Dwukanałowy przekaźnik półprzewodnikowy

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