ОПТОЭЛЕКТРОННОЕ РЕЛЕ

Полезная модель относится к области импульсной техники и может быть использована в коммутационных устройствах с гальванической развязкой.
Известно реле оптоэлектронное с переключающими контактами из патента РФ №127559 с датой приоритета 09.10.2012 г., содержащее в первом канале светодиод, оптически связанный с первой фотодиодной матрицей, управляющей затвором первого выходного ДМОП транзистора с индуцированным каналом; во втором канале - второй светодиод, оптически связанный со второй фотодиодной матрицей, управляющей затвором второго выходного ДМОП транзистора. Во входной цепи управления КМОП содержится интегральная схема драйвера управления, включающая выводы «питания» и «общий», вход управления и два выхода - выход управления первым каналом и инверсный ему выход управления вторым каналом. В выходную часть второго канала введен ДМОП транзистор с индуцированным каналом.
Недостатком данного реле оптоэлектронного с переключающими контактами является большое время включения и выключения.
Известно реле оптоэлектронное с программируемыми контактами из патента РФ №138999 с датой приоритета 27.11.2013 г., содержащее КМОП интегральную микросхему драйвера каналов, подключающую светодиоды первого и второго канала в противофазе для управления фотодиодными матрицами первого и второго канала, которые открывают (подключают) выходные ДМОП транзисторы первого и второго канала в противофазе. В КМОП интегральную схему драйвера введена схема управления, позволяющая функционально программировать реле оптоэлектронное на работу с нормально разомкнутыми контактами, нормально замкнутыми контактами, переключающими контактами (двух типов).
Недостатком данного реле оптоэлектронного с переключающими контактами является большое время включения и выключения.
Известно оптоэлектронное реле из патента РФ №2163417 с датой приоритета 25.08.1999 г. (прототип), содержащее светодиод и оптически связанную с ним матрицу последовательно включенных фотодиодов, коммутирующее устройство, устройство разряда, устройство ускорителя разряда, оптически связанное со светодиодом и выполненное на n-МОП и р-МОП транзисторах, первом и втором фотодиодах и конденсаторе, сток n-МОП транзистора, затвор р-МОП транзистора и анод первого фотодиода которого подключены к первому входу коммутирующего устройства, исток n-МОП транзистора. Отрицательная обкладка конденсатора и анод второго фотодиода подключены ко второму входу коммутирующего устройства. Катод первого фотодиода соединен с положительной обкладкой конденсатора и истоком р-МОП транзистора, сток р-МОП транзистора соединен с затвором n-МОП транзистора и катодом второго фотодиода.
Недостатком данного оптоэлектронного реле является большое время включения и выключения.
Технической проблемой, решение которой обеспечивается при использовании предлагаемого устройства, является большое время включения и выключения оптоэлектронного реле
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в повышении быстродействия оптоэлектронного реле.
Для достижения указанного технического результата оптоэлектронное реле содержит первый, второй и третий светодиоды, аноды и катоды которых являются первым, вторым и третьим входами оптоэлектронного реле соответственно. Первый светодиод оптически связан с матрицей последовательно включенных фотодиодов. Второй светодиод оптически связан с первым фототранзистором. Третий светодиод оптически связан со вторым фототранзистором. При этом положительный вывод матрицы последовательно включенных фотодиодов соединен с первой обкладкой конденсатора и коллектором первого фототранзистора. Эмиттер первого фототранзистора соединен с коллектором второго фототранзистора и затворами первого и второго n-МОП транзисторов. Истоки первого и второго n-МОП транзисторов соединены и подключены к эмиттеру второго фототранзистора, второй обкладке конденсатора и отрицательному выводу матрицы последовательно соединенных фотодиодов. Сток первого n-МОП транзистора является первым выходом оптоэлектронного реле, а сток второго n-МОП транзистора - вторым выходом оптоэлектронного реле.
На фиг. 1 представлена схема предлагаемого оптоэлектронного реле, где:
1 - первый светодиод;
2 - второй светодиод;
3 - третий светодиод;
4 - матрица последовательно включенных фотодиодов;
5 - конденсатор;
6 - первый фототранзистор;
7 - второй фототранзистор;
8 - первый n-МОП транзистор;
9 - второй n-МОП транзистор.
