具有大導通電流和高速開關功能的小型光繼電器

－有助於縮小工業設備的尺寸，滿足工業設備的高速運轉需求－
Small Photorelay with High ON-State Current and High-Speed Switching

東芝電子元件及儲存裝置株式會社（簡稱「東芝」）現已推出適用於工廠自動化（FA）、樓宇自動化（BA）和其他工業設備的光繼電器「TLP3640A」。即日開始大量出貨。

在工廠自動化和樓宇自動化中，我們利用各種開關開啟和關閉其他外接設備。常用的開關為機械式繼電器。機械式繼電器透過線圈產生的電磁力控制金屬接點，但有高能耗、金屬接點磨損、驅動時產生雜訊等問題。

用光繼電器取代機械式繼電器可解決這些問題。光繼電器是一種光隔離器，其輸入端有一個LED，輸出端有一個帶有閘極驅動元件（光電二極體陣列）的MOSFET。機械式繼電器的線圈和金屬觸點分別對應光繼電器的LED和MOSFET的作用。因此，光繼電器的工作原理與機械式繼電器相同。

光繼電器具有以下特性。

  1. 使用壽命長：無機械觸點，因此輸出端的接觸次數沒有限制。
  2. 低能耗：由於採用LED驅動，輸入端的能耗低。
  3. 靜音運轉：當輸出端執行開關操作時，不會發出聲音。
  4. 小型封裝：貼片面積小，厚度薄。

新產品TLP3640A採用了東芝在小型光繼電器領域專門開發的晶片堆疊（CoC）技術[1] ；在比東芝現有產品TLP3122A [2]更小的SO4封裝中，新產品可實現1 A額定導通電流和60 V斷態輸出端額定電壓。此外，新產品不僅提高了開關速度，還擴大了工作溫度範圍。憑藉這些特性，TLP3640A有助於在各種工業設備上高密度安裝繼電器，實現設備的高速運作和設計靈活性。

註：

[1]晶片垂直堆疊的3D整合技術
[2]有4個接腳的SO6封裝。 1.4 A額定導通電流，60 V斷態輸出端額定電壓

Figure 1. Comparison of mechanical relay and photorelay configurations
圖1：機械式繼電器和光繼電器結構對比
Figure 2. System block diagram of programmable logic controller
圖2：可程式邏輯控制器（PLC）的系統框圖

特性

  1. 小型封裝
  2. 額定導通電流大
  3. 高速運轉
  4. 高溫運行

特性說明

1.小型封裝

Figure 3. Comparison of mounting area (4pinSO6: Toshiba’s existing product, TLP3122A, SO4: new product, TLP3640A)
圖3：貼片面積比較（有4個腳位的SO6封裝：東芝現有產品，TLP3122A；SO4封裝：新產品，TLP3640A）

由於各種工業設備都需要縮小電路板尺寸，因此開關也需要能夠進行高密度貼片的小型封裝。

TLP3640A採用東芝專有的晶片堆疊（CoC）技術，將光電二極體陣列晶片與MOSFET晶片堆疊在一起。因此，這是東芝首款採用SO4封裝的光繼電器產品。與機械式繼電器（小型訊號繼電器）相比，TLP3640A的貼片面積減少了70 %，與東芝現有產品TLP3122A相比減少了30 %。

2.額定導通電流大

新產品的封裝為SO4小型封裝，與東芝現有產品TLP3122A相比，貼片面積減少了30 %，透過優化內部結構設計，可達到1 A額定導通電流。這有助於提高設計餘裕。
例如，當產品所需的導通電流小於1 A時，東芝現有產品TLP3122A的單位面積裝置數量為3個（寬度3.7 mm×3＝11.1 mm），而新產品的單位面積裝置數量為4個（寬度2.6 mm×4＝10.4 mm），因此可放置更多產品。

3.高速運行

各種工業設備介面中使用的繼電器開關可能需要提高運轉速度。一些小訊號繼電器的接點開關時間為幾個毫秒。新產品TLP3640A透過改進LED和光電二極體陣列的特性，最大導通時間/關斷時間為0.5 ms /0.2 ms ，比東芝現有產品TLP3122A[ 3]的開關速度更快。新產品適用於可程式邏輯控制器（PLC）中的類比介面部分和測量儀器中的增益開關，這些應用都涉及高速操作。

註：
[3]TLP3122A的最大導通時間／關斷時間為3 ms ／1 ms 。

Figure 4. Example of programmable logic controller analog interface
圖4：可程式邏輯控制器（PLC）模擬介面範例

4.高溫運行

隨著設備日益小型化，散熱設計和元件選配難度可能會增加。雖然一般的小訊號繼電器和東芝現有產品TLP3122的最高額定工作溫度為85 °C，但新產品TLP3640A透過優化其內部結構，最高工作溫度可達110 °C。這有助於在工廠自動化（FA）設備和工業機器人所需的高溫環境中運作。

應用

  • 工廠自動化（FA）控制設備
  • 可程式邏輯控制器（PLC）
  • 安防系統
  • 測量儀器
  • 替代機械式繼電器

主要規格

（在Ta＝25 °C條件下，除非另有說明）

裝置型號

TLP3640A

規格書

 PDF: 610KB

封裝

東芝封裝名稱

SO4

尺寸(mm)

2.6×7.0 (典型值),

厚度=2.2 (最大值)

觸點類型

1a

(常開)

絕對最大額定值

斷態輸出端電壓 VOFF (V)

60

導通電流 ION (A)

1

導通電流（脈衝） IONP (A)

3

工作溫度 Topr (°C)

-40 至 110

耦合電氣特性

導通電阻 RON (Ω)

典型值

0.14

最大值

0.3

電氣特性

輸出電容（輸出側）COFF (pF)

典型值

95

開關特性

導通時間 tON (ms)

RL=200Ω,

VDD=20V,

IF=5mA

最大值

0.5

關斷時間 tOFF (ms)

0.2

隔離特性

絕緣電壓 BVS (Vrms)

最小值

3750

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