Мікросхеми потужнострумових оптоелектронних (твердотільних) реле

Електронний контроль потужних навантажень змінного і постійного струму, організований на мікропроцесорних контролерах, цифрових і лінійних керуючих схемах, одержує все більшу популярність. Відповідно це збільшує потребу в простих і надійних інтерфейсах між низьковольтними схемами управління і навантаженням. Інтерфейс повинен гальванічно ізолювати навантаження, не створювати додаткових перешкод в лінії навантаження і схемою управління. Він також повинен бути простим у використанні, мати малі габарити, бути здатним перемикати основні навантаження, такі як маленькі мотори, потужні реле, люмінесцентні лампи і резистивні навантаження, не виділяючи зайве тепло.

Логічним розвитком основних принципів конструкції, схемотехніки, застосування оптоелектронних твердотільних реле на струми в кілька десятків міліампер стало створення серії мікросхем потужнострумових оптоелектронних реле.

Використання оптоелектронних ключів з виходами на польових і біполярних транзисторах, а також симісторних оптоелектронних схем дозволило реалізувати прилади для управління одно-і біполярними постійними і змінними навантаженнями для різних струмів і напруг (див. таблицю).

Розроблені прилади нового покоління можуть знайти застосування в наступних областях:

– Мікропроцесорні системи управління процесами;

– Промислові контрольні та автоматичні системи;

– Стартери моторів змінного струму;

– Системи управління насосами;

– Системи управління освітленням на газорозрядних лампах і лампах розжарювання;

– Контролери газових потоків і температури;

– Фотокопіювальна техніка;

– Ігрові та торгові автомати.

Основні принципи схемотехніки реле представлені на рис.1 … 5.

Представлені схеми не вимагають докладних пояснень, тому зупинимося лише на деяких особливостях.

Резистори R1 (рис.1, 2 і 5) необхідні для обмеження амплітуди імпульсів струму на виході керуючих оптронів при індуктивному характері навантаження реле; негативний вплив цих резисторів – збільшення нижньої межі діапазону комутованих напружень на величину R1xI, де I – найменший отпирающий струм управління вихідного симистора.

Біполярні реле постійного струму (рис.1) мають ту особливість, що внаслідок високого вихідного опору ланцюжка фотодіодів (5 … 10 МОм), через яку заряджаються затвори вихідних транзисторів, час включення цих реле складає величину в декілька десятків мілісекунд.

Підвищення швидкодії на три порядки для реле на польових транзисторах (рис.3) досягається в схемі, наведеній на рис. 4, для якої потрібно додаткове харчування на виведенні 3 (щодо загального виведення 1) порядку 12 … 30 В при струмі від додаткового джерела не більше 5 мА.

Крім того, вхідний оптрон цього реле забезпечує можливість біполярного харчування входу управління реле та струму керування не більше 1 мА.

Схема реле, представлена ??на рис.5, відрізняється наявністю вузла заборони включення реле при напрузі на виході реле вище певного значення (типове – 15 … 20 В, граничне – 50 В). Це так звана "Схема включення з переходу через нуль", тимчасова діаграма роботи якої представлена ??на рис.6.

У цьому варіанті значно знижуються комутаційні перешкоди в силових лініях. Він також має визначальне значення в деяких додатках. Тут використано транзисторний оптрон D1 з робочим вхідним струмом в кілька десятків мікроампер, що дозволяє використовувати резистор R3 з опором близько 1 МОм, тим самим не збільшуючи істотно значення струму витоку па виході реле. При збільшенні напруги па виході реле (а, отже – струму через R3 і світлодіоди оптрона D1) до певного значення, вихідний транзистор оптрона входить до насичення, тим самим замикаючи транзистор VT і забороняючи роботу оптосімістора D2.

На рис.5.1 показаний варіант вихідного ланцюга реле з двома тиристорами, який використовується в найбільш потужнострумових типах реле, оскільки дозволяє розподілити рассеиваемую потужність на два силових елемента і отримати менше тепловий опір перехід – корпус.

Варіанти конструктивного виконання типів реле представлені на рис.7.

Для реле з корпусами без тепловідводу тепловий опір перехід – середовище дорівнює 30 градусів С / Вт, для реле з теплоотводом опір корпус – середа – 8 градусів С / Вт.

Внутрішня структура потужних реле з радіаторами представлена ??на рис.8.

На закінчення кілька рекомендацій щодо застосування реле:

– У всіх випадках, коли комутовані лінії не гарантовані від перенапруг, слід шунтувати виходи реле захисним варистором;

– У випадках використання реле з індуктивним навантаженням реле змінного струму (симісторний) необхідно шунтувати послідовної RC ланцюгом (R = 39 … 100 Ом; З = 0,01 … 0,1 мкФ), а однополярні реле постійного струму – захисним діодом.

Типова схема застосування реле 5П19ТС і 5П19ТМ-20-4 у схемі управління пральною машиною наведена на рис.9.

Джерело: С. Архипов, С. Волошин, журнал "Радіоаматор".