什么是光耦合继电器? 它是如何运作的?

拓緯的光耦合固态继电器运作原理

什么是光耦合继电器? 它是如何运作的?

拓緯实现光隔离、低功耗、零弹跳切换控制

什么是光耦合固态继电器？

光耦合继电器是一种透过光讯号来控制输出状态的开关。当输入端的发光二极体(LED)发光时，继电器内部的光伏发电器(PVG)会产生一组电压，驱动金氧半场效电晶体(MOSFET)在闸极与源极之间形成导通电位，进而打开电流通路，完成无接点导通。

这种由光触发的无接点切换架构在输入端(LED)与输出端(MOSFET)之间提供高度光学隔离，有效提升耐压能力，确保系统运作安全。以拓緯53系列为例，即便负载电压高达3300伏特，仍可实现高达5000 VRMS的隔离耐压，这项关键规格使其广泛应用于各类电源控制与保护电路中。

光耦合继电器的运作流程

拓緯的光耦合继电器采用专有的光伏发电器(PVG)架构，实现稳定且精准的导通控制。其运作流程如下：

输入电流

输入端供电后，驱动内部的发光二极体(LED)发光。也因此，在光耦合继电器的规格书中，通常会用「LED动作电流」来取代传统继电器的「额定电压」。

光电转换- 光伏发电器(PVG)

当LED所发光源照射到PVG，会透过光电转换原理产生电压，其原理类似太阳能板的运作方式。

MOSFET闸极驱动

PVG所产生的电压会施加到MOSFET的闸极，产生正向闸源电压，进而在MOSFET内部形成导通通道。

电流导通

当MOSFET达到其临界电压后，便会导通，允许电流由汲极流向源极。

直流继电器：单一MOSFET
交流继电器：两颗MOSFET反向串接，实现双向导通

关断过程

当输入电流移除后，LED熄灭，PVG停止产生电压。随着MOSFET闸极电压下降，继电器也随之恢复为非导通(关断)状态。

流程总结:输入电流→ LED发光→ PVG发电→ MOSFET导通→ 电流流动

光耦合继电器的核心优势

作为一种固态式切换元件，光耦合继电器因其无机械结构与光学隔离特性，具备以下多项核心优势：

超长寿命
由于没有机械元件，OPTO-MOSFET 继电器的使用寿命几乎无限。其寿命仅受LED 衰减影响，通常可达到超过10 亿次操作循环；相比之下，传统电磁式继电器（EMR）通常仅能达到约1,000 万次。 OPTO-MOSFET 继电器的寿命主要受LED 衰减所限制。而其他设计，例如电容驱动的MOSFET 继电器，则可突破LED 限制，达到接近无限的使用寿命。
无声切换
切换过程完全静音，特别适合应用于医疗设备与通讯系统等对声音敏感的环境。
高速切换
反应时间极短，可精准控制即时切换需求，特别适用于高频率或高精密应用。
高度电气隔离
输入与输出完全隔离，有效提升系统安全性并避免干扰。
体积小巧
可支援高密度模组化设计，方便整合至空间受限的设备与系统中。
低输入功耗
驱动LED所需电流极低，有助于降低总功耗并提升整体能源效率。

为什么选择拓緯的光耦合继电器？

虽然多数光耦合继电器皆具备无接点切换、高速反应与输入输出隔离等共通优点，然而拓緯透过独特的电路设计与高自制率的垂直整合制程，实现了无可比拟的性能优势：

超高耐压(单一晶片耐压最高可达3300V)
拓緯是少数能制造高耐压光耦合继电器的品牌之一，满足电动车、储能系统与工业测试设备等高压应用需求。
拓緯专有光伏发电器(PVG)架构
拓緯自主开发的PVG结构具备优异的光电转换效率，可驱动更大容量的MOSFET，使其拥有更快的反应速度。
极低导通阻抗(Rds(on))
高效电路设计可有效降低功耗与发热情形，特别适合高频切换或高电流负载应用。
卓越的漏电控制能力
即使在高温环境下也能维持稳定、极低的漏电流表现，特别适用于高精度测试系统。拓緯的最新晶片设计可实现奈安级(nA)漏电控制。
光驱动切换、零接点弹跳
光学驱动完全取代传统机械式接点，有效避免电弧产生、接点弹跳与电磁干扰等问题，特别适用于高压或讯号敏感的应用环境。
通过车规与国际安规认证
符合UL、VDE与RoHS等国际安规标准，并通过AEC-Q101车规验证，确保于电池管理系统(BMS)、车载充电器(OBC)、充电模组与其他电动车应用中的高度可靠性。
高自制率生产体系
从晶圆切割、封装到最终测试皆于自有工厂完成，全面掌握品质稳定性与交期可靠性。
提供弹性的客制化选项
可依应用需求提供专属封装形式、脚位设计与电压/电流规格，满足多样化系统整合需求。

拓緯光耦合继电器的相关应用

拓緯的光耦合继电器广泛应用于以下领域：

- 电动车与充电模组
应用于电池管理系统(BMS)、电池模组与车载充电器(OBC)，可实现高速、安全的电气隔离。拓緯的光耦合继电器同时通过AEC-Q101车规认证，确保在各类电动车系统中的高度可靠性。
- 高压测试与电气绝缘
适用于耐压测试仪、电容绝缘分析仪与功率模组验证等，确保无电弧、稳定切换的高压应用场景。
- 半导体测试与量测设备
支援高密度与高速讯号切换，具备极低漏电与低导通阻抗(Rds(on))特性。
- 医疗设备
拥有静音操作与电气隔离等特性，有助于提升诊断与监控装置的操作安全性。
- 通讯与网路模组
提供高讯号完整性与抗杂讯能力，适用于讯号路由与模组切换应用。

结语

拓緯的光耦合继电器结合光学隔离与高达3300V的高压切换能力，特别适用于电动车、储能系统与高精密测试等应用。透过自研光伏发电器(PVG)与高功率LED设计，实现极速、静音且高效的开关表现，操作寿命更可达10亿次以上。全系列产品依车规等级打造，并于自有工厂生产，确保品质稳定一致，彻底解决机械接点相关问题，为严苛的工业与高压应用提供稳定、低漏电、无接点弹跳的可靠切换方案。

准备好优化您的下一个设计了吗？立即联系拓緯，找到最适合您应用需求的光耦合继电器。

光耦合继电器: SiC光耦合继电器(1500V 到6600V)
使用碳化矽晶片的光耦合继电器承载电压范围从1500伏特可达至少3300伏特。

光耦合继电器(60V 到600V)
一般使用型的光耦合继电器，承载电压从60伏特到400伏特。

SiC光耦合继电器(600V 到1500V)
高压型光耦合继电器耐电压提供从600V 到1500V的规格选项，同时也提供各式接点与控制方法。高压型光耦合继电器除了使用可承受高电压的MOSFET 晶片外，其他优点有: 小体积(最小至4.4mm*4.4mm)、无寿命限制(晶片型开关无接点)与AC/DC兼用等。

AEC-Q101认证光耦合继电器
车规光耦合继电器通过AECQ101认证。

高流型光耦合继电器(大于1安培)
高耐流型光耦合继电器耐电流选择从1 安培到7 安培，并提供各式接点与控制方法。光耦合继电器优点有: 小体积(最小至4.4mm*4.4mm)、无寿命限制(晶片型开关无接点)与AC/DC兼用等。