实现光MOS继电器国产化替代：ARK （方舟微）OP系列（上）

发布时间：2025-12-30 16:41
作者：AMEYA360
来源：ARK
阅读量：229

　　什么是光MOS继电器

　　光MOS继电器，又称PhotoMOS或光耦合MOSFET继电器，其结构主要包含三个组成部分：输入部分的发光二极管(LED)、进行光电转换的光电二极管阵列(PVG)以及输出部分的MOS管。图1展示了该产品的结构示意图。

实现光MOS继电器国产化替代：ARK （方舟微）OP系列（上）

　　工作原理：LED给定正向电流，LED发光。此光照射到光电二极管阵列(PVG)上，并在光电二极管阵列上产生光生电压，此电压作用MOS管的栅极，当电压等于或超过MOS管栅极电压的阈值时，输出端导通。如果输入端的正向电流消失，则LED不发光，光电二极管阵列的光生电压随即消失，输出端成断开状态。从而实现了电-光-电转换，实现了输入与输出间的电气隔离。

　　器件特点

　　与传统机械机电器进行对比，光MOS继电器具有很多优势：

　　高可靠性，长寿命：因产品无机械触点和可移动的部件，不存在机械磨损，寿命几乎是半永久性的;没有触点抖动，完全消除了机械继电器触点闭合/断开时产生的弹跳现象，抗干扰能力强。

