Sicheres und effizientes Schalten von Strom oder Spannung mit Hilfe von Halbleiterrelais

Von Bill Schweber

Zur Verfügung gestellt von Nordamerikanische Fachredakteure von Digi-Key

Mit der zunehmenden Verbreitung elektronischer Steuerungen in Verbraucher-, Gewerbe-, Medizin- und Industrieanwendungen wächst der Bedarf an Niederspannungs- oder Niederstromschaltungen für das Schalten von Hochspannungs- oder Hochstromschaltkreisen. Auch elektromechanische Relais (EMRs) haben ihren Anwendungsbereich, Halbleiterrelais werden jedoch aufgrund ihrer geringen Größe, geringeren Kosten, hohen Geschwindigkeit, geringem elektrischen und akustischen Rauschen sowie ihrer Zuverlässigkeit bevorzugt.

Bei aller Beliebtheit der Halbleiterrelais müssen Entwickler für ihren Einsatz die Feinheiten ihrer physikalischen und elektrischen Funktionsweise und Merkmale kennen. Dann können sie das passende Halbleiterrelais sorgfältig auf Eingang, Ausgang, Last und thermische Situation der Anwendung abstimmen und so den Erfolg des Systems garantieren.

Im vorliegenden Artikel werden die Feinheiten von Halbleiterrelais und ihre richtige Anwendung erörtert sowie einige der neuesten Halbleiterrelais-Lösungen für das Schalten höherer Spannungen und Ströme vorgestellt.

Grundlagen zu Halbleiterrelais

Je nach Hersteller oder Lieferant haben Halbleiterrelais eine Vielzahl anderer Bezeichnungen. Omron nennt sie beispielsweise MOSFET-Relais, während sie bei Toshiba Fotorelais heißen (Tabelle 1).

Hersteller Name im Katalog
Toshiba Fotorelais
Matsushita Electric Works Foto-MOS-Relais
OKI Electric Industry MOSFET-Relais
OKI Electric Industry Foto-MOS-Schalter
Okita Works Foto-DMOS-FET-Relais
HP Halbleiterrelais
OMRON MOSFET-Relais

Tabelle 1: Das allgemeine Funktionsprinzip ist zwar dasselbe, die verschiedenen Hersteller nutzen aber eine Vielzahl von Bezeichnungen für ihre Halbleiterrelais und betonen dabei mitunter die Einzigartigkeit ihrer Halbleiterrelais-Implementierung. (Bildquelle: Omron Corp.)

Unabhängig von der verwendeten Nomenklatur ist das Funktionsprinzip das gleiche. Es stellt eine Erweiterung des bekannten und weit verbreiteten Optokopplers (oder Optoisolators) dar. In seiner einfachsten Form gibt es eine LED an der Eingangsseite und einen Fototransistor an der Ausgangsseite – getrennt durch einen optischen Pfad von nur wenigen Millimetern (Abbildung 1). Je nach Spannungs- und Strompegel kann statt des Fototransistors auch ein lichtempfindlicher SCR oder TRIAC verwendet werden.

Bild von der physischen Anordnung des Optoisolators

Abbildung 1: Die physische Anordnung des Optoisolators ist scheinbar simpel: Eine LED wandelt elektrische Energie in Photonen um, die ihrerseits den Fototransistor so mit Energie speisen, dass er einen niedrigen VBE-Abfall hat. Der optische Pfad sorgt für die galvanische Trennung. (Bildquelle: Technogumbo)

Wenn die LED Energie erhält, geben die von ihr erzeugten Photonen Energie an den Fototransistor. Dieser geht dann in den leitenden Zustand über, wodurch Strom zur Last fließen kann. Das wird als „Ein“-Zustand bezeichnet. Bei ausgeschalteter LED ist der Fototransistor ebenfalls ausgeschaltet oder nicht leitend und wirkt wie ein guter (aber nicht perfekter) offener Stromkreis.

