучателей используют:

Для светодиодов справедливо следующее:

, где

h – постоянная Планка;

c – скорость света;

E – ширина запрещенной зоны полупроводника.

Длина волны видимого света от 0,45мкм. до 0,68мкм., более 0,9мкм. инфракрасное излучение.

Передающая система – вспомогательная система. Должна быть высокопрозрачной, с хорошей адгезией к материалам свето- приемника и излучателя, а также равенство ТКЛР и хорошие диэлектрические свойства. Применяют прозрачные клеи и лаки.

Исполнительная система. По ней различают типы оптопар:

• диодные;

• резисторные;

• транзисторные;

• однопереходные транзисторы;

• тиристорные оптопары.

Резисторная оптопара.

Используется полупроводниковый фоторезистор – это селенид кадмия, сернистый кадмий. Их сопротивление падает при излучении на них света. Для диапазона ИК-лучей используют PbS или PbSe. Недостаток – это зависимость от температуры сопротивления. Достоинства – возможность работать на переменном токе.

Для излучателей используют сверхминиатюрные лампы накаливания ( оптопара ОЭП-1 ), электролюминисцентные конденсаторы ( оптопара ОЭП-8 ) и светодиоды ( оптопара ОЭП-7, ОЭП-6 ( с ИК диодом)).

t_вкл. 200 мс t_вкл. 600 мс t_вкл. 120 мс

Диодная оптопара.

Используются полупроводниковые диоды в фотодиодном режиме, либо фотогенераторном режиме. Наибольшим быстродействием обладают p—i—n диоды ( очень малое время включения ).

В качестве излучателя используется фотодиод.

АОД-101 ( t_вкл. =1мкс)

На p—i—n диоде t_вкл. 1мкс

Транзисторные оптопары.

В качестве излучателей используется ИК-диоды, но можно использовать и обычный свет.

АОТ-123 ( t_вкл. 2мкс)

Тиристорные оптопары.

Для выключения прибора приходится коммутировать выходную цепь, из-за лавинного образования электронов.

t_вкл. 10 мкс

АОУ-103

На основе однопереходных транзисторов ( двухбазовый диод )

Облучается эмиттер. И его можно использовать в различных режимах работы ( фотодиодный, однопереходный транзистор и пр. ).

АОТ-102 (t_вкл. 5мкс )

Оптопары с открытым каналом.

Бывают с прямым прохождением света или с отражением света.

Достоинства оптоэлектронных реле:

• полная гальваническая развязка между входом и выходом;

• высокая чувствительность;

• высокое быстродействие;

• “полная” совместимость с интегральными схемами.

Недостатки такие же, как и у электронных реле.

Гальваномагнитные реле.

Используют для коммутации либо эффект Холла, либо эффект Гаусса.

Достоинства:

Недостатки:

studfile.net

Оптоэлектронные реле переменного тока

МО8А, МО8Б, МО8В

Твердотельные полупроводниковые оптоэлектронные однофазные реле переменного тока с «нормально разомкнутыми» контактами без контроля перехода фазы через «ноль» предназначены для коммутации нагрузок в цепях переменного тока

Характеристики

25, 40, 63, 80, 100, 120,160, 200,250,320 А/1200, 1600 В

Управление:

• А — 4÷32 В
• Б — ~ 6÷30 В
• В — ~ 110÷280 В

МО8МА, МО8МБ, МО8МВ

Твердотельные полупроводниковые оптоэлектронные однофазные реле с «нормально разомкнутыми» контактами с контролем перехода фазы через «ноль» предназначены для коммутации нагрузок в цепях переменного тока

Характеристики

25, 40, 63, 80, 100, 120,160, 200, 250, 320 А/1200,1600В

Управление

• А- 4÷32 В
• Б- ~ 6÷30 В
• В- ~ 110÷280

МО8МА – Т

Твердотельные полупроводниковые оптоэлектронные однофазные реле переменного тока с «нормально разомкнутыми» контактами с контролем перехода фазы через «ноль» предназначены для коммутации нагрузок в цепях переменного тока с защитой от перегрева и перегрузки

Характеристики

25, 40 ,63, 80, 100, 120, 160, 200, 250, 320 А-1200 B

Управление :

А- 4÷32 В

МО19А, МО19Б, МО19В

Твердотельные полупроводниковые оптоэлектронные однофазные реле переменного тока с «нормально замкнутыми» контактами без контроля перехода фазы через «ноль» предназначены для коммутации нагрузок в цепях переменного тока

