246 подписчиков

Как влияет качество светодиода на надежность работы оптрона

141 прочитал

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.

Типичные применения оптронов - транспорт
Типичные применения оптронов - транспорт

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.

Производительность светодиода по сравнению с годами эксплуатации для AlGaAs (тип2) светодиода (Условия работы оптрона при разных IF (50% рабочего цикла, TA = 80°C)
Производительность светодиода по сравнению с годами эксплуатации для AlGaAs (тип2) светодиода (Условия работы оптрона при разных IF (50% рабочего цикла, TA = 80°C)

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.

Столетняя производительность для типа светодиода GaAsP
Столетняя производительность для типа светодиода GaAsP

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.