Оптореле схемы включения. Оптореле в схемах на микроконтроллере. Параметры и особенности работы оптопар

Answer

Lorem Ipsum is simply dummy text of the printing and typesetting industry. Lorem Ipsum has been the industry"s standard dummy text ever since the 1500s, when an unknown printer took a galley of type and scrambled it to make a type specimen book. It has survived not only five http://jquery2dotnet.com/ centuries, but also the leap into electronic typesetting, remaining essentially unchanged. It was popularised in the 1960s with the release of Letraset sheets containing Lorem Ipsum passages, and more recently with desktop publishing software like Aldus PageMaker including versions of Lorem Ipsum.

Устройство проверки оптореле своими руками

На днях мне понадобилось проверить оптореле в больших количествах. Собрав данный тестер твердотельных реле за пол часа, из минимума деталей, я сэкономил большое количество времени на проверке оптопар.

Многих начинающих радиолюбителей интересует как проверить оптопару. Такой вопрос может возникнуть от незнания устройства данной радиодетали. Если рассматривать поверхносто, то твердотельное оптоэлектронное реле состоит из входного элемента – светодиода и оптической развязки, которая переключает цепь.

Данная схема для проверки оптопары до элементарного проста. Она состоит из двух светодиодов и источника питания 3в – батарея CR2025. Красный светодиод выполняет роль ограничителя напряжения и, одновременно, является индикатором работы светодиода оптопары. Зеленый светодиод служит для индикации срабатывания выходного элемента оптопары. Т.е. если оба светодиода светятся, то проверка оптопары прошла успешна.

Процесс проверки оптореле сводится к установке его в соответствующей части панельке. В данном тестере твердотельных реле можно проверять оптопары в корпусе DIP-4, DIP-6 и сдвоенные реле в корпусе DIP-8.
Ниже привожу места положения оптореле в панельках тестера и свечение светодиодов соответствующие их работоспособности.

Оптореле является электронным аналогом электромеханического реле. Дискретный выход оптореле является электронным аналогом нормально разомкнутого (SPST_NO) или нормально замкнутого (SPST_NС) одиночного контакта . Нормальное состояние в приведённых терминах следует понимать как исходное состояние не засвеченного оптореле. Для оптореле и соответствующего дискретного выхода всегда оговариваются максимально допустимые напряжения и токи исполнительной цепи . По сравнению с оптроном , оптореле, как правило, применяют для коммутации относительно сильнотоковых цепей управления и сигнализации.

На рисунке выше приведена выходная часть универсального оптореле, которое можно разным способом включить как в цепь постоянного, так и в цепь переменного тока. Входная часть оптореле – это светодиод, подключенный на управляющей стороне через светопроводящую гальваническую изоляцию .

АС-подключением оптореле обычно называют подключение для цепей переменного тока, как показано на рисунке ниже. Выходная цепь АС-оптореле, как правило, двухпроводная. Такое оптореле будет работать и в цепи постоянного тока, при этом, направление тока не имеет значения. На рисунках: U - это источник напряжения, а Rн - это сопротивление нагрузки.

Трёхпроводную выходную цепь оптореле можно включить и для цепи постоянного тока, как показано на рисунке ниже. Такое DC-подключение для постоянного тока более оптимально, по сравнению с AC-подключением, поскольку обеспечивает более низкое сопротивление замкнутого состояния выходной цепи оптрона.

Неправильное подключение DC-оптореле (если на рисунке выше поменять полюса источника напряжения U) будет соответствовать постоянно замкнутому состоянию выхода оптрона, поскольку откроется защитный диод в составе оптрона, не показанный на рисунке. Однако, всегда следует учитывать предельно допустимый ток такого режима.

Данный выход относится к пассивным , поскольку он сам не передаёт электрическую энергию в выходную цепь. Этот выход изменяет своё сопротивление (высокое-низкое), а значит, он требует включения его в цепь внешнего источника напряжения или тока , чтобы получить соответствующий бинарный сигнал управления . C другой стороны, оптореле, как электронный компонент, является активным , поскольку требует притока энергии для своей работы.

Типичное время срабатывания оптореле составляет единицы миллисекунд. В течение времени срабатывания оптореле происходит переходный процесс изменения выходного сопротивления оптореле, и в течение этого времени оптореле может рассеивать большую мощность при большом токе в цепи управления. Чтобы не перегреть оптореле, при управлении не следует допускать слишком малые временные интервалы переключения -- меньшие или сравнимые с временем срабатывания .

Компания International Rectifier — разработчик и производитель силовой электроники с 1947 года — выпускает огромную номенклатуру оптореле для всевозможных применений. Наиболее популярные из них можно условно разделить на следующие группы:

• Быстродействующие (PVA, PVD, PVR);

• Общего назначения (PVT);

• Низковольтные средней мощности (PVG, PVN);

• Высоковольтные мощные (PVX).

PVA33: быстродействующее реле
для коммутации сигналов

Реле переменного тока серии PVA33 — однополюсное, нормально разомкнутое. Предназначено для общих целей коммутации аналоговых сигналов.

Принцип действия устройства — следующий (рис. 1). Напряжение, подаваемое на вход реле, вызывает протекание тока через арсенидо-галлиевый светодиод (GaAlAs), что приводит к интенсивному свечению последнего. Световой поток попадает на интегральный фотогальванический генератор (ФГГ), который создает разницу потенциалов между затвором и истоком выходного ключа, тем самым переводя последний в проводящее состояние. В качестве силовых выходных ключей применены силовые МОП-транзисторы (HEXFET — запатентованная IR технология). Таким образом достигается полная гальваническая изоляция входных цепей от выходных.

Рис. 1.

