揭开汽车耦合器的神秘面纱

[导读]汽车耦合器，一个看似低调却在车辆系统中发挥关键作用的元件。让我们深入探讨它的工作原理，揭开其神秘面纱

汽车耦合器，一个看似低调却在车辆系统中发挥关键作用的元件。让我们深入探讨它的工作原理，揭开其神秘面纱。

耦合器的本质

耦合器的核心原理在于将输入的电信号通过封装在管座内的红外光发射器件与接收器件进行转换。当电信号加到LED上，它就像一颗灯泡，发出红外光。光接收器则捕捉这一信号，将其转化为电信号，直接输出或经放大处理，输出标准数字信号。这种技术在微波领域中广泛应用，无论是日常生活还是工业生产，都离不开耦合器的精确控制。

光电耦合器的独到之处

在汽车中，光电耦合器，又名光耦，是另一种重要的耦合器类型。它由发光二极管、光敏二极管以及信号放大电路组成，实现了电气隔离。当外部信号通过发光二极管转化为光信号，光敏二极管会根据光的强度导通，从而传递信号。它的优势在于抗干扰性强、寿命长和体积小巧，为汽车系统的稳定运行提供保障。

汽车发动机的冷却系统

汽车发动机的工作温度至关重要，通常通过水冷系统来维持。在车辆启动时，发动机温度较低，耦合器如风扇离合器便发挥关键作用。比如硅油离合器，它通过硅油作为工作介质，控制风扇的启动与停止。当发动机温度上升，离合器结合，风扇开始工作，冷却系统正常运作。

‌汽车级光电耦合器‌是一种利用光信号传输电信号的器件，主要用于汽车电子系统中，实现电气隔离和信号传输。它由发光二极管和光敏二极管组成，通过光的发射和接收来实现电信号的隔离传输。光电耦合器具有抗干扰能力强、寿命长、体积小巧等优点，广泛应用于汽车系统的稳定运行中‌12。

工作原理

光电耦合器的工作原理是将输入端的电信号转化为光信号，通过发光二极管发出光线，然后光敏二极管接收这些光线并转化为电信号输出。这种“电—光—电”的转换过程实现了输入输出端的电气隔离，从而增强了系统的抗干扰能力‌24。

应用场景

汽车级光电耦合器在汽车电子系统中有着广泛的应用，主要包括：

‌电路隔离‌：在汽车电路中，光电耦合器用于隔离高电压和低电压电路，防止电气干扰和保护电路元件。

‌信号传输‌：在传感器、仪表盘显示、发动机控制系统等部位，光电耦合器用于传输各种控制信号和传感器数据。

‌噪声抑制‌：通过光电隔离，有效抑制电磁干扰，确保信号的稳定传输‌12。

认证标准

为了确保汽车级光电耦合器的高质量和可靠性，AEC-Q102标准是关键认证之一。这一标准包括光电参数测试、可靠性测试和环境应力测试等，确保光电耦合器能在极端的工作环境下稳定工作‌1。

汽车级光电耦合器中使用高性能LED的问题。高性能LED的使用证明了光耦合器可以处理汽车1级应用。本文还概述了Avago的产品组合，这些产品可以应对更高的温度和更低的价格需求。

光耦合器处理汽车1级应用的关键推动因素之一是使用超高性能LED。LED光输出下降不到0.2 /°C，有助于达到高温规格并改善LED设计和制造。结合包装设计，这已显示出非常可靠的性能。根据一些15岁汽车的任务概况，在高度加速的连续工作寿命压力条件下，这相当于大约2000小时。在承受5000小时的压力后，电流传输比下降不到10，系统设计人员可以适应这些变化，从而覆盖汽车超过35年的使用寿命。

电动机驱动系统中的光耦合器

介绍

石油价格的迅速上涨推动了高能效混合动力汽车(HEV)的增长成为汽车行业的中心。混合动力汽车中使用的高压电池需要绝缘和隔离。在当前的混合动力设计中，已经选择了光耦合器来完成这项任务。图1显示了在HEV的电动机驱动系统中放置光耦合器的示例。

尽管Avago Technologies的汽车光耦合器是隔离产品系列的成员，但Avago光耦合器已经以工业级产品的形式成功用于混合动力汽车项目近十年。在当今市场上，它已不足以满足所有新兴的汽车隔离应用，尤其是在要求高达125°C的高环境温度下长期可靠运行的应用中。

LED改进

光耦合器的主要部件由光电检测器IC和LED组成。在实践中，有时只需很少或不做任何设计更改就可以重新光电检测器，以用于高温汽车用途。但是，LED需要更仔细的考虑。一些竞争者甚至客户可能会对在如此高的环境温度下使用LED表示担忧或偏见。这种观点中的某些观点可能是由于长时间在高环境温度下使用后，LED可能遭受光输出显着下降的潜在影响。这里的关键操作词是：潜力。自从LED问世以来，LED设计和工艺的持续快速发展导致LED的固有老化性能出现巨大差异。

如图2所示，LED可靠性在各个领域都取得了长足的进步。更高的LED内部量子效率，更好的LED光提取以及光通道效率的提高，使得能够降低输入驱动电流(IF)的要求。通过设计低正向电压(VF)LED，Avago可以降低输入功率(IF x VF)，以减少LED产生的热量。良好的电流分布LED设计将改善LED内的电流分布，从而进一步改善固有寿命。

发光二极管的改进总结

通过更好的设备和持续的工艺优化，可以消除LED的制造缺陷。自推出Avago的光耦合器以来，这些改进工作已经进行了35年以上。

LED光输出的温度系数

LED的亮度与温度成负系数。为了能够处理超过+105°C(汽车1级和2级)的环境温度，低温漂移在地减少参数温度漂移方面具有显着优势。用于Avago汽车级光电耦合器的LED在+125°C时通常下降<20%，而商用(消费级和通用工业)红外LED通常在+125°C时下降高达60%(图3) )。由于这超出了商用LED的建议温度范围，因此确实突出了重要的一点，即只有特殊设计的用于高温工作的LED才能用于汽车级光耦合器。