Характеристики

25, 40, 63, 80, 100, 120,160, 200, 250, 320 А / 700 В

Управление

• А — 4÷32 В
• Б — ~ 6÷30 В
• В — ~ 110÷280 В

МО26А, МО26Б, МО26В

Твердотельные полупроводниковые оптоэлектронные трехфазные реле с «нормально разомкнутыми» контактами без контроля перехода фазы через «ноль» предназначены для коммутации нагрузок в цепях переменного тока

Характеристики

25, 40, 63, 80, 100, 120А/ 1200, 1600 В Управление:

• А- 4÷32 В
• Б- ~ 6÷30 В
• В- ~ 110÷280 В

МО26А,МО26Б,МО26В

Твердотельные полупроводниковые оптоэлектронные трехфазные реле с «нормально разомкнутыми» контактами без контроля перехода фазы через «ноль» предназначены для коммутации нагрузок в цепях переменного тока

Характеристики

25, 40, 63, 80, 100, 120А/ 1200, 1600 В

Управление:

• А- 4÷32 В
• Б- ~ 6÷30 В
• В- ~ 110÷280 В

МО26МА, МО26МБ, МО26МВ

Твердотельные полупроводниковые оптоэлектронные трехфазные реле с «нормально разомкнутыми» контактами с контролем перехода фазы через «ноль» предназначены для коммутации нагрузок в цепях переменного тока

Характеристики

25, 40, 63, 80, 100, 120А/ 1200, 1600 В

Управление:

• А- 4÷32 В
• Б- ~ 6÷30 В
• В- ~ 110÷280 В

МО26-МК

Микропроцессорное, твердотельные, полупроводниковые, оптоэлектронные, трехфазные реле переменного тока предназначены для коммутации нагрузок в цепях переменного тока частотой 50 Гц

Характеристики

25, 40, 63, 80, 100, 120А/ 630 В

Управление:

80 мА / ~ 10 ÷ 30 В

Интерфейс RS485

МО26МА – Т

Твердотельные полупроводниковые оптоэлектронные трехфазные реле с «нормально разомкнутыми» контактами с контролем перехода фазы через «ноль» предназначены для коммутации нагрузок в цепях переменного тока по трем фазам одновременно  с защитой от перегрева

Характеристики

25, 40, 63, 80, 100, 120 А /1200 В  

Управление:

А-  4÷32 В

МПТ-200-МК

Микропроцессорное устройство токовой защиты предназначено для защиты элементов электрических цепей от перегрузок. В качестве датчиков тока используются выносные токовые трансформаторы. МПТ-200-МК контролирует величину тока по каждой фазе и сравнивает с установленным значением. Также осуществляется контроль отношения значения тока между фазами

Характеристики

5 ÷ 200 А / 630 В

Управление:

40 мА / ~ 10 ÷ 30 В

Интерфейс RS485

МО27А

Реверсивное твердотельное полупроводниковое оптоэлектронное трехфазное реле переменного тока с контролем перехода фазы через «ноль», предназначено для управления трехфазными асинхронными двигателями Реле обеспечивает реверсивное включение двигателя.. Реле имеет оптронную развязку управляющих сигналов от силовых цепей, а также вход сигнала блокировки включения реле

Характеристики

Номинальный ток двигателя: 25, 40, 63 А

Сеть 220, 380, 660 В

МО8А, МО8МА

Твердотельные малогабаритные полупроводниковые оптоэлектронные однофазные реле переменного тока с «нормально разомкнутыми» контактами МО8А – без контроля перехода фазы через «ноль» и МО8МА – с контролем перехода фазы через «ноль» Предназначены для коммутации нагрузок в цепях переменного тока частотой от 50 до 400 Гц

Характеристики

3 А / 800 В (МО8А) 3 А / 1200 А (МО8МА)

Управление:

А- 4÷32 В

Изготавливается в корпусах:

• вертикальный корпус
• планарный корпус
• планарный корпус со встроенным радиатором
• двухканальное в планарном корпусе
• двухканальное в планарном корпусе со встроенным радиатором

ММК(DIN)-nХПП1, ММК(DIN)-nХПП2

Многоканальный модуль коммутации переменного тока с несколькими коммутируемыми каналами (от 1 до n) предназначен для применения в устройствах автоматики в качестве коммутирующего элемента, выполненный в виде носителя для монтажа на DIN-рейку с установленными на нем от 1 до n реле типа МО8А…ПП1, МО8МА…ПП1, МО8А…ПП2, МО8МА…ПП2 и другими элементами (сигнальные светодиоды, предохранители, RC – цепи, ограничители напряжения)

Характеристики

• 3 А / 800 В
• 3 А / 1200 А

rill.ru

Оптореле в схемах на микроконтроллере

Оптореле или, по-другому, оптоэлектронные реле строятся на основе оптопар с полевыми транзисторами. Они более технологичные (а значит и более дешёвые) по сравнению с микросхемами «цифровых изоляторов», которые содержат внутри микроминиатюрные импульсные трансформаторы.

Типовые параметры твёрдотельных оптореле (англ. «Solid-state MOS relays»): ток управления 10…60 мА, время переключения 2…2000 МК с, ток коммутации

1..            .20 А, максимально допустимое напряжение в нагрузке 200…1000Вдля мощных силовых и на порядок меньше для маломощных сигнальных оптореле, ресурс работы 10 лет, наработка на отказ не менее 25000 часов.

Различают оптореле с коммутацией одн двухполярных сигналов. В переводе на понятный язык — для коммутации постоянного и переменного тока. На Рис. 2.117, а…е для примера показаны варианты внутренней «начинки» оптореле серии KP293 (по-старому 5П14). Параллельно выходным контактам оптореле стоят защитные диоды по аналогии с имеющимся в полевых транзисторах MOSFET.

Рис. 2.117. Внутреннее строение оптореле серии KP293:

а) реле постоянного тока с замыкающим контактом;

б) реле постоянного тока с размыкающим контактом;

в) реле переменного тока с замыкающим контактом;

г) реле переменного тока с размыкающим контактом;

д) реле постоянного тока с замыкающим и размыкающим контактами;

е) реле переменного тока с замыкающим и размыкающим контактами.

В некоторых оптореле последовательно со светодиодом встраивают интегральный токоограничивающий резистор. Это позволяет сэкономить место на плате и защитить светодиод в случае ошибочной подачи на вход высокого напряжения.

Светодиоды, входящие в состав оптореле, работают в инфракрасном диапазедлин волнстиповым падением напряжения 1.0…1.2 В. Не следует «жадничать» и уменьшать ток через светодиод ниже паспортного значения, поскольку могут ухудшиться выходные параметры и надёжность коммутации.

Оптореле, в отличие от оптосимистора, гарантированно переходит в противоположное состояние при снятии освещённости полупроводниковой зоны. Для оптореле без разницы, имеется или отсутствует напряжение в нагрузке. Кроме того, ввиду линейности ВАХ, появляется возможность без искажений коммутировать сигналы очень малой амплитуды, в отличие от оптосимисторов с их резкой пороговой характеристикой вблизи нуля.

При коммутации переменных сигналов большой амплитуды начинает сказываться нелинейная зависимость сопротивления канала полевых транзисторов оптореле от напряжения, т.е. возможны искажения формы и спектра сигнала.

Для повышения устойчивости работы оптореле в сети 220 В при атаке импульсных помех рекомендуется параллельно его замыкающим контактам ставить последовательную RC-цепь, состоящую из проволочного резистора сопротивлением

10..         .50 Ом и конденсатора ёмкостью 0.01…0.15 МК Ф с напряжением 600 В.

На Рис. 2.118, а…в приведены схемы подключения оптореле к MK.

а) VU1 — это оптореле фирмы Crydom. Ток управления 3…4 мА, изоляция выдерживает без пробоя напряжение 4 кВ, проходная ёмкость 8 пФ;

б) индикация включения светоизлучающей части оптореле VU1 (фирма Fairchild) производится светодиодом HL1. Мощность в нагрузке R_H не более 50 Вт;

в) НИЗКИМ уровнем на выходе МК размыкаются контакты оптореле VU1, при этом прибор, подключаемый к вторичной обмотке трансформатора 77, переходит в дежурный режим с пониженным питанием, поскольку последовательно включается гасящее сопротивление R2.