Die galvanische Trennung zwischen LED und Fototransistor bewegt sich aufgrund der Trennung von LED/Fototransistor sowie einer optisch transparenten isolierenden Barriere typischerweise im Bereich von mehreren tausend Volt. Beachten Sie, dass die Trennung ein Spannungsunterbrechungsparameter und nicht identisch mit dem Widerstand von Eingang zu Ausgang ist, der sich zwischen 1000 bis 1 Million Megaohm bewegt (oft als „unendlicher“ Widerstand bezeichnet). Die Schaltzeit zwischen Ein- und Aus-Zustand ist in der Regel mit wenigen Mikrosekunden spezifiziert.

Ein vollständiges Halbleiterrelais ist jedoch mehr als nur eine LED und ein Fototransistor oder ein fotosensitiver SCR/TRIAC. Es erfordert zusätzliche Schaltungen und Funktionen – sowohl auf der LED-Eingangsseite als auch auf der fotosensitiven Ausgangsseite (Abbildung 2).

Bild vom Halbleiterrelais, das zusätzliche Schaltungen und Funktionen erfordert

Abbildung 2: Ein vollständiges Halbleiterrelais erfordert zusätzliche Schaltungen und Funktionen – sowohl auf der LED-Eingangsseite als auch auf der fotosensitiven Ausgangsseite. (Bildquelle: Omron Corp.)

Halbleiterrelais sind relativ einfache Komponenten, erfordern aber Überlegungen bezüglich des Eingangs sowie der Größe und Art der getrennten Last. Zudem sind besondere Umstände bei ihrer Verwendung zu berücksichtigen.

Bei der Auswahl eines Halbleiterrelais muss der Entwickler Pegel und Typ des Eingangs (AC oder DC) sowie die Lastcharakteristik einschließlich Maximalstrom, Maximalspannung und Typ (auch hier AC oder DC) kennen. Es gibt Halbleiterrelais, die mit einer Spannung von wenigen Volt bis zu zweistelligen Voltwerten betrieben werden können. Eigentlich sind aber niedrigere Spannungseingänge zunehmend üblich und aus Sicherheits- und Effizienzgründen auch besser kompatibel mit moderner Elektronik.

Liegt am Eingang Gleichspannung an, lässt sich die Eingangs-LED des Halbleiterrelais direkt betreiben. Bei Wechselspannung muss dem Halbleiterrelais ein Brückengleichrichter vorgeschaltet werden. Ein ansonsten identisches Halbleiterrelais kann daher mit bereits integrierter Brücke erhältlich sein. Die interne Gleichrichtung ist häufig die bessere Wahl, weil sich mit ihr subtile Layoutprobleme vermeiden lassen und zudem eine vollständig spezifizierte Eingangs-/Ausgangsleistung geboten wird. Die typische Eingangsempfindlichkeit eines Halbleiterrelais erstreckt sich über 6 Milliwatt (mW).

Die Ausgangsseite des Halbleiterrelais ist – abhängig von der Art der Last – etwas komplizierter als der Eingang. Wenn der Ausgang des Halbleiterrelais nur ein Transistor, FET oder einzelner SCR ist, kann er nur in eine Richtung leiten. Es sind also nur DC-Lasten möglich, beispielsweise nicht mit Netzstrom betriebene Heizgeräte. Bei AC-Lasten wird ein TRIAC- oder SCR-Paar genutzt. Hersteller bieten in der Regel ähnliche Halbleiterrelais mit reinem DC- oder AC-Ausgang an. Halbleiterrelais mit AC-Ausgang können meist auch für DC verwendet werden. Die Ausgangsspannungen bzw. -ströme erstrecken sich über einen weiten Bereich von einigen Volt oder Ampere bis hin zu Werten im zwei- und dreistelligen Bereich.

Halbleiterrelaisoptionen: Schließer/Öffner-Kontakte und Multipol

Das Standard-Halbleiterrelais hat eine NO-Ausgangskonfiguration (Schließer). Es gibt jedoch viele Anwendungen, in denen genau das Gegenteil benötigt wird: die NC-Konfiguration (Öffner), bei der die Ausgangsstufe öffnet, wenn an die Eingangsstufe Strom angelegt wird. Zudem gibt es Systeme, die sowohl Schließer als auch Öffner erfordern, oder sogar eine Kombination aus einem Schließer, einem Öffner und möglicherweise weiteren Kontaktpolen.

