CC BY
24�и по току — минимум 500%.
• Оптопары с входом от переменного тока.
• Твердотельные реле SSR.
• Аналоговые ключи.
• Линейные оптопары.
• Оптопары с выходом фотосимистора (фототриаки). Применяются в промышленности для контроля двигателей, а также в офисной и бытовой технике.
• Высокоскоростные оптопары, разработанные для гальванической развязки ВЧ-сигналов.
• Драйверы ЮВТ и MOSFET.
• Изолированные драйверы 1РМ. Большинство из перечисленных
устройств, например семейства 4Ш5, 4Ш6, 4Ш7, 4Ш8 оптопар со стандартным одно-канальным выходом транзистора, включает как минимум один источник излучения (что зависит от числа каналов и типа входа), представляющий собой галлий-арсенидный ИК-светодиод, и, в зависимости от типа выхода ОТ^фототранзистор (как в семействе 4Ш5), фотодиод или фототриак.
Эти массовые компоненты Vishay, в частности, используются:
• для источников питания;
• для телекоммуникаций (логическая развязка нуля и «земли»);
• для индикации телефонного звонка;
• для управления герконовым реле. Самой обширной группой ИК-опто-
электроники Vishay являются аналоговые ключи, которые предлагаются практически во всех главных типах конфигураций (SPST, SPDT, DPST, DPDT) и в 20 типах корпусов
для поверхностного и штыревого монтажа. Применения включают сбор данных, контроль промышленных процессов, тестирование, измерительные и медицинские системы, а также переключение сигналов в сотовых телефонах, планшетах и видеоиграх.
Для развязки аналоговых цепей также предлагаются два особых семейства линейных оптопар, которые характеризуются сверхвысоким значением линейности характеристики передачи — 0,01%. Такое высокое значение линейности достигается благодаря сложной обратной связи по напряжению, но компоненты довольно просто подключаются к операционным усилителям.
Ряд промышленных применений оптопар заслуживает отдельного детального рассмотрения.
Высоковольтная оптическая изоляция в целях безопасности
Оптопары Vishay, в частности, разработаны для защиты чувствительной управляющей схемы и людей от высоковольтных пиков напряжения (рис. 1, табл. 1, 2). Они изолируют стороны с низким и высоким напряжением посредством использования ИК-эмиттеров для передачи управляющего сигнала к фотодетектору. Поэтому схемы, работающие на низком и высоком напряжении, являются гальванически развязанными. Наиболее часто используемый тип оп-топар для этого применения — 4-выводные. 4-выводные оптопары Vishay характеризуются низким входным током, высоким изолирующим напряжением, длинным путем тока утечки и расстоянием через изоляцию.
Рис. 1. Оптопары Vishay, разработанные для изоляции низковольтной управляющей схемы и защиты людей от высоковольтных пиков напряжения
Таблица 1. Оптопары с постоянным входным током 1Р 5 или 1 мА
Корпус Артикул Диапазон коэффициента передачи по току, % Напряжение изоляции, Ввм5 Путь тока утечки, мм Температурный диапазон, °С
1р = 5 мА 1р = 1 мА
DIP-4, SMD-4 У0617А VO618A 50-600 5300 >8 -55...+110
SOP-4 УОМ617А VOM618A 3750 >5
LSOP-4 VOL617A VOL618A 5000 >8
SSOP-4 VOS617A VOS618A 3750 >5
Таблица 2. Оптопары с переменным входным током 1Р
Корпус Артикул Диапазон коэффициента передачи по току, % Напряжение изоляции, Вдмб Путь тока утечки, мм Температурный диапазон, °С
1р = 5 мА SSOP-4 VOS627A 50-600 3750 >5 -55...+ 110
!р = 1 мА LSOP-4 VOL628A 5000 >8
SSOP-4 VOS628A 3750 >5
Примеры применения:
• Источники питания:
- изолированные преобразователи постоянного тока;
- импульсные источники (SMPS);
- адаптеры переменного тока;
- преобразователи с постоянным входом и выходом в формате/форм-факторе «кирпича».
• Промышленный ввод/вывод I/O:
- изолированный управляющий цикл 4-20 мА;
- изолированная последовательная коммуникация.