Преимущества подобного решения по сравнению с обычными электромеханическими и герконовыми реле состоит в значительном повышении срока службы и быстродействия, уменьшении потерь мощности, минимизации размеров. Эти преимущества позволяют повысить качество разрабатываемой продукции для различных применений, например, в области мультиплексирования сигналов, автоматического испытательного оборудования, систем сбора данных и других.

Уровень напряжений, который способен коммутировать реле этой серии, лежит в диапазоне от 0 до 300 В (амплитудное значение) как переменного, так и постоянного тока. При этом минимальный уровень определяется (при постоянном токе) сопротивлением канала выходных транзисторов, которое составляет в среднем около 1 Ом (максимально до 20 Ом).

Динамические характеристики устройства определяются временем включения-выключения, составляющим порядка 100 мкс. Таким образом, гарантированная частота переключений реле может достигать 500 Гц и более.

Максимальная частота коммутируемого сигнала зависит в основном от частотных характеристик применяемых транзисторов и для МОП-ключей достигает сотен килогерц. Реле поставляются в 8-выводных DIP-корпусах и доступны в двух вариантах: для монтажа в отверстия и для поверхностного монтажа.

PVT312: телекоммуникационное реле
общего назначения

Фотоэлектрическое реле PVT312, однополюсное, нормально разомкнутое, может быть использовано как на постоянном, так и на переменном токе.

Это твердотельное реле специально разработано для применения в телекоммуникационных системах. Реле серии PVT312L (с суффиксом «L») используют активную схему ограничения тока, что позволяет им выдерживать всплески токов переходных процессов. PVT312 выпускается в 6-контактном DIP-корпусе.

Применение: телекоммуникационные ключи, пусковые механизмы, общие схемы переключения.

Схемы подключения могут быть трех типов (рис. 2). В первом случае два ключа микросхемы подключаются последовательно. Это позволяет за счет симметрии получившийся схемы коммутировать переменное напряжение. Такая схема называется включением типа «А». Тип «В» отличается тем, что используется только один из двух ключей микросхемы. Это позволяет коммутировать больший, однако, уже только постоянный ток. В третьем варианте (тип «С») ключи подключаются параллельно, тем самым увеличивая максимально возможное значение тока.

Рис. 2.

PVG612: низковольтное реле средней
мощности для переменного тока

Фотоэлектрические реле серии PVG612 — однополярные, нормально разомкнутые твердотельные реле. Компактные устройства серии PVG612 используются для изолированного переключения токов до 1 А с напряжением от 12 до 48 В переменного или постоянного тока.

Реле этого типа интересны тем, что они способны коммутировать относительно большие (для данного типа устройств) переменные токи, при этом сохраняя скорость работы, присущую решениям на МОП-транзисторах.

PVDZ172N: низковольтное средней
мощности для постоянного тока

Реле данной серии (рис. 3), в отличие от вышеописанных, предназначены для коммутации токов только постоянной полярности силой до 1,5 А и напряжением до 60 В. Например, эти реле находят применение в управлении осветительными приборами, двигателями, нагревательными элементами и т.д.

Рис. 3.

PVDZ172N выпускаются нормально разомкнутыми в однополюсном исполнении в 8-выводных DIP-корпусах.

Остальные возможные сферы применения: аудиоаппаратура, источники питания, компьютеры и периферийные устройства.

PVX6012: для больших нагрузок

Для больших низкочастотных нагрузок компания IR предлагает фотоэлектрическое реле PVX6012 (рис. 4) (однополюсное, нормально разомкнутое). В устройстве использован выходной ключ на базе биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT), что позволило получить малое падение напряжения в открытом состоянии и низкие токи потерь в закрытом при достаточно высокой скорости работы (7 мс — включение/1мс — выключение).

Рис. 4.

PVX6012 выпускается в 14-контактном DIP-корпусе, в котором, что интересно, используется всего четыре вывода — такое решение позволяет обеспечивать лучшее охлаждение устройства.

Основные сферы применения включают в себя: тестовое оборудование; промышленный контроль и автоматизацию; замену электромеханических реле; замену ртутных реле.

PVI: фотоизолятор для внешних
ключей большой мощности

Приборы этой серии не являются реле в собственном смысле слова. То есть не способны коммутировать потоки большой энергии с помощью малой. Они лишь обеспечивают гальваническую развязку входа от выхода, откуда и их название — фотоэлектрический изолятор (рис. 5).

Рис. 5.

Зачем же нужно такое «недореле»? Дело в том, что приборы серии PVI вырабатывают при получении входного сигнала электрически изолированное постоянное напряжение, которое достаточно для непосредственного управления затворами мощных MOSFET и IGBT. Фактически это оптореле, но без выходного ключа, в качестве которого разработчик может использовать подходящий для него по мощности отдельный транзистор.

PVI идеально подходят для применений, требующих высокотокового и/или высоковольтного переключения с оптической изоляцией между схемой управления и мощными схемами нагрузки.

К тому же изолятор серии PVI1050N содержит в себе два одновременно управляемых выхода, что дает возможность подключать их последовательно или параллельно для обеспечения более высокого значения тока управления (МОП) или более высокого значения напряжения управления (БТИЗ). Таким образом фактически можно получить выходной сигнал 10 В/5 мкА при последовательном включении и 5 В/10 мкА — при параллельном.

Два выхода PVI1050N могут применяться и по отдельности, при условии что разность потенциалов между выходами не превышает 1200 В (пост.) Изоляция вход-выход составляет 2500 В (действ.).

Приборы данной серии выпускаются в 8-выводных DIP-корпусах и находят применение в организации управления мощными нагрузками, преобразователях напряжения и т.п.