Источник: Рюмик, С. М., 1000 и одна микроконтроллерная схема. Вып. 2 / С. М. Рюмик. — М.:ЛР Додэка-ХХ1, 2011. — 400 с.: ил. + CD. — (Серия «Программируемые системы»).

nauchebe.net

Микросхемы оптоэлектронных реле | Техника и Программы

Микросхемы сильноточных оптоэлектронных (твердотельных) реле

Электронный контроль мощных нагрузок переменного и постоянного тока, организованный на микропроцессорных контроллерах, цифровых и линейных управляющих схемах, получает все большую популярность. Соответственно это увеличивает потребность в простых и надежных интерфейсах между низковольтными схемами управления и нагрузкой. Интерфейс должен гальванически изолировать нагрузку, не создавать дополнительных помех в линии нагрузки и схеме управления. Он также должен быть простым в использовании, иметь малые габариты, быть способным переключать основные нагрузки, такие как маленькие моторы, мощные реле, люминесцентные лампы и резистивные нагрузки, не выделяя излишнее тепло.

Логическим развитием основных принципов конструкции, схемотехники, применения оптоэлектронных твердотельных реле на токи в несколько десятков миллиампер стало создание серии микросхем сильноточных оптоэлектронных реле.

Использование оптоэлектронных ключей с выходами на полевых и биполярных транзисторах, а также симисторных оптоэлектронных схем позволило реализовать приборы для управления одно- и биполярными постоянными и переменными нагрузками для различных токов и напряжений (см. таблицу).

Разработанные приборы нового поколения могут найти применение в следующих областях:

– микропроцессорные системы управления процессами;

– промышленные контрольные и автоматические системы;

– стартеры моторов переменного тока;

– системы управления насосами;

– системы управления освещением на газоразрядных лампах и лампах накаливания;

– контроллеры газовых потоков и температуры;

– фотокопировальная техника;

– игровые и торговые автоматы.

Основные принципы схемотехники реле представлены на рис.1…5.

Представленные схемы не требуют подробных пояснений, поэтому остановимся только на некоторых особенностях.

Резисторы R1 (рис.1, 2 и 5) необходимы для ограничения амплитуды импульсов тока на выходе управляющих оптронов при индуктивном характере нагрузки реле; негативное влияние этих резисторов — увеличение нижнего предела диапазона коммутируемых напряжений на величину R1xI , где I — наименьший отпирающий ток управления выходного симистора.

Биполярные реле постоянного тока (рис.1) имеют ту особенность, что вследствие высокого выходного сопротивления цепочки фотодиодов (5…10 МОм), через которую заряжаются затворы выходных транзисторов, время включения этих реле составляет величину в несколько десятков миллисекунд.

Повышение быстродействия на три порядка для реле на полевых транзисторах (рис.3) достигается в схеме, приведенной на рис. 4, для которой требуется дополнительное питание на выводе 3 (относительно общего вывода 1) порядка 12…30 В при токе от дополнительного источника не более 5 мА.

Кроме того, входной оптрон этого реле обеспечивает возможность биполярного питания входа управления реле и тока управления не более 1 мА.

Схема реле, представленная на рис.5, отличается наличием узла запрета включения реле при напряжении на выходе реле выше определенного значения (типовое — 15…20 В, предельное — 50 В). Это так называемая “схема включения по переходу через ноль”, временная диаграмма работы которой представлена на рис.6.

В этом варианте значительно снижаются коммутационные помехи в силовых линиях. Он также имеет определяющее значение в некоторых приложениях. Здесь использован транзисторный оптрон D1 с рабочим входным током в несколько десятков микроампер, что позволяет использовать резистор R3 с сопротивлением порядка 1 МОм, тем самым не увеличивая существенно значения тока утечки па выходе реле. При увеличении напряжения па выходе реле (а, следовательно – тока через R3 и светодиоды оптрона D1) до определенного значения, выходной транзистор оптрона входит в насыщение, тем самым запирая транзистор VT и запрещая работу оптосимистора D2.

На рис.5.1 показан вариант выходной цепи реле с двумя тиристорами, который используется в наиболее сильноточных типах реле, т.к. позволяет распределить рассеиваемую мощность на два силовых элемента и получить меньшее тепловое сопротивление переход – корпус.

Варианты конструктивного исполнения типов реле представлены на рис.7.

Для реле с корпусами без теплоотвода тепловое сопротивление переход – среда равно 30 градусов С/Вт, для реле с теплоотводом сопротивление корпус – среда — 8 градусов С/Вт.

Внутренняя структура мощных реле с радиаторами представлена на рис.8.

