Ео Сек Бін (Yeo Siok Been)
Оптрони необхідні для забезпечення надійної високовольтної розв'язки від імпульсних перенапруг, а також для придушення синфазних перехідних перешкод, що впливають на вхідні сигнали. Оптрони нового покоління компанії Avago Technologies ACPL-M61L/061L/064L/W61L/K64L (ACPL-x6xL) мають значно меншу енергоспоживання при настільки ж високих характеристиках помехоподавленія і розв'язки.
Введення
Енергоефективність - Один з головних параметрів, який проектувальники обладнання постійно прагнуть підвищити. Є чотири важливі причини, з яких проектувальники все час полюють за оптронами з низьким енергоспоживанням:
У світлодіода в оптроні повинен бути малий прямий струм, щоб їм можна було управляти безпосередньо, без зовнішніх буферів, більшістю мікроконтролерів або спеціалізованих мікросхем (рис. 1).
Необхідність зниження енергоспоживання, особливо в багатоканальних паралельних лініях зв'язку. Оптрон складається з світлодіода на вході ізолюючого бар'єру і детектора на виході. Використовуючи енергоефективні світлодіод і детектор, можна знизити споживання струму в кожному каналі зв'язку. Тим самим ефективність буде тим значніше, чим більше каналів у лініях зв'язку. Зі зменшенням енергоспоживання знизиться тепловиділення, за рахунок чого можна буде спростити відвід тепла в конструкції.
ККД перетворювача постійного струму з гальванічною розв'язкою часто визначає корисну потужність модуля. У цьому випадку, щоб не перевищувати бюджет потужності, необхідні оптрони з низьким енергоспоживанням.
При управлінні на меншому прямому струмі продовжується термін служби світлодіода Оптрон.
Рис. 1. Управління Оптрон ACPL-M61L безпосередньо від спеціалізованої ІС, без зовнішнього буфера
p>
Оптрони нового покоління компанії Avago Technologies ACPL-M61L/061L/064L/W61L/K64L (ACPL-x6xL) характеризуються значно більшою енергоефективністю при високих характеристиках помехоподавленія та ізоляції. Нові оптрони споживають на 90% менше енергії в порівнянні зі стандартними оптронами, представленими сьогодні на ринку, і на 40% менше енергії в порівнянні з пристроями розв'язки інших типів.
Функції оптронів
Дві головні причини використання оптронів - це розв'язка від високої напруги та помехоподавленія. Електрообладнання, особливо промислового призначення, повинне працювати десятиліттями. Тому для забезпечення найвищої надійності високовольтної розв'язки в оптроні повинен бути високоякісний ізолюючий бар'єр. Крім того, оптрони служать для придушення сильних синфазних перехідних перешкод. Відсутність оптронів може призвести до аномальних перепадів напруги або надлишкової зашумленості вихідного сигналу. Ця характеристика оптронів називається помехоподавленія.
Існуючі рішення для ізоляції
Існують інші рішення для розв'язки, в яких енергоспоживання знижується за рахунок підвищення коефіцієнта передачі сигналу ціною зменшення товщини ізолюючого бар'єру. Крім того, для забезпечення необхідного енергетичного ККД використовується метод кодування з запуском по фронту (на відміну від кодування з запуском по рівню, застосовуваного в оптронах). Ці методи кодування ілюструє рис. 2. При кодуванні з запуском по фронту внутрішній сигнал передається коротким імпульсом під час наростання вхідного сигналу. Цей метод кодування підвищує енергетичний ККД при низькій швидкості передачі даних, але із зростанням частоти енергоспоживання підвищується. При кодуванні з запуском по рівню світлодіод детектирует рівень прямого струму, встановленого вхідним сигналом, і передає вихідний сигнал на детектор у вигляді світлового імпульсу. Так як сумарна енергія (визначена як загальна площа під кривою) кодованого сигналу виявляється вище при запуску за рівнем, то ймовірність спотворення цього сигналу синфазних струмом витоку менше. Таким чином, даний метод більш стійкий до синфазних завад.