PVR13: двойное быстродействующее реле

Главной особенностью данной серии является наличие двух независимых реле в одном корпусе (рис. 6), каждое из которых может быть включено по типу «А», «В», или «С» (объяснение типов см. выше в описании PVT312). Максимальное напряжение коммутации 100 В (пост./перем.), ток 300 мА. В остальном данное реле по области применения и характеристикам близко к PVA33 и предназначено также для коммутации аналоговых сигналов средней частоты (до сотен килогерц).

Рис. 6.

Выпускаются в 16-контактных DIP-корпусах с выводами для монтажа в отверстия.

Основные характеристики оптоэлектронных реле IR представлены в таблице 1.

Таблица 1. Параметры оптоэлектронных реле компании IR

Характеристики	PVA33	PVT312	PVG612N	PVDZ172N	PVX6012
Входные характеристики
Минимальный ток управления, мА	1…2	2	10	10	5
Макс. ток управления для нахождения в закрытом состоянии, мА	0,01	0,4	0,4	0,4	0,4
Диапазон управляющего тока (необходимо ограничение тока!), мА	5…25	2…25	5…25	5…25	5…25
Максимальное обратное напряжение, В	6	6	6	6	6
Выходные характеристики
Рабочий диапазон напряжения, В	0…300	0…250	0…60	0…60 (пост.)	280 (пер.)/400 (пост.)
Максимальный длительный ток нагрузки при 40°С, А	0,15	-	-	1,5	1
А соед. (пост или перем)	-	0,19	1	-	-
В соед. (пост.)	-	0,21	1,5	-	-
С соед. (пост.)	-	0,32	2	-	-
Максимальный импульсный ток, А	-	-	2,4	4	не повтор. 5 А (1 сек)
Сопротивление в открытом состоянии, не более, Ом	24	-	-	0,25	-
А соед.	-	10	0,5	-	-
В соед.	-	5,5	0,25	-	-
С соед.	-	3	0,15	-	-
Сопротивление в закрытом состоянии, не менее, МОм	10000	-	100	100	-
Время включения, не более. мс	0,1	3	2	2	7
Время выключения, не более, мс	0,11	0,5	0,5	0,5	1
Выходная емкость, не более, пФ	6	50	130	150	50
Скорость нарастания напряжения, не менее, В/мкс	1000	-	-	-	-
Прочее
Электрическая прочность изоляции «вход-выход», В (СКВ)	4000	4000	4000	4000	3750
Сопротивление изоляции, вход-выход, 90 В пост.напр., Ом	1012	1012	1012	1012	1012
Емкость «вход-выход», пФ	1	1	1	1	1
Максимальная температура пайки контактов, °С	260	260	260	260	260
Рабочая температура, °С	-40…85	-40…85	-40…85	-40…85	-40…85
Температура хранения,°С	-40…100	-40…100	-40…100	-40…100	-40…100

Применение оптоэлектронных реле IR

Системы управления. В интерфейсах АСУ одной из актуальных проблем является организация связи между управляющей и коммутируемой цепью с обеспечением надежной гальванической развязки. То есть необходимо организовать передачу информации (например, сигнала исполнительному устройству) без электрического контакта. Одними из первых устройств подобного рода были электромеханические реле, в которых информация передавалась посредством магнитного поля. Однако наличие механических частей приводило к искрению контактов и низкому быстродействию таких систем.

Применение передачи сигнала через световой поток (оптоэлектронные реле) в интерфейсах АСУ (рис. 7) по сравнению с электромеханическими коммутаторами обеспечивает более высокие показатели по надежности, скорости переключения, долговечности, лучшие массогабаритные показатели; а преимущество в сравнении с электронными коммутаторами — отсутствие общей точки и взаимного влияния цепей при коммутации.

Рис. 7.

Наличие в системе управления гальванической развязки является одним из важных свойств коммутатора, т.к. позволяет создавать отдельные потоки управления, что, в свою очередь, дает возможность обеспечивать электрическую независимость информационной и исполнительной зон системы. Оптическая гальваническая развязка изолирует микроэлектронную управляющую аппаратуру от сильноточных и высоковольтных цепей периферийных исполняющих устройств, что приводит к повышению помехоустойчивости, срока службы и снижению цены такой аппаратуры.

Рис. 8.

Еще одной необходимой функцией в измерительном оборудовании является переключение режимов работы (диапазона измерений, коэффициента усиления, вида соединения и проч.), которое ранее выполнялось механически. Например, для измерения напряжения вольтметр подключается к цепи параллельно, в то время как для измерения тока необходимо последовательное соединение измерительного оборудования с цепью. В некоторых приборах для реализации такого переключения необходимо было использовать другой вход, механически переключив измерительную линию. Это довольно неудобно в случае частой смены измеряемого параметра, поэтому применение оптоэлектронных реле может эффективно решить данную проблему, значительно увеличив удобство пользования прибором.

С другой стороны, в системах сбора данных необходимость использования оптореле часто обусловлена большой вероятностью повреждения чувствительных входных цепей измерительной аппаратуры (аналогово-цифровых и частотных преобразователей). Такой нежелательный эффект может возникать, например, в связи с большой длиной проводников от первичного преобразователя до измерительного элемента, что способствует наведению электростатических помех. Кроме того, существенное влияние могут оказать как переходные процессы во время включения/выключения аппаратуры, так и ошибки в ее использовании, например, присутствие входного сигнала большой амплитуды при пропадании напряжения питания.

Все эти факторы приводят к необходимости использования гальванической развязки. Как пример можно привести реле серии PVT312L со встроенной активной схемой подавления пульсации токов, которая может быть эффективно использована в устройствах, сопряженных с длинными проводниками или работающих в сложных электромагнитных условиях (проводные системы экологического мониторинга предприятий, индустриальные измерительные преобразователи).