В заключение несколько рекомендаций по применению реле:

– во всех случаях, когда коммутируемые линии не гарантированы от перенапряжений, следует шунтировать выходы реле защитным варистором;

– в случаях использования реле с индуктивной нагрузкой реле переменного тока (симисторные) необходимо шунтировать последовательной RC цепью (R = 39…100 Ом; С = 0,01…0,1 мкФ), а однополярные реле постоянного тока — защитным диодом.

Типовая схема применения реле 5П19ТС и 5П19ТМ-20-4 в схеме управления стиральной машиной приведена на рис.9.

Источник: С.Архипов, С.Волошин, журнал “Радиолюбитель”.

nauchebe.net

Оптоэлектронное реле

Изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовано в коммутационных устройствах с гальванической развязкой.

Известно электронное переключающее реле с трансформаторной развязкой (патент РФ №2375816 C1, H03K 17/00), содержащее первый и второй электронный ключ на DMOJI транзисторе, генератор импульсов, импульсный трансформатор, имеющий первичную и вторичную обмотки, первый и второй выпрямительные диоды, токозадающий резистор, стабилитрон, первый и второй токоограничивающие резисторы, первый и второй резисторы разряда.

Известное электронное переключающее реле с трансформаторной развязкой имеет гальваническую развязку входов и выходов, выполненную на импульсном трансформаторе, имеющем первичную и вторичную обмотки, коммутирующее устройство, выполненное на первом и втором электронных ключах на OMOH транзисторах.

Известное электронное переключающее реле с трансформаторной развязкой имеет следующие недостатки.

1. Отсутствие функции ограничения тока коммутируемой цепи.

2. Сложность схемы управления.

3. Невозможность реализации устройства в интегральном исполнении из-за использования трансформатора.

Известен электронный предохранитель (патент №2356161 C9, H03K 17/00, H02H 7/00), содержащий два транзистора и три резистора.

В известном электронном предохранителе реализована функция ограничения тока. Недостатком электронного предохранителя является отсутствие гальванической развязки входов и выходов.

Известен силовой ключ на МДП-транзисторе (патент РФ №2396706 C1, H03K 17/567), содержащий трансформатор, транзисторы одинаковой проводимости, коллекторно-эмиттерные переходы которых зашунтированы диодами в запирающем направлении, а переходы база-эмиттер — резисторами, коллектор одного из транзисторов подключен к затвору МДП-транзистора. эмиттеры транзисторов соединены непосредственно, а коллектор другого транзистора подключен к началу вторичной обмотки трансформатора, конец которой непосредственно подключен к истоку МДП-транзистора, дополнительная вторичная обмотка трансформатора подключена к базам транзисторов, начало дополнительной обмотки подключено к базе того транзистора, коллектор которого подключен к началу вторичной обмотки трансформатора, дополнительные резистор, диод и биполярный транзистор аналогичной проводимости МДП-транзистора, причем первый вывод дополнительного резистора подключен к истоку МДП-транзистора и к базе дополнительного транзистора, коллектор которого через дополнительный диод в проводящем направлении соединен с затвором МДП-транзистора, второй вывод дополнительного резистора соединен с эмиттером дополнительного транзистора и выходом ключа.

Известный силовой ключ на МДП-транзисторе имеет следующие недостатки.

1. Для управления МДП-транзистором требуется напряжение, состоящее из порогового напряжения включения транзистора и напряжения компенсации падения на дополнительном резисторе.

2. Наличие отрицательной обратной связи за счет падения напряжения на дополнительном резисторе при токе нагрузки, еще не превышающем пороговое значение ограничения тока.

3. Сложность схемы, требующая управление переменным током.

4. Невозможность реализации устройства в интегральном исполнении из-за использования трансформатора.

5. Низкая надежность.

Известно оптоэлектронное реле (патент РФ №2163417 C1, H03K 17/78, H03K 17/00) — прототип.

Известное оптоэлектронное реле, содержащее светодиод и оптически соединенную с ним матрицу последовательно включенных фотодиодов, коммутирующее устройство, устройство разряда, устройство ускорителя разряда, выполненное для улучшения динамических характеристик оптоэлектронного реле. Недостатком оптоэлектронного реле является отсутствие функции ограничения тока коммутируемой цепи.

