Фотогальванические драйверы

Фотоэлектрические изоляторы (Photovoltaic Isolator), или, как их еще называют, «изоляторы управляющего напряжения» – революционное для своего времени решение, упростившее многие узлы в различных областях электроники. Основное применение технологии на сегодняшний день – это оптоэлектронные твердотельные реле (SSR) на основе силовых MOSFET или IGBT транзисторов. Такие полупроводниковые реле отлично подходят для управления двигателями, нагревательными элементами, освещением и другими силовыми нагрузками, требующими гальванически изолированного управления. Несомненно, силовой ключ, не имеющий механических элементов, свойственных электромеханическим реле, имеет ряд неоспоримых преимуществ, во главе которых – компактность, надежность. Кроме этого, в отличие от оптосимисторных реле, MOSFET-реле могут иметь заметно более высокую эффективность.

Не смотря на простой физический принцип работы транзисторных оптореле, технологически не просто разместить в одном миниатюрном корпусе низковольтные оптические полупроводники и мощные кристаллы транзисторов, что сказывается на стоимости изделия. Но вопрос более высокой стоимости монолитных твердотельных реле для многих разработчиков перестает быть важным, когда речь заходит о долговечности устройства. Что же делать в том случае, когда область применения конечного устройства, в который необходимо установить силовой гальванически изолированный ключ, требует и высокой надежности и низкой цены? На помощь разработчикам придет решение на базе независимого фотоэлектрического драйвера (Photovoltaic Driver) и дискретных MOSFET или IGBT силовых транзисторов, которые теперь придется соединить вместе на уровне печатной платы (см. рис.). Конечно, при этом несколько пострадает объем, занимаемый силовым реле в устройстве, но адаптивность такого решения под конкретные параметры может быть неоценима. Если же говорить о суммарной стоимости, то пробежавшись по каталогу фотоэлектрических драйверов и MOSFET или IGBT транзисторов, можно легко убедиться, что экономия есть и она очень существенная.

Состав фотоэлектрического (фотогальванического) драйвера – это пара светодиода и оптически связанной группы фотодиодов в одном корпусе стандартного форм-фактора типа DIP или SOIC. Физический принцип предельно простой и основан на возникновении ЭДС и фотоэлектрического тока (с нагрузкой) при облучении последовательно включенных полупроводников (фотодиодов) слабым источником света (фотодиодом). При этом необходимый уровень разницы потенциалов (напряжения) для возможности управления затвором внешнего силового транзистора (выше 5 В) достигается увеличенным количеством фотодиодов в выходной цепочке фотоэлектрического изолятора. Необходимая гальваническая изоляция достигается физическим засором между входной (светоизлучателем) и выходной частью (фотобатарея) внутри корпуса драйвера. Разумеется, эффективность такого опто-электрического преобразователя невысока, но речь идет о крайне малых токах управления. Типовой диапазон входных токов фотоэлектрических изоляторов находится в пределах 5-10 мА, при этом выходной ток короткого замыкания может достигать несколько десятков микроампер. Впрочем, этого более чем достаточного для уверенного управления любым современным MOSFET или IGBT транзистором.

Возвращаясь к схеме твердотельного реле на базе дискретных решений (рис.), стоит отметить, что наличие цепочки с P-JFET транзистором необязательно и требуется лишь для ускорения закрытия силовых транзисторов. В малотребовательных к скорости силовых переключателях нагрузки, эта цепочка может быть легко заменена шунтирующим резистором.

На сегодняшний день существует достаточно большой ассортимент фотогальванических драйверов, в том числе на разное кол-во независимых каналов. Несомненные лидеры в этой области – это компании International Rectifier и Vishay Intertechnology. С ассортиментом фотогальванических изоляторов вы можете познакомиться в этом разделе каталога. Для того, чтобы купить фотогальванический драйвер, зайдите в карточку товара и добавьте необходимое количество в корзину.