Hidden Champions der Elektronik: Optokoppler zur Stromkreistrennung

Die galvanische Trennung von Steuerstromkreisen mit geringer Leistung von denjenigen mit hoher Leistung ist ein wichtiger Sicherheitsaspekt. Optokoppler schützen Applikationen vor Störungen und Überspannungen.

Beim Design seiner Optokoppler hat sich Würth Elektronik für den koplanaren Aufbau mit konstant bleibender Isolationslücke entschlossen. Dies garantiert sehr gute Isolation mit bis zu 5000 V Isolationsspannung. Hochwertige Silikon- und Polymermaterialilen sorgen für eine vollständige innere Reflexion und stellen einen über den gesamten Temperaturbereich stabilen CTR (Current Transfer Ratio) sicher. Die Optokoppler von Würth Elektronik zeichnen sich durch schnelle Schaltzeiten und ein auch im Betrieb mit niedrigen Stromstärken hohes Gleichstrom-Übertragungsverhältnis aus. Um beste Lötbarkeit und zuverlässige Bestückung in der Anwendung zu ermöglichen, sind die Leadframes aus Kupfer.

Zum Portfolio Würth Elektronik sind Optokoppler in allen gängigen Bauformen und CTR-Werten. Dazu gehört die Serie WL-OCPT, mit Phototransistor-Optokopplern in den Bauformen DIP-4, SOP-4 und LSOP-4. Die Darlington-Optokoppler-Serie WL-OCDA gibt es als DIP-4 und SOP-4. Diese verschiedenen Bauformen sind jeweils noch in diversen Leadframe-Varianten erhältlich. Die CTR-Werte, der nach Binnings eingeordneten Bauelemente, reichen von 20 bis 15.000 Prozent. Weiterhin sind die DIN EN 60747-5-5-zertifizierten Bauelemente im Betriebstemperaturbereich von -55 °C bis zu +110 °C einsetzbar.

Bauelemente einer Schaltung können mit der Zeit ihr elektrisches Verhalten verändern oder auch vollständig ausfallen. Eine bei Optokopplern wichtige Kenngröße ist das sogenannte Gleichstrom-Übertragungsverhältnis, welches sich mit der Zeit, in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen, verändern kann. Würth Elektronik testet die Lebensdauer von Optokopplern, indem ein beschleunigter Belastungstest unter erhöhten Betriebsbedingungen durchgeführt wird. Da die Verringerung der Leistung der LEDs einer der Mechanismen ist, die zu einer Verschlechterung des Stromübertragungsverhältnisses in Optokopplern führen, lohnt es sich, diesen Effekt zu beschreiben und zu verstehen.

Angesichts der für den Entwickler bereitgestellten Zuverlässigkeitsdaten können folgende Designverbesserungen die Lebensdauer der Optokoppler erhöhen: Verringerung der effektiven Betriebszeit des Optokopplers, Verringerung des Betriebsdiodenstroms, die Verlustleistung aus der LED durch größere Durchkontaktierungen und Pads im Layout ziehen, Vermeidung von Spitzenströmen durch die LED, Anpassung des Tastverhältnisses der LED, um den durchschnittlichen Strom niedrig zu halten.