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Halbleiterrelais

Toshiba-Fotorelais

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Mechanischer Relais-Ersatz (e-Book)

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Name Gliederung Veröffentlichungsdatum
Beschreibt auf ungefähr 70 Seiten, was Fotorelais sind und wie sie sich von mechanischen Relais unterscheiden. Zeigt auch Anwendungsbeispiele. 6/2018

Was sind Fotorelais?

Relais sind elektrisch betätige Schalter, die grob in kontaktbehaftete (mechanische) und kontaktlose (Halbleiter) Typen unterschieden werden können. Fotorelais sind Halbleiterrelais, bestehend aus einer optisch mit einem MOSFET gekoppelten LED, die hauptsächlich als Signalrelaisersatz verwendet werden. Da sie keine beweglichen Kontakte aufweisen, haben Fotorelais bekanntermaßen eine größere Langzeitzuverlässigkeit als mechanische Relais.

フォトリレーとは
Gruppe Untergruppe Hinweise
Kontakt
(Mechanisches Relais)
Signalrelais
  • mechanische Relais mit geringem Schaltstrom, häufig weniger als 2 A, für Anwendungen wie Signalsteuerung, Schaltsteuerung, Hochfrequenzsteuerung usw.
  • umfasst Hochfrequenzrelais
Leistungsrelais
  • mechanische Relais mit hohem Schaltstrom, mehr als 2 A
  • umfasst Universalrelais für Schalttafeln, Leistungsrelais für eine hohe Gleichstromregelung usw.
Kontaktlos
(Halbleiterrelais)
Halbleiterrelais
(MOSFET-Ausgang)
  • verwendet MOSFET als Ausgabevorrichtung
  • dient hauptsächlich als Signalrelaisersatz
  • sowohl für Wechsel- als auch Gleichstromlasten geeignet
  • Produkte mit ION>1A werden als hochkapazitive (Strom) Fotorelais bezeichnet
SSR
(Solid State Relay)
  • verwendet Halbleiter-PhotoTriac, Fototransistor oder Foto-Thyristor als Ausgabevorrichtung
  • PhotoTriac, Foto-Thyristor-Ausgabevorrichtung sind auf AC-Lasten beschränkt

Wie unterscheiden sich Fotorelais von mechanischen Relais?

Der nachstehende allgemeine Vergleich basiert auf Größe, Zuverlässigkeit, Leistungsaufnahme und Schaltvermögen von Fotorelais und mechanischen Relais. Weitergehende Details enthält der jeweilige Anwendungshinweis.

Allgemeines

Wie unterscheiden sich Fotorelais von mechanischen Relais?
Merkmale Fotorelais Mechanisches Relais
Größe Generell kleiner als mechanische Relais Gehäusegröße nimmt mit der Produktleistungsfähigkeit zu
Zuverlässigkeit Lange Lebenszeit Begrenzte Lebenszeit aufgrund beweglicher Kontakte
Leistungsaufnahme Betrieb bei schwacher Batterie möglich Hoch. Der Betrieb erfordert zudem zusätzliche Schaltungskomponenten.
Umschaltung
  • Schnell
  • Geringes Rauschen
  • Geräuscharm
  • Langsam
  • Ein- und Aus-Spitzen mit Kontaktprellen
    Signale
  • Hörbares mechanisches Klickgeräusch
Hot-Switch-Funktion Gut Kürzere Lebensdauer durch Momentanstrombelastung und Lichtbogenbildung bei Kontakt-Aus.

Terminologie – Fotorelais vs. mechanisches Relais

In diesem Abschnitt wird die bei mechanischen Relais verwendete Terminologie der von Fotorelais gegenübergestellt.

