本白皮書(shū)討論了在汽車(chē)級(jí)光電耦合器中使用高性能LED的問(wèn)題。高性能LED的使用證明了光耦合器可以處理汽車(chē)1級(jí)應(yīng)用。本文還概述了Avago的  產(chǎn)品組合，這些產(chǎn)品可以應(yīng)對(duì)更高的溫度和更低的價(jià)格需求。

 

光耦合器處理汽車(chē)1級(jí)應(yīng)用的關(guān)鍵推動(dòng)因素之一是使用超高性能LED。LED光輸出下降不到0.2 /°C，有助于達(dá)到高溫規(guī)格并改善LED設(shè)計(jì)和制造。結(jié)合包裝設(shè)計(jì)，這已顯示出非?？煽康男阅?。根據(jù)一些15歲汽車(chē)的任務(wù)概況，在高度加速的連續(xù)工作壽命壓力條件下，這相當(dāng)于大約2000小時(shí)。在承受5000小時(shí)的壓力后，電流傳輸比下降不到10，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以適應(yīng)這些變化，從而覆蓋汽車(chē)超過(guò)35年的使用壽命。

 

電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的光耦合器

 

介紹

 

石油價(jià)格的迅速上漲推動(dòng)了高能效混合動(dòng)力汽車(chē)（HEV）的增長(zhǎng)成為汽車(chē)行業(yè)的中心?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)中使用的高壓電池需要絕緣和隔離。在當(dāng)前的混合動(dòng)力設(shè)計(jì)中，已經(jīng)選擇了光耦合器來(lái)完成這項(xiàng)任務(wù)。圖1顯示了在HEV的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中放置光耦合器的示例。

 

盡管Avago Technologies的汽車(chē)光耦合器是隔離產(chǎn)品系列的  成員，但Avago光耦合器已經(jīng)以工業(yè)級(jí)產(chǎn)品的形式成功用于混合動(dòng)力汽車(chē)項(xiàng)目近十年。在當(dāng)今市場(chǎng)上，它已不足以滿足所有新興的汽車(chē)隔離應(yīng)用，尤其是在要求高達(dá)125°C的高環(huán)境溫度下長(zhǎng)期可靠運(yùn)行的應(yīng)用中。

 

LED改進(jìn)

 

光耦合器的主要部件由光電檢測(cè)器IC和LED組成。在實(shí)踐中，有時(shí)只需很少或不做任何設(shè)計(jì)更改就可以重新光電檢測(cè)器，以用于高溫汽車(chē)用途。但是，LED需要更仔細(xì)的考慮。一些競(jìng)爭(zhēng)者甚至客戶可能會(huì)對(duì)在如此高的環(huán)境溫度下使用LED表示擔(dān)憂或偏見(jiàn)。這種觀點(diǎn)中的某些觀點(diǎn)可能是由于長(zhǎng)時(shí)間在高環(huán)境溫度下使用后，LED可能遭受光輸出顯著下降的潛在影響。這里的關(guān)鍵操作詞是：潛力。自從LED問(wèn)世以來(lái)，LED設(shè)計(jì)和工藝的持續(xù)快速發(fā)展導(dǎo)致LED的固有老化性能出現(xiàn)巨大差異。

 

如圖2所示，LED可靠性在各個(gè)領(lǐng)域都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。更高的LED內(nèi)部量子效率，更好的LED光提取以及光通道效率的提高，使得能夠降低輸入驅(qū)動(dòng)電流（IF）的要求。通過(guò)設(shè)計(jì)低正向電壓（VF）LED，Avago可以降低輸入功率（IF x VF），以減少LED產(chǎn)生的熱量。良好的電流分布LED設(shè)計(jì)將改善LED內(nèi)的電流分布，從而進(jìn)一步改善固有壽命。

 

發(fā)光二極管的改進(jìn)總結(jié)

 

通過(guò)更好的設(shè)備和持續(xù)的工藝優(yōu)化，可以消除LED的制造缺陷。自推出Avago的光耦合器以來(lái)，這些改進(jìn)工作已經(jīng)進(jìn)行了35年以上。

 

LED光輸出的溫度系數(shù)

 

LED的亮度與溫度成負(fù)系數(shù)。為了能夠處理超過(guò)+105°C（汽車(chē)1級(jí)和2級(jí)）的環(huán)境溫度，低溫漂移在  地減少參數(shù)溫度漂移方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。用于Avago汽車(chē)級(jí)光電耦合器的LED在+125°C時(shí)通常下降<20％，而商用（消費(fèi)級(jí)和通用工業(yè)）紅外LED通常在+125°C時(shí)下降高達(dá)60％（圖3） ）。由于這超出了商用LED的建議溫度范圍，因此確實(shí)突出了重要的一點(diǎn)，即只有特殊設(shè)計(jì)的用于高溫工作的LED才能用于汽車(chē)級(jí)光耦合器。

 

高環(huán)境溫度下LED的歸一化光輸出

 

由于光輸出的漂移很小，因此LEDforward電壓的負(fù)溫度系數(shù)會(huì)有所緩解。例如，在3.3 V系統(tǒng)中，這將產(chǎn)生10％的補(bǔ)償效果，從而導(dǎo)致整體漂移<10％。