有助於提升強噪音環境下設備的可靠性

具有過壓和過熱保護功能的光繼電器
Contributing to improved reliability of equipment in intense noise environments

東芝近期推出首個採用DIP4封裝的光繼電器[註1] TLP241BP ，其具備80 V輸出端耐壓以及過熱保護與過壓保護功能。該產品現已量產。
光繼電器（ MOSFET輸出型光耦）是一種半導體開關，相較於傳統的機械繼電器，它具有以下多項優勢。這些優點使得光繼電器特別適合對長壽命和靜音有嚴格要求的大樓自動化與居家自動化領域的應用。

  1. 輸出端沒有直接接觸，不存在接觸壽命的問題
  2. 半導體開關，開關時沒有聲音
  3. 驅動功率低
  4. 小尺寸

為了實現碳中和目標，在辦公大樓中引入了一種名為「大樓自動化」的系統，該系統能夠對空調和照明進行精準控制。在能耗較高的建築中，需要對新建築的設計和施工過程進行控制，以確保能源能有效利用。此外，現有建築在更換設備時也要求達到同等的能源效率水準。隨著大數據技術的應用，溫控器日益成為建築能源管理系統（ BEMS ）中的關鍵終端設備。作為更廣泛系統的組成部分，溫控器還確保其持久運作和性能穩定。同時，它也被用作家庭能源管理系統（ HEMS ）的終端設備，使用戶能夠接入光伏發電等設備，並即時監控家用電器的使用情況和運作狀況，從而更有效地管理家庭能耗。此外，溫控器與其他設備一同工作，將溫度、濕度和亮度等數據整合至空調和照明控制系統中，以實現舒適與節能的平衡。開關常被用作這些設備的介面。
新產品TLP241BP具備過熱保護功能，它能在光繼電器等裝置的電流過大造成溫度升高超出額定值時，強制關斷輸出端MOSFET 。此外，本產品還具有對MOSFET進行主動箝止電壓的功能 ，當輸出端MOSFET處於關斷狀態時，若施加超過其阻斷電壓額定值的過電壓時，會對裝置進行保護。這些功能有助於保護空調系統等需要在吵雜的噪音環境中使用的設備，並提高設備的可靠性。

[註1]根據我們2023年10月的調查，額定導通電流1 A或以上的光繼電器。

特性

  1. 過溫保護（OTP）/過壓保護（OVP）功能
  2. 輸出端高耐壓／導通電流額定值（適用於溫控器）
  3. 實現高隔離電壓

1.過溫保護（ OTP ）／過壓保護（ OVP ）功能

Block diagram
方框圖

過溫保護功能可防止設備因環境溫度顯著升高或設備本身在大電流負載下意外發熱而導致的效能退化和損壞。當輸入端或輸出端因外部突波電壓（如雷電、靜電等）或設備異常而產生過電壓時，過電壓保護功能可抑制電壓並保護設備。
TLP241BP具備過溫保護功能及過壓保護功能。時序圖說明了保護功能的時序。輸入端LED的正向電流為I F ，輸出端的電流為I ON 。

Protection Function Sequence
保護功能時序

由於TLP241BP是1a觸點（常開型），在正常操作（步驟1 ）中，和普通光繼電器一樣，當I F輸入時，輸出端導通，並有電流流動。若流過裝置的電流超過額定I ON ， TLP241BP進入過溫狀態，過溫保護（ OTP ）被啟動（步驟2 ）。這時，出口關閉，並持續保持關斷狀態，直到I F重置。當裝置因某些原因過熱時，過溫保護功能會關閉輸出。在OVP模式下，輸出端會對MOSFET進行主動電壓箝位的功能。當輸出端關斷並施加過壓時，輸出端會被過壓保護，導致I ON暫時流動。

2.抑制斷態輸出端電壓／導通電流額定值（適用於溫控器）

現有的BEMS和HEMS系統具有連接各種終端和設備的多種形式的管理系統。作為此系統的終端，溫控器始終處於連線狀態。溫控器主要連接的是空調設備，這些設備經常受到噪音和故障的影響。為了避免這種風險，與系統隔離是必不可少的。要進行隔離，光繼電器是首選。
儘管這些應用中使用的許多溫控器都具有AC 24 V電源電壓，但TLP241BP使用80 V MOSFET以適應AC 36 V和AC 48 V電源電壓。  此外，為了適應處理大電流的HVAC [註2]系統，導通電流額定值設定為1.4 A 。

[註2]暖通空調

Inhibit OFF-state output terminal voltage/ON-state current rating ideal for thermostats
Thermostat

3.實現高隔離電壓： 5000Vrms

有多種方法可以確保電氣設備的安全。當電氣設備發生故障時，使用者必須防止觸電和火災事故。特別是，為了確保在發生電氣問題時的安全，介電強度必須足夠，不能僅滿足於處理常規電壓的要求。 TLP241BP提供至少5000Vrms的介電強度，適合那些對絕緣性能要求較高的設備，有助於確保設備和使用者的安全。

應用

  • BEMS／HEMS設備
  • 溫控器
  • 多種感測器控制
  • I/O介面
  • 電池管理系統
  • 各種機械繼電器的替代品

主要規格

（除非另有規定， T a ＝ 25°C ）

裝置型號 TLP241BP
封裝 DIP4
觸點類型 1a
保護功能 斷態輸出端電壓 TSD (°C) 典型值 145
過壓箝位 VOVC (V) 80 至 100
絕對最大額定值 斷態輸出端電壓 VOFF (V) 80
導通電流 ION (A) 1.4
導通電流（脈衝）  IONP (A) 4.2
工作溫度 Topr (°C) -40 至 110
耦合電氣特性 觸發LED電流 IFT (mA) 最大值 3
導通電阻 RON (ohms) ION=1.4A 典型值 0.16
導通電阻 RON (ohms) ION=1.4A 最大值 0.28
開關特性 導通時間 tON (ms) IF=10mA, VDD=20 V,
RL=200 Ω		 最大值 1.4
關斷時間 tOFF (ms) IF=10mA, VDD=20 V,
RL=200 Ω		 最大值 0.5
隔離特性 隔離電壓 BVS (Vrms) 最小值 5000

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