摘要
光耦合器處理汽車一級應(yīng)用的關(guān)鍵推動因素之一是使用非常高性能的led。LED光輸出下降低于0.2%/°C，有助于實(shí)現(xiàn)高溫規(guī)格和改進(jìn)LED設(shè)計和制造。再加上包裝設(shè)計，這已經(jīng)證明了非常可靠的性能。根據(jù)一些15年前的汽車的任務(wù)概況，這轉(zhuǎn)化為在高加速持續(xù)運(yùn)行壽命應(yīng)力條件下約2000小時。在5000小時的壓力后，當(dāng)前的轉(zhuǎn)移比下降不到10%，系統(tǒng)設(shè)計者可以適應(yīng)這種變化，以覆蓋超過35年的汽車壽命。

介紹
油價的快速上漲推動了燃料高效混合動力汽車（HEVs）的增長，成為汽車行業(yè)的中心舞臺。在混合動力汽車中使用的高壓電池需要絕緣和隔離。在目前的混合動力車設(shè)計中，我們選擇了光耦合器。圖1顯示了光耦合器位于HEV的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中的位置。

盡管Avago技術(shù)公司的汽車光耦器是最近對隔離產(chǎn)品組合的補(bǔ)充，但Avago光耦器已經(jīng)成功地應(yīng)用于混合動力汽車項(xiàng)目近10年，盡管以工業(yè)級產(chǎn)品的形式。在今天的市場上，它不再足以解決所有新興的汽車隔離應(yīng)用，特別是在高達(dá)125°C的高溫環(huán)境下需要可靠的長期運(yùn)行的應(yīng)用中。

圖1電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中的光耦合器

LED改進(jìn)

光耦合器的主要部分由光電探測器IC電路和LED組成。在實(shí)踐中，光電探測器有時可以重新合格高溫汽車使用很少或沒有設(shè)計變化。然而，LED需要更仔細(xì)的考慮。一些競爭對手甚至客戶可能會對在如此高的環(huán)境溫度下使用led表示擔(dān)憂或偏見。其中一些觀點(diǎn)認(rèn)為，一個LED在高環(huán)境溫度下的長期使用后，可能會出現(xiàn)顯著的光輸出退化。這里的關(guān)鍵作用詞是：潛力。自LED出現(xiàn)以來，LED設(shè)計和加工的持續(xù)和快速發(fā)展導(dǎo)致了LED固有老化性能的巨大差異。為客戶提供具有卓越壽命

性能的LED已不再是一個基本的技術(shù)問題。

LED的可靠性在各個領(lǐng)域都取得了顯著的進(jìn)展，如圖2所示。更高的LED內(nèi)部量子效率，更好的LED光提取和光信道效率的提高，可以了輸入驅(qū)動電流IF）的要求。通過設(shè)計低前向電壓（VF）led，Avago可以降低輸入功率(IFxvf)來減少在LED中產(chǎn)生的熱量。良好的電流擴(kuò)展LED設(shè)計將改善LED內(nèi)的電流分布，進(jìn)一步提高固有壽命。

圖2。發(fā)光二極管的改進(jìn)綜述

通過更好的設(shè)備和持續(xù)的工藝優(yōu)化，消除了LED制造缺陷。自從Avago的光耦器引入以來，這些改進(jìn)工作已經(jīng)持續(xù)了35年。

LED光輸出的溫度系數(shù)

led的亮度與溫度的系數(shù)為負(fù)。為了能夠處理超過+105°C（汽車1級和2級）的環(huán)境溫度，低溫漂移在最小化參數(shù)溫度漂移方面具有顯著的優(yōu)勢。

在+125°C時，用于Avago汽車級光耦合器的led通常下降了20%的<，而商用（消費(fèi)級和通用工業(yè)）紅外led在+125°C時通常下降了高達(dá)60%（圖3）。由于這超出了商用led的推薦溫度范圍，它確實(shí)強(qiáng)調(diào)了只有專門設(shè)計的用于高溫操作的led才能用于汽車級光耦合器的重要性。

圖3在高環(huán)境溫度下，led的歸一化光輸出

由于光輸出的低漂移，這被LED正向電壓的負(fù)溫度系數(shù)有所減輕。例如，在3.3V系統(tǒng)中，這將有10%的補(bǔ)償效應(yīng)，導(dǎo)致整體漂移<10%.?

裝配包裝

LED覆蓋硅樹脂，以減少LED上的包裝應(yīng)力，防止機(jī)械應(yīng)力相關(guān)的故障。Avago光耦合器符合濕度敏感性1級（MSL1），這在減少水分引起的故障方面起著重要作用。圖4（第3頁）中所示的軟件包構(gòu)造顯示了各種構(gòu)造組件。

在產(chǎn)品設(shè)計過程中也考慮到了散熱增強(qiáng)。鉛框架材料和設(shè)計用于改善產(chǎn)品的散熱，以減少結(jié)到環(huán)境熱阻(θ賈)，從而防止了在LED上的局部加熱。

圖4安華科技公司汽車光耦合器建設(shè)的橫截面

汽車光耦合器的使用壽命

在圖5中Avago的ACPL-M43T的高溫工作壽命應(yīng)力下，可以觀察到工藝和設(shè)計改進(jìn)的結(jié)果。消費(fèi)者級led被放在同一包裝中，以與Avago的汽車級led進(jìn)行比較。研究結(jié)果顯示，來自其他供應(yīng)商的消費(fèi)者級led與Avago的汽車級led在可靠性性能上存在巨大差異。消費(fèi)級led不能很好地處理高溫，這并不奇怪，因?yàn)樗鼈兊淖罱K應(yīng)用并不需要它們這樣做。消費(fèi)級led的降解速度很快，并隨著時間的推移表現(xiàn)出很大的變化。下一個值得強(qiáng)調(diào)的重要一點(diǎn)是，這些數(shù)據(jù)是來自一系列晶圓批次生產(chǎn)的led，因此這種非常緊密的分布表明Avago的汽車級led有非常好的控制。

汽車設(shè)計師使用任務(wù)概況來確定汽車使用的部件的適用性。任務(wù)配置文件是組件或系統(tǒng)正在使用的時間，考慮到應(yīng)用程序運(yùn)行的溫度。根據(jù)提供給Avago以供評估的一些任務(wù)概況，將15年的野外壽命轉(zhuǎn)化為高溫條件下2000小時的連續(xù)組件應(yīng)力。電流傳遞比CTR）是光耦中耦合效率的關(guān)鍵指標(biāo)，在5000小時連續(xù)應(yīng)力后變化小于10%，可以很容易地預(yù)算，使超過35年的現(xiàn)場壽命的穩(wěn)健設(shè)計。

圖5。單晶體管光耦合器的標(biāo)準(zhǔn)化CTR高達(dá)5k小時

結(jié)論

Avago的密封光耦合器在軍事和空間應(yīng)用中顯示了高可靠性和高溫魯棒性（-55°C到+125°C）。Avago現(xiàn)在已經(jīng)升級了其塑料光耦合器組合，以處理延長的溫度和滿足汽車行業(yè)的價格需求。塑料光耦合器已經(jīng)被混合動力汽車制造商證明在工業(yè)溫度范圍內(nèi)的大容量HEV應(yīng)用。引入高達(dá)+125°C的全溫范圍，便于在所有汽車應(yīng)用中使用aecq100合格的塑料光耦合器。

審核編輯 黃昊宇