Dwukanałowy przekaźnik półprzewodnikowy

Dwukanałowy przekaźnik półprzewodnikowy

Zaprezentowany w artykule dwukanałowy moduł przekaźnika optycznego MOS znajdzie zastosowanie w układach sterowania i sygnałowych, gdzie szczególnie zależy nam na szybkim przełączaniu, trwałości elementu stykowego, zapewnieniu izolacji galwanicznej oraz ograniczeniu poboru mocy przez element wykonawczy.

Podstawowe parametry:
  • 2 kanały z izolacją galwaniczną,
  • wysoka trwałość elementu załączającego,
  • duża szybkość działania i niewielki pobór mocy,
  • pracuje poprawnie zasilany napięciem 3,0...5,5 V,
  • brak odporności na przeciążenia zarówno elektryczne, jak termiczne.

Schemat modułu został pokazany na rysunku 1. Składa się on z dwóch identycznych kanałów. Bramki U1 i U2 typu LVC1G06 buforują wejścia układu oraz sterują przekaźnikami MOS IS1 i IS2, diody LD1 i LD2 sygnalizują wysterowanie przekaźników. W modelu zastosowano przekaźniki z obniżoną rezystancją załączenia typu G3VM-61DR1 (Omron) zdolne do przełączania prądu do 3 A, przy napięciu szczytowym 60 V, w temperaturze 25°C. Wyjścia IS1, IS2 są zabezpieczone transilami TVS1, TVS2 typu SMAJ48CA i są wyprowadzone na złącza OUT1 i OUT2. Sygnały sterujące oraz zasilanie doprowadzone są do złącza IN. Moduł pracuje poprawnie zasilany napięciem 3,0...5,5 V, co zapewnia bezproblemową pracę z większością zestawów uruchomieniowych.

Rysunek 1. Schemat modułu przekaźników MOS

Montaż i uruchomienie

Minimoduł zmontowany jest na dwustronnej płytce drukowanej, której schemat pokazano na rysunku 2. Montaż nie wymaga opisu, należy zwrócić uwagę na zachowanie ostrożności podczas lutowania, gdyż przekaźnik półprzewodnikowy jest elementem MOS i jest czuły na ładunki ESD. Układ zmontowany ze sprawnych elementów nie wymaga uruchamiania, należy tylko sprawdzić poprawność przełączania.

Rysunek 2. Schemat płytki PCB

W zależności od współpracującego obciążenia typ przekaźnika oraz diodę zabezpieczającą można dobrać według tabeli 1. W modelu jest to zestaw G3VM-61DR1 i SMAJ48V zapewniający współpracę z obciążeniami zasilanymi napięciem do 48 V przy maksymalnym przełączanym prądzie do 3 A.

Przekaźniki półprzewodnikowe

W przypadku zastosowań przekaźników półprzewodnikowych oprócz ich oczywistych zalet, należy też pamiętać o kilku wadach, z których największą jest brak odporności na przeciążenia zarówno elektryczne, jak termiczne. O ile przekaźniki stykowe bez problemu znoszą nawet większe przeciążenia napięciowe i prądowe (np. prądy impulsowe przy rozruchu), które w najgorszym przypadku degradują styki i znacząco zmniejszają trwałość, o tyle przekaźnik półprzewodnikowy nawet przy niewielkim krótkotrwałym przeciążeniu ulegnie nieodwracalnemu uszkodzeniu. Pozostaje dobór zewnętrznych, odpowiednio szybkich zabezpieczeń lub praca z dużym marginesem obciążenia.

Drugą znaczącą wadą jest silna zależność parametrów przekaźnika od temperatury. W zależności od jej wartości należy mocno zredukować prąd obciążenia, np. dla przekaźnika G3VM-61DR1 zależność pokazano na rysunku 3.

Rysunek 3. Zależność redukcji prądu obciążenia od temperatury otoczenia

Niestety w rzeczywistości w zasadzie trudno liczyć na osiągnięcie parametrów przekaźnika deklarowanych przez producenta. Należy pamiętać, że straty zarówno w oświetlaczu, jak i w samych elementach kluczujących MOS nie są pomijalne i będą dodatkowo utrudniać utrzymanie niskiej temperatury układu. Przykładową zależność spadku napięcia od prądu przewodzenia klucza pokazano na rysunku 4.

Rysunek 4. Charakterystyka spadku napięcia na elemencie wykonawczym

Podsumowanie

Przy wspomnianych wadach ostatnia, jaką jest różny czas załączenia i wyłączenia klucza, wydaje się w większości układów problemem nieistotnym. Pomimo to, mając świadomość, że opisany moduł przeznaczony jest do zastosowań w obwodach sterowania, a nie wykonawczych i nie służy do przełączania dużych mocy, z jakimi kojarzone są przekaźniki półprzewodnikowe, warto zapoznać się z tymi elementami. Dla osób zainteresowanych tematyką przekaźników półprzewodnikowych polecam artykuły w EP 12/21 [1], noty katalogowe rodziny G3VM-K302-E1-02.pdf oraz dokument Common Precautions for All MOS FET Relays.pdf [2] firmy Omron.

Adam Tatuś, EP

  1. http://bit.ly/3IWfxNU
  2. https://bit.ly/3IZalJr
Wykaz elementów:
Rezystory: (SMD0603, 1%)
  • R1, R4: 470 kΩ
  • R2, R5: 200 Ω
  • R3, R6: 1 kΩ
Kondensatory:
  • C1, C2: 0,1 μF 10 V (SMD0603)
Półprzewodniki:
  • IS1, IS2: G3VM-61DR1 przekaźnik optyczny MOS (DIP4 SMD)
  • LD1, LD2: dioda led (SMD0603)
  • TVS1, TVS2: transil SMAJ48CA (SMB)
  • U1, U2: 74LVC1G06DCK (SMD SC70-5)
Pozostałe:
  • OUT1, OUT2: złącze DG 3,5 mm, 2 piny
Artykuł ukazał się w
Elektronika Praktyczna
marzec 2023
DO POBRANIA
Materiały dodatkowe

Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik marzec 2024

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio marzec - kwiecień 2024

Świat Radio

Magazyn krótkofalowców i amatorów CB

Automatyka, Podzespoły, Aplikacje marzec 2024

Automatyka, Podzespoły, Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna marzec 2024

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Elektronika dla Wszystkich kwiecień 2024

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów