ACPL-K30T采用汽車級光伏驅(qū)動器和離散式光伏驅(qū)動器mosfet形成一個光隔離的固態(tài)繼電器

簡介
固態(tài)繼電器由于其更高的可靠性、更快的開關時間、沒有開關彈跳和更小的尺寸而取代了機械繼電器。然而，一些設計者不愿從機械繼電器轉(zhuǎn)換到其固態(tài)等效器，因為一些固態(tài)繼電器具有較高的相對接通電阻和成本更高。解決這兩個問題的另一種替代方案是使用光伏驅(qū)動器和離散的mosfet的組合來形成一個固態(tài)繼電器。

有了光伏驅(qū)動器，設計者可以從廣泛的汽車級MOSFETs組合中進行選擇，來構(gòu)建滿足所需的電壓和電流額定值的光隔離固態(tài)繼電器。鑒于當今市場上MOSFETs的競爭性價格，使用一個光伏驅(qū)動器結(jié)合一個或兩個離散的MOSFETs來形成一個固態(tài)繼電器是替代機械繼電器的一個很好的選擇。

當與兩個背靠背的mosfet結(jié)合時，該組合形成了一個雙向開關。圖1所示的配置由兩個增強模式n通道MOSFET組成，形成一個1形式的a（單極，單擲，通常OFF）繼電器。配置如圖2所示，由兩個耗盡模式的n通道MOSFETs組成，形成一個1-形式的B（單極，單投，通常為ON）繼電器。

光伏驅(qū)動器的基礎建設

光伏驅(qū)動器的輸入側(cè)是一個發(fā)光二極管（LED），并使用TTL或緩沖的CMOS邏輯進行驅(qū)動。需要一個限流電阻來限制通過LED的電流。建議的輸入電流為10mA至20mA。光伏驅(qū)動器的探測器側(cè)由串聯(lián)連接的光電二極管組成。

當電流被驅(qū)動到輸入側(cè)的LED時，來自LED的光會產(chǎn)生通向為mosfet的柵極充電的光電二極管串的光電流。由此產(chǎn)生的光電壓與開關和保持電源設備打開所需的光電二極管的數(shù)量成正比。

開路電壓

ACPL-K30T驅(qū)動器由一串12個光電二極管組成，產(chǎn)生一個典型的開路電壓（VOC）為7V。這足以驅(qū)動大多數(shù)邏輯門級MOSFETs，其閾值電壓（VTH）為4V或更小。VOC的典型溫度系數(shù)為-24mV/°C。設計人員應該考慮最壞情況下的角條件，這是在高溫下，因為MOSFET的溫度漂移職業(yè)是比第v.見圖4。在125°C，最小職業(yè)ACPLK30T驅(qū)動程序仍然高于最大值VGS(TH)mosfet的BSP300、BSS127和BSP125。這意味著ACPL-K30T驅(qū)動程序可以在-40°C到+125°C的溫度范圍下工作。

對于高壓mosfet，這需要更高的第v，兩個ACPL-K30T驅(qū)動程序可以串聯(lián)連接，使其增加兩倍職業(yè).見圖5。當兩個ACPL-K30T驅(qū)動器串聯(lián)連接時，兩個繼電器的輸入LED也必須串聯(lián)起來，以使兩個部分具有相同的LED驅(qū)動電流，并更好地匹配ISC.另一個設計考慮因素是確保繼電器開關并保持其接通狀態(tài)。光伏驅(qū)動器的短路電流（ISC）必須克服MOSFET柵極漏電流免疫金銀染色法).請注意，具有齊納二極管柵極保護的mosfet往往有更高的保護免疫金銀染色法.

關閉繼電器并保持關閉狀態(tài)

當LED驅(qū)動電流關閉時，探測器中的光伏堆棧會坍塌，MOSFET柵極會放電。對于ACPL-K30T驅(qū)動器，一個內(nèi)部關閉電路有助于在此放電中實現(xiàn)快速關閉時間（TOFF）。

某些事件可能會導致繼電器無意中打開。一個例子是，當一個快速的瞬態(tài)電流峰值穿過MOSFET的排水管時，通過寄生電容給MOSFET門充電。對于ACPLK30T驅(qū)動器，內(nèi)部電路將光伏驅(qū)動器的輸出夾緊在最小MOSFET閾值以下，第v.這將使ACPL-K30T驅(qū)動程序處于關閉狀態(tài)，并防止設備無意中打開。圖6顯示了當LED關閉時，ACPL-K30T輸出的I-V曲線。

繼電器可能被意外打開的另一個原因是，當LED驅(qū)動器的泄漏電流，通過輸入的LED，產(chǎn)生低Isc。這最終會導致輸出的mosfet被打開。

為了防止這種情況發(fā)生，在電路中添加一個簡單的分流電阻，與ACPL-K30T驅(qū)動器的LED并行。這將改變輸入閾值電流，并將需要一個較高的電阻值，以最小化的影響ISC.

切換

接通時間（TON），由短路電流（ISC）和MOSFET的柵極電荷決定。通過增加LED驅(qū)動電流（IF）來提高ISC是生產(chǎn)的，并將使繼電器打開得更快。大的mosfet（具有較高的擊穿電壓，較低的電阻，或兩者都有）往往有較高的柵極電荷。最壞的情況下噸將處于低LED驅(qū)動電流(lF)和在高溫條件下（見圖7）。

ACPL-K30T的關閉時間（TOFF）是一個因子如果、溫度和負載電容。有錢人在低LED驅(qū)動電流下的最壞角，如果，和低溫，如圖9所示。有錢人與高達10uF的負載電容無關(圖8）。有錢人當負載電容為100nF或更高時會增加。

結(jié)論

將ACPL-K30T光伏驅(qū)動器與mosfet結(jié)合起來，形成一個固態(tài)繼電器，是取代傳統(tǒng)機械開關的一個很好的替代方案。固態(tài)繼電器除了具有更高的可靠性、更好的性能和更小的尺寸外，還消除了機械開關的開關彈跳和高壓電弧問題。使用ACPL-K30T光伏驅(qū)動器，設計者現(xiàn)在可以靈活地從基于額定電壓、額定電流和ON電阻的MOSFET中選擇，以形成固態(tài)繼電器。一些推薦用于汽車應用的mosfet有：BSS127（600V）和BSP300（800V）。許多AECQ101MOSFETs的額定功率為TJ=175°C，因此與ACPL-K30Tdriver一起，隔離固態(tài)繼電器可以很容易地配置用于汽車應用。

審核編輯 黃昊宇