如何延長光耦壽命？

電源適配器、家電用品、智能手機的充電器——這些都是需要在兩個電路之間進行電氣隔離的應用。電氣隔離可以通過使用譬如變壓器、電容和光耦等不同的方式來實現。

光耦的好處是能夠消除阻抗失配，并且可以在較小的封裝尺寸中實現高隔離電壓和極佳的抗噪聲性能。此外，光耦還可以用于傳輸直流和交流信號、模擬和數字信號，以及中低頻信號。

光耦在電路中的主要任務分別是：將使用者與危險的電氣系統隔離開、將低壓控制電路與高壓電路隔離開、為電路系統提供過壓保護。

光耦的結構

最簡單的光耦合器是由紅外 LED與光電晶體管耦合形成的，因為由光實現耦合，故二者之間可以實現電氣隔離。當 LED 發光時，光電晶體管會產生電流，電流強度與光強度成正比。

市面上有兩種類型的光耦合器：直流輸入型光耦和交流輸入型光耦。直流輸入型光耦在輸入側僅有一個 LED，因此只能輸入單向電流。這種光耦通常用于開關應用。

交流光耦具有兩個反向并聯的 LED，使得輸入電流能夠雙向流動，從而使每半個周期的交變輸入信號都能輸出一個半波。

圖1：左：直流光耦；右：交流光耦

如何選擇合適的光耦合器？

隔離電壓是一個重要參數，該參數由爬電距離、電氣間隙和絕緣厚度（或者可以說是封裝厚度）決定。不同的封裝尺寸和類型以及各種引腳類型（DIP4、SOP4、LSOP4、THT 和 SMT 封裝等）使得工程師能夠為每個應用選擇合適的元件。

CTR——光耦的重要參數

描述光耦性能的一個重要參數是電流傳輸比 CTR。它的定義是光電晶體管產生的電流 I_C與流過 LED 的電流 I_F的比值。

為了使產品能夠穩定工作，當電路設計中包含光耦時，一定要了解 CTR 值會受環境溫度的影響以及會隨時間推移不斷降低。

伍爾特電子光耦產品線的 CTR 值涵蓋 50% 到 600%，劃分為不同的區間范圍，客戶可以根據不同的應用進行選擇。

如何延長壽命？

哪些參數會影響光耦的壽命？

電路設計的主要考慮因素之一是預期壽命，它取決于產品本身以及其中所包含的單個元件的壽命。在考慮元件時，有些元件可能會完全失效或隨著時間的推移性能下降。對于光耦合器而言，CTR 性能會隨著時間的推移而降低，具體情況取決于工作條件。

光耦的壽命可能會超過幾十年，因此需要使用更嚴苛的條件來加速壓力測試。

對于可靠性測試而言，縮短壓力測試的時間并預測正常使用條件下的最終壽命是非常有意義的。在更高的溫度和電流的條件下測試光耦時，器件老化的過程比在正常工作條件下要快得多。

CTR 的老化速度取決于工作時的正向電流 I_F 和工作時的環境溫度TA。需要注意的是，可以通過降低 LED 的工作溫度并降低驅動正向電流來減緩 CTR 老化。

圖2：正向電流對于預期CTR 老化率以及工作時間的關系?，F場工作參數：100% 占空比、80°C 環境溫度、正向電流如圖所示。壓力測試參數：1000 小時測試，110°C 測試溫度，30 mA 正向電流。

圖3：溫度對于預期CTR 老化率以及工作時間的關系?，F場工作參數：100% 占空比，5 mA 正向電流，環境溫度如圖所示。壓力測試參數：1000 小時測試，110°C 測試溫度，30 mA 正向電流。

如何延長光耦的使用壽命

根據上述可靠性數據，我們建議采用以下方法來延長光耦的使用壽命： 

1. 減少光耦的有效工作時間

2. 降低 LED 二極管的工作電流和功耗

3. 避免 LED 經受峰值瞬態電流

4. 調整 LED 的占空比，以保持較低的平均電流

此外，對于需要高可靠性的關鍵產品，例如醫療設備，光耦器件的可靠性可以通過老化篩選工序來進一步提高。但為了避免設備被損壞，進行該工序時的老化參數應控制在最大額定值以下。