PhotoMOS-Relais
Das Bauteil der unbegrenzten Möglichkeiten?
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
H-Brücke mit PhotoMOS
In unserer komfortverwöhnten Welt spielen Elektromotoren eine wichtige Rolle. Sie drehen Satellitenschüsseln automatisch in die richtige Position, heben und senken Jalousien im Haus oder helfen in elektrischen Saftpressen, das letzte Quentchen der kostbaren Flüssigkeit aus den Orangen zu quetschen. Eines ist dabei allen Anwendungen gemein: Stets müssen Motoren in der Lage sein, sich je nach Wunsch links oder rechts herum zu drehen. Technisch wird diese Drehrichtungsänderung durch eine Änderung der Stromrichtung in der Motorspule realisiert. Die klassische Ansteuerschaltung für DC-Motoren ist die so genannte Wendeschaltung, aufgebaut als H-Brücke mit vier Schaltelementen. Bisher kamen hierfür meist elektromechanische Relais als Schalter zum Einsatz.
Ihren Vorteilen wie hoher Schaltstrom oder robuster Aufbau (Schaltstromspitzen durch induktive Motorlasten) stehen die geforderte fortschreitende Miniaturisierung und Gewichtsreduzierung von Baugruppen gegenüber. Unverzichtbar bleiben aber Vorteile wie die galvanische Tren-nung von Ein- zu Ausgangskreis. Was liegt also näher, als H-Brücken mit PhotoMOS-Technologie aufzubauen? Sprach bisher noch die mangelnde Verfügbarkeit von Öffner-Typen dagegen, umfasst die Panasonic-Produktpalette mittlerweile genug PhotoMOS-Öffner, um H-Brücken für verschiedenste Anforderungen entwickeln zu können.
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Bild 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer solchen Brückenschaltung mit PhotoMOS-Relais. Im ungeschalteten Zustand, also ohne Energieaufwendung im Ansteuerkreis, fließt der Strom über die Öffner Q1 und Q3 und treibt den Motor an.
Um die Drehrichtung des Motors umzukehren, müssen lediglich die vier PhotoMOS-Relais geschaltet werden. Dank des geringen Stromverbrauchs des LED-Ansteuerkreises genügen insgesamt rund 40 mA Steuerstrom.
Zu beachten ist lediglich, dass sich die Schaltzeiten von Öffner und Schließer aufgrund verschieden hoher Kapazitäten in den Halbleiterstrukturen unterscheiden. Tabelle 1 zeigt einen Vergleich:
| Kenngröße | Schließer (AQY2125) | Öffner (AQ4125) |
|---|---|---|
| Einschaltzeit ton |
2 ms | 3 ms |
| Ausschaltzeit toff | 0,2 ms | 1 ms |
| Einschalt-Widerstand Ron | 0,83 Ohm | 1 Ohm |
| Ausgangskapazität Cout | 80 pF | 450 pF |
Tabelle 1. Unterschiede wichtiger Größen bei Schließern und Öffnern
Würde man alle Relais gemeinsam ansprechen, käme es im schlimmsten Falle zum Kurzschluss: Die Schaltzeit-Differenz der Beispieltypen liegt bei rund 1 ms, in der alle Strompfade geschlossen wären. Je nach Applikation kann diese Schaltzeitdifferenz aber über eine Logik, die SPS oder den Mikrocontroller ausgeglichen werden.
Auch beim Abschalten der Relais lässt sich eine Zeitdifferenz beobachten. Sie bildet einen automatischen Sicherheitspuffer zwischen den Schaltzuständen. Denn der Schließer-Strompfad ist im vorliegenden Fall bereits nach 0,2 ms geöffnet, während die Öffner erst nach 1 ms wieder schließen.
Ihre Vielseitigkeit beweisen PhotoMOS-Relais aber auch im Hinblick auf das Schalten von Wechselspannung oder hohen Strömen. Drei grundlegende Verschaltungsarten stehen zur Auswahl.
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