Телекоммуникации. Применение оптореле в области связи также является перспективным направлением. Есть несколько уникальных функций, для реализации которых можно эффективно использовать преимущества оптореле. Сюда относятся гальваническая развязка между модемом и телефонной линей для предотвращения повреждений, связанных с электростатическими (в т.ч. грозовыми) разрядами; реализации специфических функций телефонного оборудования (импульсный и тоновый набор, подключение и определение состояния линии) и т.п.

Заключение

В последние годы наблюдается тенденция к постоянному росту спроса на оптоэлектронные реле компании IR. Главными потребителями твердотельных реле являются промышленные гиганты нашей страны — приборостроительные и транспортные предприятия, крупные государственные корпорации Ростелеком, Росатом, РЖД. Производители ценят удобство и высокие технические характеристики реле компании IR для индустриального применения.

С другой стороны, постоянно растут требования к надежности радиоэлектронной аппаратуры со стороны военной и авиакосмической промышленности. Вопрос очень актуальный, который требует конкретных технических решений, которые позволят понизить отказы техники в процессе эксплуатации. Ни у кого из специалистов не вызывает сомнения, что твердотельные реле способны повысить надежность аппаратуры специального назначения.

Оптореле 220 В/10 A Nf249

В последние годы на смену обычных электромагнитных реле приходят оптоэлектрон-ные твердотельные реле (оп-тореле). Оптореле представляют собой сильноточные ключи с гальванической развязкой между входами управления и нагрузкой и предназначены для коммутации нагрузки в цепях переменного и постоянного тока.

Преимущества оптореле очевидны. Это малый ток управления, отсутствие электромагнитных помех при коммутации нагрузки, высокое напряжение изоляции, широкий диапазон рабочих температур. Кроме того, малые габариты и большая надежность (наработка на отказ) делают их очень удобными в различных применениях.

Предлагаемый набор NF249 МАСТЕР КИТ позволит радиолюбителю собрать современное, простое и надежное оптическое коммутационное устройство: оптореле.

Набор также будет интересен и полезен при знакомстве с основами электроники и полу-

чении опыта сборки и настройки устройств.

ТЕХНИЧЕСКИЕ

ХАРАКТЕРИСТИКИ

ОПТОРЕЛЕ

Общий вид устройства представлен на рис. 1, схема электрическая принципиальная —на рис. 2.

ОПИСАНИЕ РАБОТЫ

ОПТОРЕЛЕ

Принципиальная электрическая схема приведена на

рис 2.

Принцип работы твердотельного реле состоит в следующем: входной сигнал (управляющий ток) через диод D1 подается на светодиод. Излучение, пройдя некоторое расстояние в корпусе реле (МОС3041), попадает на фотодиодную матрицу (фотоэлектрический генератор). Падающее излучение создает в фотодиодной матрице фото-

ЭДС. Наведенное напряжение подается на схему управления, которая в свою очередь формирует необходимый сигнал для управления выходным ключевым каскадом, обеспечивает защиту затвора выходного МОП-ключа, обеспечивает быстрое выключение ключа. Силовой ключ реализован на элементах С1, С2, R2, R3, и симисторе TR1. Резистор R1 ограничивает ток через свето-диод оптореле.

КОНСТРУКЦИЯ

Конструктивно устройство выполнено на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита с размерами 52x38 мм. Конструкция предусматривает установку платы в корпус, для этого по краям платы имеются монтажные отверстия под винты 03 мм.

ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К МОНТАЖУ И СБОРКЕ

НАБОРА

Все входящие в набор компоненты монтируются на печатной плате методом пайки.

Не используйте паяльник мощностью более 25 Вт.

Для предотвращения отслаивания токопроводящих дорожек и перегрева элементов, время пайки одного контакта не должно превышать 2-3 с.

ПОРЯДОК СБОРКИ

Проверьте комплектность набора согласно перечню элементов (табл. 1).

Таблица 1. Перечень элементов

Позиция	Наименование	Примечание	Кол-во
С1, С2	0,01 мкФ (500) B	Керамический конденсатор
	500 Ом	Зеленый, черный, коричневый
R2, R3	470 Ом	Желтый, фиолетовый, коричневый
	МОС3041	Оптореле
	1N4001	Диод
	ВТА12-600В	Симистор
		Контакты штыревые
		Припой с каналом канифоли	0,25 м
		Радиатор
	FT188	Печатная плата 52x38мм

Отформуйте выводы радиоэлементов.

Установите все детали согласно рис. 3 в следующей последовательности: сначала резисторы R1...R3, диод D1, колодку для оптореле, конденсаторы С1, С2, штыревые контакты, затем симистор TR1, предварительно установив его на радиатор.

Установите оптореле DA1 в колодку. При установке активных элементов (микросхема DA1, диод D1, симистор TR1) соблюдайте их полярность. Промойте плату от остатков флюса этиловым или изопро-пиловым спиртом. Подключите провода для управляющего напряжения и провода нагрузки.

ПОРЯДОК НАСТРОЙКИ

Правильно собранное устройство не требует настройки. Однако перед его использованием необходимо проделать несколько операций: проверьте правильность установки микросхемы DA1 и диода D1 и правильность подключения источника управляющего напряжения. Подключите нагрузку, например, лампу накаливания напряжением 220 В, рассчитанную на мощность 100 Вт, как показано на рис. 3.

При подаче управляющего напряжения (5.15 В) лампа накаливания должна засветиться.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Чтобы сэкономить время и избавить вас от рутинной работы по поиску необходимых компонентов и изготовлению печатных плат, МАСТЕР КИТ предлагает набор NF249: «Оптореле». Набор состоит из заводской печатной платы, всех необходимых компонентов и подробной инструкции по сборке и эксплуатации.

