PhotoMOS-Relais
Das Bauteil der unbegrenzten Möglichkeiten?
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
A-, B- und C-Verschaltung
Wechselspannung schalten – die A-Verschaltung
Wie ihre elektromechanischen Kollegen, schalten PhotoMOS-Relais sowohl Gleich- als auch Wechselspannung. Das ist keineswegs selbstverständlich, denn die oft vernachlässig-te Bulk-Drain-Diode der MOSFET-Struktur leitet Strom ja nur in eine Richtung. Bei höheren Strömen in Sperrrichtung wird sie zerstört – und Wechselspannung setzt sich nun einmal aus einer positiven und einer negativen Halbwelle zusammen.
Um nicht bei der ersten Halbwelle in Sperrrichtung das Zeitliche zu segnen, bedienen sich PhotoMOS-Relais zweier Ausgangs-MOSFETs. Ihre Bulk-Drain-Dioden sind in Reihe, aber entgegengesetzt gerichtet verschaltet. Legt man nun AC-Spannung an die Anschlüsse des Relais, die auch mit den beiden Katoden der Bulk-Drain-Dioden verbunden sind, ist es möglich, AC-Lasten zu schalten. Die Verschaltung nennt man im PhotoMOS-Kontext auch A-Verschaltung (Bild 3).
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Die A-, B- und C-Verschaltung
Zwei DC-Zweige schalten – die B-Verschaltung
Oftmals soll aber nicht Wechsel- sondern Gleichstrom geschaltet werden. Hier kann das PhotoMOS-Relais sei-ne Flexibilität voll ausspielen. Denn durch den nach außen geführten Mittelabgriff zwischen den beiden Ausgangs-MOSFETs ist es möglich, pro Ausgang jeweils eine Gleichspannung zu schalten. Somit können mit nur einem Bauteil zwei getrennte DC-Zweige angesteuert werden. Dabei ist lediglich zu beachten, dass der Gesamtstrom den maximalen Schaltstrom nicht übersteigt, um eine thermische Zerstörung auszuschließen. Bild 4 zeigt diese Ansteuerung von zwei Zweigen, auch B-Verschaltung genannt.
Schaltstrom verdoppeln – die C-Verschaltung
In vielen Applikationen der Medizin-, Sicherheits- oder Automobiltechnik spielt Wechselstrom keine Rolle – auch soll nur ein DC-Zweig geschaltet werden. Dafür sind hohe Ströme erforderlich. Und wieder beweisen PhotoMOS-Relais ihre Vielfalt: Mit Hilfe des Mittelabgriffs der beiden Ausgangs-MOSFETs lassen sich die Halbleiter-Elemente parallelschalten.
Diese Anschlussart nennt sich C-Verschaltung und ist in Bild 5 dargestellt. So lässt sich zwar – wie bei der B-Verschaltung – kein Wechselstrom mehr schalten; durch den auf die Hälfte gesunkenen Einschalt-Widerstand verdoppelt sich aber der maximal zulässige Laststrom. So lassen sich selbst DC-Lasten mit bis zu 5 A im Platz sparenden 6-Pin-SOP mit lediglich 8,8 x 6,4 x 3,6 mm3 schalten und führen.
Die Tabelle 2 gibt einen Überblick über die unterschiedlichen Verschaltungsarten samt Einschalt-Widerständen und maximal möglichem Laststrom.
| Verschaltungsart | Einschalt-Widerstand (typ.) | Maximaler Laststrom |
|---|---|---|
| A | 80 mΩ | 2,5 A(AC/DC) |
| B | 40 mΩ | 3 A (DC) |
| C | 20 mΩ | 5 A (DC) |
Tabelle 2: Einschalt-Widerstand und Laststrom bei A-, B- und C-Verschaltung am Beispiel des AQV252G
Der Autor: Dipl.-Ing. (FH) Markus Bichler ist als Applikationsingenieur im Bereich Komponenten der Panasonic Electric Works Deutschland beschäftigt.
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