中心議題：
- 介紹光耦合器件的特點(diǎn)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)
- 分析光耦合器件封裝可靠性及其應(yīng)用
解決方案：
- 光電耦合器件是板上電源原邊和副邊的隔離器件，同時(shí)肩負(fù)反饋和過(guò)壓/過(guò)流保護(hù)作用
- 為適應(yīng)光電管的大電流需求，把光電管部分制作為復(fù)合晶體管
近年來(lái)，通信電子設(shè)備由于Internet普及應(yīng)用獲得了長(zhǎng)足發(fā)展。這些通信電子設(shè)備在實(shí)現(xiàn)高功能化的同時(shí)，自身不斷小型化，而其中內(nèi)置的板上電源部件（On-board Power Supply Block），正逐漸成為其小型化的障礙。在板上電源部件里，光電耦合器件是占居空間較大的器件之一，因而成為板上電源部件進(jìn)一步小型化的關(guān)鍵。
圖1是當(dāng)今流行的板上電源的示意圖。從圖中可以看出，光電耦合器件（photo coupler）是板上電源原邊和副邊的隔離器件，同時(shí)肩負(fù)反饋和過(guò)壓/過(guò)流保護(hù)作用。也就是說(shuō)，它在以板上電源為首的開(kāi)關(guān)電源里，可把副邊輸出反饋到原邊，以便于調(diào)整電源輸出。此外，因?yàn)檫^(guò)壓/過(guò)電流需要實(shí)現(xiàn)保護(hù)，往往需要幾個(gè)光電耦合器件。一旦大量使用光電耦合器件，它所占居的板上電源組裝面積就相當(dāng)可觀的。為此，強(qiáng)烈要求研究與開(kāi)發(fā)超小型光電耦合器件。本文選取PS29xx系列為例，介紹通用超小型光耦合器件的特點(diǎn)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可靠性和符合各種安全規(guī)格的應(yīng)用情況。
光耦合器件的特點(diǎn)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)
光電耦合器件PS29xx系列具有以下特點(diǎn)：①削減組裝面積——以往的PS28xx系列的組裝面積較大（7.0×2.7mm2），新產(chǎn)品PS29xx系列的組裝面積僅為2.5×5.0mm2，節(jié)約面積30％以上。②高絕緣耐壓——輸入和輸出之間的絕緣耐壓可保證2500Vr.m.s，完全符合板上電源和通信設(shè)備市場(chǎng)需求。③適應(yīng)安全規(guī)格——由于保證絕緣距離為0.4 mm，可適應(yīng)以UL等各種安全規(guī)格，諸如BSI（附加絕緣），北歐4規(guī)格（附加絕緣）、VDE、CSA等。④低封裝高度——由于采用扁平封裝，已將封裝高度控制在2.0mm以下，故可用于調(diào)制解調(diào)器卡。⑤豐富的產(chǎn)品系列——按照用途設(shè)計(jì)受光晶體管，已開(kāi)發(fā)出豐富多彩的系列產(chǎn)品供用戶(hù)選購(gòu)。 電子電路圖
因?yàn)楣怦詈掀魇墙^緣安全器件，因此，它與其他半導(dǎo)體器件的封裝結(jié)構(gòu)不同，而是有特殊結(jié)構(gòu)要求。它的主要結(jié) 構(gòu)參數(shù)如下：① 空間距離（Air Distance）——是指輸入側(cè)和輸出側(cè)的外部引線(xiàn)距離；②沿面距離（Creepage Distance）——是指沿輸入側(cè)引線(xiàn)和輸出側(cè)引線(xiàn)之間模制（Mold）樹(shù)脂的最短距離，若比最短距離還要短，則便有漏電的危險(xiǎn)；③絕緣厚度（Insulation thickness）——是指輸入側(cè)和受光側(cè)的導(dǎo)體之間的最小距離。