Более подробно ознакомиться с ассортиментом нашей продукции можно с помощью каталога «МАСТЕР КИТ-2005» и на нашем сайте: www. masterkit.ru , где представлено много полезной информации по электронным наборам, блокам и модулям МАСТЕР КИТ, приведены адреса магазинов, где их можно купить. Наш ассортимент постоянно расширяется и дополняется новинками, созданными с использованием новейших достижений современной электроники.

Наборы МАСТЕР КИТ

можно купить в магазинах радиодеталей вашего города.

Поскольку оптоэлектронные реле появились на рынке существенно позже электромеханических, то какое-то время они рассматривались в перспективе как неизбежная замена электромеханических на все случаи жизни. Почти наверняка это не так, и те, и другие реле имеют свои ниши на рынке электронных компонентов. Но оптореле оказались свободными от ряда существенных недостатков, которые объективно сопутствуют реле электромеханическим. Следовательно, в тех приложениях, где эти недостатки были критичными, оптоэлектронные реле вытесняли электромеханические.

Коротко рассмотрим эти недостатки:

1. Срок эксплуатации. В электромеханических реле замыкание и размыкание коммутируемой цепи происходит за счет изгиба миниатюрной металлической пластины под действием электромагнитного поля, возникающего при протекании тока через обмотку возбуждения (цепь управления). С течением времени механические свойства пластины изменяются. Поэтому срок службы электромеханических реле ограничен не столько временем, сколько режимом работы, а именно, суммарным количеством переключений. В зависимости от типа реле и параметров коммутируемых сигналов количество переключений оценивалось как 105…107. Коммутируемая цепь оптоэлектронных реле механических частей не имеет, следовательно, и параметр «количество переключений» не имеет практического смысла.

2. В процессе эксплуатации электромеханических реле электрохимические характеристики контакта меняются (контакт «пригорает»), и сопротивление замкнутого контакта в течение срока службы может существенно изменяться. У оптореле этот параметр практически не меняется (при одинаковых условиях эксплуатации).

3. Для электромагнитных реле характерен дребезг контактов, то есть неоднократное замыкание-размыкание контакта при переключении. Это, во-первых, увеличивает уровень электромагнитных помех в аппаратуре, а во-вторых, может потребовать дополнительных антидребезговых мер (например, в счетных схемах).

4. В электромагнитных реле возможно нештатное замыкание контактов под действием ударных или вибрационных воздействий. Отсутствие механических подвижных контактов в оптореле делает их более устойчивыми к таким воздействиям.

5. Поскольку переключение в электромагнитных реле происходит под воздействием электромагнитного поля, возможны нештатные срабатывания от внешних электромагнитных полей. Это приводит к необходимости дополнительных конструктивных мер, например, разнесению соседних реле на безопасное расстояние, экранирование и т.д.

6. Для электромагнитных реле неизбежен акустический шум от срабатывания контактов в процессе работы.

Кроме того:

7. В оптоэлектронных реле значение тока в цепи управления, необходимое для замыкания коммутируемой цепи, значительно меньше, чем в электромагнитных реле. Следовательно, применение оптореле в цифровых схемах заметно упрощается.

8. Для оптореле, в общем случае, характерно значительно меньшее время срабатывания (замыкания и размыкания).

9. При прочих равных условиях, для оптоэлектронных реле характерны меньшие вес, габариты и площадь, занимаемая на печатной плате.

Технология оптоэлектронных реле
International Rectifier

Оптоэлектронное реле International Rectifier, структура которого представлена на рисунке 1, включает в себя три основных функциональных узла: управляющую цепь, матрицу фотогальванических ячеек и выходной ключ.

Рис. 1.

Управляющая цепь содержит светодиод, преобразующий протекающий через него ток в инфракрасное излучение. Инфракрасный свет, пройдя некоторое расстояние в корпусе реле, попадает на матрицу фотогальванических ячеек, каждая из которых преобразует попадающий на нее свет в напряжение, которое, в свою очередь, управляет элементом, замыкающим выходной ключ.

Если ток через цепь управления не протекает, то светодиод не излучает свет, фотогальваническая матрица не формирует напряжение и выходной ключ размыкает цепь коммутации.

В оптореле переменного тока в качестве выходного ключа используется симистор. Характерной особенностью приборов данного типа является то, что размыкание выходного ключа происходит в тот момент, когда напряжение в коммутируемой цепи проходит через ноль. Поэтому применение реле на симисторах в цепях постоянного тока весьма затруднительно.

В оптореле постоянного тока в качестве выходного ключа используется одиночный биполярный или МОП-транзистор.

В универсальных оптореле (коммутирующих как постоянный, так и переменный ток) в качестве ключа используется пара МОП- или IGBT-транзисторов, соединенных истоками.

В линейке International Rectifier отсутствуют оптоэлектронные реле на симисторах. В отличие от симисторных, ключи на МОП-транзисторах характеризуются практически линейной зависимостью падения напряжения на открытом ключе от тока в нагрузке (IL) или, другими словами, постоянством сопротивления замкнутого ключа. В качестве выходного ключа используются или полевые МОП-транзисторы, выполненные по технологии HEXFET (запатентованной International Rectifier), или биполярные транзисторы с изолированным затвором — IGBT. Сдвоенные МОП-транзисторы, используемые в универсальных оптореле, получили название BOSFET.

Варианты подключения оптоэлектронных реле

Отметим, что International Rectifier выпускает только однополюсные нормально разомкнутые оптореле (иначе Form A), поэтому все варианты подключений относятся именно к этому типу реле.

В общем случае оптоэлектронные универсальные реле имеют 5 задействованных контактов: 1 — плюс цепи управления, 2 — минус цепи управления, 4 — сток транзистора 1, 5 — общий исток транзисторов 1 и 2, 6 — сток транзистора 2.