• Интеллектуальные сети Smart Grids:
- детектирование сетевого напряжения;
- ZC-детектирование (нулевого пересечения, zero crossing);
- коммуникационная изоляция.
• Промышленная автоматизация:
- импульсное питание;
- изоляция ввода/вывода;
- цикл обратной связи.
В портфолио Vishay представлены оптопа-ры с постоянным входным током IF на 5 мА (VO617A, VOM617A, VOL617A, VOS617A) и 1 мА (VO618A, VOM618A, VOL618A, VOS618A) (табл. 1).
Оптопары с переменным входным током IF также выпускаются с входом на 5 мА (VOS627 А) и 1 мА (VOL628A, VOS628A) (табл. 2). Всего в портфолио Vishay входит 17 наименований оптопар, которые могут работать в цепи переменного тока как малого, так и высокого уровня. Их основное назначение — определение момента нулевого пересечения переменного напряжения.
Компания Vishay непрерывно обновляет линейку своей продукции. Например, VOL628A — сравнительно новый оптрон (в низкопрофильном корпусе LSOP-4), предназначенный для гальванической изоляции сигналов и защиты слаботочных цепей в оборудовании различного назначения. Входная часть VOL628A выполнена в виде двух встречно-параллельных инфракрасных светодиодов, что позволяет ему работать и с сигналами переменного тока. Оба свето-диода оптически связаны с выходным фототранзистором.
Промышленные твердотельные реле — готовые однокомпонентные высокоинтегрированные решения
Оптроны с полевым транзистором также называют оптореле или твердотельным реле. Vishay предлагает широкий диапазон высокоинтегрированных решений твердотельных реле (Solid State Relay, SSR) (рис. 2, табл. 3). Они доступны в корпусах DIP, SDIP (DIP с SMD-выводами) и SMD. Выходное напряжение составляет от 60 до 400 В, а диапазон тока — от 100 мА до 2 A. Примеры применения:
• реле ввода/вывода программируемых логических контроллеров;
• замещение высоковольтных механических реле;
• промышленные тестеры;
• интегрированные промышленные сенсорные модули;
• сварочное оборудование;
• контроллеры нагревателей. Особенности Vishay SSR в этих применениях:
• низкий выходной ток утечки;
• постоянное напряжение нагрузки;
• отсутствие подвижных частей;
• малый форм-фактор;
• отсутствие контактной дуговой сварки;
• высокое напряжение изоляции (5,3 кВ);
• штыревые и SMD-корпуса. Оптопары, как правило, используются для
передачи информации, а оптореле — для переключения сигнальных или силовых цепей, в которых в качестве переключающего элемента служит транзистор (MOSFET или IGBT).
В частности, взамен маломощных твердотельных реле используются оптопары с составным фототранзистором на выходе (пара Дарлингтона) с высоким коэффициентом передачи по току — минимум 500%, а дополнительный вывод базы фототранзистора позволяет оптимизировать соотношение между скоростью работы и коэффициентом передачи по току.
Автономные драйверы PV MosFET
Автономные драйверы PV MOSFET дают возможность клиентам на уровне платы вы-
Рис. 2. Оптические твердотельные реле — готовые однокомпонентные высокоинтегрированные решения для промышленных задач: а) оптическая схема; б) пример применения
Таблица 3. Оптические твердотельные реле — примеры предложений Vishay для промышленности
1— < о 1— < 1— < x
ю (о ю ю ud ю
x x x
_j > _j
Ток нагрузки, мА 120 120 250 2000 125
Напряжение нагрузки, В 350 350 400 60 400
< го 3750 5300 5300 5300 5300
Ron, Ом 35 35 36 0,25 36
полнять простое и недорогое замещение высокомощных механических релейных модулей SSR, используя минимум компонентов. Примеры применения:
• промышленный контроль двигателей;
• замещение SSR;
• контроллеры нагревателей;
• контроллеры вентиляторов;
• контроллеры насосов;
• драйверы соленоидов.