Целью изобретения является реализация функции ограничения тока в оптоэлектронном реле, повышение надежности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в оптоэлектронное реле, содержащее первый светодиод и оптически связанную с ним матрицу последовательно включенных фотодиодов, коммутирующее устройство, устройство разряда, первый и второй выводы которого подключены соответственно к положительному и отрицательному выводам матрицы последовательно включенных фотодиодов, а третий и четвертый выводы соответственно к первому и второму входам коммутирующего устройства, второй выход которого является вторым выходом оптоэлектронного реле, а входами оптоэлектронного реле являются анод и катод первого светодиода, оптически связанное с первым светодиодом устройство ускорения разряда, выполненное на n-МОП и р-МОП транзисторах, первом и втором фотодиодах и конденсаторе, сток n-МОП транзистора, затвор р-МОП транзистора и анод первого фотодиода которого подключены к первому входу коммутирующего устройства, исток n-МОП транзистора, отрицательная обкладка конденсатора и анод второго фотодиода подключены ко второму входу коммутирующего устройства, катод первого фотодиода соединен с положительной обкладкой конденсатора и истоком р-МОП транзистора, сток которого соединен с затвором n-МОП транзистора и катодом второго фотодиода, дополнительно введено устройство защитное, состоящее из второго светодиода, зашунтированного дополнительным резистором, и оптически связанного с ним фототранзистора, коллектор фототранзистора соединен с первым входом коммутирующего устройства, а эмиттер — со вторым входом коммутирующего устройства, катод второго светодиода и первый вывод дополнительного резистора подключены к первому выходу коммутирующего устройства, а анод второго светодиода и второй вывод дополнительного резистора являются первым выходом оптоэлектронного реле.

На чертеже представлена схема электрическая принципиальная предлагаемого оптоэлектронного реле, при этом, на чертеже и далее в тексте обозначены:

1 — первый вход оптоэлектронного реле:

2 — второй вход оптоэлектронного реле;

3 — светодиод;

4 — матрица последовательно включенных фотодиодов;

5 — первый резистор;

6 — первый фотодиод;

7 — конденсатор;

8 — p-МОП транзистор;

9 — второй фотодиод;

10 — первый n-МОП транзистор;

11 — фототранзистор;

12 — второй светодиод;

13 — второй резистор;

14 — второй n-МОП транзистор;

15 — первый выход оптоэлектронного реле;

16 — второй выход оптоэлектронного реле.

Оптоэлектронное реле выполнено следующим образом.

Оптоэлектронное реле содержит первый светодиод 3 и оптически связанную с ним матрицу последовательно включенных фотодиодов 4, коммутирующее устройство КУ. выполненное на втором n-МОП транзисторе 14, устройство защитное УЗ, выполненное на фототранзисторе 11, втором светодиоде 12 и втором резисторе 13, устройство разряда УР, выполненное на первом резисторе 5, первый и второй выводы которого подключены соответственно к положительному и отрицательному выводам матрицы последовательно включенных фотодиодов 4, затвор и исток второго n-МОП транзистора 14 подключены соответственно к первому и второму выводам первого резистора 5, сток n-МОП транзистора соединен с катодом второго светодиода 12 и первым выводом второго резистора 13 и является первым выходом коммутирующего устройства КУ, анод второго светодиода 12 соединен со вторым выводом второго резистора 13 и является первым выходом оптоэлектронного реле 15, а исток второго n-МОП транзистора 14 является вторым выходом коммутирующего устройства и вторым выходом оптоэлектронного реле 16, при этом первым 1 и вторым 2 входами оптоэлектронного реле являются, соответственно, анод и катод первого светодиода 3, с которым оптически связано устройство ускорения разряда УУР, выполненное на первом n-МОП транзисторе 10 и р-МОП транзисторе 8, первом 6 и втором 9 фотодиодах и конденсаторе 7, сток первого n-МОП транзистора 10, затвор р-МОП транзистора 8 и анод первого фотодиода 6 подключены к затвору второго n-МОП транзистора 14, исток первого n-МОП транзистора 10, отрицательная обкладка конденсатора 7 и анод второго фотодиода 9 подключены к истоку второго n-МОП транзистора 14, катод первого фотодиода 6 соединен с положительной обкладкой конденсатора 7 и истоком р-МОП транзистора 8, сток которого соединен с затвором первого n-МОП транзистора 10 и катодом второго фотодиода 9, коллектор и эмиттер фототранзистора 11 подключены, соответственно, к затвору и истоку второго n-МОП транзистора 14.

Оптоэлектронное реле работает следующим образом.

