本白皮書討論了在汽車級光電耦合器中使用高性能LED的問題。高性能LED的使用證明了光耦合器可以處理汽車1級應用。本文還概述了Avago的  產(chǎn)品組合，這些產(chǎn)品可以應對更高的溫度和更低的價格需求。

 

光耦合器處理汽車1級應用的關鍵推動因素之一是使用超高性能LED。LED光輸出下降不到0.2 /°C，有助于達到高溫規(guī)格并改善LED設計和制造。結合包裝設計，這已顯示出非常可靠的性能。根據(jù)一些15歲汽車的任務概況，在高度加速的連續(xù)工作壽命壓力條件下，這相當于大約2000小時。在承受5000小時的壓力后，電流傳輸比下降不到10，系統(tǒng)設計人員可以適應這些變化，從而覆蓋汽車超過35年的使用壽命。

 

電動機驅(qū)動系統(tǒng)中的光耦合器

 

介紹

 

石油價格的迅速上漲推動了高能效混合動力汽車（HEV）的增長成為汽車行業(yè)的中心。混合動力汽車中使用的高壓電池需要絕緣和隔離。在當前的混合動力設計中，已經(jīng)選擇了光耦合器來完成這項任務。圖1顯示了在HEV的電動機驅(qū)動系統(tǒng)中放置光耦合器的示例。

 

盡管Avago Technologies的汽車光耦合器是隔離產(chǎn)品系列的  成員，但Avago光耦合器已經(jīng)以工業(yè)級產(chǎn)品的形式成功用于混合動力汽車項目近十年。在當今市場上，它已不足以滿足所有新興的汽車隔離應用，尤其是在要求高達125°C的高環(huán)境溫度下長期可靠運行的應用中。

 

LED改進

 

光耦合器的主要部件由光電檢測器IC和LED組成。在實踐中，有時只需很少或不做任何設計更改就可以重新光電檢測器，以用于高溫汽車用途。但是，LED需要更仔細的考慮。一些競爭者甚至客戶可能會對在如此高的環(huán)境溫度下使用LED表示擔憂或偏見。這種觀點中的某些觀點可能是由于長時間在高環(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。這里的關鍵操作詞是：潛力。自從LED問世以來，LED設計和工藝的持續(xù)快速發(fā)展導致LED的固有老化性能出現(xiàn)巨大差異。

 

如圖2所示，LED可靠性在各個領域都取得了長足的進步。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)動電流（IF）的要求。通過設計低正向電壓（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設計將改善LED內(nèi)的電流分布，從而進一步改善固有壽命。

 

發(fā)光二極管的改進總結

 

通過更好的設備和持續(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，這些改進工作已經(jīng)進行了35年以上。

 

LED光輸出的溫度系數(shù)

 

LED的亮度與溫度成負系數(shù)。為了能夠處理超過+105°C（汽車1級和2級）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。用于Avago汽車級光電耦合器的LED在+125°C時通常下降<20％，而商用（消費級和通用工業(yè)）紅外LED通常在+125°C時下降高達60％（圖3） ）。由于這超出了商用LED的建議溫度范圍，因此確實突出了重要的一點，即只有特殊設計的用于高溫工作的LED才能用于汽車級光耦合器。

 

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電壓的負溫度系數(shù)會有所緩解。例如，在3.3 V系統(tǒng)中，這將產(chǎn)生10％的補償效果，從而導致整體漂移<10％。