Твердотельные реле

Ключи с оптоэлектронной развязкой управляющих и силовых цепей получили название оптоэлектронное (твердотельное) реле. Состоит из инфракрасного светодиода, фоточувствительной схемы, и силовых ключей, выполненных на МОП или IGBT-транзисторах. Фоточувствительная схема содержит линейку фотодиодов (около 14) и схему управления затвором МОП-транзистора. При освещении светодиодом она вырабатывает напряжение около 7 вольт, необходимое для включения МОП-транзисторов.

Рис 2.16. Ключ с оптоэлектронной развязкой: а) постоянного тока; б) переменного тока.

Принцип работы твердотельного реле состоит в следующем: входной сигнал (управляющий ток) подается на светодиод. Излучение, пройдя оптический канал толщиной 0.5-3 мм из прозрачного в инфракрасном диапазоне компаунда с высокой электрической прочностью, попадает на фотодиодную матрицу (около 14 фотодиодов) и создает в матрице фото-ЭДС около 7 вольт, необходимое для включения МОП-транзисторов. Затвор МОП-транзистора имеет емкость сотни пикофарад, которая заряжается фототоком всего лишь несколько мкА. Что и объясняет относительно невысокое быстродействие (около 1 мс). Наведенное напряжение подается на схему управления (разряда), которая в свою очередь формирует необходимый сигнал для управления выходным ключевым каскадом, обеспечивает защиту затвора выходного МОП-ключа и быстрый разряд входной емкости, когда через входной светодиод перестанет протекать прямой ток.

Благодаря оптической развязке между входной управляющей цепью и выходным каскадом достигается полная гальваническая развязка по напряжению между входом и выходом до 4000 В в зависимости от типа прибора.

Выходные каскады практически всех твердотельных реле построены с МОП и IGBT-ключами, цепи управления которых имеют малое потребление. Для коммутации постоянного тока достаточно одного МОП-транзистора (рис 2.16а). Выходной ключ на основе сдвоенного транзистора (рис. 2.16б) обеспечивает двунаправленное переключение нагрузки и допускает работу с переменным током. Для обеспечения проводимости полуволны обратной полярности параллельно каждому транзистору включен диод.