포토 MOS 릴레이란?
포토MOS 릴레이는 내부에 LED와 수광소자와 MOSFE를 갖추고 있으며, 이를 조합한 소자로 기존의 릴레이 부품과 유사한 동작을 하는 것입니다.
기존의 기계식 릴레이는 내장된 코일에 전류를 흘려 그 자력에 의해 전기적 접점을 작동시켜 ON/OFF를 제어하는 방식이었습니다. 반면 포토 MOS 릴레이는 내장된 LED에 전류를 흘려 발광시키고, 그 빛으로 수광 소자를 기전시킵니다. 그 기전 전압으로 MOSFET을 동작시켜 기존 릴레이와 같은 제어를 할 수 있도록 한 전자부품입니다.
포토 MOS 릴레이의 유사품으로는 포토 커플러, 포토 트랜지스터, 포토 트라이액, SSR(Solid State Relay) 등을 들 수 있습니다. 이들을 통칭하여 무접점 릴레이, 반도체 릴레이 등으로 불리며, 사용 용도 등에 따라 구분하여 사용하고 있습니다.
포토 MOS 릴레이의 사용 용도
포토 MOS 릴레이는 포토 커플러나 포토 트랜지스터 등의 용도보다 큰 전류를 필요로 하는 회로 또는 포토 트라이액이나 SSR이 교류의 ON/OFF를 잘하기 때문에 그 용도로 사용되는 경우가 많습니다.
포토 MOS 릴레이는 1차측에서 2차측으로의 신호 전달에 빛을 사용하고 1차측과 2차측이 전기적으로 완전히 절연되어 있기 때문에 마이컴 회로 등의 소신호로 상용전원이나 고전압 전원으로 구동합니다. 따라서 수A 정도의 비교적 큰 전력 부하를 ON/OFF하는 회로나 모터 드라이버 등의 브리지 회로 등에 사용되고 있습니다.
포토 MOS 릴레이의 원리
입력 단자에 신호 전류를 흘리면 LED가 발광하고, 수광 소자가 수광하여 기전 전압이 발생합니다. 이 전압에 의해 MOSFET의 게이트 전압이 상승하여 2개의 MOSFET의 소스-드레인 사이가 ON 상태가 됩니다.
그리고 출력 단자 간 전압 방향의 전압이 높은 쪽 MOSFET의 소스 드레인을 통과하여 다음 단계 MOSFET의 기생 다이오드를 통과하는 경로로 전류를 흘릴 수 있게 됩니다. 따라서 결과적으로 출력 단자 사이의 전기적 극성에 관계없이 출력 단자 사이에 전류를 흘릴 수 있습니다.
포토 MOS 릴레이의 구조
포토MOS 릴레이는 LED, 포토다이오드 등의 수광소자, MOSFET의 세 가지 요소로 구성되어 있습니다.
MOSFET을 서로 다른 방향으로 2개의 회로를 배치하고, 각각 기생 다이오드가 연결되는 구조로 되어 있는 것이 특징입니다.
포토 MOS 릴레이의 기타 정보
1. 풀 브리지 회로에 적용
예를 들어, 모터 드라이버를 만들려고 할 때 풀 브리지 회로 등으로 회로를 구성하는 것이 일반적입니다. 하지만 이 회로의 가장 큰 문제점은 부하의 양단에 전원 전압이 그대로 인가된 상태가 되었을 때, 위아래에 있는 FET 중 위쪽 FET의 소스 전압이 전원 전압과 같아진다는 것입니다. 이 상태에서 상단의 FET를 ON 동작시키기 위해서는 전원 전압보다 높은 전압을 별도로 준비하여 그 전압으로 상단의 FET의 게이트 전압을 제어해야 합니다.
하지만 포토모스 릴레이는 내장된 LED만 점등되면 동작하기 때문에 CPU에서 출력되는 몇 V 정도의 신호로도 직접 구동할 수 있습니다. 또한, 모터 구동용 전원과 제어용 전원을 완전히 분리할 수도 있습니다.
2. MOSFET의 종류
MOSFET에는 상시 OFF 타입과 상시 ON 타입의 두 가지 종류가 있습니다. 전자는 메이크 콘택트형 릴레이, 후자는 브레이크 콘택트형 릴레이로 사용할 수 있습니다.
또한, 포토 MOS 릴레이는 두 개의 MOSFET 소스를 서로 마주보고 연결하여 교류의 스위치로도 사용할 수 있습니다. 광 MOSFET의 도통 특성은 입력 전류량에 의존하지 않기 때문에 미세한 입력 전류에서도 전류의 ON/OFF 제어가 가능한 것이 특징입니다.