Рис. 2. Різні методи декодування сигналу: а) схема передачі сигналу з запуском за рівнем; б) схема передачі сигналу з запуском по фронту
ACPL-x6xL - Нове покоління оптронів компанії Avago Technologies з низьким енергоспоживанням
Щоб оптрони мали високу напругу ізоляції і забезпечували ефективне помехоподавленія, необхідно зберегти склад і товщину ізолюючого бар'єру. У нових оптронів серії ACPL-x6xL пікове робоча напруга складає 1140 В, а ефективне напруга розв'язки - 5000 В. Застосовується той же метод кодування із запуском за рівнем, що забезпечує ефективне статичну (без передачі сигналу) і динамічне (з передачею сигналу) помехоподавленія. Оптрони ACPL-x6xL мають також вбудований фарадеевскій екран, заводящие синфазні перехідні перешкоди на загальний провід. Крім того, струмообмежувальні резистор, послідовно з'єднаний зі входом світлодіода, утворює частина RC-ланцюжка, що забезпечує хорошу фільтрацію перешкод в умовах сильного зашумлення (рис. 3). Завдяки вищесказаному оптрони ACPLx6xL мають кращу в своєму класі стійкість до синфазних перешкод - 35 кВ/мкс.
Рис. 3. Струмообмежувальні резистор R1 і паразитна вхідна ємність світлодіода утворюють фільтр нижніх частот, що пригнічує високочастотні перешкоди
Щоб Оптрон можна було керувати за допомогою малого прямого струму, забезпечуючи при цьому постійне швидкодію в широкому діапазоні температур, нові оптрони індивідуально підлаштовуються для точної установки порога перемикання. В Внаслідок прямої керуючий струм вдалося зменшити до 1, 6 мА. Завдяки цій технології підстроювання оптрони ACPL-x6xL дозволяють передавати сигнал зі швидкістю 10 Мбіт/с при максимальній затримці поширення 80 нс в діапазоні температур -40 ... 105 В° C.
Малий керуючий струм світлодіода (> 1, 6 мА) не тільки дозволяє безпосередньо управляти оптронами ACPL-x6xL з більшості мікропроцесорів (рис. 1), але і продовжує термін служби світлодіода. Відомо, що термін служби світлодіода назад пропорційний керуючому току. Як видно з рис. 4, інтенсивність випромінювання світлодіода Оптрон ACPL-x6xL знижується всього на 1% через 22 роки при роботі на струмі 3 мА при температурі 85 В° C з коефіцієнтом заповнення 50%. Цей графік отриманий виходячи з еквівалентної тривалості експлуатації, розрахованої за моделі Блека (умови навантажувальних експлуатаційних випробувань: температура 125 В° C, керуючий струм світлодіода 20 мА).
Рис. 4. Зниження інтенсивності випромінювання світлодіода при струмі 3 мА, температурі 85 В° C і постійно включеному світлодіоді
Принцип роботи оптрона полягає в тому, що вхідний сигнал управляє світлодіодом, який перетворює цей сигнал у світ. Світло від світлодіода перетвориться детектором в слабкий струмовий сигнал, який потім підсилюється і перетворюється за допомогою підсилювача напруги, керованого струмом (Унут). Робота Унут в широкому діапазоні напруг живлення (від 2, 7 до 5, 5 В) забезпечується внутрішнім стабілізатором.
Щоб зменшити енергоспоживання детектора, компанія Avago Technologies розробила спеціальну схему. У цьому запатентованому вирішенні струм внутрішнього стабілізатора одночасно використовується для посилення сигналу, що являє собою надзвичайно раціональне витрачання струму живлення. Для роботи детектора оптрона на швидкості передачі даних 10 Мбіт/с достатньо струму в 1, 3 мА.
Корисні додаткові функції оптронів ACPL-x6xL
Це нове покоління оптронів відрізняється двома додатковими особливостями. Перш все, це функція, аналогічна функції відключення живлення при зниженому напрузі (UVLO). У багатьох випадках у процесі включення і відключення живлення напруга на деяких компонентах електричного модуля є недостатнім для належного функціонування пристрою. Іноді шумові сплески на виході можуть призвести до випадкового спрацьовування наступного каскаду. Ця функція покликана забезпечити детерміноване стан виходу в процесі включення і відк...