При подаче на первый 1 и второй 2 входы оптоэлектронного реле управляющего сигнала первый светодиод 3 излучает фотоны, при этом матрица последовательно включенных фотодиодов 4 генерирует фототок, заряжающий входную емкость второго n-МОП транзистора 14 до напряжения фотоЭДС, что приводит к изменению состояния на выходе оптоэлектронного реле с выключенного на включенное, причем для включения второго n-МОП транзистора 14 требуется превысить лишь уровень порогового напряжения включения транзистора и не требуется дополнительного напряжения для компенсации падения на дополнительном резисторе, что позволяет сократить количество фотодиодов в матрице последовательно включенных фотодиодов 4 и в связи с этим повысить общую надежность оптоэлектронного реле. Устройство ускорения разряда УУР оптически связано с первым светодиодом 3, и конденсатор 7 заряжается через первый фотодиод 6 до напряжения, близкого к напряжению фотоЭДС, генерируемой матрицей последовательно включенных фотодиодов 4, а затвор первого n-МОП транзистора 10 полностью заряжается через второй фотодиод 9. При этом первый n-МОП транзистор 10 и р-МОП транзистор 8 оказываются надежно закрытыми и не влияют на процесс заряда входной емкости второго n-МОП транзистора 14.

До тех пор пока падение напряжения на втором резисторе 13 при протекании через него тока нагрузки не превышает значения, обеспечивающего проводящее состояние второго светодиода 12, второй n-МОП транзистор 14 функционирует без ограничения. Как только второй светодиод 12 начинает излучать фотоны, фототранзистор 11 начинает открываться, уменьшая при этом проводимость канала второго n-МОП транзистора 14. При достижении тока нагрузки заданного уровня, напряжение _{Vэмиттер-база} фототранзистора 11 будет таким, что он будет открыт и переведет второй n-МОП транзистор 14 в режим отсечки.

При отключении на первом и втором входах оптоэлектронного реле 1 и 2 управляющего сигнала прекращается излучение светодиода 3 и, как следствие, генерация фототока в оптически связанных с ним матрице последовательно включенных фотодиодов 4. Входная емкость второго n-МОП транзистора 14 через первый резистор 5 устройства разряда УР начинает разряжаться, и второй n-MOП транзистор 14 запирается.

В качестве первого светодиода 3, оптически связанной с ним матрицы последовательно включенных фотодиодов 4 и первого резистора 5 можно использовать фотовольтаический элемент TLP591B ф. Toshiba, в качестве второго светодиода 12 и оптически связанного с ним фототранзистора 11 — оптопару TLP281B ф. Toshiba, в качестве второго n-МОП транзистора — 1RFL014 ф. International Rectifier, в качестве второго резистора RC0805JR-0711RL YAGEO. Также заявленное оптоэлектронное реле возможно выполнить в интегральном исполнении.

Оптоэлектронное реле, содержащее первый светодиод и оптически связанную с ним матрицу последовательно включенных фотодиодов, коммутирующее устройство, устройство разряда, первый и второй выводы которого подключены соответственно к положительному и отрицательному выводам матрицы последовательно включенных фотодиодов, а третий и четвертый выводы — соответственно к первому и второму входам коммутирующего устройства, второй выход которого является вторым выходом оптоэлектронного реле, а входами оптоэлектронного реле являются анод и катод первого светодиода, оптически связанное с первым светодиодом устройство ускорения разряда, выполненное на n-МОП и р-МОП транзисторах, первом и втором фотодиодах и конденсаторе, сток n-МОП транзистора, затвор р-МОП транзистора и анод первого фотодиода которого подключены к первому входу коммутирующего устройства, исток n-МОП транзистора, отрицательная обкладка конденсатора и анод второго фотодиода подключены ко второму входу коммутирующего устройства, катод первого фотодиода соединен с положительной обкладкой конденсатора и истоком р-МОП транзистора, сток которого соединен с затвором n-МОП транзистора и катодом второго фотодиода, отличающееся тем, что в схему оптоэлектронного реле введено устройство защитное, состоящее из второго светодиода, зашунтированного дополнительным резистором, и оптически связанного с ним фототранзистора, коллектор фототранзистора соединен с первым входом коммутирующего устройства, а эмиттер — со вторым входом коммутирующего устройства, катод второго светодиода и первый вывод дополнительного резистора подключены к первому выходу коммутирующего устройства, а анод второго светодиода и второй вывод дополнительного резистора являются первым выходом оптоэлектронного реле.

edrid.ru