Оптроны используются для высоковольтной изоляции напряжения и подавления электрических помех. Важно, чтобы эти компоненты надежно работали в течение многих лет в промышленных, медицинских приложениях, авиа и автомобильных системах.
Несмотря на опыт внедрения в высоконадежные проекты, все еще существуют опасения относительно срока службы оптронов. Это может касаться дешевых фототранзисторов, но не относится к высокопроизводительным оптронам с фото-ИС выходом.
Broadcom - лидер в отрасли производства оптронов, использует данные по надежности светодиодов, полученные в ускоренных условиях для прогнозирования ожидаемого срока службы на основе модели Black (принятой эмпирической модели JR Black для оценки среднего времени до отказа (MTTF). Эти данные предоставляют инженерам возможность гибкого проектирования и выбора подходящего прямого входного тока светодиода.
Стресс-тесты надежности светодиодов
В оптронах светодиод используется для передачи цифровой или аналоговой информации через изолирующий (или изоляционный) барьер. На другой стороне барьера расположен светочувствительный детектор, который преобразует оптический сигнал в электрический сигнал.
Ограничитель входного тока определяет рекомендуемый входной ток управления (IF) для светодиода. Однако квантовая эффективность светодиодов (общее число фотонов на электрон входного тока) со временем уменьшается из-за теплового и электрического напряжения PN-перехода СИД.
Broadcom проводит стресс-тесты в течение несколько тысяч часов непрерывной работы для определения надежности светодиодов. Температурный срок службы (HTOL) определяется для светодиода, работающего при температуре 125 ° C и постоянном токе IF 20 мА.
Коэффициент передачи тока (CTR) является электрическим параметром оптрона. CTR определяется как соотношение тока выходного коллектора (IC), вызванного светом, обнаруженным от фотодиода, к входному прямому току светодиода (IF). Разработчики могут использовать изменение CTR с течением времени для оценки надежности светодиодов.
Коэффициент передачи тока, CTR = (IC / IF) × 100%
Входной ток и температура вызывают тепловое напряжение в кристаллической структуре светодиода. Таким образом, даже если IF остается постоянным, выходная мощность светодиода со временем уменьшается. Выходной ток IC и CTR фотодиода тоже уменьшатся.
Измерения проводятся через определенное время испытаний, например, через
- 168 часов
- 500 часов
- 1000 часов
Проводят измерения IC и вычисляется CTR. Срок службы светодиодов отражается на графике на основе полученных данных.
Светодиод в оптронах Broadcom изготовлен из арсенида алюминия-галлия (AlGaAs) или фосфида арсенида галлия (GaAsP). Все типы светодиодов имеют сходные характеристики с CTR <10% после 30 лет использования при обычных условиях.
Показатели срока службы для различных типов светодиодов в течение 30 лет показаны на рисунках с 1 по 5. Коэффициент CTR падает не более 10%. В зависимости от ожидаемого срока службы системы или изделия, проекционный расчет позволяет инженерам проявить больше гибкости в выборе подходящего значения IF. Они могут оптимизировать системы и найти компромисс между надежным сроком эксплуатации и энергопотреблением.
Рисунок 6 показывает работу светодиодов при различном входном токе (IF) светодиодов для светодиодов AlGaAs (тип 2). Светодиод имеет минимальное изменение в производительности (менее 10%) в рекомендованном рабочем диапазоне IF и также в течение более 20 лет работы.
Существует три фактора, позволяющих максимально увеличить срок службы светодиодов:
1. Работать при более низком входном светодиодном токе IF.
2. Эксплуатировать при меньшем рабочем цикле.
3. Работать при более низкой температуре окружающей среды.
Примечательно, что в течение тысячелетия оптроны Broadcom демонстрируют долговечность и показывают падения CTR всего лишь 10%. На Рисунке 7 показаны характеристики за столетний срок службы.
ПРИМЕЧАНИЕ: При IF = 20 мА прекращается проецирование на отметке 22,6 лет из-за собранных фактических данных об эксплуатации на протяжении 10000 часов. Это не означает, что светодиод не работает дольше, чем 22.6 лет. При условии > 10000 часов данные стресс-тестов будут необходимы для проецирования больших лет эксплуатации.
Оптроны Broadcom работают в тяжелых и опасных условиях, выдерживая высокие напряжения и переходные процессы с гарантией надежности на протяжении многих лет.
Светодиод в оптронах Broadcom, в отличие от простых фототранзисторов, имеет отличные показатели надежности
(деградация производительности <10%) в течение 30 лет эксплуатации в полевых условиях.
Долгий срок службы светодиодов дает инженерам большую гибкость при выборе оптронов. Инженеры могут найти компромисс между оптимальным уровнем надежного срока службы системы и низким энергопотреблением.
По вопросам надежности и техдокументации напишите запрос в форме ниже
Что еще почитать на нашем канале про изоляторы:
Часовой вебинар по решениям изоляции вы можете посмотреть на нашем канале.