1. Срок эксплуатации. В электромеханических реле замыкание и размыкание коммутируемой цепи происходит за счет изгиба миниатюрной металлической пластины под действием электромагнитного поля, возникающего при протекании тока через обмотку возбуждения (цепь управления). С течением времени механические свойства пластины изменяются. Поэтому срок службы электромеханических реле ограничен не столько временем, сколько режимом работы, а именно, суммарным количеством переключений. В зависимости от типа реле и параметров коммутируемых сигналов количество переключений оценивалось как 105...107. Коммутируемая цепь оптоэлектронных реле механических частей не имеет, следовательно, и параметр «количество переключений» не имеет практического смысла. 2. В процессе эксплуатации электромеханических реле электрохимические характеристики контакта меняются (контакт «пригорает»), и сопротивление замкнутого контакта в течение срока службы может существенно изменяться. У оптореле этот параметр практически не меняется (при одинаковых условиях эксплуатации). 3. Для электромагнитных реле характерен дребезг контактов, то есть неоднократное замыкание-размыкание контакта при переключении. Это, во-первых, увеличивает уровень электромагнитных помех в аппаратуре, а во-вторых, может потребовать дополнительных антидребезговых мер (например, в счетных схемах). 4. В электромагнитных реле возможно нештатное замыкание контактов под действием ударных или вибрационных воздействий. Отсутствие механических подвижных контактов в оптореле делает их более устойчивыми к таким воздействиям. 5. Поскольку переключение в электромагнитных реле происходит под воздействием электромагнитного поля, возможны нештатные срабатывания от внешних электромагнитных полей. Это приводит к необходимости дополнительных конструктивных мер, например, разнесению соседних реле на безопасное расстояние, экранирование и т.д. 6. Для электромагнитных реле неизбежен акустический шум от срабатывания контактов в процессе работы. Кроме того: 7. В оптоэлектронных реле значение тока в цепи управления, необходимое для замыкания коммутируемой цепи, значительно меньше, чем в электромагнитных реле. Следовательно, применение оптореле в цифровых схемах заметно упрощается. 8. Для оптореле, в общем случае, характерно значительно меньшее время срабатывания (замыкания и размыкания). 9. При прочих равных условиях, для оптоэлектронных реле характерны меньшие вес, габариты и площадь, занимаемая на печатной плате.

ТЕХНОЛОГИЯ ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ РЕЛЕ  INTERNATIONAL RECTIFIER

Оптоэлектронное реле International Rectifier, структура которого представлена на рисунке 1,
включает в себя три основных функциональных узла: управляющую цепь, матрицу фотогальванических ячеек и выходной ключ.

 

Рис. 1. Структурная схема оптоэлектронного реле

Управляющая цепь содержит светодиод, преобразующий протекающий через него ток в инфракрасное излучение. Инфракрасный свет, пройдя некоторое расстояние в корпусе реле, попадает на матрицу фотогальванических ячеек, каждая из которых преобразует попадающий на нее свет в напряжение, которое, в свою очередь, управляет элементом, замыкающим выходной ключ.

Если ток через цепь управления не протекает, то светодиод не излучает свет, фотогальваническая матрица не формирует напряжение и выходной ключ размыкает цепь коммутации.

По техническим характеристикам и области применения данные устройства весьма близки к оптоэлектронным реле PVAx3xx и являются их дальнейшим развитием. Основные отличия:

• выпускаются только в корпусах для выводного монтажа (DIP-16);

• в одном корпусе собрано два независимых, однополюсных реле;

• общий исток BOSFET-транзисторов выведен на внешний вывод, следовательно, возможна реализация не только подключения по схеме А, но и по схемам B и C.

Технические характеристики серии PVR представлены в таблице 3.

Обратим внимание на тот факт, что сдвоенные оптоэлектронные реле, аналогичные PVR, иногда ошибочно обозначают как "2 Form A". Различные управляющие цепи однозначно относят их к "Double 1 Form A". Однако если управляющие цепи включить параллельно, то получим аналог типа "2 Form A" электромагнитных реле.

Серия PVG - однополюсные, нормально разомкнутые оптореле, с возможностью включения по схемам A, B и C. Реле предназначены для коммутации аналоговых сигналов с напряжением до 60 В. Все модификации выпускаются в корпусах с двухрядным расположением выводов: с суффиксом S - для поверхностного монтажа (SMT-6), без суффикса - для выводного монтажа (DIP-6).

