计算继电器光耦中LED寿命 预测产品可靠性！-先进光半导体

　　继电器光耦广泛地应用于高电压隔离和电气噪声抑制上，这两者为电气系统中于不同电压电位间正确发送数据的基本要求。这类系统必须达到多年的可靠运行，特别是用于工业、医疗、可再生能源，以及其他期望较长工作寿命的系统。

　　光耦采用高可靠性LED满足关键系统可靠性要求，LED是一种成熟的技术，已有超过35年的历史，自面市以来，加强生产流程改善LED性能，使得光电耦合普及到工业、可再生能源、汽车，甚至是超高关键任务，如军事和航天等应用。尽管已经有许多恶劣环境应用采用了光电耦合器，但是对于光耦的工作寿命还是有所疑虑，原因是LED的光输出功率会随着时间减低，光功率的降低则可能会引起光电耦合器错误工作和可靠性问题。

　　本篇文章通过介绍继电器光耦行业领先厂商如何采用基于Black模型，使用加速度条件下LED可靠性压力数据预测LED劣化程度来解决性能考量问题，这是一个普遍为业内接受，于1960年代末期由J.RBlack所发展，用来估计电子迁移平均失效前时间(MTTF,Mean-Time-To-Failure)的实证模型。这个分析可以为设计工程师带来更高的信心和设计灵活度，帮助他们为应用找出最合适的LED顺向输入电流。

　　LED可靠性压力测试

　　光耦使用LED作为跨越隔离屏障传送数字或模拟信息的方法，在另一端则使用光晶体管或其他光敏器件转换光学信号回到电子信号。设计工程师可以通过设置一个限流电阻来控制LED的输入驱动电流(IF)以产生目标光输出。然而由于LED的PN结长时间受到热和电压力影响，光电耦合器的量子效率，也就是每单位输入电流所产生的光子数会随着时间而减少。通过进行压力测试，对使用在不同光电耦合器产品中的各种LED类型进行长达一万小时的连续工作来决定LED的劣化情况，其中一项压力测试，高温操作寿命(HTOL,HighTempertaureOperatingLife)测试于125oC温度和20mA连续顺向电流(IF)的条件下进行。

　　电流传输比(CTR,CurrentTransferRatio)是一个常见的继电器光耦电气参数，CTR定义为通过光二极管检测光产生的集电极输出电流(IC)相对于LED顺向输入电流的大小，通常以百分比表示，设计工程师可以使用一段时间后CTR的变化来估计LED的劣化程度。

　　电流传输比CTR=IC/IFx100%

　　受到输入电流和温度的影响，LED会因晶体结构的热压力而产生劣化，因此，尽管顺向电流IF保持不变，LED的光输出也会随着时间而逐渐减低，从而光二极管的IC和CTR就会降低。在每个压力测试的预定时间点，如第168小时、第500小时或1,000小时会进行IC电流的测量并计算CTR，使用取得的数据点进行劣化程度的绘图，显示出CTR相对于压力测试进行小时数的关系。LED的预估现场工作寿命为AF×压力测试小时数=184.7×1,000=184,767小时，约等于21年，此为劣化至99.2%CTR的AA类型LED预估现场工作时间，通过计算出AF值，所有压力测试数据点都可以映射到LED的预期现场工作寿命。

　　光电耦合器产品中的LED采用砷化铝镓(AlGaAs,AluminumGalliumArsenide)Type1、Type2或磷砷化镓(GaAsP,GalliumArsenidePhosphide)，其中Type1AlGaAsLED主要应用于宽体400-milDIP-8和500-milDIP-10封装数字光电耦合器、隔离放大器、门驱动和智能功率模块IPM驱动。Type2AlGaAsLED主要使用在处理高速数字信号和低功耗10Mbit/s数字光电耦合器系列，GaAsPLED则应用于各种广泛的Avago光电耦合器产品，涵盖数字光电耦合器、模拟光电耦合器、智能电源管理门驱动以及许多其他应用。各种不同LED类型的光电耦合器产品系列和产品型号。

　　各类型LED采用不同的生产程序，如扩散型或磊晶生长以及不同的参杂方式，这使得LED设计工程师可以定制不同电流相对LED光输出功率的产品，满足各种速度和功耗光电耦合器需求。在三种不同LED类型中，基于GaAsP的LED最为成熟但输出光功率最低，Type1AlGaAsLED则可提供最高的光输出功率，使得这型LED可以应用于需要光电耦合器封装高爬电距离和电气间隙的最严苛隔离应用。Type2AlGaAsLED的性能介于其他两种类型之间，可以使用于各种要求速度或功耗性能组合的广泛应用。所有三种LED类型都有相似的劣化特性，那就是在30年典型工作条件下，原始CTR的损失小于10%。

　　先进光半导体的继电器光耦产品多年来已经广泛成功地使用在各种艰难恶劣应用中作为处理高电压和电压瞬变的工具，光电耦合器中使用的LED在超过30年现场实际工作条件下拥有劣化低于10%的卓越性能表现，LED的长工作寿命可以在设计工程师选择最适合应用光电耦合器时带来更高灵活度，并帮助做出系统可靠工作年限和低功耗间的最佳平衡选择。

　　先进光半导体由南方先进联合日本归国华侨杨振林博士团队合资成立，以南方先进为主要投资方、杨博士团队为技术核心的一家专业从事光电器件、光耦合器、光耦继电器等光电集成电路以及光电驱动等产品，研发团队涵盖设计、制造、销售和服务的高新技术企业，先进光半导体拥有先进的光电器件全自动生产线，具有年产8000万只光电光耦器件的生产能力。现阶段先进光半导体的光耦继电器、光耦合器等主要产品用于：蓄电系统．智能电表．自动检测设备．电信设备．测量仪器．医疗设备．通信设备．PC端．安防监控．O/A设备．PLC控制器．I/O控制板等，依托于光半导体综合的设计技术和芯片制造技术优势，先进光半导体期望在有广阔发展前景的光电控制领域深耕，逐步提升产品的技术附加值，扩充技术含量更高的产品线。

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