Применяются три типа подключения, представленные на рисунке 2.

Рис. 2.

Подключение A используется для коммутации нагрузки переменного или постоянного тока. В этом случае ток течет через канал «сток-исток» одного транзистора и объемный диод стока второго. При изменении направления тока в нагрузке, соответственно меняется и направление тока в паре транзисторов. Если общий исток не выведен на внешний вывод реле, то это подключение остается единственно возможным (серия PVA).

Подключение B используется для коммутации нагрузки только постоянного тока. В этом случае ток течет через канал «сток-исток» одного транзистора, а второй транзистор не задействован.

Подключение C также используется для коммутации нагрузки только постоянного тока. В этом случае стоки пары транзисторов объединяются внешней перемычкой. Тогда ток протекает через каналы «сток-исток» двух транзисторов одновременно, а сопротивление замкнутого контакта снижается примерно вдвое.

Линейка оптоэлектронных реле International Rectifier

Если рассматривать линейку оптоэлектронных реле International Rectifier на МОП-транзисторах, то можно определить три основные группы:

1. Быстродействующие — время переключения не превышает 200 мкс. Сюда входят серии PVA, PVD и PVR.

2. Низковольтные мощные — величина тока в коммутируемой цепи от 1 А, при сопротивлении замкнутого контакта менее 0,5 Ом. Это серии PVG и PVN.

3. Общего назначения — время включения от 2 мс и более, коммутируемая мощность — до 150 Вт. Главным образом, это серия PVT.

Оптоэлектронные реле серии PVA

Серия PVA — однополюсные, нормально разомкнутые оптореле. В качестве выходного ключа используются BOSFET-транзисторы. Целевое назначение — коммутация аналоговых сигналов постоянного и переменного тока. Все модификации выпускаются в корпусах с двухрядным расположением выводов: с суффиксом NS — для поверхностного монтажа (SMT-8), с суффиксом N — для выводного монтажа (DIP-8). Вариант подключения — только А, поскольку общий исток транзисторов на внешний вывод корпуса не выведен. Технические характеристики представлены в таблице 1.

Таблица 1. Технические характеристики оптореле серии PVA

Модель	«Рабочее напряжение, В»		«Ток нагрузки, мА»	Сопротив-ление Ron, Ом	Сопротив-ление Roff, Мом	«Ток управ-ления, мА»	«Напряжение изоляции, В»	«Задержка рас-пространения, мкс»
	(+)	(-)						Ton	Toff
PVA1352	100	100	375	5	100	5	4000	150	125
PVA1354	100	100	375	5	10 000	5	4000	150	125
PVA2352	200	200	150	24	100	5	4000	100	110
PVA3054	300	300	50	160	10 000	5	4000	60	100
PVA3055	300	300	50	160	100 000	5	4000	60	100
PVA3324	300	300	150	24	10 000	2	4000	100	110
PVA3354	300	300	150	24	10 000	5	4000	100	110

Несомненное достоинство серии — высокое быстродействие. У PVA30xx оно наивысшее, но эти реле имеют весьма высокое сопротивление замкнутого контакта и, как следствие, большое падение напряжения (до 8 В) на замкнутом контакте.

Оптоэлектронные реле серии PVD

Серия PVD является аналогом реле PVA1352 и PVA1354 с заранее реализованным вариантом подключения C (то есть, не одиночный транзистор, а именно BOSFET в подключении С). Технические характеристики серии PVD представлены в таблице 2.

Таблица 2. Технические характеристики оптореле серии PVD

Модель	Рабочее напряжение, В	Ток нагрузки, мА	Сопротив-ление Ron, Ом	Сопротив-ление Roff, Мом	Ток управ-ления, мА	Напряжение изоляции, В	Задержка распространения, мкс
							Ton	Toff
PVD1352	100	550	1,5	100	5	4000	150	125
PVD1354	100	550	1,5	10 000	5	4000	150	125

Оптоэлектронные реле серии PVR

По техническим характеристикам и области применения данные устройства весьма близки к оптоэлектронным реле PVAx3xx и являются их дальнейшим развитием. Основные отличия:

• выпускаются только в корпусах для выводного монтажа (DIP-16);
• в одном корпусе собрано два независимых, однополюсных реле;
• общий исток BOSFET-транзисторов выведен на внешний вывод, следовательно, возможна реализация не только подключения по схеме А, но и по схемам B и C.

Технические характеристики серии PVR представлены в таблице 3.

Таблица 3. Технические характеристики оптореле серии PVR

Модель	Рабочее напряжение, В		Ток нагрузки, мА			Сопротивление Ron, Ом			Сопротив-ление Roff, Мом	Ток управления, мА	Напряжение изоляции, В	Задержка рас-пространения, мкс
	(+)	(-)	(A)	(B)	(C)	(A)	(B)	(C)				Ton	Toff
PVR1300	100	100	360	420	660	5	3	1,5	100	2	1500	150	125
PVR1301	100	100	360	420	660	5	3	1,5	10000	2	1500	150	125
PVR2300	200	200	165	180	310	24	12	6	100	2	1500	150	125
PVR3300	300	300	165	180	310	24	12	6	100	2	1500	150	125
PVR3301	300	300	165	180	310	24	12	6	10000	2	1500	150	125

Обратим внимание на тот факт, что сдвоенные оптоэлектронные реле, аналогичные PVR, иногда ошибочно обозначают как "2 Form A". Различные управляющие цепи однозначно относят их к "Double 1 Form A". Однако если управляющие цепи включить параллельно, то получим аналог типа "2 Form A" электромагнитных реле.