Wenn mehrere Pole sowie Schließer- und Öffner-Kontakte benötigt werden, lassen sich maßgeschneiderte Ausgangsschaltungen hinzufügen. Dabei gibt es jedoch mindestens vier Probleme. Erstens handelt es sich oft um ein Hochvolt- und/oder Hochstrom-Szenario, was viele Herausforderungen mit sich bringt. Zweitens muss das System die gesetzlichen Sicherheitsstandards erfüllen und entsprechend zugelassen sein. Drittens ergeben sich auf Projektebene zusätzliche Schwierigkeiten. Viertens ist die Verifizierung der resultierenden Leistung ein kompliziertes Unterfangen.

Wahlweise lässt sich auch das Eingangssignal mit einer kleinen Schaltung so umkehren, dass das NO-Halbleiterrelais ohne Signal geschlossen und bei anliegendem Signal offen wäre. Das bringt jedoch potenzielle Sicherheitsprobleme im Hinblick auf den Status des Halbleiterrelais-Ausgangs mit sich: Wenn die Stromversorgung auf der Eingangsseite ausfällt, kehrt der Relaisausgang in den „nativen“ NO-Zustand zurück. Es sei daran erinnert, dass der Eingangs- und Ausgangsstrom eines Halbleiterrelais durch die definierte Trennung unabhängig sind. Daher lässt sich u. U. kein bekannter ausfallsicherer Ausgangsmodus garantieren.

In Situationen, in denen mehr als ein einzelner Pol benötigt wird, können mehrere Halbleiterrelais in Reihe oder parallel betrieben werden. Dies ist eine praktikable Lösung, die jedoch die eingehende Berücksichtigung des erforderlichen Versorgungsstroms und der Versorgungsspannung sowie der Folgen eines Ausfalls eines Geräts in einer Reihen- oder Parallel-Topologie erfordert. Zudem wachsen bei Verwendung mehrerer Halbleiterrelais die Stückliste und der Platzbedarf auf der Platine.

Die Hersteller haben diesen Schließer/Öffner- und Multipol-Bedarf erkannt und das Halbleiterrelais um zusätzliche Schaltkreise ergänzt, um verschiedene Ausgangskonfigurationen anzubieten. Diese Lösungen wurden umfassend getestet und zertifiziert. Viele dieser Halbleiterrelais sind über Familien mit ähnlichen Spezifikationen erhältlich – ausgenommen die Spezifika der Ausgangskonfiguration. Das vereinfacht ihre Auswahl und Verwendung.

So bietet beispielsweise IXYS Integrated Circuits Division drei Halbleiterrelais mit nahezu identischer Leistung und 3750 Veff Trennung von Eingang und Ausgang, jedoch mit unterschiedlichen Ausgangskonfigurationen:

• Das LAA110 enthält zwei einpolige NO-Relais (1-Form A), die jeweils auf 350 Volts/120 mA (AC oder DC) ausgelegt sind und in 8-Pin-DIP, SMT- und Flachgehäusen erhältlich sind (Abbildung 3).

Bild des LAA110 von IXYS

Abbildung 3: Das LAA110 von IXYS ist ein einfaches Zweikanal-Halbleiterrelais mit zwei unabhängigen Eingängen und den zugehörigen Schließer-Ausgängen. (Bildquelle: IXYS)

• Das LCC110 hat ein NO/NC-Kontaktpaar (1-Form-C), wird von einem Eingang gespeist und hat dieselben Nennwerte und Gehäuseabmessungen wie das LAA110 (Abbildung 4).

Bild des LCC110 von IXYS

Abbildung 4: Das LCC110 von IXYS ist ein einfaches Zweikanal-Halbleiterrelais mit einem Eingang, der einen Schließer- und einen Öffner-Ausgangspol steuert. (Bildquelle: IXYS)

• Das LBA110 umfasst zwei unabhängige Relais: ein einpoliges, im Ruhezustand offenes (1-Form-A) Relais und ein einpoliges, im Ruhezustand geschlossenes (1-Form-B) Relais, erneut mit denselben Nennwerten und Gehäuseoptionen (Abbildung 5).

