Zuverlässige Langlebigkeit für zeitgemäße Medizintechnik

Kurze Schaltzeiten, prellfreies, geräuschloses Schalten sowie eine hohe Zuverlässigkeit – MOSFET-Relais empfehlen sich in vielfacher Hinsicht für zahlreiche moderne Anwendungen. Gerade im Hinblick auf hohe Spannungen oder die Anzahl von Schaltspielen laufen diese Halbleiterrelais den klassischen elektromechanischen Relais den Rang ab.

Aufbau und Funktionsweise von MOSFET-Relais

In einem MOSFET-Relais sind Ein- und Ausgangsseite optisch voneinander isoliert. Wird am Eingang ausreichend Strom für die LED bereitgestellt, so erzeugt ein photovoltaisches Element wiederum Energie, um den internen Steuerkreis und damit die ausgangsseitigen MOSFETs anzusteuern. Durch eine anti-serielle Verschaltung der beiden MOSFETs können sowohl AC- als auch DC-Lasten geschaltet werden.

Standardmäßig wird der Leerraum zwischen der LED und dem photovoltaischen Element mit transparentem Silikon aufgefüllt. Dadurch wird das Licht der LED kaum reduziert, ein schnelles Laden der MOSFET-Gates ermöglicht und somit besonders schnelle Schaltzeiten erreicht. Durch die Verwendung von weißem Epoxy-Material in dem Leerraum kann eine hohe Temperatur- und Isolationsfestigkeit bis zu 5 kV erreicht werden. Ein MOSFET-Relais besteht in erster Linie aus Halbleiterbauelementen. Es enthält keinerlei bewegliche Bestandteile, die im Laufe der Zeit verschleißen oder für geräuschvolle Schaltvorgänge ursächlich sein könnten. Kommt ein MOSFET-Relais sachgemäß und im Rahmen der empfohlenen Spezifikation zum Einsatz, ist seine Lebensdauer nahezu unbegrenzt – ganz unabhängig von der Anzahl der Schaltzyklen. Halbleiterrelais können in einer Vielzahl verschiedenster Bauformen realisiert werden. Bauteile im TSON-Gehäuse mit einer Größe von lediglich 1,8 mm × 1,95 mm × 0,8 mm (L × B × H) sind hier durchaus üblich und bieten große Leistung auf kleinstem Bauraum.

MOSFET Relais in medizinischen Anwendungen

Bei moderner Medizintechnik – insbesondere, wenn sie portabel zum Einsatz kommen soll – sind kompakte Abmessungen, wenig Gewicht und ein geringer Stromverbrauch unabdingbar. MOSFET-Relais, die in diesem Bereich überwiegend zum Schalten von Signalen eingesetzt werden, punkten durch wenig Platz- und geringen Energiebedarf. Es lassen sich eine Vielzahl von Messkanälen auf kleinstem Raum realisieren. Anwendungen sind zum Beispiel Endoskope oder Blutdruckmesssysteme. Die sehr große elektrische Lebensdauer ist ein entscheidendes Plus für einen dauerhaft zuverlässigen Betrieb medizinischer Geräte. Beim Schalten von hochfrequenten Signalen, wie sie zum Beispiel in Ultraschallgeräten vorkommen, spielen der Widerstand im leitenden Zustand sowie die Ausgangskapazität im nicht-leitenden Zustand des Relais eine große Rolle. Im Off-Modus soll das Signal ausreichend isoliert und im On-Modus nur geringfügig reflektiert sowie gedämpft werden. Für diese Anforderungen wurden spezielle Low-CxR-Typen entwickelt. Diese Relais verfügen aufgrund dem geringen Widerstand bzw. der geringen Kapazität der Transistoren am Ausgang über gute Hochfrequenz-Eigenschaften.

Geringe Schaltzeiten weiter verkürzen

Die ohnehin geringen Schaltzeiten von MOSFET-Relais können durch geeignete Beschaltung verkürzt werden. Durch Verwendung eines erhöhten LED-Stroms erfolgt ein schnelleres Laden der MOSFET-Gates. Als Konsequenz schaltet das Relais schneller in den On-Zustand um. Hierbei gilt zu berücksichtigen, dass ein kontinuierlich höherer Eingangsstrom die LED schneller zum Altern bringt. Um diesen Umstand zu vermeiden, kann die Ansteuerung der LED über eine spezielle Speedup-Schaltung erfolgen. Dabei wird lediglich ein erhöhter Stromimpuls auf den Relaiseingang gegeben, um das Bauteil in den On-Zustand zu versetzen. Der Strom wird anschließend reduziert, um das Relais in seinem Zustand zu halten. Die LED kann somit geschont werden. Auf diese Weise können Schaltzeiten im μs-Bereich realisiert werden und so ein schnelles Zu- oder Abschalten weiterer Mess- oder Übertragungskanäle ermöglichen. Vielseitig, langlebig und absolut zuverlässig: MOSFET-Relais eignen sich durch ihre Charakteristika besonders für Bereiche wie die Medizintechnik, in der permanente Verlässlichkeit unabdingbar ist. Panasonic Industry bietet insbesondere MOSFET-Relais in sehr kompakten Bauformen nicht nur für hochkomplexe diagnostische Apparaturen, sondern auch für mobile medizinische Geräte vom Endoskop bis zum Blutdruckmessgerät als Schaltkomponenten.

Sandra Lutzenberger, Panasonic Industry