цифровая электроника
вычислительная техника
встраиваемые системы

 
» » Твердотельные реле: структура и принцип работы

Твердотельные реле: структура и принцип работы

Автор: Mike(admin) от 5-10-2017, 16:35

Твердотельные реле – это переключающиеся устройства, которые используют каких-либо механических деталей. Это обычно дает им преимущество в том, что срок их службы больше, чем срок службы обычного электромеханического реле, и хотя твердотельные реле быстрее, чем электромеханические реле, у них есть некоторые конструктивные особенности, которые следует учитывать.


твердотельные реле

Твердотельные реле захватили мир штурмом, революционизировав распределение электроэнергии в каждой отрасли от сельского хозяйства до автоматизации и аэрокосмической промышленности. Но вам может быть интересно, как именно работают твердотельные реле? В этой статье мы рассмотрим твердотельные реле от основ их работы до структуры из оптоизоляторов, оптопар, фотодиодов и PN-переходов.


Твердотельные реле обычно проектируются как простой переключатель (включение-выключение) с клеммами питания и клеммами для подключения нагрузки, которые переключаются, когда подается внешний управляющий сигнал. Когда это происходит, переключение происходит очень быстро, и нагрузка подается на питание, обычно с помощью силового транзистора MOSFET. Реле могут быть рассчитаны на коммутацию переменного или постоянного тока. Реле постоянного тока могут работать с одним МОП-транзистором, причем сток и исток подключены к питанию и нагрузке основной цепи, а управляющий сигнал поступает на затвор. Управляющий сигнал может быть очень малой мощностью, что позволяет управлять реле (и массивной нагрузкой) с помощью чего-то небольшого, например, Arduino.


Твердотельные реле могут иметь несколько транзисторов, выстроенных параллельно, чтобы обеспечить более высокий ток, который может составлять сотни ампер. Переключатели переменного тока требуют, по меньшей мере, два транзистора, потому что один полевой транзистор не может подавлять ток в обоих направлениях, когда реле находится в выключенном состоянии. Два транзистора с объединенными стоками используются для блокировки тока при выключении, а затем для передачи мощности, когда управляющий сигнал поступает на реле.


Возможно, вам интересно, какой переключатель позволяет управляющему сигналу управлять сотнями ампер. Реальная разница полупроводниковых реле по сравнению с электромеханическими реле в конечном счете заключается в различии между переключающими механизмами. Твердотельные реле используют то, что отрасль называет оптоизоляторами или оптопарами. Некоторые называют это просто «световой барьер». То есть, переключатель внутри твердотельного реле – это просто луч света. Как правило, в такой конструкции есть светодиод, который отправляет луч света на фотодиод, который в свою очередь при этом включается и пропускает через себя ток.


Оптоизоляторы имеют важное значение для твердотельных реле, поскольку они гальванически разделяют две или более цепи. Поскольку реле используют сигналы малого напряжения для управления очень большими сигналами напряжения, крайне важно, чтобы эти сигналы были разделены. Прелесть оптоизоляторов заключается в том, что здесь нет движущихся частей. Например, в электромеханических реле это разделение цепи становится возможным благодаря электромагнитному полю.


В твердотельном реле фотодиод делает соединение в цепи нагрузки законченным. Фотодиод представляет собой очень специализированный транзистор, который использует фотоны для питания затвора, а не типичный электрический сигнал. Он использует P-N переход в кремнии.


P-N переход имеется во всех видах различных кремниевых компонентов для различных применений и, по сути, позволяет кремний функционировать в качестве полупроводника. В качестве автономного элемента кремний имеет очень низкую электропроводность. Однако, когда кремний легирован другими элементами, такими как фосфор и бор, кремний типа p и n-типа становится намного более электропроводящим. Площадь кремния, где встречаются структуры p-типа и n-типа, называется P-N-переходом. В цепи оптоизолятора это соединение P-N известно как фотодиод, который, в конечном счете, имеет одну основную цель – пропускать ток при воздействии света.


P-N переход

Свет состоит из фотонов или частиц, несущих энергию, которые являются «хлебом и маслом» физики фотодиода. Как правило, свет, который лучше всего реагирует на фотодиоды, составляет около 200 нм (ультрафиолетовый) или 1100 нм (инфракрасный). Эти фотоны создают электронно-дырочные пары в области насыщения кремниевого фотодиода. Область насыщения образуется, когда легированный кремний p-типа входит в контакт с кремнием n-типа, а электроны и дырки поступают в более низкие потенциальные области. Когда свет попадает на кремний, фотоны поглощаются, создавая электронно-дырочные пары. Когда пары электрон-дырки начинают дрейфовать, они сместятся электрическим полем этой зоны. Такое движение электронно-дырочных пар является тем, что создает поток тока в фотодиоде до тех пор, пока PN-переход работает в обратном направлении смещения.




© digitrode.ru


Теги: реле




Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Комментарии:

Оставить комментарий