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光半導體——光耦的類型與安全標準

發(fā)布人:芝識課堂 時間:2023-05-05 來源:工程師 發(fā)布文章

光耦的作用和類型

很多人可能要問,為什么需要光耦?在光耦中,一次側(LED側)和二次側(受光器件側)是電絕緣的。因此,即使一次側和二次側的電位(甚至GND電位)不同,也可以將一次側電信號傳輸?shù)酱渭墏?。由于光耦器件體積小,響應速度快,隔離效果好和具有較強的抗干擾能力,因此它廣泛用于電平轉換、信號隔離、級間隔離、開關電路、遠距離信號傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設備及微機接口中。如圖1所示的逆變器應用中,控制單元(如微控制器)通常在低直流電壓下工作。另一方面,IPM和IGBT將驅動高電壓負載(比如需要200V交流電)。高壓系統(tǒng)部件可通過耦合器直接由微控制器控制。

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圖1 逆變器應用

 

在光耦中,LED用于光耦的輸入。另一方面,有各種器件可用于輸出。根據(jù)輸出的類型不同會有不同的應用區(qū)分。

晶體管輸出:光電晶體管是一種探測器,也可使用達林頓類型。
IC輸出:東芝有光電二極管作為受光器件的產(chǎn)品、邏輯等輸出產(chǎn)品、用于IGBT和MOSFET柵極驅動的大電流輸出產(chǎn)品、以及隔離放大器等高功能產(chǎn)品。
可控硅/晶閘管輸出:光電晶閘管或光電可控硅用于輸出。它們主要用于交流線路的控制。
光繼電器(MOSFET輸出):光伏陣列(光電二極管陣列)驅動MOSFET的柵極來打開/關閉輸出。通過這種操作,它可以用作MOSFET輸出的繼電器開關。

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圖2 輸出類型不同的光耦

除了輸出類型不同之外,按照封裝不同光耦也存在很多不同類型的產(chǎn)品。光耦必須具有符合安全標準的封裝形狀和介電強度。根據(jù)安全標準進行設計時,需要檢查以下各項。需要檢查的參數(shù)主要有:

絕緣爬電距離——兩個導體之間沿絕緣體表面的最短距離(初級和次級);
間隙——通過空氣測量的兩個導體之間的最短距離;
絕緣厚度——兩個導體之間絕緣體的最小距離;
隔離電壓——兩個導體之間的隔離電壓,根據(jù)UL規(guī)定,即使施加1分鐘也不會破壞絕緣的交流電壓。

另一方面,由于要求的絕緣性能、封裝尺寸和內(nèi)部芯片尺寸等限制,光耦具有不同類型的內(nèi)部封裝結構。

單模透射型:框架式LED和框架式光電探測器采用面對面的模壓封裝。LED與光電探測器之間的透光部件采用硅樹脂材料。

帶膜的單模透射型:為了提高隔離電壓,可在LED和光電探測器之間插入聚酰亞胺薄膜。

雙模透射型:在這種透射結構中,內(nèi)模為白色,外模為黑色。紅外線透光率高的樹脂用于透光部件的白色模具。

反射型:框架式LED和框架式光電探測器位于同一平面。LED光在硅樹脂中反射并到達光電探測器。因此,它被稱為反射型。

 

光耦的安全標準

將光耦安裝在電氣設備中以保護人體免于觸電時,光耦可能需要遵守不同安全標準方面的規(guī)定?,F(xiàn)行有各種確保安全的法規(guī)和標準。從設計和制造的角度來看,安全標準可分為“設定標準”和“零件標準”。設定標準是設計和制造電視機、錄像機和電源裝置等設備的基礎。“整機標準”根據(jù)設備類型、隔離方法及其等級、驅動電壓等不同而異。此外,絕緣部分必須保持的項目(介電強度(絕緣電壓)、爬電距離、間隙等)被指定為“零件標準”。

 

光耦的主要安全標準

零件標準
UL1577(cUL) 隔離電壓標準(1分鐘)
批準組織:UL(美國保險商實驗室公司)EN60747-5-5

最大工作隔離電壓和最大過壓標準
批準組織:VDE(德國電氣工程師協(xié)會)

批準組織:TUV(技術監(jiān)督協(xié)會)
整機標準(批準組織:BSI(UK)SEMKO(瑞典)等)

EN60950電信網(wǎng)絡設備(工作站、PC機、打印機、傳真電阻器、調(diào)制解調(diào)器等)標準

EN60065家用電器設備標準(電視、收音機、錄像機等)

 


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關鍵詞: 光半導體 光耦 東芝

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