PDF《光继电器》

光继电器 规格 2018年6月 内容 什么是光继电器? 光继电器的优势 术语 产品阵容 选择指南 设计考虑 示例

4 继电器分类

5 光继电器结构

6 光继电器的工作原理

8 光继电器与机械继电器特性比较

9 安装面积小型化

10 高可靠性

11 低输入电流/低电压驱动

12 优异的开关特性

13 热开关支持

14 与机械继电器比较

16 电气特性比较

18 术语1

20 术语2

22 术语3

24 关键特性:导通电阻(RON)

25 关键特性:输出电容(COFF)

26 开关时间(tON/tOFF)

27 什么是低C*R?

28 LED寿命估算

29 东芝光继电器数据手册示例

36 光继电器失效模式

37 IF设计考虑

39 推荐LED驱动电路示例

40 输入侧过压/过流

42 输入侧设计考虑不足

47 输出侧过压/过流

54 输出侧设计考虑不足

32 光继电器选择指南和注意事项

57 大电流光继电器阵容

59 HVAC(包括恒温器)

61 带STO功能的SA

62 电子电表?智能电表

63 电源监控系统(BMS等)

64 安全(例如:无源传感器)

66 产品使用限制

65 PLC(可编程控制器)

60 监控摄像头应用 什么是光继电器?

1 继电器分类 注:这一分类可能与目录型分销商(例如得捷电子/贸泽电子等)的实际分类不同.

我们建议直接用产品名进 行搜索. 组 子组 备注 有触点 (机械继电器) 信号继电器 ? 小电流开关机械继电器,通常低于2A,面向信号、电路、高频控制等应用 ? 包括高频继电器 功率继电器 ? 大电流开关机械继电器,2A以上 ? 包括控制面板用通用继电器、大直流电流控制继电器等 无触点 (半导体继电器) 光继电器 (MOSFET输出) ? 使用MOSFET作为输出器件 ? 主要用作信号继电器替代 ? 能够处理交流和直流负载 SSR (固态继电器) ? 使用半导体光敏双向晶闸管、光敏晶体管或光敏晶闸管作为输出器件 ? 光敏双向晶闸管、光敏晶闸管输出器件限于交流负载 具有ION>

1A的产品被称为大容量(电流)光继电器 光继电器结构 半导体继电器 MOSFET:金属氧化物半导体场效应晶体管,PDA:光敏二极管阵列 SO6封装 3.7*7.0*2.1 mm 框架类型 引线框架 MOSFET Chip PDA芯片 LED芯片 S-VSON封装 2.0*1.45*1.75 mm 基本类型 环氧树脂 硅树脂 环氧树脂 LED芯片 MOSFET芯片 PDA芯片 基板 基材:BT树脂 电镀:Cu/Ni/Pd/Au 光继电器的工作原理 继电器功能由LED/PDA 2个MOSFET组成 电流通过LED使其 发光 PDA为MOSFET的栅极 供电并驱动 MOSFET导通

1 2

3 隔离 LED

1 PDA

2 MOSFET

3 漏极 漏极 输入 输出 电压发生 光继电器的优势

2 光继电器与机械继电器特性比较 光继电器 (MOSFET输出光耦) 机械继电器 LED 光MOSFET 线圈 电磁 金属触点 1.安装面积小型化 2.高可靠性(长寿命) 3.小输入电流/低电压驱动 4.优异的开关特性(高速、低噪声) 5.热开关支持 与机械继电器比较 封装趋势 安装面积小型化 东芝光继电器封装趋势 我们有一系列小封装产品,例如采用SO6和VSON封装的产品. 用光继电器替代可极大地促进设备的小型化设计. 4.4 3.9 3.8

2 2.75 2.2 2.45 1.45 2.0 1.45 小型化/ERT更高 SOP SSOP USOP VSON S-VSON 高可靠性(长寿命) 光继电器通过光敏二极管阵列接收LED光线,将其转换成MOSFET驱动电压来工作.这种继电器由于没有机械触点,因此没有机 械继电器磨损造成的劣化(触点数量没有限制,并且免维护) 光继电器 (MOSFET输出光耦) 机械继电器 LED 光MOSFET 线圈 电磁 金属触点 无磨损引起的劣化 有磨损,需定期维护 小输入电流/低电压驱动 由于输入侧所用LED是由电流驱动的,并且输出端导通所需输入电流(触发LED电流,IFT)只有3到5mA(最大值),因此使用 一节小电池甚至就可以驱动光继电器. 在设计IF规格时需要考虑LED的使用寿命. 光继电器 (MOSFET输出光耦) 机械继电器 光继电器的驱动电路简单.小输入类型也可以 由电池驱动或直接由微机驱动. 由于驱动电流大,因此需要缓冲晶体管来提高 微机输出. 器件数量少 可以仅用2节电池驱动 器件数量多 二极管 继电器 NPN R1 R2 优异的开关特性(高速、低噪声) 由于光继电器在输入侧采用了LED,在输出侧采用了MOSFET,因此不存在由反电动势或回跳引起的噪声.它也不会产生类似 机械继电器的接触声. 光继电器 (MOSFET输出光耦) 机械继电器 噪声减小 输入:无反电动势 输出:无回跳 开关速度为1/10~1/100 将机械继电器替换为光继电器的优点 输入 (LED) 输出 (MOSFET) 输入 (线圈) 输出 (金属触点) 线圈反电动势 热开关支持 机械继电器使用在热开关情况时寿命较短. 只要保持不超过最大额定值,光继电器可以使用在热开关或冷开关情况. *机械继电器的情况下,由于热开关施加电压,电流在触点闭合瞬间流动,触点容易磨损.此外,当开关断开时,电流中断会 产生电弧,因此寿命缩短. 热开关情况 冷开关情况 这意味着开关(SW)工作时有电压加入. 在SW闭合瞬间有电流流向负载. 这意味着开关(SW)工作时没有电压加入. 因此SW闭合时没有电流流过,然后输出电 源信号. Vcc 负载(L、R、C等) SW:光继电器 驱动器 开关 信号 SW:光继电器 与机械继电器比较 近年来,机械继电器和干簧继电器的替换正在加速. d 机械继电器 (信号继电器) 光继电器 备注 (光继电器特性) 寿命 (有接触极限) (无接触极限) 长寿命 触点容量 (2A) 环境温度85℃/AC?DC适用 (~5A) 环境温度25℃/VOFF=60V基准 触点电阻 (导通电阻) 约0.1Ω (开关引起劣化) 约0.02~25Ω (稳定) 高可靠性 触点电压 (关断电压) (例如:AC 250V、DC 30V) (例如:20V~600V产品阵容) 隔离电压 (例如:1KVrms) (最大:5KVrms) 工作/释放时间 约5ms 约0.1ms 高速 工作声 (有) (无声) 无噪声 小型化 (例如:60mm2 ) (S-VSON:2.9mm2 - 1.45*2.0 mm) 尺寸较小 输入功耗 *(线圈) 100mW- (LED) (例如:0.5mW-) 功耗更低 触点形式 1c、2c 1a、1b、2a、1a1b 漏电流 (没有) (20pA~) 术语

