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说到继电器,你可能很熟悉,淘宝搜索也很多,传统继电器有机械继电器、固态继电器、干簧管继电器等,那么什么是光电固态继电器呢?乍一看,TLP光电固态继电器3547与普通8脚的光耦非常相似,从外观上看,几乎有点傻:
图2:TLP3547光电固态继电器内部原理
图3:高速光耦及封装的内部原理
然而,如果我们仔细比较上图中光电固态继电器和光耦合器的内部原理,我们仍然可以看到两者之间的明显,主要在输出部分:
->普通光耦的输出部分,类似一个三极管集电极开漏输出;
->光电固态继电器的输出部分与两个类似MOS管道源极-漏极输出结构;
那我们先来科普一下什么是光耦,作者百度到的解释如下:
光耦合是光电隔离器或光电耦合器的缩写。它是一种以光为媒介传输电信号的装置。发光器(红外发光二极管)通常与受光器(光敏半导体管)密封在同一管壳内。当输入端添加电信号时,发光器发出光,接收光后产生光电流,从输出端流出,实现电-光-电的转换
那么什么是光电固态继电器呢?事实上,光电固态继电器是一种用光耦控制开关状态的固态继电器。光电固态继电器可理解为光耦合和控制的组合。
与传统机械继电器相比,光耦继电器具有以下优点:
1、 无机械接触,无触电磨损,使用寿命无限;
2、 无动作声音,安静环保;
3、 无振动和弹跳,防震抗跌;
4、 体积小,安全可靠;
5、 AC/DC可控制各种负载;
6、 可实现高速切换;
7、 低放电电压;
8、 低动作电流,低开路时漏电电流;
9、 输入与输出完全绝缘(完全隔离);
由于光耦合继电器具有许多优点,广泛应用于通信机械、工业设备、医疗设备、家电、安全系统、办公自动化、监控系统等领域。
好了,现在我们知道什么是光电固态继电器,以及它的一点点和应用领域,所以我们现在回到正题,作者TLP以3547光电固态继电器为例,让大家对光固态继电器的应用有更深的了解。
你可能经常听说光电固态继电器的体积相对较小,所以让我们看看这个继电器有多小!作者找到了一个圈,找到了一个以前认为很小,价格相对便宜的机械继电器和东芝TLP比较3547光继电器。
图4:东芝TLP3547光耦继电器和汇科HF49FD继电器
从上图可以看出,如果去除光耦继电器PCB板的部分,TLP几乎只有3547的体积HF49FD当然,市场上有很多较小的机械继电器,比如欧姆龙的超小继电器。但是,继电器不仅要看体积,还要看承载能力。如果承载能力不好,再小也没用!此外,继电器的开关速度、使用寿命等因素可能会考虑在某些应用中。在上图中,我们可以看到HF49FD负载能力还是挺好的,体积不仅小,无论是交流负载还是直流负载,都能达到5A!那我们再来看看这个。TLP3547光继电器的带载能力。
图5:东芝TLP3547光电固态继电器参数
从上图参数表可以看出,这款东芝TLP3547光继电器的负载能力也很好,直流负载的最高电压可以是60V,常温下最大负载电流可达5A,即使在85度的高温下,也能达到2度A,当然咯,从参数上来看,这款东芝TLP3547光继电器似乎没有交流负载。不难理解,传统的固态继电器也区分了交流和直流负载!
接下来,让我们准备测量这两个继电器的另一个性能——导通时间。让我们先看看TLP3547光继电器板接线说明:
图6:东芝TLP3547光电固态继电器引脚说明
从上图可以看出,这个TLP3547光继电器板导通端引脚为左侧的1、2引脚,并且还区分正负极,即:1脚需接电源正极,2脚接电源负极。然后右侧的间距稍微宽点的两个引脚为触点,似乎不区分正负。
找出原理后,我们开始接线,如下图所示,其中线圈导通用5V,一个负载连接RGB的灯,24V供电:
图7:东芝TLP3547光电固态继电器接线
导通用的继电器线圈USB转TTL模块来提供5V的电源:
图8:USB转TTL模块供电示意
接下来,我们打开线圈电源和负载电源,可以看到RBG灯亮了:
图9:TLP3547控制RGB亮灯
接下来,我们用示波器测量导通延迟,将示波器的两组探头连接到导通线圈和负载线:
图10:示波器测量TLP3547导延迟接线
接线后,我们将示波器上电。为了便于观察,示波器的启动模式设置为单次触发。同时,负载和继电器线圈通电,可见以下效果(其中黄色曲线为TLP3547光电固态继电器输入端曲线,浅蓝色曲线TLP3547光电固态继电器输出端曲线):
图11:示波器测量TLP3547导延时曲线图
从上图可以看出,TLP5547光电固态继电器V供电时,导通延迟约为2ms左右。与传统的机械继电器相比,这个时间已经很短了!
接下来,让我们看看这个。HF49FD导通延迟,恰到好处TLP对比3547。同样,我们先连接线,连接示波器探头:
图12:示波器测量HF49FD延迟接线线
值得注意的是,这个继电器的线圈不分正负极,可以随意连接,更不用说负载端了,这是一个常开节点。同样,我们可以看到示波器上的曲线图(其中黄色曲线是继电器)HF49FD输入端曲线,浅蓝色曲线为继电器HF49FD输出端曲线)。
图13:示波器测量HF49FD导延迟曲线
从上图可以看出,这个HF49FD继电器的导通延迟为4ms以上有明显的抖动现象,对于TLP这种抖动不存在于3547光电固态继电器中。
由此可见,TLP与传统机械继电器相比,3547光电固态继电器在实现高速信号切换方面具有很大的优势。