MICROCOUPLER為高溫應(yīng)用提升功耗性能
光耦合器是具有絕緣安全性及在輸入和輸出之間實現(xiàn)電氣信號隔離功能的器件,其絕緣和噪聲抑制特性來自于采用的機(jī)械結(jié)構(gòu)和材料。
光耦合器由一個光源和一個由透明光導(dǎo)管圍繞的感光檢測器組成,并藏于環(huán)氧塑料封裝內(nèi)。光源是紅外led,用來將電流轉(zhuǎn)換為光。感光檢測器是一個硅光電二極管,作用是將光轉(zhuǎn)換回電流,然后通過集成的晶體管被放大。光耦合器的增益被稱為晶體管輸出器件的電流傳輸比 (ctr),其定義是光電晶體管集電極電流與led正向電流的比率(ice/if)。光電晶體管集電極電流與vce有關(guān),即集電極和發(fā)射極之間的電壓。
額定工作溫度高達(dá)100℃的設(shè)計的出現(xiàn),使業(yè)界對熱穩(wěn)定性和低驅(qū)動電流的需求飚升。封裝技術(shù)的進(jìn)步也在推動光耦合器封裝的發(fā)展。從dip(雙列直插式) 轉(zhuǎn)至sop(小型封裝) 及mfp(微型扁平封裝) 減小了占位面積,提升了光耦合器的熱性能。體積的減小也有助于在工作溫度范圍內(nèi)增加熱存儲和穩(wěn)定性。
飛兆半導(dǎo)體的microcoupler (fodb100)是無鉛表貼光耦合器,提供高達(dá)125℃的封裝工作溫度。隨著工作溫度的提升,電氣性能和穩(wěn)定性成為重要的課題。面對這些挑戰(zhàn),新的led材料被選用以便在規(guī)定的工作溫度范圍內(nèi)提高ctr穩(wěn)定性。algaas (鋁砷化稼) 紅外發(fā)光二極管在一定溫度范圍內(nèi)較gaas (砷化稼) 紅外發(fā)光二極管具有更好的穩(wěn)定性。algaas led可于低電流 (最低達(dá)500 a) 下工作。更小型的封裝和更佳的ired材料使microcoupler比傳統(tǒng)的光耦合器封裝在較高的工作溫度范圍內(nèi)具有更加穩(wěn)定的電氣性能。
圖1所示為mfp封裝與microcoupler在工作溫度范圍內(nèi)ctr性能的比較。microcoupler在100℃時的標(biāo)準(zhǔn)化ctr下降率約為20％,而mfp封裝則為50％。較小的熱體積和較高效率的algaas ired材料是microcoupler獲得較佳ctr穩(wěn)定性的原因。由于該產(chǎn)品在一定溫度范圍內(nèi)展現(xiàn)較高的穩(wěn)定性,因此更易于在高溫范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)計。
根據(jù)圖1的數(shù)據(jù),當(dāng)溫度從0℃上升到100℃時,fodb100的ctr從+8％下降到 20％。最小ctr（i_{f}=1ma)為100％。當(dāng)工作10年后,ctr一般會下降20％�，F(xiàn)在,我們可以算出上述條件下最小的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)
首先確定所需的i_{ce},然后可以確定i_{f}。從以上計算可知ctr為64％。假設(shè)所需i_{ce}為1ma。
從公式 2可得：i_{f}=\frac{1ma}{0.64}=1.56ma
從表2可知在100℃當(dāng)v_{f}= 1.1 v時,v_{cc}= 5v;
功耗=(v_{f} i_{f})+(v_{ce} i_{ce})
(導(dǎo)通狀態(tài)) =(1.1v 1.56ma)+(0.4v 1ma)=2.117ma