3 机械继电器与光继电器电气特性比较 机械继电器特性 说明 光继电器等效特性 额定线圈电压和(线圈)标称 工作电流 设计用于线圈工作的电压,以及线圈中由此产生的电流值 输入电流(IF)、输入电压(VF) 推荐输入电流(IF) 触点形式 触点结构和电路中的触点数 例如:1个常开触点(1a) 1个常闭触点(1b) 1个转换触点(1c) 触点形式 例如:1个常开触点(1a) 1个常闭触点(1b) 触点电阻 触点接触时的总电阻 导通电阻(RON) 触点容量 器件在通态下可以处理的电压和电流 断态输出端子电压(VOFF)、 通态电流(ION、IONP) 最大允许触点功率 器件可以正确开关的功率上限 输出功率耗散(PO) 最大允许触点电压 最大开路电压 要求根据工作负载和电流降额 断态输出端子电压(VOFF) 最大允许触点电流 触点可以处理的最大电流 要求根据工作负载和电压降额 通态电流(ION、IONP) 机械继电器与光继电器电气特性比较(续) 机械继电器特性 说明 光继电器等效特性 最大允许触点电流 触点可以处理的最大电流 要求根据工作负载和电压降额 通态电流(ION、IONP) 开关 (时间) 特性 工作时间 电源加到线圈直到触点闭合的时间(不包括回跳时间) 导通时间(tON) 释放时间 电源从线圈移除直到触点返回到其初始位置的时间(不包括 回跳时间) 关断时间(tOFF) 使用寿命 机械寿命 继电器在触点无负载时可经受的最小工作周期数 LED寿命数据 电气寿命 继电器在触点有指定负载时可经受的最小工作周期数 LED寿命数据 工作温度 继电器工作的环境温度 工作温度(Topr) 术语1 绝对最大额定值:工作期间即使是瞬间也不能超过的最大值 术语 符号 描述 绝对最大额定值 --- 工作期间即使是瞬间也不能超过的最大值.未指定温度条件时,Ta=25℃. 输入LED正向电流 IF 可以在LED正向连续流动的额定电流 LED峰值正向电流 IFP 可以在LED正向瞬间流动的额定电流 输入正向电流降额 ΔIF/ΔTa 最大允许输入正向电流随环境温度的变化率 LED反向电压 VR 可以在阴极和阳极之间施加的额定反向电压 结温 Tj LED的结点部分可以允许的温度 输出断态输出端子电压 VOFF 关断状态下可在MOSFET的输出引脚之间施加的额定电压.在交流的情况下,其被称为Vpeak. 通态电流 ION 导通状态下可以在MOSFET的输出引脚之间流动的额定电流(对于交流情况,其是峰值电流) 导通电流降额 ΔION/ΔTa 最大导通电流随环境温度的变化率 通态脉冲电流 IONP 导通状态下可在MOSFET的输出引脚之间瞬时流动的额定电流(100ms、占空比=1/10) 结温 Tj 光电探测器的结点部分可以允许的温度 术语1(续) 术语 符号 描述 隔离电压 BVS 输入和输出之间在指定电压值下的隔离电压(高压) 环境温度 Ta 光继电器使用环境的环境温度 储存温度 Tstg 在未工作情况下可以将器件存放的环境温度范围 引线焊接温度 --- 在不损失功能的情况下可以对器件引脚进行焊接的额定温度 绝对最大额定值:工作期间即使是瞬间也不能超过的最大值 术语2 电气特性 术语 符号 描述 输入LED正向电压 VF 在特定正向电流额定值下,LED阳极和阴极之间的电压降 反向电流 IR LED反向(从阴极到阳极)流动的漏电流 电容(LED) CT LED的阳极和阴极引脚之间的静电电容 LED触发电流 --- 改变输出端子初始状态........