Оптоэлектронные реле серии PVG

Серия PVG — однополюсные, нормально разомкнутые оптореле, с возможностью включения по схемам A, B и C. Реле предназначены для коммутации аналоговых сигналов с напряжением до 60 В. Все модификации выпускаются в корпусах с двухрядным расположением выводов: с суффиксом S — для поверхностного монтажа (SMT-6), без суффикса — для выводного монтажа (DIP-6).

Технические характеристики серии PVG представлены в таблице 4.

Таблица 4. Технические характеристики оптореле серии PVG

Модель	Рабочее напряжение, В		Ток нагрузки, мА			Сопротивление Ron, Ом			Сопротив-ление Roff, Мом	Ток управления, мА	Напряжение изоляции, В	Задержка рас-пространения, мкс
	(+)	(-)	(A)	(B)	(C)	(A)	(B)	(C)				Ton	Toff
PVG612	60	60	1000	1500	2000	0,5	0,25	0,15	100	5	4000	2000	500
PVG612A	60	60	2000	2500	4000	0,1	0,05	0,035	60	5	4000	3500	500
PVG613	60	60	1000	1500	2000	0,5	0,25	0,15	4800	5	4000	2000	500

Отличительная особенность оптореле этой серии — высокие токи нагрузки в сочетании с достаточно малым сопротивлением замкнутого контакта, что обеспечивает весьма приемлемые значения падения напряжения на контакте. Основные области применения: источники и системы коммутации вторичного электропитания, компьютеры, периферийные устройства и аудиотехника, выходные реле программируемых логических контроллеров и подобные приложения промышленной автоматики. Незначительное падение напряжения на контакте позволяет использовать реле этой серии также в измерительных системах.

Отметим появление суффикса "A" — за счет увеличения времени срабатывания снижено сопротивление замкнутого контакта, что позволило увеличить ток при примерно равном значении рассеиваемой на контакте мощности.

Оптоэлектронные реле серии PVN

Серия PVN является модификацией серии PVG. Снижение рабочего напряжения до 20 В позволило увеличить ток нагрузки и снизить сопротивление замкнутого контакта. Эти оптореле — лучшие в линейке International Rectifier по данным параметрам и, соответственно, обеспечивают минимальные значения падения напряжения на контакте. Корпусное исполнение серии PVN аналогично серии PVG.

Технические характеристики серии PVN представлены в таблице 5.

Таблица 5. Технические характеристики оптореле серии PVN

Модель	Рабочее напряжение, В		Ток нагрузки, мА			Сопротивление Ron, Ом			Сопротив-ление Roff, Мом	Ток управ-ления, мА	Напряжение изоляции, В	Задержка распространения, мкс
	(+)	(-)	(A)	(B)	(C)	(A)	(B)	(C)				Ton	Toff
PVN012	20	20	2000	3000	4500	0,1	0,065	0,04	16	3	4000	5000	500
PVN012A	20	20	4000	4500	6000	0,05	0,025	0,015	н.д.	5	4000	3000	500
PVN013	20	20	2000	3000	4500	0,1	0,065	0,04	н.д.	3	4000	5000	500

Возможные области применения аналогичны серии PVG, но указанные отличия более значимы именно для систем коммутации электропитания и измерительных систем.

Оптоэлектронные реле серии PVT

Серия PVT позиционируется производителем как оптореле для телекоммуникационных приложений (отсюда и буква "T"). Но логичнее сформулировать все-таки как «оптореле общего назначения».

Технические характеристики серии PVT представлены в таблице 6.

Таблица 6. Технические характеристики оптореле серии PVT

Модель	Рабочее напряжение, В		Ток нагрузки, мА			Сопротивление Ron, Ом			Сопротив-ление Roff, Мом	Ток управ-ления, мА	Напряжение изоляции, В	Задержка рас-пространения, мкс
	(+)	(-)	(A)	(B)	(C)	(A)	(B)	(C)				Ton	Toff
PVT212	150	150	550	600	825	0,75	0,4	0,25	150	5	4000	3000	500
PVT312	250	250	190	210	320	10	5,5	3	250	2	4000	3000	500
PVT312L	250	250	170	190	300	15	8	4,25	250	2	4000	3000	500
PVT322	250	250	170	-	-	10	-	-	250	2	4000	3000	500
PVT322A	250	250	170	-	-	8	-	-	250	2	4000	3000	500
PVT412	400	400	140	150	210	27	14	7	400	3	4000	2000	500
PVT412A	400	400	240	260	360	6	3	2	400	3	4000	3000	500
PVT412L	400	400	120	130	200	35	18	9	400	3	4000	2000	500
PVT422	400	400	120	-	-	35	-	-	320	2	4000	2000	2000

Какой вывод мощно сделать из приведенных параметров? Что-то среднее — «золотая середина». Трудно спорить, что основные параметры оптореле: рабочее напряжение, ток нагрузки, время переключения, сопротивление замкнутого контакта, — составляют нечто постоянное. И если решаемая задача определяет повышенные требования к одному из параметров, то это достигается за счет одного или нескольких оставшихся.

Производитель предлагает области применения: модемы, факсы, телефонные аппараты (поднятие трубки, импульсный набор), коммутаторы и мультиплексоры телефонных линий, контроль сетевого напряжения и, как итог, "general switching" — «коммутация в целом».

Возвращаясь к серии PVT — изделия PVT322 и 422 (по всем суффиксам) содержат два независимых реле в одном корпусе. Однако размещение их в 8-выводном корпусе не позволяет вывести общий исток, следовательно, возможно включение только по схеме А. Отметим, что в серии PVR использовался 16-выводной корпус, и подобное ограничение отсутствовало.

Новый суффикс "L" означает введение дополнительных схем ограничения тока: при превышении тока выше порогового уровня увеличивается сопротивление контакта и ток снижается, что не препятствует выходу реле из строя.

