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作者：伍爾特電子 電源適配器、家電用品、智能手機的充電器——這些都是需要在兩個(gè)電路之間進(jìn)行電氣隔離的應用。電氣隔離可以通過(guò)使用譬如變壓器、電容和光耦等不同的方式來(lái)實(shí)現。 光耦的好處是能夠消除阻抗失配，并且可以在較小的封裝尺寸中實(shí)現高隔離電壓和極佳的抗噪聲性能。此外，光耦還可以用于傳輸直流和交流信號、模擬和數字信號，以及中低頻信號。 光耦在電路中的主要任務(wù)分別是：將使用者與危險的電氣系統隔離開(kāi)、將低壓控制電路與高壓電路隔離開(kāi)、為電路系統提供過(guò)壓保護。 光耦的結構 最簡(jiǎn)單的光耦合器是由紅外 LED與光電晶體管耦合形成的，因為由光實(shí)現耦合，故二者之間可以實(shí)現電氣隔離。當 LED 發(fā)光時(shí)，光電晶體管會(huì )產(chǎn)生電流，電流強度與光強度成正比。 市面上有兩種類(lèi)型的光耦合器：直流輸入型光耦和交流輸入型光耦。直流輸入型光耦在輸入側僅有一個(gè) LED，因此只能輸入單向電流。這種光耦通常用于開(kāi)關(guān)應用。 交流光耦具有兩個(gè)反向并聯(lián)的 LED，使得輸入電流能夠雙向流動(dòng)，從而使每半個(gè)周期的交變輸入信號都能輸出一個(gè)半波。 
圖1：左：直流光耦；右：交流光耦 如何選擇合適的光耦合器？ 隔離電壓是一個(gè)重要參數，該參數由爬電距離、電氣間隙和絕緣厚度（或者可以說(shuō)是封裝厚度）決定。不同的封裝尺寸和類(lèi)型以及各種引腳類(lèi)型（DIP4、SOP4、LSOP4、THT 和 SMT 封裝等）使得工程師能夠為每個(gè)應用選擇合適的元件。 CTR——光耦的重要參數 描述光耦性能的一個(gè)重要參數是電流傳輸比 CTR。它的定義是光電晶體管產(chǎn)生的電流 IC與流過(guò) LED 的電流 IF的比值。
為了使產(chǎn)品能夠穩定工作，當電路設計中包含光耦時(shí)，一定要了解 CTR 值會(huì )受環(huán)境溫度的影響以及會(huì )隨時(shí)間推移不斷降低。 伍爾特電子光耦產(chǎn)品線(xiàn)的 CTR 值涵蓋 50% 到 600%，劃分為不同的區間范圍，客戶(hù)可以根據不同的應用進(jìn)行選擇。 如何延長(cháng)壽命？ 哪些參數會(huì )影響光耦的壽命？ 電路設計的主要考慮因素之一是預期壽命，它取決于產(chǎn)品本身以及其中所包含的單個(gè)元件的壽命。在考慮元件時(shí)，有些元件可能會(huì )完全失效或隨著(zhù)時(shí)間的推移性能下降。對于光耦合器而言，CTR 性能會(huì )隨著(zhù)時(shí)間的推移而降低，具體情況取決于工作條件。 光耦的壽命可能會(huì )超過(guò)幾十年，因此需要使用更嚴苛的條件來(lái)加速壓力測試。 對于可靠性測試而言，縮短壓力測試的時(shí)間并預測正常使用條件下的最終壽命是非常有意義的。在更高的溫度和電流的條件下測試光耦時(shí)，器件老化的過(guò)程比在正常工作條件下要快得多。 CTR 的老化速度取決于工作時(shí)的正向電流 IF 和工作時(shí)的環(huán)境溫度TA。需要注意的是，可以通過(guò)降低 LED 的工作溫度并降低驅動(dòng)正向電流來(lái)減緩 CTR 老化。
圖2：正向電流對于預期CTR 老化率以及工作時(shí)間的關(guān)系�，F場(chǎng)工作參數：100% 占空比、80°C 環(huán)境溫度、正向電流如圖所示。壓力測試參數：1000 小時(shí)測試，110°C 測試溫度，30 mA 正向電流。
圖3：溫度對于預期CTR 老化率以及工作時(shí)間的關(guān)系�，F場(chǎng)工作參數：100% 占空比，5 mA 正向電流，環(huán)境溫度如圖所示。壓力測試參數：1000 小時(shí)測試，110°C 測試溫度，30 mA 正向電流。 如何延長(cháng)光耦的使用壽命 根據上述可靠性數據，我們建議采用以下方法來(lái)延長(cháng)光耦的使用壽命： 1. 減少光耦的有效工作時(shí)間 2. 降低 LED 二極管的工作電流和功耗 3. 避免 LED 經(jīng)受峰值瞬態(tài)電流 4. 調整 LED 的占空比，以保持較低的平均電流 此外，對于需要高可靠性的關(guān)鍵產(chǎn)品，例如醫療設備，光耦器件的可靠性可以通過(guò)老化篩選工序來(lái)進(jìn)一步提高。但為了避免設備被損壞，進(jìn)行該工序時(shí)的老化參數應控制在最大額定值以下。 |
