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Dieser Abschnitt bietet einen Überblick über Foto-MOS-Relais sowie ihre Anwendungen und Funktionsweisen. Werfen Sie auch einen Blick auf die Liste der 3 Hersteller von Foto-MOS-Relais und deren Firmenranking.
Inhaltsübersicht
Foto-MOS-Relais haben eine LED, ein Lichtempfangselement und einen MOSFE in ihrem Inneren und funktionieren auf die gleiche Weise wie herkömmliche Relaiskomponenten, die eine Kombination aus diesen Elementen verwenden.
Herkömmliche mechanische Relais werden ein- und ausgeschaltet, indem ein elektrischer Strom durch eine eingebaute Spule fließt und ein elektrischer Kontakt mit Hilfe der Magnetkraft betätigt wird. Foto-MOS-Relais hingegen emittieren Licht, indem sie einen Strom durch eine eingebaute LED leiten, die das Licht zur Erzeugung einer elektromotorischen Kraft im Lichtempfangselement nutzt. Der MOSFET wird durch die elektromotorische Spannung betrieben und kann auf die gleiche Weise wie ein herkömmliches Relais gesteuert werden.
Ähnliche Produkte wie Foto-MOS-Relais sind Fotokoppler, Fototransistoren, Fototriacs und SSRs (Solid State Relays). Diese werden als kontaktlose Relais oder Halbleiterrelais bezeichnet und je nach Verwendungszweck auf unterschiedliche Weise eingesetzt.
Foto-MOS-Relais werden häufig in Schaltkreisen eingesetzt, die große Ströme benötigen, oder in Anwendungen, in denen Fototriacs und SSRs besser in der Lage sind, Wechselstrom ein- und auszuschalten als Fotokoppler, Fototransistoren und dergleichen.
Foto-MOS-Relais verwenden Licht, um Signale von der Primär- zur Sekundärseite zu übertragen, und die Primär- und Sekundärseite sind vollständig elektrisch isoliert, so dass sie von handelsüblichen oder höheren Spannungsversorgungen mit kleinen Signalen betrieben werden können, z. B. von Mikrocontroller-Schaltungen. Aus diesem Grund werden sie in Schaltungen verwendet, die relativ große Stromlasten von mehreren A oder mehr ein- und ausschalten, sowie in Überbrückungsschaltungen wie Motortreibern.
Wenn ein Signalstrom an die Eingangsklemme angelegt wird, sendet die LED Licht aus und das Lichtempfangselement empfängt das Licht, wodurch eine elektromotorische Spannung erzeugt wird. Diese Spannung bewirkt, dass die Gate-Spannung des MOSFETs ansteigt und der Zustand zwischen Source und Drain der beiden MOSFETs EIN wird.
Der Strom kann dann durch den Source-Drain des MOSFET auf der Seite mit der höheren Spannung gegenüber der Spannung zwischen den Ausgangsklemmen und durch die parasitäre Diode des MOSFET in der nächsten Stufe fließen. Dadurch kann der Strom zwischen den Ausgangsklemmen unabhängig von der elektrischen Polarität zwischen ihnen fließen.
Foto-MOS-Relais bestehen aus drei Elementen: einer LED, einem Lichtempfangselement wie einer Fotodiode und einem MOSFET.
Die MOSFETs weisen eine Struktur auf, bei der zwei Schaltkreise abwechselnd angeordnet sind, die jeweils durch eine parasitäre Diode verbunden sind.
Wenn man zum Beispiel einen Motortreiber bauen will, ist es üblich, eine Schaltung mit Hilfe einer Vollbrückenschaltung zu konstruieren. Das größte Problem bei dieser Schaltung ist jedoch, dass die Source-Spannung des oberen Feldeffekttransistor (FET) unter den oberen und unteren FETs gleich der Versorgungsspannung wird, wenn die Versorgungsspannung an beide Enden der Last angelegt wird. Um den oberen FET aus diesem Zustand heraus einzuschalten, muss eine separate Spannung erzeugt werden, die höher als die Versorgungsspannung ist und mit der die Gate-Spannung des oberen FET gesteuert wird.
Foto-MOS-Relais funktionieren jedoch so lange, wie die eingebauten LEDs eingeschaltet werden können, so dass es möglich ist, sie direkt anzusteuern, auch wenn die CPU ein Signal von einigen V ausgibt. Es ist auch möglich, die Stromversorgung für den Motorantrieb vollständig von der Stromversorgung für die Steuerung zu trennen.
Es gibt zwei Arten von MOSFETs: einen, der immer ausgeschaltet ist und einen, der immer eingeschaltet ist. Erstere können als Schließerrelais und letztere als Öffnerrelais verwendet werden.
Foto-MOS-Relais können auch als Wechselstromschalter verwendet werden, indem zwei MOSFET-Quellen einander gegenüber geschaltet werden. Die Leitungseigenschaften von Foto-MOSFETs sind unabhängig von der Höhe des Eingangsstroms, so dass eine Ein- und Ausschaltsteuerung auch bei sehr kleinen Eingangsströmen möglich ist.
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