Оптоэлектронный ключ. Применение и принцип работы

Опубликовано 25.01.2011 Ведущий Валерий Харыбин

Оптоэлектронный ключ предназначен для коммутации высоковольтных цепей переменного и постоянного токов. В оптоэлектронных ключах оптическая связь между источником излучения, светодиодом, и фотоприемником, который содержит силовую полупроводниковую структуру с открытым оптическим окном, создается путем прямого управления светом. В устройствах силовой электроники такие устройства зарекомендовали себя как эффективные одно- и двунаправленные ключи, обладающие высоким значением пробивного напряжения. Они применяются в качестве приборов с гальванической развязкой между силовой и управляющей цепями, имеют низкие потери мощности в открытом состоянии и высокие динамические параметры. В настоящее время производители оптоэлектроники предлагают широкий ассортимент слаботочных оптронов (микросхемы драйверов) различного назначения с малыми токами в цепи управления. Для цепей переменного тока предлагаются два основных вида микросхем драйверов: с включением электронного ключа в произвольный момент и с включением электронного ключа в момент прохождения напряжения через «ноль». Первый тип микросхем используется в схемах управления мощностью нагрузки с широтно-импульсной модуляцией. Второй тип микросхем используется в схемах управления нагрузкой с времяимпульсным способом регулирования мощности в нагрузке, а так же в медленнодействующих малошумящих коммутаторах активных нагрузок. В этих схемах силовые полупроводниковые ключи включаются при малых напряжениях, близких к нулю, и не создают больших помех Функциональная схема силового электронного ключа с оптической развязкой. Электронный ключ состоит из микросхемы драйвера и силового триака, выполненного в одном корпусе. Тип примененного драйвера определяет конечную функцию силового модуля. Следует заметить, что в цепях управления нагрузкой в устройствах с широтно-импульсной модуляцией силовая структура должна быть защищена RC- цепью от эффекта быстрого нарастания напряжения. Нарастание напряжения на выходе закрытого триака может быть вызвано появлением импульсных помех, скачков напряжения, что может привести к непроизвольному открыванию триака. Самопроизвольное включение силового триака из-за перепадов напряжения не оказывает негативного влияния на некоторые виды нагрузок, например нагреватели, поскольку в течение полупериода частоты сети триак выключается. Для силовых цепей с быстрым нарастанием напряжения на выходе закрытого силового элемента вместо силового триака применяют два силовых тиристора, включенных встречно-параллельно. Защита от эффекта перенапряжения, возникающего при коммутации нагрузки, осуществляется варистором. Функционально, модульное устройство оптотриак, как правило, выполненное в пластмассовом корпусе, содержит в себе узел оптической развязки, управляющий мощным силовым ключом. В зависимости от исполнения, модуль может содержать встроенную схему контроля перехода напряжения через ноль или включаться при подаче управляющего сигнала.