Przekaźnik półprzewodnikowy MOSFET: Idealny wybór dla aplikacji

Przekaźnik półprzewodnikowy MOSFET (SSR), czasami nazywany optycznie sprzężonym MOSFET-em, jest przełącznikiem elektrycznym o dużej mocy, który działa bez kontaktu fizycznego. W rezultacie, wykorzystuje półprzewodniki takie jak MOSFET do przełączania obciążeń elektrycznych. 

Najczęściej SSR nadają się do obsługi obciążeń sygnałowych AC i sygnałowych DC o dużej mocy. W porównaniu do przekaźników energoelektronicznych, są one bardziej wydajne ze względu na odrębne cechy. 

W dzisiejszym wpisie przedstawimy podstawy przekaźnika MOSFET z optycznym sprzężeniem. Następnie podkreślimy jego cechy, strukturę i zastosowania. Omówimy również, czym SSR różni się od MOSFET-a mocy. 

Przekaźnik półprzewodnikowy MOSFET-Struktura przekaźnika półprzewodnikowego MOSFET

SSR posiada diodę LED po stronie wejściowej, MOSFETy i diodę fotowoltaiczną (PVD), która jest skierowana w stronę diody LED, co tworzy jego strukturę. 

(LED)

Wejściowa dioda elektroluminescencyjna; gdy przez diodę przepływa prąd do przodu, wytwarza ona głównie podczerwień. Następnie światło świeci na diodę fotowoltaiczną, która później powoduje generowanie napięcia. Następnie bramka MOSFET-ów (lub matryca fotodiod) odbiera napięcie wyjściowe i sprawia, że MOSFET włącza i wyłącza prąd drenu. 

Co więcej, SSR posiada dwa typy MOSFET-ów: ON/typ zubożony i OFF/typ wzmocniony. Typ zubożony można przekształcić w przekaźnik typu B/break contact, a można to zrobić poprzez zapewnienie, że połączenie generuje ujemne napięcie bramki. I odwrotnie, możesz przekształcić typ wzmocnienia w przekaźnik typu A/Styk Make. Tutaj będziesz potrzebował połączenia, które wytwarza dodatnie napięcie bramki. 

Dodatkowo przekaźnik MOSFET ze sprzężeniem optycznym może mieć wewnętrzny sterownik napędu.

 Gdy nie ma emisji światła z diody LED, sterownik będzie funkcjonował w celu przyspieszenia wyładowań z bramek MOSFETów. Stąd sprzyja to płynnej i niezawodnej prędkości przełączania podczas pracy. Ponadto, kontroler zapewnia dobrą liniowość podczas przewodzenia i wyjątkowo wysoką charakterystykę w kierunku wstecznym i do przodu. 

Ponadto, sprzężony optycznie MOSFET posiada dwa typy struktury formowania; typ o wysokiej izolacji i typ o standardzie podstawowym. 

Wreszcie, żywica izolacyjna o wysokiej przejrzystości izoluje zarówno diodę fotowoltaiczną, jak i wejściową diodę LED po stronie wyjściowej. Ponadto, na zewnątrz znajduje się czarna osłona z żywicy, która pomaga MOSFET-owi działać stabilnie pomimo jasności otoczenia. 

Przekaźnik półprzewodnikowy MOSFET-Cechy przekaźnika półprzewodnikowego MOSFET

Cechy przekaźników półprzewodnikowych z MOSFETami są następujące;

Po pierwsze, SSR MOSFETs mogą tolerować wahania potencjału elektrycznego występujące między stroną wyjściową i wejściową. Ponadto, brak w nich chatteringu, który często pojawia się w przekaźnikach mechanicznych. W związku z tym, dwa powyższe czynniki przyczyniają się do niskiego wskaźnika awarii. 

Przekaźnik MOSFET posiada MOSFETy dla styku i fotodetektory (dla sygnału sterującego) na dwóch różnych układach. W związku z tym łatwo jest zbudować MOSFET, który może regulować duży prąd lub wysokie napięcie AC poprzez wybór wymaganych chipów MOSFET. Co więcej, chipy mają połączenie szeregowe w odwrotnym kierunku dla styku. Innymi słowy, możesz włączać i wyłączać zarówno prąd stały, jak i zmienny, jak chcesz. 

Optycznie sprzężone MOSFET-y funkcjonują z wykorzystaniem elektronów i światła; dlatego ich prędkość działania będzie zawsze dziesięciokrotnie szybsza niż przekaźników mechanicznych. Wysoka prędkość działania ma zatem zastosowanie w urządzeniach do testowania półprzewodników lub produktach wymagających wysokiej prędkości. 

Bramki logiczne CMOS często bezpośrednio napędzają MOSFET sprzężony optycznie, ponieważ po stronie wejściowej brak jest indukcji i ma niski prąd wysterowania (kilka mA). Dzięki temu będziesz miał prosty obwód zewnętrzny. Ze względu na niski pobór prądu, można stwierdzić, że SSR MOSFET jest skuteczny w takich zastosowaniach jak oszczędzanie energii w laptopach zasilanych z baterii.

SSR MOSFET nie wytwarzają hałasu podczas pracy. Dlatego nadają się w domach, zakładach i biurach, gdzie potrzebny jest niski poziom hałasu. Ponadto nie generują iskier kontaktowych. W związku z tym częstotliwość radiowa w sprzęcie audiowizualnym działa bez zakłóceń. Nie trzeba się też martwić o dodatkowe obciążenie testowanych części. 

Optycznie sprzężony MOSFET występuje w bardzo małych opakowaniach typu flat-lead i small-outline (SOP). Rozmiar i lekkość ostatecznie czynią je idealnym wyborem dla sprzętu elektronicznego. Na przykład można je zobaczyć w urządzeniach do testowania półprzewodników z montażem o dużej gęstości oraz w laptopach. 