　　低功耗，小型化：动作电流低，驱动功率小，且可采用表面贴装封装，常用封装SOP-4、SMD-4，适合高密度安装。

　　优异的开关特性：光MOS的开关速度可达0.1ms，远快于机械继电器的10-100ms，适合高频应用，且开关过程中无噪音。

　　参数详解

实现光MOS继电器国产化替代：ARK （方舟微）OP系列（上）


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　　01 产品简介　　AKP10M60R是ARK(方舟微)推出的一款高压、可开关的电流调节器，阳极和阴极间具备高达600V击穿电压和1~100mA电流输出能力。该器件可以通过外部电阻R灵活的设定电流值，并支持通过栅极电压(VG)进行开关控制。　　AKP10M60R具备优异的瞬态抑制能力，可有效抵御电流/电压冲击，确保稳定输出。该器件尤其适用于工业控制、汽车电子等严苛电磁环境，保障系统可靠运行。　　02 产品特性　　· 产品类型：高压电流调节器。　　· 高压能力：击穿电压600V，适用于高压环境。　　· 电流可编程：通过外部电阻R灵活设定输出电流。　　· 高功率耗散：连续功耗可达40W。　　· 可开关控制：支持通过栅极电压实现电流源的开启与关闭。　　03 应用领域　　· 开关电源(SMPS)启动电路　　· 高稳定性电压源　　· 限流器和过压保护装置　　· 快速恢复可复位保险丝　　· 软启动电路　　04 典型应用电路及原理　　如图2所示，AKP10M60R的输入端A可承受高达600V电压。相较于几十伏的常规输入或300V的整流市电，此耐压值提供了宽裕的余量。同时，其负反馈机制确保了输出电流的恒定，使器件能有效抑制浪涌电流与电压瞬变，具备优异的抗瞬态能力。　　输出电流的调节取决于电流调节电阻R，可以灵活地配置稳定的输出电流。也可直接在G-K上直接施加负电压，使得AKP10M60R完全关断。　　05 AKP10M60R的典型应用方案　　Ø 高压电机驱动电路应用　　对于感性负载的应用，AKP10M60R能有效的抑制感性负载产生的瞬态脉冲，同时也能有效地简化电路，提高应用的性价比。　　Ø 车载电器应用　　对于多媒体娱乐等车载电子应用，AKP10M60R能有效地抵御汽车各种电机的启停而产生的高达数百伏的瞬态脉冲对应用产品的干扰或破坏，同时也能有效简化电路。　　Ø LED驱动(可调光)　　如图5所示，采用高压调节器AKP10M60R可简便构建LED恒流驱动电路。前端由220V市电经整流滤波得到310V直流电压，后级由AKP10M60R与电阻R构成恒流源，为LED提供稳定驱动。通过调节电阻R即可轻松实现模拟调光，与PWM调光相比，此方案能有效避免可闻噪声。　　该LED驱动方案抗瞬态能力强;电路结构简单，系统成本低;输入电压范围极宽，可以直接联接到整流后的市电;另外，通过控制电阻R的阻值，可以进行模拟调光。
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　　01 产品简介　　AKF20P45D 是AKR(方舟微)推出的一款20V 双芯片P沟道 MOSFET，采用DFN-6(2*2)的封装，具有低导通电阻和非常紧凑的尺寸(典型值为35mΩ @ VGS=-4.5V)。适用于手持设备的充电管理、负载开关及DC-DC转换器，支持低电压栅极驱动(-1.5V即可导通)。‌　　02 产品特性　　· 产品类型：增强型双芯片P沟道 MOSFET　　· 低导通电阻：在栅极电压-4.5V、-2.5V、-1.8V和-1.5V下分别为35mΩ、50mΩ、100mΩ和160mΩ　　· 功耗：最大功率耗散7.8W　　· 紧凑的封装设计：采用DFN-6(2x2)封装，节省空间　　· 可替代 SIA923EDJ　　03 应用领域　　· DC/DC转换器　　· 充电管理　　· 负载开关　　04 典型应用　　Ø 电源控制开关　　PMOS作为负载开关，用于精确控制通向特定电路模块或负载的电源。如图2为PMOS应用于负载开关的典型应用拓扑，其通过控制栅极电压实现负载的通断。　　当控制信号为高电平时，三极管Q2导通，电阻R2相当于直接与地相连。由于R1和R2串联分压，MOS管Q1的VGS= - Vin*R1/(R1+R2)，若|VGS|>|VTH|，则MOS管Q1导通。当控制信号为低电平时，三极管Q2截止，R2下端相当于悬空，MOS管栅极电压与Vin相等，即VGS=0，MOS管Q1处于截止状态，切断电源。　　ARK(方舟微)推出的双芯PMOS产品AKF20P45D，其具有耐压20V、低电阻(35mΩ)、DFN-6(2*2)封装等特点，可直接应用于多路负载的电源控制，可节省PCB占用面积。　　Ø 电池保护的应用　　在锂电池保护电路中，PMOS可作为高边开关，PMOS源直接与电池正极相连，实现过充、过放、过流等保护保护功能。其电路保护方案如图3所示，两个PMOS的漏极相连，分别控制充电与放电回路。电池保护芯片通过监测电池的电压、电流，在发生过充、过放、短路或过流时，迅速关闭相应的MOSFET，切断电路。　　ARK(方舟微)的AKF20P45D产品，耐压20V，电阻35mΩ，非常适合2节或3节串联锂电池保护;其内部含双芯PMOS，封装形式为DFN-6(2*2)，其封装紧凑，占板面积小，可节约PCB占用面积。　　05 更多选型
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　　ARK(方舟微)推出的双芯片20V P沟道功率MOSFET——AKF20P45D。该产品性能卓越，兼具超低导通电阻与高达2500V的ESD防护能力。其采用的DFN2×2紧凑型封装，不仅有助于节省PCB布局空间，还具备优异的散热表现。　　AKF20P45D广泛应用于DC-DC转换器、智能手机、平板电脑、智能音乐播放器、电子书等手持设备，主要用于电池充电管理与负载开关。其超低的导通电阻能显著降低传导损耗，这不仅有效提升了电能利用效率，延长了电池单次充电的使用时长，还能减少发热，有助于延长电池的整体寿命。　　AKF20P45D具有±8V的栅-源额定电压，其在4.5V、2.5V、1.8V、1.5V的栅-源电压条件下，分别对应35mΩ、50mΩ、100mΩ和160mΩ的超低导通电阻。相比Vishay公司同类型的SiA923EDJ产品，AKF20P45D具有更低的导通电阻。SiA923EDJ在4.5V、2.5V、1.8V、1.5V的栅-源电压条件下，对应54mΩ、70mΩ、104mΩ和165mΩ的导通电阻。　　在关键的导通电阻性能上，AKF20P45D 显著领先于主流竞品。对比 Vishay 的 SiA923EDJ，在相同的栅-源电压(4.5V/2.5V/1.8V/1.5V)条件下，AKF20P45D的导通电阻(35/50/100/160 mΩ)均低于后者的(54/70/104/165 mΩ)，相比AKF20P45D的导通电阻全面更低，性能优势明显。此外，它同样具备 ±8V 的栅-源耐压，确保工作的可靠性。　　AKF20P45D具备低至1.5V的导通阈值，使其非常适用于采用低压栅极驱动器的各类手持设备。该特性使其在低总线电压系统中能直接驱动，无需额外的电平转换电路，从而有效节省了PCB空间与BOM成本。同时，其超低的导通电阻能够在峰值电流条件下产生更低的导通压降，这有助于稳定系统电压，降低因电压跌落引发非正常欠压锁定事件的风险，从而提升系统可靠性。　　附AKF20P45D的部分典型参数：
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N沟道增强型MOSFET——ARK（方舟微）FTZ15N35G 在多领域的开关与控制应用