Технические характеристики серии PVG представлены в таблице 4.

Отличительная особенность оптореле этой серии - высокие токи нагрузки в сочетании с достаточно малым сопротивлением замкнутого контакта, что обеспечивает весьма приемлемые значения падения напряжения на контакте. Основные области применения: источники и системы коммутации вторичного электропитания, компьютеры, периферийные устройства и аудиотехника, выходные реле программируемых логических контроллеров и подобные приложения промышленной автоматики. Незначительное падение напряжения на контакте позволяет использовать реле этой серии также в измерительных системах.

Отметим появление суффикса "A" - за счет увеличения времени срабатывания снижено сопротивление замкнутого контакта, что позволило увеличить ток при примерно равном значении рассеиваемой на контакте мощности.

Серия PVN является модификацией серии PVG. Снижение рабочего напряжения до 20 В позволило увеличить ток нагрузки и снизить сопротивление замкнутого контакта. Эти оптореле - лучшие в линейке International Rectifier по данным параметрам и, соответственно, обеспечивают минимальные значения падения напряжения на контакте. Корпусное исполнение серии PVN аналогично серии PVG.

Технические характеристики серии PVN представлены в таблице 5.

Возможные области применения аналогичны серии PVG, но указанные отличия более значимы именно для систем коммутации электропитания и измерительных систем.

Серия PVT позиционируется производителем как оптореле для телекоммуникационных приложений (отсюда и буква "T"). Но логичнее сформулировать все-таки как «оптореле общего назначения».

Технические характеристики серии PVT представлены в таблице 6.

Какой вывод мощно сделать из приведенных параметров? Что-то среднее - «золотая середина». Трудно спорить, что основные параметры оптореле: рабочее напряжение, ток нагрузки, время переключения, сопротивление замкнутого контакта, - составляют нечто постоянное. И если решаемая задача определяет повышенные требования к одному из параметров, то это достигается за счет одного или нескольких оставшихся.

Производитель предлагает области применения: модемы, факсы, телефонные аппараты (поднятие трубки, импульсный набор), коммутаторы и мультиплексоры телефонных линий, контроль сетевого напряжения и, как итог, "general switching" - «коммутация в целом».

Возвращаясь к серии PVT - изделия PVT322 и 422 (по всем суффиксам) содержат два независимых реле в одном корпусе. Однако размещение их в 8-выводном корпусе не позволяет вывести общий исток, следовательно, возможно включение только по схеме А. Отметим, что в серии PVR использовался 16-выводной корпус, и подобное ограничение отсутствовало.

Новый суффикс "L" означает введение дополнительных схем ограничения тока: при превышении тока выше порогового уровня увеличивается сопротивление контакта и ток снижается, что не препятствует выходу реле из строя.

Оптоэлектронное реле PVX6012 - единственное в линейке изделие, в котором в качестве выходного ключа используются IGBT-транзисторы. Это позволяет коммутировать нагрузку мощностью до 400 Вт на постоянном токе и до 280 Вт - на переменном. Технические параметры приведены в таблице 7.

При применении PVX6012 необходимо иметь в виду: реле на IGBT-транзисторах коммутируют, по сравнению с HEXFET, более низкочастотные сигналы (до 20 кГц) и более критичны к параметрам нагрузки.

Кроме того, при необходимости коммутации мощной высоковольтной нагрузки могут быть использованы оптоэлектронные изоляторы серии PVI. В отличие от рассмотренных оптореле, они включают в себя цепь управления и матрицу фотогальванических ячеек (рис. 1), но не содержат встроенного выходного ключа, взамен которого подключается внешний с требуемыми параметрами.

Ведущими мировыми производителями оптоэлектронных реле считаются Avago, Clare, Cosmo, Fairchild, NEC, Panasonic, Sharp, Toshiba. Детальное сравнение, а, тем более подбор аналогов, очевидно, выходит за возможности данного обзора.

Имеет смысл сравнивать по двум группам (быстродействующие, низковольтные мощные реле). Очевидно, что сравнение технических параметров реле общего назначения даст примерно одинаковые результаты. Сопоставляются компоненты близкие по величине рабочего напряжения (300 В для быстродействующие и 60 В для низковольтных мощных). После чего сравниваются три основных параметра: ток нагрузки, сопротивление замкнутого контакта и время срабатывания. Результаты сравнения приведены в таблицах 8 и 9.