Kiss Zoltán - kelet-Európai értékesítési vezető Endrich GmbH.
A világ legvékonyabb tranzisztoros kimenetű optocsatolója
2017 február 9.
Összefoglalás :
A CT Micro és az Endrich közös fejlesztése a világ legkisebb tranzisztoros kimenetű optocsatolója. Ritkaságnak számít manapság, ha egy elektronikai alkatrész disztribútor komponensfejlesztéssel is foglalkozni kezd. Az Endrich GmbH azonban úgy gondolta, hogy a bár még kevéssé ismert, azonban kiváló gyártóval (CT MICRO) az oldalán ebben a szegmensben is kipróbálja magát. Az optocsatolók világában hatalmas fejlesztések az elmúlt évtizedekben nem nagyon történtek, azért igény bőven mutatkozik erre a tervezőtársadalom részéről. Célunk a világ legvékonyabb optocsatolójának kifejlesztése volt, melyet a CT MICRO Double-Molded Co-Planar (DMC™) technológiájának segítségével sikerült is megvalósítani. A technikai paramétereket a Phoenix Contact, az Endrich egyik – saját területén piacvezető – vásárlója definiálta. A kompakt méret mellett a legfontosabb elvárás a rendkívül alacsony kivitel volt, a standard 2mm magas Mini-Flat (SOP) tokozásnál 25%-kal, a leggyakoribb 4PDIP (DIL) tokozásnál pedig 60%-kal kisebb a komponensmagasság.
A CT Micro válallatról
A CT Micro International Corporation egy vevőorientált, és technológiavezérelt vállalkozás (Customer oriented & Technology driven), melyet azért alapítottak, hogy élvonalbeli műszaki tartalmat foglaljanak be a piac legkomolyabb elvárásainak megfelelő termékeikbe. Az alapítók és a cég vezetői olyan technikai szakemberek, akik évtizedes fejlesztői, marketing és értékesítési tapasztalattal rendelkeznek az opto-elektronika és a diszkrét MOSFET félvezető technika területén. A technikai vezetés és a top management tagjai is több mint 15 éve foglalkoznak infravörös komponensekkel, ezért minimális idő befektetésével és erőbedobással képesek a piaci igényeknek megfelelő termék implementálására. A célterület többek között a fogyasztási termékek, a háztartási gépek és az ipari berendezések piaca. Tudva azt, hogy a legjobb minőségű termékekhez a legjobb minőségű komponensekre van szükség, a CT MICRO a tervezés és a gyártás során is világszínvonalú minőségbiztosítási rendszert üzemeltet.
A világ legvékonyabb tranzisztor kimenetű optocsatolója
Az optocsatolók világában a „legvékonyabbnak” lenni nem mindennapi kihívás, hiszen minél méretesebb a komponens, annál több fizikai szigetelés áll rendelkezésre a szétválasztott rendszerek közti nagy potenciálkülönbség biztonságos fenntartására. A ma kapható legvékonyabb komponensek esetleg nem alkalmasak egyes speciális vevői igények lekezelésére, ilyenkor van szükség az olyan megoldásokra, amit a CT MICRO kínál, aki hajlandó a fizikai határok feszegetésére és a lehető legvékonyabb komponens kifejlesztésére.
Ez az új DFN tokozás a standard 2mm magas Mini-Flat (SOP) tokozásnál 25%-kal, a leggyakoribb 4PDIP (DIL) tokozásnál pedig 60%-kal alacsonyabb, melyet CT Micro Double-Molded Co-Planar (DMC™) technológiájának alkalmazásával sikerült elérni. Ez az Ultra-Flat tokozás lehetővé teszi a legvékonyabb elektronikai végtermék létrehozását, ami találkozik a piac helytakarékossági elvárásaival. Ami az optocsatoló belső felépítését illeti, ha az IR LED és fototranzisztor egy síkban, egymás mellett helyezkedik el, abban az esetben co-planar, azaz egysíkú elendezésről beszélünk. Ilyenkor a tokozás belsejében valamilyen visszaverő anyag biztosítja az optikai csatolást. Ha a LED és a fototranzisztor egymás alatt, szembenézve kerülnek beépítésre, akkor az „Over-Under” konstrukcióról beszélük. Előbbi előnye, hogy fix szigetelési vastagság állítható elő, mellyel nagy átütési szilárdság érhető el, és a közös módú zajelnyomása is jobb lesz, mivel az „over-under” konstrukcióval ellentétben nem épül fel kapacitív töltés a bemenet és a kimenet között. Az „over-under” elrendezés viszont a CTR pontosabb beállíthatóságát biztosítja. (current transfer ratiom – CTR – az optocsatoló áramátviteli aránya) Az egysíkú elrendezés további előnye, hogy azonos leadframe-n helyezkedik el a LED és a fototranzisztor, nincs szükség a bemeneti és kimeneti leadframe-k pozícionálására.
