MOS FET继电器(无机械触点继电器)设计输入侧电源时的电流值概念

设计输入侧电源时的问题

机械式继电器、MOS FET继电器分别具有不同的特长。基于对MOS FET继电器所具小型及长寿命、静音动作等优势的需求，目前已经出现了所用机械式继电器向MOS FET继电器转化的趋势。

但是，由于机械式继电器与MOS FET继电器在产品结构上完全不同，所以设计时需注意的要领也自然不同。

机械式继电器通过施加线圈电压进行驱动，而MOS FET继电器则是电流驱动。采用不同于机械式继电器的结构，在投入电流时，输入侧的LED将会发光，输出侧的PDA(光电二极管阵列)根据受光量进行发电并施加电压来驱动MOS FET继电器。因此，驱动MOS FET继电器需要向LED投入多少电流成为设计上需要解决的课题。

LED的光量会因各种原因而发生变化。电流值越大，光量也就越强。此外，光量还会因长期使用所致老化而逐渐变弱。因此，要想长期使用，则需对经年老化时的发光量加以考量。此外，如果环境温度较高，驱动MOS FET所需的电压也会变高，所以需要比日常温度下更大的电流。

MOS FET继电器无法投入超出额定值的电流。如果未在设计上正确加入此些要素，则会导致设备故障。

在这种输入侧的电源设计上，应该存在各种令人烦恼的问题。
这是因为使用了LED，所以在设计上需要考量的事项与机械式继电器时存在差异。

要领共有2个。

1. 周围温度环境的影响
2. LED的经年老化

本次将介绍设计MOS FET继电器输入侧电源时的电流值概念。

MOS FET继电器相关回顾

首先，我们来回顾一下MOS FET继电器的结构和动作原理。
MOS FET继电器是一款组合了半导体单元(LED、PDA、MOS FET)、实现了继电器功能的部件。

 

如上所述，MOS FET继电器通过向输入侧投入电流使LED发光，然后通过PDA将该光变为电压来驱动作为输出单元的MOS FET执行动作。也就是说，需要设计向LED投入适用电流、使PDA可不断受光的输入侧电源。

LED的经年老化 , 对应输入侧电流值的计算公式α1

LED会伴随使用逐渐经年老化。输入侧的电流越高，老化速度越快，因此需设计解决此问题的输入侧电流值。此外，不同的MOS FET继电器商品所搭载的LED种类不同，且经年老化的速度也存在差异。

 

有些客户出于“只要所选高电流在额定电流范围内就不会产生运行问题”的观念而在设计上选择了高电流值，这种情况下将会存在不足。输入侧的电流基本直接流入LED，从而导致LED老化且发光量下降。结果可能会造成MOS FET继电器无法正常运行，甚至还可能导致LED损坏而使MOS FET继电器无法运行。因此，要想确保正常运行且长期使用，则需在设计上采用合理光量使LED发光，并向输入侧投入合理的电流。

 

使用环境温度的考量 ,对应输入侧电流值的计算公式α2

LED的老化速度还会因使用的环境温度条件而加速。使用的环境温度越高，老化速度越快，所以应基于这方面的考量设计输入侧的电流值。

 

其他考量事项 ,对应输入侧电流值的计算公式α3

还有一点，内容并不仅限于我们的产品，同时也应基于对客户质量的考量而采用确保安全的设计。这一点也希望在输入侧的电流值设计上得到反映。

输入侧电流值的计算公式

基于上述3点的考量，输入侧的电流值设计可能要求达到以下所示条件。动作LED正向电流设计值=IFT×α1×α2（×α3）

IFT：触发LED 正向电流・・・以商品目录的最大额定值为基准。

α1：LED的经年变化率・・・根据产品型号(所用LED)而异。请参阅

α2：IFT的环境温度变化・・・基于商品目录的“触发LED正向电流-环境温度”图表。

α3：安全系数・・・电源的差异及老化、其他。

例如：G3VM-61G3型，假设在最高85℃的环境温度下使用时，

IFT：0.2mA（最大额定值、25℃）

α1：基于10万小时后80%(减少20%)的LED预测经年变化数据进行设定⇒ 1÷0.8=1.25（环境温度升高后将会加速变化，所以在85℃的环境温度下使用时，40℃时的数据所示变化率也会增大，IF条件10mA也显示在较低条件下使用时变化会变小。基于对该点的考量，本次设定为80%。）

α2：基于触发LED正向电流-环境温度图表所示25℃和85℃环境温度的数值设定变化率⇒ 0.6mA÷0.2mA=3

动作LED正向电流设计值=0.2mA×1.25×3（×α3）=约0.75mA（×α3）。

设计LED输入电源时，请务必基于对环境温度影响、LED经年老化影响的考量进行设计。