Bild vom IXYS LBA110

Abbildung 5: Ein weiteres Mitglied der Familie ist das IXYS LBA110, ein Zweikanal-Halbleiterrelais mit separaten Eingängen für jeden der Schließer- und Öffner-Ausgangspole. (Bildquelle: IXYS)

Eine ähnliche Reihe von Optionen ist für die meisten Hochstrom-Halbleiterrelaisfamilien verfügbar. Es mag verlockend sein, einfach mehrere Halbleiterrelais-Ausgänge parallel zu schalten, um eine benötigte Nennleistung zu erreichen, wenn die Nennstromstärke eines einzelnen Halbleiterrelais mit niedrigerem Strom nicht ausreicht. Im Allgemeinen ist das jedoch aus mehreren Gründen nicht ratsam.

Allerdings sind selbst Halbleiterrelais mit derselben Nennleistung nicht perfekt aufeinander abgestimmt. Deshalb könnte ein Halbleiterrelais am Ende mehr Strom als ein anders verarbeiten und dadurch über seine Strom- und Temperaturgrenzen hinaus belastet werden und vorzeitig ausfallen. Zum anderen wirkt bei Ausfall eines Halbleiterrelais ein zu hoher Strom auf die verbleibenden Halbleiterrelais, was zu ihrem schrittweisen Ausfall führt. Aus diesen Gründen ist es besser, ein Halbleiterrelais mit entsprechend dimensionierter Nennleistung zu wählen.

Schutz und Grenzen von Halbleiterrelais

Manche Halbleiterrelais sind zwar von Haus aus ziemlich robust ausgeführt, benötigen aber dennoch mitunter zusätzlichen Schutz. Bei Halbleiterrelais, die ohmsche (nicht leitende) AC-Lasten schalten, z. B. Heizer oder Glühlampen, muss u. U. spezifiziert werden, dass ein synchrones Halbleiterrelais den Ausgang nur bei Nulldurchgängen der AC-Leitung ein- bzw. ausschaltet – unabhängig vom Timing des Eingangssteuersignals (Abbildung 6).

Kurve eines synchronen Halbleiterrelais, das darauf ausgelegt ist, seinen Ausgang nur bei Nulldurchgängen der AC-Leitung zu schalten

Abbildung 6: Ein synchrones Halbleiterrelais, ist darauf ausgelegt, seinen Ausgang nur bei Nulldurchgängen der AC-Leitung zu schalten, um die Erzeugung von EMI zu minimieren: a) Wellenformen eines nicht-synchronen Halbleiterrelais für eine ohmsche Last; b) Wellenformen eines synchronen Halbleiterrelais für eine ohmsche Last. (Bildquelle: Crydom, über Omega Engineering)

Wird nur bei Nulldurchgängen geschaltet, werden Leitungs- und Abstrahlgeräusche minimiert oder eliminiert, die bei Initiierung oder Terminierung der AC-Ausgangswellenform in der Mitte des Zyklus entstehen. Entwickler müssen jedoch bedenken, dass sich Nulldurchgang-Halbleiterrelais bei hohen induktiven Lasten u. U. nicht abschalten lassen. Um dem Rechnung zu tragen, bieten Halbleiterrelais-Hersteller auch so genannte zufällig schaltende Halbleiterrelais an, die den Ein-/Ausschaltvorgang im Moment der Anforderung durch die Eingangsänderung vollziehen. Auch hier muss der Entwickler die Last verstehen und das richtige Halbleiterrelais aus dem Katalog des Anbieters wählen.