Terminologie – Fotorelais vs. mechanisches Relais
Merkmal mechanisches Relais Erklärung Entsprechendes Merkmal Fotorelais
Spulennennspannung (Spule), Nennbetriebsstrom Für den Spulenbetrieb angelegte, konstruktionsbedingte Spannung, und der resultierende Wert des Stromflusses in der Spule Eingangsstrom (IF), Eingangsspannung (VF), Empfohlener Eingangsstrom (IF)
Kontaktform
Kontaktmechanismus und Anzahl der Kontakte in der Schaltung
Bsp.: Normal Offen × 1 Kontakt (1a)
Normal Geschlossen × 1 Kontakt (1b)
Wechslerkontakte × 1 Kontakt (1c)

Kontaktform
Bsp.: Normal Ein × 1 Kontakt (1a)
Normal Aus × 1 Kontakt (1b)
Kontaktwiderstand Gesamtwiderstand bei Kontaktberührung EIN-Widerstand (RON)
Kontaktkapazität Spannung und Strom, die das Bauteil im EIN-Zustand handhaben kann AUS-Zustand Ausgangsklemmenspannung (VOFF), EIN-Zustand Strom (ION, IONP)
Maximal zulässige Kontaktleistung Obere Leistungsgrenze, bis zu der das Bauteil ordnungsgemäß ein- und ausgeschaltet werden kann Ausgangsverlustleistung (PO)
Maximal zulässige Kontaktspannung Maximale Leerlaufspannung
Erfordert eine Herabsetzung entsprechend Betriebslast und -strom
AUS-Zustand Ausgangsklemmenspannung (VOFF)
Maximal zulässiger Kontaktstrom Maximaler Strom, den die Kontakte handhaben können
Erfordert eine Herabsetzung entsprechend Betriebslast und -spannung
EIN-Zustand Strom (ION, IONP)
Umschaltung
(Zeit)
Merkmale
Betriebszeit Zeitpunkt, ab dem die Spule mit Strom versorgt wird, bis zum Schließen des Kontakts. (Prellzeit nicht inbegriffen) Einschaltzeit (tON)
Auslösezeit Zeitpunkt, ab dem die Spule nicht mehr mit Strom versorgt wird, bis der Kontakt in seine Ausgangsstellung zurückkehrt. (Prellzeit nicht inbegriffen) Ausschaltzeit (tOFF)
Lebensdauer Mechanische Lebensdauer Minimale Anzahl von Betriebszyklen, denen das Relais ohne Last an den Kontakten unterzogen werden kann. LED-Lebensdauerdaten
Elektrische Lebensdauer Minimale Anzahl von Betriebszyklen, denen das Relais mit einer bestimmten Last an den Kontakten unterzogen werden kann. LED-Lebensdauerdaten
Betriebstemperatur Umgebungstemperatur am Einsatzort des Relais. Betriebstemperatur (Topr)

Auswahlleitfaden und Auslegungskriterien für Fotorelais

Sie sind nicht sicher, welches Fotorelais der richtige Ersatz für Ihr mechanisches Relais ist? In diesem Abschnitt werden einige wichtige Punkte angesprochen, die bei der Wahl eines Fotorelais zu beachten sind.

Kontaktform

  • Prüfen Sie die erforderliche Kontaktform (Form a (1a), Form b  (1b) usw.)
  • Toshiba hat derzeit Fotorelais mit den Kontaktformen 1a, 2a, 1b, 2b, 1a1b.

Gehäuse und Isolierung

  • Platzprobleme oder Isolationsspannungsanforderungen? Wählen Sie vom branchenweit kleinsten S-VSON4-Gehäuse bis zu konventionellen DIP-Gehäusen.
パッケージと絶縁電圧

S-VSON4

VSON4

USOP4

SSOP4

SO6

2.54SOP4
MFSOP6

2.54SOP6

2.54SOP8

DIP4

DIP6

DIP8
BVS:500 V 500 V BVS: 1500 V (einige mit 3750 V) BVS: 2500 V
(einige mit 5000 V)

