摘要
光耦合器處理汽車一級應用的關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，有助于實現高溫規格和改進LED設計和制造。再加上包裝設計，這已經證明了非常可靠的性能。根據一些15年前的汽車的任務概況，這轉化為在高加速持續運行壽命應力條件下約2000小時。在5000小時的壓力后，當前的轉移比下降不到10%，系統設計者可以適應這種變化，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的電機驅動系統中的位置。

盡管Avago技術公司的汽車光耦器是最近對隔離產品組合的補充，但Avago光耦器已經成功地應用于混合動力汽車項目近10年，盡管以工業級產品的形式。在今天的市場上，它不再足以解決所有新興的汽車隔離應用，特別是在高達125°C的高溫環境下需要可靠的長期運行的應用中。

圖1電機驅動系統中的光耦合器

LED改進

光耦合器的主要部分由光電探測器IC電路和LED組成。在實踐中，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計變化。然而，LED需要更仔細的考慮。一些競爭對手甚至客戶可能會對在如此高的環境溫度下使用led表示擔憂或偏見。其中一些觀點認為，一個LED在高環境溫度下的長期使用后，可能會出現顯著的光輸出退化。這里的關鍵作用詞是：潛力。自LED出現以來，LED設計和加工的持續和快速發展導致了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問題。

LED的可靠性在各個領域都取得了顯著的進展，如圖2所示。更高的LED內部量子效率，更好的LED光提取和光信道效率的提高，可以了輸入驅動電流IF）的要求。通過設計低前向電壓（VF）led，Avago可以降低輸入功率(IFxvf)來減少在LED中產生的熱量。良好的電流擴展LED設計將改善LED內的電流分布，進一步提高固有壽命。

圖2。發光二極管的改進綜述

通過更好的設備和持續的工藝優化，消除了LED制造缺陷。自從Avago的光耦器引入以來，這些改進工作已經持續了35年。

LED光輸出的溫度系數

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

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（消費級和通用工業）紅外led在+125°C時通常下降了高達60%（圖3）。由于這超出了商用led的推薦溫度范圍，它確實強調了只有專門設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正向電壓的負溫度系數有所減輕。例如，在3.3V系統中，這將有10%的補償效應，導致整體漂移<10%.?

裝配包裝

LED覆蓋硅樹脂，以減少LED上的包裝應力，防止機械應力相關的故障。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）中所示的軟件包構造顯示了各種構造組件。

在產品設計過程中也考慮到了散熱增強。鉛框架材料和設計用于改善產品的散熱，以減少結到環境熱阻(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的高溫工作壽命應力下，可以觀察到工藝和設計改進的結果。消費者級led被放在同一包裝中，以與Avago的汽車級led進行比較。研究結果顯示，來自其他供應商的消費者級led與Avago的汽車級led在可靠性性能上存在巨大差異。消費級led不能很好地處理高溫，這并不奇怪，因為它們的最終應用并不需要它們這樣做。消費級led的降解速度很快，并隨著時間的推移表現出很大的變化。下一個值得強調的重要一點是，這些數據是來自一系列晶圓批次生產的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。

汽車設計師使用任務概況來確定汽車使用的部件的適用性。任務配置文件是組件或系統正在使用的時間，考慮到應用程序運行的溫度。根據提供給Avago以供評估的一些任務概況，將15年的野外壽命轉化為高溫條件下2000小時的連續組件應力。電流傳遞比CTR）是光耦中耦合效率的關鍵指標，在5000小時連續應力后變化小于10%，可以很容易地預算，使超過35年的現場壽命的穩健設計。

圖5。單晶體管光耦合器的標準化CTR高達5k小時

結論

Avago的密封光耦合器在軍事和空間應用中顯示了高可靠性和高溫魯棒性（-55°C到+125°C）。Avago現在已經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的價格需求。塑料光耦合器已經被混合動力汽車制造商證明在工業溫度范圍內的大容量HEV應用。引入高達+125°C的全溫范圍，便于在所有汽車應用中使用aecq100合格的塑料光耦合器。

審核編輯 黃昊宇