中心論題：

• 介紹FET型半導體繼電器和光電元件內(nèi)置式控制電路的結(jié)構(gòu)特點以及性能比較
• 介紹PhotoMOS繼電器中新開發(fā)的控制電路原理及性能
• 詳細介紹PhotoMOS繼電器的使用注意事項

解決方案：

• 利用與輸入LED進行光耦合的光電二極管陣列實現(xiàn)導通時間的有效減少
• 通過采用N.C.元件增強抗外來干擾能力
• 通過旁路元件使光電流高效率流入電路中

機械式繼電器的缺陷是靈敏度差、存在動作噪聲以及開關(guān)次數(shù)多影響壽命等問題，本文介紹PhotoMOS繼電器控制電路的特點、結(jié)構(gòu)和典型電路，以及確?？煽渴褂玫淖⒁馐马?。

圖1  FET型半導體繼電器的基本電路

圖1表示FET型半導體繼電器是一種最基本的電路。該電路因輸出元件的功率MOSFET是電壓驅(qū)動型元件，因此，由于光電二極管陣列(P.D.A)供給的電壓，而柵極電容被充電，通過使柵極電壓上升到開啟電壓值(門檻電壓)，就可使繼電器動作。

但是，要想使繼電器復位，就必須相反地使柵極所充的電荷盡快放電。在圖1所示的電路中，恢復時間過長，因此不可能被繼電器使用。

光電元件內(nèi)置式控制電路
PhotoMOS繼電器通過圖2所示的光電元件中內(nèi)置的控制電路來解決上述問題。該控制電路對于達到動作時間與恢復時間保持良好平衡的開關(guān)特性、以及對輸入LED電流的高靈敏度特性，起到了最重要的作用。
 
圖2  PhotoMOS繼電器的等效電路

光電元件內(nèi)置式控制電路如圖3(a)到(c)所示。這些電路的簡單說明如下：

圖3  FET型半導體繼電器的控制電路示例

(a) 圖的控制電路
該控制電路是基本型控制電路。為了加快關(guān)斷時間，關(guān)斷時要使輸出MOS的柵極電容放電，在柵極和源極間連接固定電阻。但在導通時，為對輸出MOS的柵極電容進行充電，來自它的光電二極管(P.D.A)的光電流通過該電阻而泄漏，因此，導通時間就會變長。

另外，如圖4所示，輸出電流對輸入電流的變化也在平穩(wěn)地發(fā)生變化，因此，存在著切換元件要求的速動性較差、而溫度變化造成的特性變動也較大等缺點。
 
圖4  繼電器的切換特性
 

(b)圖的控制電路

該電路的速動性與(a)電路相比較好一些，但輸出MOS的柵極和源極間插入的晶體管是常開型的，因此，抗外來干擾的能力變?nèi)酢?/p>

(c)圖的控制電路

該電路作為放電電路，使用了常閉型(N.C.)的元件，因此，關(guān)斷時輸出MOS的電荷可以快速放電。另外，導通時該元件通過第2光電二極管陣列被偏置到處于開放狀態(tài)，由于第1光電二極管陣列的光電流高效率地傳送到輸出MOS的柵極上，因此與(a)的電路相比，導通時間也會變短。

通過該N.C.元件，速動性也得到大幅度改善。但是，需要2列光電二極管陣列是它的缺點。
 
新控制電路的原理
上述電路各有利弊，為了制造出高性能(高靈敏度、快速、抗干擾)且低成本的繼電器，在PhotoMOS繼電器中配置了如圖5所示的新開發(fā)的電路結(jié)構(gòu)的光電元件。

圖5  新開發(fā)的控制電路

在該電路中，與輸入LED進行光耦合的光電二極管陣列，接受輸入信號發(fā)光產(chǎn)生的光電流，通過偏置電阻使N.C.元件處于開放狀態(tài)。這樣同時具備(c)電路中第2光電二極管陣列的作用。

另外，與圖3(c)的電路相同，通過采用N.C.元件，當無輸入信號時，功率MOS的柵極源極間出現(xiàn)短路，抗外來干擾能力較強，同時如圖4所示，也可進一步達到良好的速動性。

通過旁路元件，使偏置電阻兩端的電位下降控制在一定閾值以下，與偏置電阻的大小無關(guān)，起到使光電流高效率流入電路的作用。該旁路元件插入電路的情況及相反的情況下的輸入電流-動作時間的特性如圖6所示。

圖6  繼電器的動作時間的輸入電流特性

由圖6得知，無旁路元件時，即使增加輸入電流，光電流也受偏置電阻限制，動作時間可處于飽和狀態(tài)。對此，當有分路元件時，出現(xiàn)動作時間跟隨輸入電流量的情況，也可適應高速動作的需求。

PhotoMOS繼電器的使用注意事項
PhotoMOS繼電器的可靠性，是由元件自身具有的應力耐性，如對電應力、熱應力、機械性應力、濕氣侵入等外部應力的承受程度來決定的。因此，如果元件結(jié)構(gòu)即使有一部分較薄弱，應力造成的反應也會使該部分運行異常，造成重大故障。

為了確保PhotoMOS繼電器的可靠使用，要考慮會加速引發(fā)故障的外部應力---環(huán)境因素。環(huán)境因素通常是錯綜復雜的。例如：腐蝕造成斷線就是因溫度和濕度兩種因素引起的。應力可分為自然環(huán)境因素和人為因素兩種情況。自然環(huán)境因素有溫度、濕度、氣壓、鹽份、雷擊造成的過電壓沖擊等。其中溫度和濕度是最重要的因素。下面是使用過程應該注意的事項。

1. 一般情況下，溫度升高會使化學反應速度加快，因此，作為主要故障的機械性故障會由于升溫而加速。實際使用中，除該環(huán)境溫度外，也需要考慮到電力消耗帶來的自身發(fā)熱和因此而造成的溫度變化。溫度變化使熱膨脹率不同的物質(zhì)的接合部上發(fā)生畸變應力，反復出現(xiàn)會引起疲勞，造成氣體密封部位密封不良、芯片焊接接合不良、焊絲斷開等。另外，斷斷續(xù)續(xù)使用時，必須考慮使用器械或元件自身的發(fā)熱施加在元件上的溫度變化造成的影響。

2.濕度主要是吸附在物體表面而提高表面的電導率，增大漏泄電流，引起產(chǎn)品特性不良、動作不良，同時，還促進化學及電化學的反應而產(chǎn)生金屬腐蝕。PhotoMOS繼電器采用了改良樹脂材料進行封裝，已達到不遜色于氣體密封的狀態(tài)，通常使用中幾乎不會出現(xiàn)濕度變化引起的問題。

3. 人為因素造成的損壞也要注意。例如要避免在搬運裝載過程中、電路板的超聲波清洗中、發(fā)生摔落過程中、安裝時的掉落沖擊的振動引起的破壞。印刷電路板焊錫時的加熱和焊錫過程也要按照規(guī)定的工藝進行。

4. 超出產(chǎn)品規(guī)格的最大額定是使用不當?shù)囊环N常見情況。例如：超過額定電壓使用、超過額定負載使用等等。建議在使用之前，認真閱讀廠家提供的PhotoMOS繼電器使用中的事故與故障模式。