A világ legkisebb tranzisztoros kimenetű optocsatolója
Ritkaságnak számít manapság, ha egy elektronikaialkatrész-disztribútor komponensfejlesztéssel is foglalkozni kezd. Az Endrich GmbH azonban úgy gondolta, hogy a bár még kevéssé ismert, azonban kiváló gyártó CT Microval az oldalán ebben a szegmensben is kipróbálja magát.

 

Az optocsatolók világában kimagasló 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 2 mm magas Mini-Flat (SOP) tokozásnál 25%-kal, a leggyakoribb 4PDIP (DIL) tokozásnál pedig 60%-kal kisebb a komponensmagasság.

A CT Micro vállalatról

A CT Micro International Corporation egy vevőorientált, 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 optoelektronika és a diszkrét MOSFET félvezető technika területén.

A technikai vezetés és a top management tagjai is több mint 15 éve foglalkoznak infravörös komponensekkel, úgyhogy 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 kezelésére, 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 2 mm magas Mini-Flat (SOP) tokozásnál 25%-kal, a leggyakoribb 4PDIP (DIL) tokozásnál pedig 60%-kal alacsonyabb, melyet a 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 a fototranzisztor egy síkban, egymás mellett helyezkedik el, 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 „over-under” konstrukcióról beszélünk.

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 ratio – CTR – az optocsatoló áramátviteli aránya). Az egysíkú elrendezés további előnye, hogy azonos lead frame-en helyezkedik el a LED és a fototranzisztor, nincs szükség a bemeneti és kimeneti leadframe-ek pozicionálására.

A CT Micro mérnökei egyesítették az egysíkú („co-planar”) és az „over-under” elrendezések előnyeit. Az adó és a vevő egy miniatűr NYÁK lemezre kerül, így biztosítva az egy síkban történő elhelyezést. A 2.5kV RMS átütési szilárdság akár 0,4 mm feletti fix méretű belső fizikai szigetelési távolság alkalmazásával tartható fenn, mely akkor sem változik, ha a leadframe-et 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, emellett 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) képesti arányát adja meg.

CTR(%) = (IC/If) × 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 = 1 mA) és a magas bemeneti áramú területen (If = 20 mA) 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 = 1 mA / Vce = 5 V 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 kiterjesztett –55 °C – 125 °C működésihőmérséklet-tartománynak 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 is folyamatban van. A sorozatgyártás 2017 első negyedévében megindul, de mérnöki minták már 2016 vége óta rendelhetők.

 

Cikkünk az Endrich Bauelemente Vertriebs GmbH közreműködésével készült. Szerzője Kiss Zoltán okleveles villamosmérnök, kelet-európai értékesítési vezető.
 
Értékesítési iroda: H-1188 Budapest, Kölcsey u. 102/A.
 
E-mail: z.kiss@endrich.com
 
Web: www.endrich.com
 
További konzultációért és mintákért, adatlapokért keresse a szerzőt!

 

Az ipari digitalizáció trendjeiről
Az MTA SZTAKI október 10-én első alkalommal rendezte meg INDIGO elnevezésű ipari digitalizációs szakmai napját. A rendezvényen közel kétszázan - vállalati, termelési és logisztikai vezetők - kaptak betekintést az ipar 4.0 legfontosabb trendjeibe.
Matematikai eljárások az iparnak
Ipari matematikai tudományos projektet valósít meg csaknem 1,4 milliárd forint költséggel 2020-ig a győri Széchenyi István Egyetem mint konzorciumvezető a Debreceni Egyetemmel és a Szegedi Tudományegyetemmel közösen.
Iparági partnerség az egyedi igények szolgálatában
A kiskőrösi Eckerle Industrie célgép gyártó egység és az egri Aventics Hungary pneumatika üzem sikeres kooperációja számos közös részvételű szakmai rendezvényben, fejlesztésben, egyetemi projektekben, valamint egy évtizednyi eredményes munkában mutatkozik meg.
GNSS vevő egységek az Endrich kínálatában
A globális helymeghatározás egyre megszokottabbá válik a mindennapjainkban a közlekedés területén, az autók gyári GPS vevőkkel rendelhetők, az elektronikai boltok kínálatában pedig számtalan konfigurációban elérhetők ezek az eszközök különféle feladatokra.
Menjek vagy maradjak?
A magyar munkavállalók csaknem 60 százaléka gondolkodik azon, hogy munkahelyet vált a CX-Ray HR technológiai cég felmérése szerint.