A CT Micro mérnökei egyesítették az egy síkú („co-planar”) és az „Over-Under” elrendezések előnyeit. Az adó és a vevő egy miniatűr NYÁK lemezre kerül, így biztosítva az egysíkban történő elhelyezést. A 2.5kVRMS átütési szilárdság akár 0,4 mm feletti fix méretű belső fizikai szigetelési távolság alkalmazásával tartható fenn, mely akkor sem változik, ha a leadframe-t mechanikai hajlítóerő éri. A belső átlátszó és reflektív kitöltőanyagok közel azonos hőtágulásúak, így a mechanikai tulajdonságok is jók lesznek. Az első fröccsöntéssel az áttetsző kitöltőanyag kerül az optoelemek fölé, majd a második fázisban a reflektív kitöltőanyag és a tokozás épül fel. A tervezési technológia lehetővé teszi 2 és 4 csatornás változatok létrehozását. A jövőben még nagyobb átütési szilárdságú változatok is készíthetők a hordozóanyag további fejlesztésével, emelett helytakarékos változatok is rövid idő alatt fejleszthetők.
Ami az optikai viselkedést illeti először a CTR fogalmát kell tisztáznunk. Az optocsatoló áramátviteli aránya (current transfer ratio – CTR) a tranzisztorok DC áramerősítésével (hFE) analóg fogalom és a kimeneti áram (IC) nagyságának a bemeneti áramhoz (If) képest viszonyított arányát adja meg.
CTR(%)=(IC/If) x 100
A CTR ugyanolyan fontos jellemzője az optocsatolónak, mint az átütési szilárdság és az alábbi tényezőktől függ:
- Az infra LED meghajtó áramától (IF)
- A környezeti hőmérséklettől
- Az optocsatoló öregedésétől
Emiatt a tervezés során a CTR-re külön figyelmet kell fordítani, mert amennyiben nem megfelelő tűréssel rendelkezik a dizájn, a kimenet szintje esetleg túl alacsony lesz, ami a rendszer hibás működéséhez vezet. A CTR függését a bemeneti áramtól a fenti ábrán tekinthetjük át általános optocsatolók esetén.
Megfigyelhető, hogy az alacsony bemeneti áramú területen (If=1mA) és a magas bemeneti áramú területen (If=20mA) a CTR különböző módon csökken, alacsony áram esetén kritikus az If helyes megválasztása, mert rossz méretezés esetén az Ic túl kicsi lehet, ami hibás működéshez vezet. A CT Micro a CTP17 esetén garantálja a CTR 100%-300% közti értékét If=1mA / Vce=5V esetére az alacsony meghajtóáramú flexibilis dizájn támogatására, és a jó hatásfok elérésére.
Míg a LED fényhasznosítása a környezeti hőmérséklet emelkedésével csökken, addig a tranzisztor erősítése növekszik, így az optocsatoló CTR értéke e két ellentétes hatás eredőjeként az ábrán látható módon függ a hőmérséklettől:
A -55°C-tól 125°C-ig kiterjesztett működési hőmérséklettartománynak és a hosszú idejű stabilitásnak köszönhetően az ipari környezetben való elvárásoknak messzemenőkig megfelel ez az optocsatoló. A mára szinte kötelező RoHS (100% Pb mentes) és REACH megfelelőségen túl rendelhető halogénmentes kivitel is, az UL és VDE tanúsítványok megszerzése pedig már folyamatban van. A sorozatgyártás 2017 első negyedévében indul, de mérnöki minták már 2016 vége óta rendelhetők.
| Megosztás a Facebookon | Megosztás a LinkedIn-en |
Hivatkozások
A cikk megjelent az alábbi helyeken:
| # | Média | Link |
|---|---|---|
| 1 | Elektronet 2017/1 | Elektronet : elektronikai informatikai szakfolyóirat, 2017. (26. évf.) 1. sz. 20-22. old. |
| 2 | Elektronet online | A világ legkisebb tranzisztoros kimenetű optocsatolója |
| 3 | English version | The world's smallest transistor output optocoupler |
| 4 | TechStory M2M | A világ legkisebb tranzisztoros kimenetű optocsatolója |
| 5 | Jövő Gyára 2017/2 | 2017. 2.sz. 45-46.old. |
| 6 | PC & Industrie 2017/9 | 2017. 9.sz. 155-157.old. |