Aufgrund interner Verluste bei Verwendung eines Halbleiterrelais sind auch thermische Aspekte zu berücksichtigen. Auch wenn sich der Eingang im Ein-Zustand befindet, gibt es einen kleinen, aber dennoch kritischen Abfall über dem aktiven Element – so wie beispielsweise bei einem MOSFET-Treiber für einen Motor. Die erzeugte Wärme muss vom Halbleiterrelais abgeleitet werden. Deshalb werden Halbleiterrelais mit Spezifikationen angeboten, die neben den thermischen Derating-Kurven die zulässige Betriebstemperatur bei Maximallast definieren. Die thermische Umgebung von Halbleiterrelais lässt sich mit Standardwerkzeugen modellieren. Größere Halbleiterrelais, die mehr Wärme erzeugen, benötigen u. U. komplexere Kühlungen; bei den kleineren Halbleiterrelais reichen häufig die Standard-Kühlkörper für ICs.

Halbleiterrelais für größere Lasten und höherem Kühlbedarf haben zudem zunehmend größere physische Konfigurationen. Häufig sind Halbleiterrelais in Gehäusen erhältlich, die von 6-poligen SOICs für kleinere Lasten bis hin zu großen Modulen für größere Lasten reichen. Zudem gibt es sie in Gehäusen für den Panel-Einbau, den Schieneneinbau oder als freistehende Ausführung.

Das Halbleiterrelais LH1510 von Vishay, ein SPST-NO-Baustein (1-Form-A), ist beispielsweise für den Betrieb bis 200 Volt bei 200 mA bemessen und befindet sich einem 6-poligen Standard-SMT- oder -DIP-Gehäuse (Abbildung 7). Es kann für AC- und DC-Lasten gleichermaßen verwendet werden (Abbildung 8). Trotz seiner geringeren Abmessungen bietet dieses Halbleiterrelais eine Isolationsleistung von 5300 Veff Dauer- und 8000 Veff Spitzenspannung.

Bild vom energieeffizienten Halbleiterrelais LH1510 von Vishay

Abbildung 7: Das Halbleiterrelais LH1510 von Vishay ist ein SPST-NO-Bauteil mit einer Nennspannung von 200 Volt bei 200 mA. Es ist als 6-poliges Gehäuse für die Oberflächenmontage sowie als DIP-Gehäuse erhältlich. (Bildquelle: Vishay Semiconductors)

Bild vom Vishay LH1510, das für AC/DC-Ausgang oder reinen DC-Ausgang konfiguriert werden kann

Abbildung 8: Aufgrund der erhältlichen Gehäuseanschlüsse kann das LH1510 für AC/DC-Ausgang oder reinen DC-Ausgang konfiguriert werden. Für jeden Modus gelten etwas andere Spezifikationen. (Bildquelle: Vishay Semiconductors)

Die oberflächenmontierten Halbleiterrelais der EL240A-Serie mit AC-Ausgang von Crydom/Sensata Technologies unterstützen im Gegensatz dazu Ausgangsnennströme von 5 A, 10 A, 20 A und 30 A bei 24 bis 280 Volt AC mit Optionen für 5-, 12- und 24-Volt-DC-Steuereingänge. Dazu stecken die Halbleiterrelais in größeren Modulen, die 36,6 × 21,1 × 14,3 Millimeter (mm) messen und über Schnellanschlussklemmen verfügen (Abbildung 9). Zu beachten ist dabei, dass die reine physische Größe keine Rückschlüsse auf die Isolation erlaubt: So sind diese größeren Module etwa auf 3750 Veff Isolation ausgelegt – etwas weniger als die viel kleineren 6-poligen Vishay-Gehäuse.

Bild von den Halbleiterrelais der EL240A-Serie von Crydom/Sensata Technologies

Abbildung 9: Die Halbleiterrelais der EL240A-Serie von Crydom/Sensata Technologies unterstützt Ströme von bis zu 30 A und Steuereingänge mit bis zu 24 Volt DC. (Bildquelle: Crydom/Sensata Technologies)

Zur Erhöhung der Flexibilität kann die Last bei der EL240A-Serie an einen der beiden Ausgangsanschlüsse angeschlossen werden (Abbildung 10). Weil diese Module größer sind, lässt sich eine LED-Anzeige (in Abbildung 10 ebenfalls zu sehen) zur schnellen Sichtkontrolle des Halbleiterrelais-Eingangsstatus ergänzen.