在一般的板上電源和通信設(shè)備市場(chǎng)上對(duì)光電耦合器件的要求如下：空間距離≥4.0mm，沿面距離≥4.0mm，絕緣距離≥0.4mm，必須滿(mǎn)足這些要求，否則無(wú)法應(yīng)用。以上所述的要求，正是光電耦合器件實(shí)用化的結(jié)構(gòu)制約因素。PS289xx系列封裝結(jié)構(gòu)便是在上述的前提下，盡量削減組裝面積而設(shè)計(jì)的：它的空間距離和沿面距離相等，確保為4.0mm；引線(xiàn)寬為0.4±0.1mm，引線(xiàn)的中心間距為1.27mm,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。這種結(jié)構(gòu)具備如下優(yōu)點(diǎn)：①引線(xiàn)長(zhǎng)度很短，接地面積的離散很小；②引線(xiàn)水平方向機(jī)械強(qiáng)度高。在內(nèi)部結(jié)構(gòu)里，充分考慮絕緣距離：① LED側(cè)和受光器件側(cè)的引線(xiàn)框之間距離最短；②LED側(cè)的金屬線(xiàn)和受光器件之間距離最短；③LED側(cè)的金屬線(xiàn)受光器件側(cè)的金屬線(xiàn)間距離最短。 電子技術(shù)書(shū)籍網(wǎng)
封裝可靠性
盡管PS29xx封裝十分小巧，但是其封裝的可靠性和以往的大型封裝并無(wú)差異，同樣可靠。它的引線(xiàn)腳是嵌條狀結(jié)構(gòu)（參閱圖2），非常適合于高密度表面貼裝焊接。PS29xx封裝的可靠性實(shí)驗(yàn)結(jié)果，詳見(jiàn)表1所示。為了使PS29xx系列光電耦合器具備很高的可靠性采用了雙重模塑包封；第一層樹(shù)脂和引線(xiàn)框之間的距離通過(guò)優(yōu)化，使封裝結(jié)構(gòu)具備很高的可靠性。
電子電路圖
應(yīng)用舉例
PS29xx系列光電耦合器是通用電子器件，在民用和工業(yè)用電子設(shè)備中具有廣泛應(yīng)用。該系列里各型號(hào)光電耦合器各有各自的應(yīng)用領(lǐng)域，例如，PS2911型光電耦合器的特點(diǎn)是超小型、低輸入驅(qū)動(dòng)和高絕緣耐壓（當(dāng)結(jié)溫Ta=25℃、RH=60%、施加AC電壓1分鐘時(shí)，可耐壓2.5kV），它適用于板上電源的反饋和過(guò)壓保護(hù)、輸入/輸出接口和混合IC電路；PS2915型光電耦合器，在輸入端（1、2）上并聯(lián)有正、負(fù)極相反的兩個(gè)LED，它除了具備超小型、低輸入驅(qū)動(dòng)和耐2.5kV高壓之外，還允許輸入AC信號(hào)，因此它的應(yīng)用領(lǐng)域更為廣泛，它還可以用于調(diào)制解調(diào)器、電話(huà)撥號(hào)脈沖發(fā)生器、線(xiàn)路監(jiān)視部分環(huán)路檢測(cè)等。
在PS2932和PS2933型光電耦合器里，適應(yīng)光電管的大電流需求，專(zhuān)門(mén)把光電管部分制作為復(fù)合晶體管（戴林頓晶體管），在其輸出端（3、4）可產(chǎn)生60mA的Ic電流。這樣的光電耦合器件用于控制/切斷開(kāi)關(guān)電源主變壓器的勵(lì)磁電流，對(duì)于發(fā)展間歇式開(kāi)關(guān)電源發(fā)揮出重要作用。
此外，PS29xx系列光電耦合器件是UL安全規(guī)格的認(rèn)定產(chǎn)品，也有附加絕緣，符合BSI、CSA、VDE和北歐的安全規(guī)格，能在世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用。
此外，應(yīng)該看到光電耦合器件是通用電子器件，它自身的改進(jìn)也將促進(jìn)其應(yīng)用的發(fā)展。例如，光電耦合器件中的LED和受光部分光電三極管，若能提高自身的發(fā)光效率和光電轉(zhuǎn)換效率，則將能開(kāi)拓出許多新的應(yīng)用領(lǐng)域，其中，重要的應(yīng)用領(lǐng)域是拓展板上電源的應(yīng)用。如今利用遙控器啟動(dòng)的形形色色的板上電源很多，例如現(xiàn)代家庭中應(yīng)用的低電壓電源，其效率極低，電能浪費(fèi)很大。今后隨著低耗能光電耦合器件的出現(xiàn)，交流間歇型的開(kāi)關(guān)電源（或串行調(diào)解電源）將會(huì)普及，對(duì)環(huán)境保護(hù)將會(huì)做出重要貢獻(xiàn)。