Betriebsbedingungen

  • VOFF(V)- und ION(A)-Anforderungen bestätigen
    • VOFF: Für einen sicheren Betrieb Reserve mit einplanen
    • ION: Je nach Betriebsumgebung sollte eine Herabsetzung berücksichtigt werden.
      Bsp.: Fotorelais ION erforderlich = Mechanisches Relais ION ÷ 0,7 bei Ta:60℃

Elektrische Bedingungen

  • Während mechanische Relais generell einen geringen Einschaltwiderstand haben, gibt es bei Fotorelais eine Reihe von Produkten mit hohem bis niedrigem RON-Wert. Ferner gibt es auch hochkapazitive Fotorelais mit einem niedrigerem RON-Wert als mechanische Relais.
  • Anders als bei mechanischen Relais fließt in Fotorelais ein Leckstrom, wenn Spannung an die Ausgangsseite angelegt wird. Für Anwendungen, bei denen Leckstrom ein Problem ist, sollten Toshiba-Produkte mit einem geringen Arbeitsstrom (pA-Bereich) in Betracht gezogen werden.

Schaltverhalten

  • Mechanische Relais brauchen üblicherweise einige Millisekunden für eine Signalrelaisumschaltung, und auch die Prellzeit sollte berücksichtigt werden.
    Toshiba hat neben Fotorelais mit typischen Umschaltzeiten von weniger als 1 ms auch Hochgeschwindigkeits-Fotorelais mit 0,01 ms.  Keine Prellzeit!

Sonstige

  • Weitere Einzelheiten zur Auswahl eines Fotorelais und zu Konstruktionsüberlegungen entnehmen Sie bitte den jeweiligen Anwendungshinweisen.

Portfolio an Hochspannungs-Fotorelais

Die bachstehende Liste enthält Toshibas Hochstrom-Fotorelais mit verschiedenen Gehäusen und AUS-Zustand-Klemmenspannungen (VOFF). Das vollständige Angebot an Fotorelais finden Sie auf der entsprechenden Webseite hier.

Eine parametrische Suchfunktion gibt es ebenfalls hier.

Portfolio an Hochspannungs-Fotorelais
Teil PKG VOFF (V) ION (A) Status
TLP3543 DIP6 20 4 In Massenproduktion
TLP3553 DIP4 3 In Massenproduktion
TLP3100 SOP6 2,5 In Massenproduktion
TLP3403 VSON4 1 In Massenproduktion
TLP3106 SOP6 30 4 In Massenproduktion
TLP3406S S-VSON4 1,5 In Massenproduktion
TLP3544 DIP6 40 3,5 In Massenproduktion
TLP3102 SOP6 2,5 In Massenproduktion
TLP3554 DIP4 2,5 In Massenproduktion
TLP241A DIP4 2 In Massenproduktion
TLP241AF DIP4 2 In Massenproduktion
TLP3123 SOP4 1 In Massenproduktion
TLP3547 DIP8 60 5 In Massenproduktion
TLP3107 SOP6 3,3 In Massenproduktion
TLP3545 DIP6 3 In Massenproduktion
TLP3542 DIP6 2,5 In Massenproduktion
TLP3103 SOP6 2,3 In Massenproduktion
TLP3555 DIP4 2 In Massenproduktion
TLP3127 SOP4 1,7 In Massenproduktion
TLP3122 SOP4 1 In Massenproduktion
TLP3823 DIP8 100 3 In Massenproduktion
TLP3109 SOP6 2 In Massenproduktion
TLP3546 DIP6 2 In Massenproduktion
TLP3105 SOP6 1,4 In Massenproduktion
TLP3556 DIP4 1 In Massenproduktion
TLP3825 DIP8 200 1,5 In Massenproduktion
TLP3548 DIP8 400 0,4 In Massenproduktion
TLP3549 DIP8 600 0,6 In Massenproduktion

Hinweis: ES: Engineering Sample (Fertigungsmuster), MP: Mass production (Massenproduktion)
         Änderungen der technischen Daten von derzeit in Entwicklung befindlichen Produkten jederzeit vorbehalten.

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