汽車耦合器，一個(gè)看似低調(diào)卻在車輛系統(tǒng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用的元件。讓我們深入探討它的工作原理，揭開其神秘面紗。

耦合器的本質(zhì)

耦合器的核心原理在于將輸入的電信號(hào)通過封裝在管座內(nèi)的紅外光發(fā)射器件與接收器件進(jìn)行轉(zhuǎn)換。當(dāng)電信號(hào)加到LED上，它就像一顆燈泡，發(fā)出紅外光。光接收器則捕捉這一信號(hào)，將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，直接輸出或經(jīng)放大處理，輸出標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)。這種技術(shù)在微波領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，無論是日常生活還是工業(yè)生產(chǎn)，都離不開耦合器的精確控制。

光電耦合器的獨(dú)到之處

在汽車中，光電耦合器，又名光耦，是另一種重要的耦合器類型。它由發(fā)光二極管、光敏二極管以及信號(hào)放大電路組成，實(shí)現(xiàn)了電氣隔離。當(dāng)外部信號(hào)通過發(fā)光二極管轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，光敏二極管會(huì)根據(jù)光的強(qiáng)度導(dǎo)通，從而傳遞信號(hào)。它的優(yōu)勢(shì)在于抗干擾性強(qiáng)、壽命長(zhǎng)和體積小巧，為汽車系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度至關(guān)重要，通常通過水冷系統(tǒng)來維持。在車輛啟動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)溫度較低，耦合器如風(fēng)扇離合器便發(fā)揮關(guān)鍵作用。比如硅油離合器，它通過硅油作為工作介質(zhì)，控制風(fēng)扇的啟動(dòng)與停止。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度上升，離合器結(jié)合，風(fēng)扇開始工作，冷卻系統(tǒng)正常運(yùn)作。

?汽車級(jí)光電耦合器?是一種利用光信號(hào)傳輸電信號(hào)的器件，主要用于汽車電子系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)電氣隔離和信號(hào)傳輸。它由發(fā)光二極管和光敏二極管組成，通過光的發(fā)射和接收來實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的隔離傳輸。光電耦合器具有抗干擾能力強(qiáng)、壽命長(zhǎng)、體積小巧等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行中?12。

工作原理

光電耦合器的工作原理是將輸入端的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，通過發(fā)光二極管發(fā)出光線，然后光敏二極管接收這些光線并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出。這種“電—光—電”的轉(zhuǎn)換過程實(shí)現(xiàn)了輸入輸出端的電氣隔離，從而增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力?24。

應(yīng)用場(chǎng)景

汽車級(jí)光電耦合器在汽車電子系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，主要包括：

?電路隔離?：在汽車電路中，光電耦合器用于隔離高電壓和低電壓電路，防止電氣干擾和保護(hù)電路元件。

?信號(hào)傳輸?：在傳感器、儀表盤顯示、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)等部位，光電耦合器用于傳輸各種控制信號(hào)和傳感器數(shù)據(jù)。

?噪聲抑制?：通過光電隔離，有效抑制電磁干擾，確保信號(hào)的穩(wěn)定傳輸?12。

認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)

為了確保汽車級(jí)光電耦合器的高質(zhì)量和可靠性，AEC-Q102標(biāo)準(zhǔn)是關(guān)鍵認(rèn)證之一。這一標(biāo)準(zhǔn)包括光電參數(shù)測(cè)試、可靠性測(cè)試和環(huán)境應(yīng)力測(cè)試等，確保光電耦合器能在極端的工作環(huán)境下穩(wěn)定工作?1。

汽車級(jí)光電耦合器中使用高性能LED的問題。高性能LED的使用證明了光耦合器可以處理汽車1級(jí)應(yīng)用。本文還概述了Avago的 產(chǎn)品組合，這些產(chǎn)品可以應(yīng)對(duì)更高的溫度和更低的價(jià)格需求。

光耦合器處理汽車1級(jí)應(yīng)用的關(guān)鍵推動(dòng)因素之一是使用超高性能LED。LED光輸出下降不到0.2 /°C，有助于達(dá)到高溫規(guī)格并改善LED設(shè)計(jì)和制造。結(jié)合包裝設(shè)計(jì)，這已顯示出非常可靠的性能。根據(jù)一些15歲汽車的任務(wù)概況，在高度加速的連續(xù)工作壽命壓力條件下，這相當(dāng)于大約2000小時(shí)。在承受5000小時(shí)的壓力后，電流傳輸比下降不到10，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以適應(yīng)這些變化，從而覆蓋汽車超過35年的使用壽命。

