PhotoMOS继电器(上)

前言
PhotoMOS继电器针对小型、轻量、薄型化的需要，作为适应电子化的继电器，增加了高灵敏性、高速响应；从传感器输入信号电平到高频的控制；从声音信号到高频用途的对应；高可靠性和长寿命；可表面安装的SMD型；多功能化和静音化等新的功能。

图1 PhotoMOS继电器的等价电路

图2 负载电压-电流特性的比较

图3 使用装置的输出信号比较

图4 开路时的漏电流

PhotoMOS继电器的动作原理
PhotoMOS继电器的输出是使用功率MOSFET在输入输出间实现电绝缘 (1,500VAC·1分钟) 的半导体继电器。其等价电路如图1所示。
动作原理是通过光电元件(太阳能电池)将发光元件 (LED)的光进行电压变换，通过功率MOSFET的导通、非导通，进行负载控制。

PhotoMOS继电器的特点
PhotoMOS继电器具备EMR (有触点机械继电器) 和SSR (无触点继电器) 两种功能，特点如下文所述。
?可控制微小模拟信号
晶闸管或光电耦合器及一般的SSR，不能控制数百mV以下的信号，但PhotoMOS继电器闭路时的偏置电压极低，因此，即使是对微小电压信号或模拟信号也可不变形控制(如图2、3所示)。
?电路板小型化和设计容易化
可将发光元件、光电元件、功率MOSFET集中到一个封装中，而且MOSFET的电路门电极也在封装中，因此抗干扰或静电能力较强。另外，内置有自身发电功能的光电元件，所以，不需要外部电源来驱动功率MOSFET。
?用小输入信号可控制大负载
与光电耦合器相比，因增幅率较大，所以可实现EMR所没有的高灵敏度参照表1。
?开路时的漏电流极小
一般的SSR开路时的漏电流大到数mA，但PhotoMOS继电器即使施加负载电压400V时，也小得只有1mA以下，见图4。
?可以适应各种负载控制
电流、电压通断范围较广，因此，适合继电器、电机、灯、螺线管等各种负载的控制。
?可控制含高频成分的信号
RF型输出端子间容量小至Typ.5pF，绝缘损失为40dB以上(1MHz)。
另外还有体积小、节省空间，安装不受限制；热起电力小至1mV以下；寿命近似永久性，无需更换；不发生电弧(干扰)，无触点，因而也无动作声音。

图5 电路结构部件的比较

图6 漏极源极电压相比泄漏电流的特性

图7 VGS=-5.0V时的泄漏耐压特性

表1 动作LED电流和连续负载电流的关系

表2 a触点型和b触点型的PhotoMOS继电器绝对最大额定比较
*1、f=100Hz、占空比=0.1%
*2、100mesc(1shot)、VL=DC
*3、低温时不结冰。

表3 a触点型和b触点型PhotoMOS继电器的电气特性比较
*另外lalb触点型（AQWG14）具有组合AQV214和AQV414的特性。
*平均1.14V（lf=5mA时）

对B触点型PhotoMOS继电器的研制
PhotoMOS继电器的优点已被认识，随着在信息通信器械、OA器械、FA器械及更广泛领域中的采用，对[具有机械式可构成的所有触点(b点、c点)的PhotoMOS继电器]的研制需求将更加高涨。电路结构部件的比较如图5所示。
为适应这样的需求，在功率MOSFET形成过程中使用DSD法(Double-Diffused and Selective Doping Method)，研制出了高耐压而且低导通电阻的耗尽型功率MOSFET。
该DSD法是在原来的加强型功率MOSFET制造时所使用的双重扩散法上，选择性地组合了扩散杂质部分的方法，一边补充系统杂质浓度，一边形成与电路板浓度相同的低浓度浮浅层的方法。
该功率MOSFET如图6所示，栅极电压为0时，处于低导通电阻(Typ.18Ω)，因而保持良好的导通状态，如图7所示，通过施加微小的栅极附加电压，可表现出高耐压(400V以上)的高绝缘性(低漏泄电流：1mA以下)。
表2、表3是将原来的a触点型的PhotoMOS继电器(AQV214)和b触点型PhotoMOS继电器(AQV414)进行了比较，可以看到两者几乎都有同样的性能。因此，也可以组合双方的电路，可以适应更广泛的用途。
这种高耐压、低导通电阻性能本来是处于交替关系中，在原来的增强型功率MOSFET中也需要高技术，因此，耗尽型功率MOSFET也可以说具有划时代的性能。
b触点型PhotoMOS继电器，是由于搭载了该耗尽型功率MOSFET才得以实现。

结语
如上所述，PhotoMOS继电器消除了原来机械式继电器所有的“灵敏度差”、“有动作噪音”、“开闭次数多减少寿命”等缺点，而且又具备一般SSR所没有的高电压控制、低导通电阻、b触点电路、AC/DC兼用通电、低泄漏电流等优良特性，因此，今后在远程通信、通信器械、OA器械、自动检测、安全与防灾器械、ME器械、测量器等方面会有更大的需求。■