PhotoMOS继电器：结构、工作原理和优点!-先进光半导体

　　松下提供广泛的光电继电器产品系列，用于电信，测量，安全设备和工业控制。显然，光电继电器不同于传统的机电继电器，但它也有别于其他开关解决方案，利用光耦合器和半导体本身。本应用说明描述了光电继电器的结构，它不同于其他类型的开关设备。

　　光电继电器的结构如图1所示。输入引脚连接到发光二极管。此LED位于继电器的上部，如果有电流流过，它将开始发出红外光。在LED下方，有一个太阳能电池阵列集成在光电设备中，距离LED至少0.4毫米。

　　光发射器和检测器模制在半透明树脂中，使得光能够通过，并且在输入侧和输出侧之间提供介质屏障。通过在光电器件中集成一个电阻器和一个MOSFET，它作为一个控制电路来切换功率MOSFET，从而切换负载电路。这些DMOS晶体管是源极耦合的，因此提供双向开关能力。

　　继电器的示意图（图2）可以很容易地说明部件的连接。如果约3毫安的电流流过LED，它就会发光。这种光被太阳能电池探测到，在电池阵列上产生大约10伏的电压降。驱动电路控制光电压，从而控制晶体管切换输出。

　　通过在光电器件中添加更多的太阳能电池，继电器的工作电流可以进一步降低，最高可降低0.5毫安。通过为输出端选择不同的晶体管，可以提供一系列继电器。因此，我们将更仔细地研究DMOSFET输出晶体管，它与集成电路中使用的标准mosfet有很大的不同。它有一个垂直的沟道结构，源极和漏极放置在晶圆对面，如图3所示。因此，可以为源极和漏极区域提供更多空间，并且可以提高额定电流。

　　在DMOSFET的设计过程中，击穿电压、导通电阻和MOSFET的容量相互影响。例如，将击穿电压提高到600伏需要一个大的、略掺杂的漏区。这会降低容量，但会将晶体管的导通电阻增加到70Ω左右。如果电阻降低到几兆欧，漏极面积的变化会导致晶体管的容量增大和击穿电压降低。

　　这种相互作用以两种方式影响继电器的特性：

　　1.在开关操作期间，DMOSFET的容量必须进行充电和放电，从而影响开关速度（20μs至5ms）。

　　2.由于导通电阻影响基于封装类型的最大功耗，低负载电压类型可以承载更高的负载电流（60V/0.4a），反之亦然（600V/50mA）。

　　理解光耦继电器的接触行为的另一个重要点是DMOSFET与漏极和源极连接的本征体漏二极管。因此，单个晶体管只能切换直流电压，因为如果极性反转，二极管将变为正向偏置。使用光电继电器切换交流电压需要两个源耦合的dmosfet。通过并联连接交流继电器的两个输出晶体管，允许的直流电流可增加至5A。由于DMOSFET的特性和由此产生的连接可能性，继电器可用于多种应用。有关特定光电继电器确切行为的详细信息可从其数据表中获得。然而，与机电继电器和其他半导体解决方案相比，其优势适用于所有类型的光电组件：

　　•低控制电流

　　•控制小型模拟信号

　　•低泄漏电流

　　•使用寿命内的稳定导通电阻

　　•使用寿命极长

　　•小尺寸

　　•无优先职位

　　•高振动和抗冲击性

　　•无弹跳和开关噪音

　　由于各种各样的光电耦合器，它们适用于许多应用。它们可用于电信和测量设备，用于交换和多路复用I/O信号，控制小型电机或电源，以及控制微控制器输出的各种信号。