В предлагаемом оптоэлектронном реле содержатся первый (1), второй (2) и третий (3) светодиоды, аноды и катоды которых являются первым, вторым и третьим входами оптоэлектронного реле соответственно. Первый светодиод (1) оптически связан с матрицей последовательно включенных фотодиодов (4). Второй светодиод (2) оптически связан с первым фототранзистором (6). Третий светодиод (3) оптически связан со вторым фототранзистором (7). При этом положительный вывод матрицы последовательно включенных фотодиодов (4) соединен с первой обкладкой конденсатора (5) и коллектором первого фототранзистора (6). Эмиттер первого фототранзистора (6) соединен с коллектором второго фототранзистора (7) и затворами первого (8) и второго (9) n-МОП транзисторов. Истоки первого (8) и второго (9) n-МОП транзисторов соединены и подключены к эмиттеру второго фототранзистора (7), второй обкладке конденсатора (5) и отрицательному выводу матрицы последовательно соединенных фотодиодов (4). Сток первого n-МОП транзистора (8) является первым выходом оптоэлектронного реле, а сток второго n-МОП транзистора (9) - вторым выходом оптоэлектронного реле.
Функционирование заявляемого оптоэлектронного реле происходит следующим образом.
На первый вход оптоэлектронного реле постоянно подается управляющее напряжение, при этом первый светодиод (1) начинает излучение, а оптически соединенная с ним матрица последовательно соединенных фотодиодов (4) генерирует фотопоток, заряжающий конденсатор (5) до напряжения фото-ЭДС.
Второй и третий входы оптоэлектронного реле управляются микроконтроллером (на фигуре не показан) по определенному алгоритму, в соответствии с которым в начальный момент времени на третий светодиод (3) подан управляющий сигнал, приводящий к открытию второго фототранзистора (7) и надежному запиранию первого (8) и второго (9) n-МОП транзисторов. При этом на втором светодиоде (2) управляющий сигнал отсутствует, чем обеспечивается закрытое состояние первого фототранзистора (6).
Для изменения состояния на выходе оптоэлектронного реле из выключенного во включенное необходимо, во-первых, отключить подачу управляющего сигнала третьим светодиодом (3), во-вторых, через определенное время, равное времени перехода второго фототранзистора (7) в закрытое состояние, устраняющее влияние на процесс заряда входной емкости затворов первого (8) и второго (9) n-МОП транзисторов, выдать управляющий сигнал на второй светодиод (2).
Оптически связанный со вторым светодиодом (2) первый фототранзистор (6) откроется, и энергия, накопленная в конденсаторе (5), приложится к затворам первого (8) и второго (9) n-МОП транзисторов, быстро переводя при этом оптоэлектронное реле из выключенного состояния во включенное, поскольку емкость конденсатора (5) в сотни раз превышает входную емкость первого (8) и второго (9) n-МОП транзисторов.
Для быстрого выключения оптоэлектронного реле на его второй и третий входы одновременно подать управляющие сигналы, обеспечивающие закрытое состояние первого фототранзистора (6) и открытое состояние второго фототранзистора (7), и приводящие к полному разряду входных емкостей первого (8) и второго (9) n-МОП транзисторов, а также к восстановлению исходного состояния на выходе оптоэлектронного реле.
В качестве первого светодиода (1), оптически связанной с ним матрицы последовательно включенных фотодиодов (4) можно использовать фотовольтаический элемент APV1122A ф. Panasonic. В качестве второго светодиода (2) и оптически связанного с ним первого фототранзистора (6), а также третьего светодиода (3) и оптически связанного с ним второго фототранзистора (7) можно использовать оптопару транзисторную MOCD213M ф. Fairchild Semiconductors. В качестве первого (8) и второго (9) n-МОП транзисторов можно использовать транзистор AOB27S60L ф. ALPHA&OMEGA Semiconductor. В качестве конденсатора можно использовать конденсатор К10-79-25В-0,47 мкФ±20%-Н30АЖЯР.673511.004ТУ.
Повышение быстродействия оптоэлектронного реле обеспечивается тем, что устройство содержит первый, второй и третий светодиоды, аноды и катоды которых являются первым, вторым и третьим входами оптоэлектронного реле соответственно. Первый светодиод оптически связан с матрицей последовательно включенных фотодиодов. Второй светодиод оптически связан с первым фототранзистором. Третий светодиод оптически связан со вторым фототранзистором. При этом положительный вывод матрицы последовательно включенных фотодиодов соединен с первой обкладкой конденсатора и коллектором первого фототранзистора. Эмиттер первого фототранзистора соединен с коллектором второго фототранзистора и затворами первого и второго n-МОП транзисторов. Истоки первого и второго n-МОП транзисторов соединены и подключены к эмиттеру второго фототранзистора, второй обкладке конденсатора и отрицательному выводу матрицы последовательно соединенных фотодиодов. Сток первого n-МОП транзистора является первым выходом оптоэлектронного реле, а сток второго n-МОП транзистора - вторым выходом оптоэлектронного реле.