Как драйверы MOSFET, SSR от Vishay отличаются отсутствием необходимости во вторичном питании со стороны драйвера и малым форм-фактором. На рис. 3 приведены
ИИ и
Рис. 3. Автономные драйверы PV MOSFET — однокомпонентные решения для промышленных задач: а) оптическая схема; б) внешний вид; в) двунаправленного драйвера MOSFET
Таблица 4. Автономные драйверы PV MOSFET для промышленности
VOM1271T VO1263
ISC (IF = 20 мА), мкА 30 21
Voc (If = 20 мА), В 8,7 14,7
Vios, В 4500 5300
однокомпонентные решения на их основе, а в таблице 4 — их краткие характеристики.
оптически изолированные драйверы IGBT/MOSFET
Vishay также выпускает оптически изолированные драйверы IGBT/MOSFET для промышленных приводов, работающих от постоянного и переменного тока. В частности, оптоизолированные драйверы ЮВТ компании Vishay позволяют клиентам изолировать силовые части высокомощных переключающих схем (рис. 4, табл. 5). Поэтому такие компоненты можно использовать для разработки схем, которые безопасны и устойчивы к электромагнитным помехам. Примеры применения:
• промышленные ШИМ-приводы, работающие с переменной скоростью;
• ШИМ-контроллеры нагревателей;
• ШИМ-контроллеры вентиляторов;
• ШИМ-драйверы соленоидов.
Таблица 5. Оптически изолированные драйверы IGBT/MOSFET для промышленных приводов
VO3120 VO3150
Ьит А 2,5 0,5
ICC, мА 2,5
V В 5300
Особенности Vishay SSR в этих применениях:
• малое время задержки;
• работа от высокого напряжения VCC;
• низкий среднеквадратический ток;
• привод с высоким выходным током;
• высокая шумовая изоляция;
• безопасная изоляция от высокого напряжения;
• изолированные промышленные коммуникации.
Фототриаки
для контроля двигателей
Фотодетектор в фототриаке представляет собой фоточувствительный триак, обычно называемый оптотриаком. Фототриаки используются для включения и выключения переменных нагрузок. Включение излучающего ИК-диода позволяет току течь к переменной нагрузке. Фототриаки (табл. 6) используются как управляемые кремниевые выпрямители (Silicon-Controlled Rectifier, SCR) или как предрайверы триака.
Как правило, они применяются для контроля двигателей, работающих на переменном токе. Как оптопары, они изолируют управляющую схему на низком напряжении и людей от основных высоковольтных функциональных блоков.
Различают фототриаки с переходом через ноль и ненулевым переходом, что соответствует тому, когда переключается выходной ток. Если фототриак переключается не при переходе через ноль, тогда выходной ток включается при активизации ИК-светодиода, вне зависимости от фазы переменного напряжения. На рис. 5б, в желтая линия соответствует входному току, а розовая линия — выходному току. Включению высокого уровня входного тока (оп) соответствует немедленное включение выходного тока. Для фототриака с переходом через ноль предусмотрено, что выходной ток включается не немедленно, а только при активизации ИК-светодиода и переходе через ноль сигнала переменного напряжения, что также показано на рис. 5б, в. Оба характеризуются вы-
Таблица 6. Фототриаки для контроля промышленных двигателей
Артикул Корпус VIOS, BRMS I FT, мА VDRM,В dV/dt min, В/мкс Температурный диапазон, °С
Включение при переходе через ноль IL410/IL4108 DIP-6, SMD-6 5300 2 600 10 000 -40...+100
VO4154 series 1,6, 2, 3 5000
V03062 10 1500
V03063 5
Включение вне перехода через ноль (случайная фаза) IL420/IL4208 DIP-6, SMD-6 5300 2 600 10 000 -40...+100
VO4254 series 1,6, 2, 3 5000
V03052 10 1500
V03053 5
K3101 15 250 10 -40...+85
K3020 30 500
V0M3052 SOP-4 3750 10 600 1500 -40...+100
V0M3053 5
V0M160R/P/T 5, 7, 10 500
NG [7
01 "С :.*
0
.Г
Эк
I —
Vjv
¿jv. 3 ^
3
tt¥t...............