Schaltbild der EL240A-Serie von Crydom/Sensata

Abbildung 10: Zur Erhöhung der Flexibilität kann die Last bei der EL240A-Serie an einen der beiden Ausgangsanschlüsse angeschlossen werden. (Bildquelle: Crydom/Sensata Technologies)

Blick über die Halbleiterrelais hinaus

Wie bei den meisten elektrischen Geräten ist auch jenseits von externer maximaler Leistung, Spannung, Stromstärke und Wärmeableitung viel zu beachten. Die physische Verkabelung, Busschienen oder Leiterplattenbahnen für Halbleiterrelais müssen ebenfalls so bemessen sein, dass sie den Laststrom ohne zu starken IR-Abfall bewältigen können. Dasselbe gilt für die Anschlüsse zum Halbleiterrelais, seien es Einzelleiter, Buchsen oder Leiterplatten-Lötanschlüsse.

Selbst bei niedrigen Strömen kann das Halbleiterrelais höhere Spannungen schalten. Dabei ist auf die Sicherheit des Anwenders zu achten, einschließlich der geforderten Mindestluft- und -kriechstrecken im Verhältnis zur Spannung (Abbildung 11). Anforderungen dieser Art sind u. a. in den Normen IEC/UL 60950-1, IEC 60601-1, EN 60664-1:2007 sowie VDE 0110-1 definiert.

Abbildung von Luft- und Kriechstrecke im Vergleich

Abbildung 11: Die Luftstrecke (oben) ist der kürzeste über Luft gemessene Pfad zwischen zwei elektrisch leitenden Teilen bzw. zwischen einem leitenden Teil und der begrenzenden Gerätefläche. Die Kriechstrecke (unten) ist der kürzeste Pfad zwischen zwei elektrisch leitenden Teilen bzw. zwischen einem leitenden Teil und der begrenzenden Gerätefläche – gemessen entlang der Oberfläche der Isolierung zwischen beiden. (Bildquelle: Optimum Design)

Die Luftstrecke ist definiert als der kürzeste über Luft gemessene Pfad zwischen zwei elektrisch leitenden Teilen bzw. zwischen einem leitenden Teil und der begrenzenden Gerätefläche. Die Kriechstrecke ist definiert als der kürzeste Pfad zwischen zwei elektrisch leitenden Teilen bzw. zwischen einem leitenden Teil und der begrenzenden Gerätefläche – gemessen entlang der Oberfläche der Isolierung zwischen beiden. Durch Einhaltung der Anforderungen für diese beiden Parameter wird sichergestellt, dass es nicht zu Funkenüberschlag, Funkenbildung oder Anwenderkontakt mit hohen Spannungen kommt.

Auch bei einem Halbleiterrelais, das selbst für mehrere tausend Volt Trennung ausgelegt sein kann, müssen für die Zertifizierung der genutzten Spannungen alle Anschlüsse zum Halbleiterrelais den vorgeschriebenen Abstand haben.

Zudem benötigen Halbleiterrelais u. U. externen Schutz. Bei einem AC-Last-Halbleiterrelais können hohe Spannungsspitzen auftreten, wenn eigene oder in der Nähe befindliche induktive Lasten abgeschaltet werden. Dabei können die Halbleiterrelais-Ausgänge beschädigt werden. Die gängigste Lösung ist die Ergänzung der Lastklemmen des Halbleiterrelais um ein oder mehrere Schutzelemente wie einen Metalloxidvaristor (MOV) oder Überspannungsbegrenzer (TVS) als Spannungsklemmen (Abbildung 12).

Abbildung: Halbleiterrelais-Ausgang benötigt u. U. externen Schutz vor Spannungsspitzen

Abbildung 12: Der Ausgang des Halbleiterrelais benötigt u. U. externen Schutz vor Spannungsspitzen, wie sie z. B. durch das Schalten induktiver Lasten erzeugt werden. Diesen Schutz kann ein MOV oder TVS liefern. (Bildquelle: Phidgets, Inc.)

