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MOS FET繼電器(無機械觸點繼電器)設計輸入側電源時的電流值概念

發布人:騰恩科技彭工 時間:2023-03-07 來源:工程師 發布文章

 

設計輸入側電源時的問題

機械式繼電器、MOS FET繼電器分別具有不同的特長?;趯OS FET繼電器所具小型及長壽命、靜音動作等優勢的需求,目前已經出現了所用機械式繼電器向MOS FET繼電器轉化的趨勢。

但是,由于機械式繼電器與MOS FET繼電器在產品結構上完全不同,所以設計時需注意的要領也自然不同。

機械式繼電器通過施加線圈電壓進行驅動,而MOS FET繼電器則是電流驅動。采用不同于機械式繼電器的結構,在投入電流時,輸入側的LED將會發光,輸出側的PDA(光電二極管陣列)根據受光量進行發電并施加電壓來驅動MOS FET繼電器。因此,驅動MOS FET繼電器需要向LED投入多少電流成為設計上需要解決的課題。

LED的光量會因各種原因而發生變化。電流值越大,光量也就越強。此外,光量還會因長期使用所致老化而逐漸變弱。因此,要想長期使用,則需對經年老化時的發光量加以考量。此外,如果環境溫度較高,驅動MOS FET所需的電壓也會變高,所以需要比日常溫度下更大的電流。

MOS FET繼電器無法投入超出額定值的電流。如果未在設計上正確加入此些要素,則會導致設備故障。

在這種輸入側的電源設計上,應該存在各種令人煩惱的問題。
這是因為使用了LED,所以在設計上需要考量的事項與機械式繼電器時存在差異。

要領共有2個。

1. 周圍溫度環境的影響

2. LED的經年老化

 

本次將介紹設計MOS FET繼電器輸入側電源時的電流值概念。

 

MOS FET繼電器相關回顧

首先,我們來回顧一下MOS FET繼電器的結構和動作原理。
MOS FET繼電器是一款組合了半導體單元(LED、PDA、MOS FET)、實現了繼電器功能的部件。

 

 

 

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如上所述,MOS FET繼電器通過向輸入側投入電流使LED發光,然后通過PDA將該光變為電壓來驅動作為輸出單元的MOS FET執行動作。也就是說,需要設計向LED投入適用電流、使PDA可不斷受光的輸入側電源。

 

LED的經年老化 , 對應輸入側電流值的計算公式α1

LED會伴隨使用逐漸經年老化。輸入側的電流越高,老化速度越快,因此需設計解決此問題的輸入側電流值。此外,不同的MOS FET繼電器商品所搭載的LED種類不同,且經年老化的速度也存在差異。

 

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有些客戶出于“只要所選高電流在額定電流范圍內就不會產生運行問題”的觀念而在設計上選擇了高電流值,這種情況下將會存在不足。輸入側的電流基本直接流入LED,從而導致LED老化且發光量下降。結果可能會造成MOS FET繼電器無法正常運行,甚至還可能導致LED損壞而使MOS FET繼電器無法運行。因此,要想確保正常運行且長期使用,則需在設計上采用合理光量使LED發光,并向輸入側投入合理的電流。

 

 

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使用環境溫度的考量 ,對應輸入側電流值的計算公式α2

LED的老化速度還會因使用的環境溫度條件而加速。使用的環境溫度越高,老化速度越快,所以應基于這方面的考量設計輸入側的電流值。

 

 

image.png 

 

 

其他考量事項 ,對應輸入側電流值的計算公式α3

還有一點,內容并不僅限于我們的產品,同時也應基于對客戶質量的考量而采用確保安全的設計。這一點也希望在輸入側的電流值設計上得到反映。

 

輸入側電流值的計算公式

基于上述3點的考量,輸入側的電流值設計可能要求達到以下所示條件。動作LED正向電流設計值=IFT×α1×α2(×α3)

 

IFT:觸發LED 正向電流???以商品目錄的最大額定值為基準。

α1:LED的經年變化率???根據產品型號(所用LED)而異。請參閱

α2:IFT的環境溫度變化???基于商品目錄的“觸發LED正向電流-環境溫度”圖表。

α3:安全系數???電源的差異及老化、其他。

 

例如:G3VM-61G3型,假設在最高85℃的環境溫度下使用時,

 

IFT:0.2mA(最大額定值、25℃)

α1:基于10萬小時后80%(減少20%)的LED預測經年變化數據進行設定? 1÷0.8=1.25(環境溫度升高后將會加速變化,所以在85℃的環境溫度下使用時,40℃時的數據所示變化率也會增大,IF條件10mA也顯示在較低條件下使用時變化會變小?;趯υ擖c的考量,本次設定為80%。)

α2:基于觸發LED正向電流-環境溫度圖表所示25℃和85℃環境溫度的數值設定變化率? 0.6mA÷0.2mA=3

 

動作LED正向電流設計值=0.2mA×1.25×3(×α3)=約0.75mA(×α3)。

設計LED輸入電源時,請務必基于對環境溫度影響、LED經年老化影響的考量進行設計。

 


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