Оптоэлектронное реле PVX6012

Оптоэлектронное реле PVX6012 — единственное в линейке изделие, в котором в качестве выходного ключа используются IGBT-транзисторы. Это позволяет коммутировать нагрузку мощностью до 400 Вт на постоянном токе и до 280 Вт — на переменном. Технические параметры приведены в таблице 7.

Таблица 7. Технические характеристики оптореле PVX6012

Модель	Рабочее напряжение, В		Ток нагрузки, мА		Сопротив-ление Roff, Мом	Ток управления, мА	Напряжение изоляции, В	Задержка распространения, мкс
	(AC)	(DC)	(AC)	(DC)				Ton	Toff
PVX6012	400	400	1000	1000	40	5	3750	7000	1000

При применении PVX6012 необходимо иметь в виду: реле на IGBT-транзисторах коммутируют, по сравнению с HEXFET, более низкочастотные сигналы (до 20 кГц) и более критичны к параметрам нагрузки.

Кроме того, при необходимости коммутации мощной высоковольтной нагрузки могут быть использованы оптоэлектронные изоляторы серии PVI. В отличие от рассмотренных оптореле, они включают в себя цепь управления и матрицу фотогальванических ячеек (рис. 1), но не содержат встроенного выходного ключа, взамен которого подключается внешний с требуемыми параметрами.

Сравнение International Rectifier
с другими производителями

Ведущими мировыми производителями оптоэлектронных реле считаются Avago, Clare, Cosmo, Fairchild, NEC, Panasonic, Sharp, Toshiba. Детальное сравнение, а, тем более подбор аналогов, очевидно, выходит за возможности данного обзора.

Имеет смысл сравнивать по двум группам (быстродействующие, низковольтные мощные реле). Очевидно, что сравнение технических параметров реле общего назначения даст примерно одинаковые результаты. Сопоставляются компоненты близкие по величине рабочего напряжения (300 В для быстродействующие и 60 В для низковольтных мощных). После чего сравниваются три основных параметра: ток нагрузки, сопротивление замкнутого контакта и время срабатывания. Результаты сравнения приведены в таблицах 8 и 9.

Таблица 8. Сравнение быстродействующих оптореле

Модель	Произво-дитель	Рабочее напряжение, В	Ток нагрузки, мА	Сопротив-ление Ron, Ом	Ток управления, мА	Напряжение изоляции, В	Задержка распространения, мкс
							Ton	Toff
PVA3055	IR	300	50	160	5	4000	60	100
PLA160	Clare	300	50	100	10	3750	50	50
PVA3324	IR	300	150	24	2	4000	100	110
ASSR-4110-003E	Avago	400	120	25	-	3750	500	200
PLA110L	Clare	400	150	25	5	3750	1000	250
KAQY210/A	Cosmo	350	130	20	1,5	3750	1000	1500
HSR412	Fairchild	400	140	27	3	4000	-	-
PS7341C-1A	NEC	400	120	27	-	3750	550	70
AQY210EH	Panasonic	350	130	25	-	5000	-	-
TLP227G	Toshiba	350	120	35	3	3750	-	-

Таблица 9. Сравнение низковольтных мощных оптореле

Toshiba

Модель	Произво-дитель	«Рабочее напряжение, В»	«Ток нагрузки, мА»	Сопротив-ление Ron, Ом	«Ток управления, мА»	«Напряжение изоляции, В»	«Задержка рас-пространения, мкс»
							Ton	Toff
PVG612A	IR	60	2000	0,1	5	4000	3500	500
LCA715	Clare	60	2000	0,15	10	3750	2500	250
PS710A-1A	NEC	60	1800	0,1	-	1500	1000	50
AQY272	Panasonic	60	2000	0,18	-	2500	-	-
TLP3542	Toshiba	60	2500	0,1	10	2500	-	-
PVG612	IR	60	1000	0,5	5	4000	2000	500
ASSR-1510-003E	Avago	60	1000	0,5	-	3750	1000	200
LCA710	Clare	60	1000	0,5	10	3750	2500	250
KAQV212/A	Cosmo	60	400	0,83	1,5	3750	1500	1500
AQY212GH	Panasonic	60	1100	0,34	-	5000	-	-
TLP3122	60	1000	0,7	5	1500	-	-

Для оптореле PVA3055 сопоставимое изделие найдено только у Clare. Изделия, сравнимые с PVA3324, есть и у других производителей, однако по быстродействию (особенно если брать сумму TON+TOFF) они существенно уступают предложению International Rectifier.

Поскольку производители в основном не указывают, для какого варианта подключений даны параметры, принимаем вариант А, как наиболее жесткий. В качестве базы для сравнения возьмем PVG612A и PVG612 с током нагрузки, соответственно, 1 и 2 А. При сравнимом значении коммутируемой мощности для этой группы оптореле сопротивление замкнутого контакта — более важный параметр, нежели задержка срабатывания, поскольку напрямую определяет потери мощности и, соответственно, нагрев реле. В обоих случаях можно говорить о том, что предложения International Rectifier — одни из лучших. Отметим, что у Avago, Cosmo и NEC в одном, а у Fairchild в обоих случаях не нашлось сопоставимых изделий.

Выводы

Компания International Rectifier у отечественного разработчика в первую очередь ассоциируется с мощными HEXFET- и IGBT-транзисторами, микросхемами для управления силовыми приводами, стабилизаторами напряжения, решениями по управлению освещением. С оптоэлектронными реле — гораздо реже.

Однако мы убедились, что в таких товарных группах, как быстродействующие и низковольтные мощные оптореле, International Rectifier находится в числе лидеров.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail: