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MICROCOUPLER为高温应用提升功耗性能

发布时间:2020-06-30 21:03:19 阅读: 来源:聚丙烯储罐厂家

光耦合器是具有绝缘安全性及在输入和输出之间实现电气信号隔离功能的器件,其绝缘和噪声抑制特性来自于采用的机械结构和材料。

本文引用地址: 光耦合器由一个光源和一个由透明光导管围绕的感光检测器组成,并藏于环氧塑料封装内。光源是红外led,用来将电流转换为光。感光检测器是一个硅光电二极管,作用是将光转换回电流,然后通过集成的晶体管被放大。光耦合器的增益被称为晶体管输出器件的电流传输比 (ctr),其定义是光电晶体管集电极电流与led正向电流的比率(ice/if)。光电晶体管集电极电流与vce有关,即集电极和发射极之间的电压。 额定工作温度高达100℃的设计的出现,使业界对热稳定性和低驱动电流的需求飚升。封装技术的进步也在推动光耦合器封装的发展。从dip (双列直插式) 转至sop (小型封装) 及mfp (微型扁平封装) 减小了占位面积,提升了光耦合器的热性能。体积的减小也有助于在工作温度范围内增加热存储和稳定性。

飞兆半导体的microcoupler (fodb100)是无铅表贴光耦合器,提供高达125℃的封装工作温度。随着工作温度的提升,电气性能和稳定性成为重要的课题。面对这些挑战,新的led材料被选用以便在规定的工作温度范围内提高ctr稳定性。algaas (铝砷化稼) 红外发光二极管在一定温度范围内较gaas (砷化稼) 红外发光二极管具有更好的稳定性。algaas led可于低电流 (最低达500 a) 下工作。更小型的封装和更佳的ired材料使microcoupler比传统的光耦合器封装在较高的工作温度范围内具有更加稳定的电气性能。

图1功耗的计算 图1所示为mfp封装与microcoupler在工作温度范围内ctr性能的比较。microcoupler在100℃时的标准化ctr下降率约为20%,而mfp封装则为50%。较小的热体积和较高效率的algaas ired材料是microcoupler获得较佳ctr稳定性的原因。由于该产品在一定温度范围内展现较高的稳定性,因此更易于在高温范围内进行设计。

根据图1的数据,当温度从0℃上升到100℃时,fodb100的ctr从+8%下降到 20%。最小ctr(i_{f}=1ma)为100%。当工作10年后,ctr一般会下降20%。现在,我们可以算出上述条件下最小的ctr:

最小 (ctr在100℃)=100%x0.80x0.80=64%

r_{1}=\frac{(v_{cc}-v_{f})}{i_{f}} →(1)

i_{f}=\frac{i_{ce}}{ctr} →(2)

首先确定所需的i_{ce},然后可以确定i_{f}。从以上计算可知ctr为64%。假设所需i_{ce}为1ma。

从公式 2可得:i_{f}=\frac{1ma}{0.64}=1.56ma

从表2可知在100℃当v_{f}= 1.1 v时,v_{cc}= 5v;

功耗=(v_{f} i_{f})+(v_{ce} i_{ce})

(导通状态) =(1.1v 1.56ma)+(0.4v 1ma)=2.117ma

根据图1的数据,当温度从0℃上升到100℃时,mfp封装的ctr从+9%下降到 -50%。最小ctr (i_{f}=5ma)为100%。假设led电流为(i_{f}=1ma),ctr增益为100%,那么i_{ce}等于1ma。当工作10年后,ctr一般会下降20%。现在,我们可以算出上述条件下最小的ctr:

最小 (ctr在100℃) =100%x0.50x0.80=40%

首先确定所需的i_{ce},然后可以确定i_{f}。从以上计算可知ctr为40%。假设所需i_{ce}为1ma。

从公式 2可得:i_{f}=\frac{1ma}{0.4}=2.5ma

从表4可知在100℃当v_{f}= 1.15 v时,v_{cc}= 5v;

功耗=(v_{f} i_{f})+(v_{ce} i_{ce})

(导通状态) =(1.15v 2.5ma)+(0.4v 1ma)=3.28ma

热阻

表5列出了两种不同封装在同样电气特性下的热性能。封装密度和封装材料对于封装从结点到周围的散热能力有很大影响。由于microcoupler 的封装密度较小,因此具有比mfp封装更多的从裸片结点散热的路径。

计算光耦合器裸片温度相对于周围温度的上升:

t_{j}=p_{device\phantom{8}power} _{ja}+t_{a}

microcoupler

tj (发射器) = 100.44℃ tj (检测器) = 100.05℃ mfp tj (发射器) = 103.96℃ tj (检测器) = 100.06℃

结论

在100℃的温度环境维持相同增益的前提下,microcoupler的功耗比标准mfp封装低约35%。microcoupler封装的高效率led和较佳的热性能是在高温应用下获得低功耗的主因。这些优点为设计人员的高温应用提供了理想的低功耗解决方案。

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