Przekaźnik półprzewodnikowy MOSFET-Wysoka niezawodność i izolacja

Optycznie sprzężony MOSFET wykorzystuje połączenie optyczne, aby mieć pełną izolację elektryczną między wyjściem a wejściem. Ponadto mogą to być również urządzenia półprzewodnikowe, takie jak pamięci lub mikroprocesory. Dlatego też są mniej narażone na mechaniczne zużycie i degradację kontaktu mechanicznego podczas ich funkcji przełączania. 

Odporne na wibracje i wstrząsy

Optycznie sprzężone MOSFETy są wysoce odporne na wibracje i wstrząsy, ponieważ nie posiadają ruchomych części i metalowych kontaktów, które są podatne na fizyczne uszkodzenia w wyniku wibracji i wstrząsów. Dlatego nadają się do automatycznych testerów i przenośnych urządzeń audio.

Przekaźnik półprzewodnikowy MOSFET-Temperatura i liniowość

Kontaktowe MOSFET-y po stronie wyjściowej charakteryzują się wydajną liniowością w kierunku odwrotnym i postępowym. Stąd idealnie nadają się do zastosowania w minutowych wejściowych sygnałach analogowych. Ponadto, rezystancja ON w SSR MOSFETs zmienia się nieznacznie, stabilnie, w szerokim zakresie temperatur. 

Zastosowania przekaźników półprzewodnikowych MOSFET

SSR jest urządzeniem komercyjnym, które jest godne polecenia w szerokim zakresie zastosowań, takich jak;

Systemy HV lub AC,

Termostaty,

Automatyka przemysłowa budynków,

Wymiana urządzeń elektrotechnicznych (EMR),

Systemy oprzyrządowania,

Programowalne sterowniki logiczne,

UPS,

Automatyczne urządzenia testujące, oraz 

Systemy zarządzania akumulatorami. 

Przekaźnik półprzewodnikowy MOSFET-Podstawowa koncepcja pracy SSR z wykorzystaniem MOSFET-ów

Wymagane elementy do podstawowej pracy MOSFET-a obejmują;

MOSFET-y - T1 i T2,

Dioda wewnętrzna - D2 i D1,

Wejście zasilania DC,

przełącznik włączający i wyłączający MOSFET,

zasilanie AC, oraz 

obciążenie. 

W prostym projekcie wzorcowym przekaźnika półprzewodnikowego, MOSFET-y T2 i T1 są połączone tyłem do siebie z zaciskami bramki i mają złączone piny źródłowe. 

Prosty projekt referencyjny przekaźnika półprzewodnikowego MOSFET 

Następnie, D2 i D1 reprezentują MOSFETy jako wewnętrzne diody. Dalej, w razie potrzeby, można wzmocnić diody zewnętrznymi diodami równoległymi. 

Ponadto, wejściowe zasilanie DC wyzwala MOSFET ON lub czasami umożliwia stałe włączenie MOSFET podczas pracy zespołu sprzężonego optycznie. 

Wreszcie istnieją napięcia zasilania AC, które sięgają poziomu sieci GRID. Tutaj obciążenia mają połączenie szeregowe przez dwa dreny MOSFETów. 

Przekaźnik półprzewodnikowy MOSFET-Zasada działania

Pierwszy schemat działania MOSFET-u

Drugi schemat dotyczący pracy SSR

Powyższa konfiguracja ilustruje działanie MOSFETa ze sprzężeniem optycznym w następujący sposób;

Najpierw T2 i T1 znajdują się w pozycji switch ON z powodu podłączenia zasilania bramki wejściowej. 

Następnie, gdy włączysz wejście AC po stronie obciążenia, będziesz miał drugi diagram pokazujący, jak przewodzenie następuje poprzez ujemny cykl AC przez pozostałe diody, czyli D1 i T2. Z drugiej strony, na pierwszym diagramie będzie pokazane przewodzenie poprzez dodatni półproces przez pary diod D2 i T1. 

Dalej, na pierwszym schemacie, jeden półcykl AC działa przez D2 i T1, natomiast T2 jest odwrócony. Ostatecznie skutkuje to zakończeniem cyklu przez obciążenie. 

W przypadku drugiego schematu, T1 jest odwrotnie stronniczy, a następnie drugi półcykl AC przewodzi przez obciążenia D1 i T2 w przeciwnym kierunku, zatem kończy obwód. 

Podsumowując, MOSFETy T1 i T2 oraz diody D1 i D2 umożliwiają przewodzenie prądu zmiennego w obu półcyklach. W konsekwencji, obciążenie AC jest zasilane i skutecznie kończy rolę SSR. 

Różnica pomiędzy tranzystorowym przekaźnikiem MOSFET a MOSFET-em mocy

 (MOSFET mocy)

Wniosek

Podsumowując, MOSFET optycznie sprzężony włącza się i wyłącza, gdy do jego zacisków sterujących przyłożymy znaczny przekrój napięcia zewnętrznego. Działa podobnie jak przekaźnik elektromechaniczny, a jedyną różnicą są lepsze właściwości i brak części ruchomych. 

Mimo wielu zalet, stosując SSR, należy wziąć pod uwagę również jego brak odporności na chwilowe przeciążenia oraz dużą rezystancję stanu włączenia podczas jego inicjacji.

Podsumowując, mamy nadzieję, że udało Ci się zrozumieć niektóre pojęcia związane z SSR. Jeśli jednak istnieje potrzeba omówienia większej wiedzy technicznej na temat podstawowego przekaźnika MOSFET, możesz skontaktować się z nami.