電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的光耦合器

介紹

石油價(jià)格的迅速上漲推動(dòng)了高能效混合動(dòng)力汽車(HEV)的增長(zhǎng)成為汽車行業(yè)的中心。混合動(dòng)力汽車中使用的高壓電池需要絕緣和隔離。在當(dāng)前的混合動(dòng)力設(shè)計(jì)中，已經(jīng)選擇了光耦合器來完成這項(xiàng)任務(wù)。圖1顯示了在HEV的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中放置光耦合器的示例。

盡管Avago Technologies的汽車光耦合器是隔離產(chǎn)品系列的 成員，但Avago光耦合器已經(jīng)以工業(yè)級(jí)產(chǎn)品的形式成功用于混合動(dòng)力汽車項(xiàng)目近十年。在當(dāng)今市場(chǎng)上，它已不足以滿足所有新興的汽車隔離應(yīng)用，尤其是在要求高達(dá)125°C的高環(huán)境溫度下長(zhǎng)期可靠運(yùn)行的應(yīng)用中。

LED改進(jìn)

光耦合器的主要部件由光電檢測(cè)器IC和LED組成。在實(shí)踐中，有時(shí)只需很少或不做任何設(shè)計(jì)更改就可以重新光電檢測(cè)器，以用于高溫汽車用途。但是，LED需要更仔細(xì)的考慮。一些競(jìng)爭(zhēng)者甚至客戶可能會(huì)對(duì)在如此高的環(huán)境溫度下使用LED表示擔(dān)憂或偏見。這種觀點(diǎn)中的某些觀點(diǎn)可能是由于長(zhǎng)時(shí)間在高環(huán)境溫度下使用后，LED可能遭受光輸出顯著下降的潛在影響。這里的關(guān)鍵操作詞是：潛力。自從LED問世以來，LED設(shè)計(jì)和工藝的持續(xù)快速發(fā)展導(dǎo)致LED的固有老化性能出現(xiàn)巨大差異。

如圖2所示，LED可靠性在各個(gè)領(lǐng)域都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。更高的LED內(nèi)部量子效率，更好的LED光提取以及光通道效率的提高，使得能夠降低輸入驅(qū)動(dòng)電流(IF)的要求。通過設(shè)計(jì)低正向電壓(VF)LED，Avago可以降低輸入功率(IF x VF)，以減少LED產(chǎn)生的熱量。良好的電流分布LED設(shè)計(jì)將改善LED內(nèi)的電流分布，從而進(jìn)一步改善固有壽命。

發(fā)光二極管的改進(jìn)總結(jié)

通過更好的設(shè)備和持續(xù)的工藝優(yōu)化，可以消除LED的制造缺陷。自推出Avago的光耦合器以來，這些改進(jìn)工作已經(jīng)進(jìn)行了35年以上。

LED光輸出的溫度系數(shù)

LED的亮度與溫度成負(fù)系數(shù)。為了能夠處理超過+105°C(汽車1級(jí)和2級(jí))的環(huán)境溫度，低溫漂移在 地減少參數(shù)溫度漂移方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。用于Avago汽車級(jí)光電耦合器的LED在+125°C時(shí)通常下降<20%，而商用(消費(fèi)級(jí)和通用工業(yè))紅外LED通常在+125°C時(shí)下降高達(dá)60%(圖3) )。由于這超出了商用LED的建議溫度范圍，因此確實(shí)突出了重要的一點(diǎn)，即只有特殊設(shè)計(jì)的用于高溫工作的LED才能用于汽車級(jí)光耦合器。

高環(huán)境溫度下LED的歸一化光輸出

由于光輸出的漂移很小，因此LEDforward電壓的負(fù)溫度系數(shù)會(huì)有所緩解。例如，在3.3 V系統(tǒng)中，這將產(chǎn)生10%的補(bǔ)償效果，從而導(dǎo)致整體漂移<10%。