КН—"J ¡М* Д
1^131 пройвщь.
jjgB
/
/
Рис. 4. Оптически изолированные драйверы IGBT/MOSFET для промышленных приводов: а) оптическая схема; б) внешний вид; в) схема применения
Рис. 5. Фототриаки для контроля промышленных двигателей:
а) оптическая схема; б, в) сравнение сигнальных временных диаграмм оптосимисторов, включаемых без перехода через ноль (б) и с переходом через ноль (в)
Рис. 7. Пример применения оптически изолированных драйверов ЮВТ в схемах управления солнечными и ветровыми источниками энергии
Таблица 8. Параметры оптически изолированных драйверов IGBT
Артикул Выходной ток I0, А Диапазон рабочего напряжения Vcc, В Искажение ширины импульса (PWD) max, мкс Ток питания Icc, мА Ослабление синфазного сигнала (CMR) min, кВ/мкс Vios, BRMS Рабочий температурный диапазон, °С
VO3120 2,5 15-32 0,2 2,5 25 5300 -40...+110
VO3150A 0,5
ключением фототриака, когда ИК-эмиттер выключается и переменное напряжение проходит через ноль.
Высокоскоростные оптопары
Высокоскоростные оптопары Vishay позволяют разработчикам изолировать промышленные коммуникационные шины, такие как RS485, РгойЬш, SPI и др. (рис. 6, табл. 7). Оптоэлектроника Vishay обеспечивает не только изоляцию для безопасности, но и шумовую изоляцию, обычную для промышленного окружения.
Таблица 7. Высокоскоростные промышленные оптопары
V0M452T/ 453T SFH6721T V04661
Выход Открытый коллектор Двухтактный выходной каскад Открытый коллектор
Скорость передачи данных, Мбит/с 1 5 10
Vos, В 3750 3750 5300
CMTI, В/ мкс 15 000 10 000 15 000
Примеры применения включают изолированные шины: RS485; Profibus; CAN; SPI; 4-20 мА. В этих применениях Vishay SSR имеют следующие ключевые признаки:
• скорость данных до 10 Мбит/с;
• высокая шумовая изоляция;
• высокое напряжение изоляции;
• широкое разнообразие корпусов;
• выходы с открытым коллектором и двухтактный выходной каскад.
драйверы IGBT
для управления солнечными
и ветровыми источниками энергии
Оптически изолированные драйверы IGBT используются для изоляции схемы с высоким напряжением инвертора (преобразователя DC/AC) от управляющей схемы с низким напряжением (рис. 7). Изоляция необходима для обеспечения безопасности, так как на входе и выходе инвертора — высокое напряжение, а управляющая схема, доступная пользователю, должна функционировать на низком напряжении. Оптически изолированные драйверы IGBT также позволяют разработчикам ограждать контрольные схемы от шумов схем с высоким напряжением и током, что повышает характеристики, снижает размер продукта и упрощает дизайн устройства.
Примеры оптически изолированных драйверов IGBT для этих применений — V03120 и V03150A (табл. 8).
Заключение
Vishay Intertechnology — один из лидирующих в мире производителей ИК-эмиттеров, фотодетекторов, оптопар и оптических датчиков. Какой бы тип оптоэлектронно-го компонента ни потребовался клиенту — PIN-фотодиод, датчик окружающего света, ИК-ресивер или оптопара для оптической
изоляции, у Vishay всегда найдется подходящее решение. Компания предлагает клиентам широкий спектр компонентов и техническую поддержку, а важнейшим для Vishay стало применение оптопар и оптореле для контроля двигателей, приводов, промышленных процессов и оптической изоляции источников питания.
Помимо актуальности выбранной группы продуктов, обратим внимание разработчиков также на то, что Vishay — это крупный, вертикально интегрированный производитель оптоэлектроники, имеющий 30-летний опыт выпуска и корпусирования эмиттеров и детекторов, по которым имеются актуальные обзорные и справочные
материалы на русском и английском языке [2]. Инженеры и дистрибьюторы компании охотно оказывают техническую помощь в вопросах, касающихся выбора и применения любого типа оптоэлектронной продукции, предлагая в том числе бесплатные образцы для опытного клиентского тестирования функциональности и качества инновационных компонентов следующего поколения. ■
Литература
1. www.vishay.com
2. www.innovationsinsightmag.com