　　01 工作原理　　N沟道增强型MOSFET的基本结构包括一个P型衬底，两个N+区分别作为源极(Source)和漏极(Drain)，以及一个由金属氧化物制成的栅极(Gate)。在没有外加电压时，源极和漏极之间不存在导电沟道，即不导通状态。当栅极-源极电压(Vgs)增加到超过阈值电压(Vth)时，栅极下面的P型衬底表面会形成一个N型反型层，连接源极和漏极，形成导电沟道，使MOSFET导通。这个阈值电压(Vth)是MOSFET导通所必需的最小电压，通常在1到3伏特之间。　　02 产品特性　　N沟道增强型MOSFET具有多个关键特性：　　1.“高输入阻抗”：由于栅极与其它电极之间有绝缘层隔离，因此输入阻抗非常高。　　2.“低导通电阻”：导通状态下的电阻较低，有利于减少功耗。　　3.“快速开关速度”：能够在短时间内完成导通和截止的切换，适用于高频应用。　　4.“良好的热稳定性”：在高温环境下仍能保持良好的工作特性。　　03 产品应用　　1.电池保护电路　　在现代便携式电子设备中，电池管理系统(BMS)至关重要，而N沟道增强型MOSFET常用于电池的过放电保护。当电池电压低于安全阈值时，MOSFET迅速切断电源，防止电池深度放电，从而延长电池寿命和提高安全性。　　2. 开关电源　　N沟道增强型MOSFET在开关电源设计中被广泛应用，特别是在DC-DC转换器和AC-DC电源供应器中。其高开关速度和低导通电阻有助于提高电源转换效率，减小热量生成，提升整体性能。　　3. 电机驱动　　无刷直流电机(BLDC)和步进电机需要精确的控制信号来调节电动机的速度和方向。N沟道增强型MOSFET由于其快速的开关能力和低功耗特点，非常适合用作电机驱动器的开关元件，提供高效且稳定的电机控制。　　4. 逻辑电路与数字集成电路　　在CMOS(互补金属氧化物半导体)技术中，N沟道增强型MOSFET与P沟道MOSFET共同组成基本的逻辑门电路，如与门(AND)、或门(OR)和非门(NOT)。这些基本逻辑单元构成了复杂的数字集成电路，用于计算和处理数据。　　5. LED调光与照明控制　　LED照明系统利用PWM(脉宽调制)技术进行亮度调节，而N沟道增强型MOSFET作为开关元件，可以通过调节其导通时间实现对LED电流的控制，从而实现平滑无级的调光效果。　　04 应用场景　　ARK(方舟微)研发的FTZ15N35G,耐压350V，SOT-23封装。Dialog利用其特有电特性，作为ZVS辅助开关MOSFET使用，为主MOSFET创造ZVS条件，部分电路如下：　　产品参数如下：
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