Die Bemessung dieser Geräte erfordert eine Analyse von v = L(di/dt) der Last. Ist die MOV-Bemessungsspannung zu hoch, schützt der Varistor nicht gegen kleinere Spannungsspitzen, die ebenfalls Schaden anrichten können; ist sie hingegen zu niedrig, wird der Varistor häufig „ausgelöst“ und MOVs verschleißen auch bei wiederholten Spannungsspitzen und verlieren dann an Wirkung.

Außerdem bewirkt das Ein-/Ausschalten einer induktiven Last mit Hilfe eines AC-Halbleiterrelais mit einem TRIAC- oder Thyristor-Ausgang eine dv/dt-Spannungstransiente, die ein unerwünschtes Einschalten des Halbleiterrelais zur Folge haben kann. Diese „Fehlzündung“ beschädigt das Halbleiterrelais zwar nicht wie eine von di/dt induzierte Spannungsspitze, ist aber dennoch ein Problem. Verhindern lässt sich das mit einer RC-Dämpferschaltung, die den TRIAC vor plötzlichen Spannungsanstiegen schützt (Abbildung 13).

Bild vom Omron-RC-Dämpfer für den Halbleiterrelais-Ausgang

Abbildung 13: Ein RC-Dämpfer für den Halbleiterrelais-Ausgang verhindert das fälschliche Einschalten durch induktive Lasten. (Bildquelle: Omron Corp.)

Bei DC-Halbleiterrelais gestaltet sich die Lage ähnlich, wenn auch etwas einfacher. Wenn die Last induktiv ist, kann die bei ihrer Abschaltung erzeugte Stromspitze den jetzt offenen Halbleiterrelais-Ausgang beschädigen. Die Standardlösung besteht im Anschluss einer Diode mit ihrer Kathode an der Plusklemme, um einen Pfad für das Abfließen des Stroms um das Halbleiterrelais zu bieten (dieselbe Technik wird bei den Spulen von EMRs und Magnetschaltern genutzt).

Fazit

Halbleiterrelais sind äußerst nützliche und leistungsfähige Bauteile für das Schalten von AC- und DC-Lasten. Gleichzeitig sorgen sie für die galvanische Trennung zwischen Steuer- und Lastseite. Sie sind von Natur aus robust und unkompliziert einsetzbar. Entwickler müssen jedoch sorgfältig die Eingangs-, Ausgangs-, Last- und thermischen Bedingungen analysieren, um ein geeignetes Halbleiterrelais auszuwählen und so einzusetzen, dass seine Leistungsfähigkeit zuverlässig realisiert wird.

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Über den Autor

Bill Schweber

Bill Schweber ist ein Elektronikingenieur, der drei Lehrbücher über elektronische Kommunikationssysteme sowie Hunderte von Fachartikeln, Stellungnahmen und Produktbeschreibungen geschrieben hat. In früheren Funktionen arbeitete er als technischer Website-Manager für mehrere themenspezifische Websites für EE Times sowie als Executive Editor und Analog Editor bei EDN.

Bei Analog Devices, Inc. (einem führenden Anbieter von Analog- und Mischsignal-ICs) arbeitete Bill in der Marketingkommunikation (Öffentlichkeitsarbeit). Somit war er auf beiden Seiten des technischen PR-Bereichs tätig. Einerseits präsentierte er den Medien Produkte, Geschichten und Meldungen von Unternehmen und andererseits fungierte er als Empfänger derselben Art von Informationen.

Vor seinem Posten in der Marketingkommunikation bei Analog war Bill Mitherausgeber der renommierten Fachzeitschrift des Unternehmens und arbeitete auch in den Bereichen Produktmarketing und Anwendungstechnik. Zuvor arbeitete Bill bei Instron Corp. als Designer von Analog- und Leistungsschaltungen sowie von integrierten Steuerungen für Materialprüfmaschinen.

Er verfügt über einen MSEE (University of Massachusetts) und einen BSEE (Columbia University), ist ein registrierter Fachingenieur und hat eine Amateurfunklizenz für Fortgeschrittene. Darüber hinaus hat Bill Online-Kurse zu verschiedenen Themen geplant, verfasst und abgehalten, etwa zu MOSFET-Grundlagen, zur Auswahl von Analog/Digital-Wandlern und zur Ansteuerung von LEDs.

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