2.4　基于MOS或IGBT的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)

　　基于MOS場(chǎng)效應(yīng)管的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)由于耦合方式不同有很多類，例如采用光電耦合方式的稱為光耦合MOS場(chǎng)效應(yīng)管(OCMOS FET)，原理如圖5所示，虛線框內(nèi)為OCMOS FET的內(nèi)部原理圖。

　　電路內(nèi)部包括光生電壓?jiǎn)卧?dāng)發(fā)光二極管點(diǎn)亮?xí)r，該單元給場(chǎng)效應(yīng)管的柵極電容充電，這樣就增大柵極與源極間的電壓，使MOS場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)閉合。當(dāng)發(fā)光二極管熄滅時(shí)，光生電壓?jiǎn)卧辉俳o柵極電容充電，而且內(nèi)部放電開(kāi)關(guān)自動(dòng)閉合，強(qiáng)制柵極放電，因此柵源電 壓迅速下降，場(chǎng)效應(yīng)管截止，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。OCMOS FET有兩種類型：一種是導(dǎo)通型(maketype)，常態(tài)下為斷開(kāi);另一種是斷開(kāi)型(breaktype);常態(tài)下為導(dǎo)通。本文所指的是導(dǎo)通型。光耦合 MOS場(chǎng)效應(yīng)管是交直流通用的，工作速度沒(méi)有光電耦合器快，為毫秒級(jí)，他的輸出導(dǎo)通特性與輸入電流參數(shù)無(wú)關(guān)。OCMOS FET 可以以弱控強(qiáng)，以毫安級(jí)的輸入電流驅(qū)動(dòng)安級(jí)的電流。由于場(chǎng)效應(yīng)管可以雙向?qū)?、?dǎo)通電阻低的特征，他主要用于中斷交流信號(hào)，如圖5所示，因此OCMOS FET又被稱為固態(tài)繼電器(SSR)[2]。

　　基于MOS場(chǎng)效應(yīng)管的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)器件很多，例如日本電氣公司(NEC)的 PS7200系列、Toshi ba TLP351系列、松下Nais AQV系列。通常低導(dǎo)通電阻型適用于負(fù)載電流較大的場(chǎng)合，例如N EC PS710B1A：導(dǎo)通電阻Ron = 0.1Ω(最大)，負(fù)載電流IL=2.5 A(最大)，導(dǎo)通時(shí)間Ton=5 ms。低CR積型的光MOS FET適用于需要切換高速信號(hào)的場(chǎng)合，如測(cè)量?jī)x表的測(cè)試端等。所謂CR積指的是輸出級(jí)MOS FET的輸出電容與接通電阻的乘積，他是評(píng)價(jià)MOS FET特性的一個(gè)參數(shù)指標(biāo)。如NECPS7200H1A：導(dǎo)通電阻Ron=2.2 Ω，CR積為9.2 pF·Ω，導(dǎo)通時(shí)間Ton=0.5 ms，負(fù)載電流IL =160 mA。絕緣柵雙極晶體管IGBT[3]的結(jié)構(gòu)如圖6所示。

　　這種結(jié)構(gòu)使IGBT既有MOS FET可以獲得較大直流電流的優(yōu)點(diǎn)，又具有雙極型晶體管較大電流處理能力、高阻塞電壓的優(yōu)點(diǎn)。這種器件可以連接在開(kāi)關(guān)電路中，就像NPN型的雙極型晶體管，兩者顯著的區(qū)別在于IGBT不需要門(mén)極電流來(lái)維持導(dǎo)通?；贗GBT的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，例如Agillent HCPL3140/HCPL0314系列。

　　各種無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的比較

　　為了方便設(shè)計(jì)者選用合適的電路，表1給出了不同類型無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的參考芯片，并比較了各 芯片的開(kāi)關(guān)特性。