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Neuerungen in der Isolationstechnik – fortschrittliche Optokoppler bieten mehr Schutz mit kleineren Gehäusen

Optokoppler (auch bekannt als Fotokoppler) sind ein wichtiges Bindeglied zwischen Schaltkreisen, die mit unterschiedlichen Spannungen betrieben werden.

Sie sorgen für eine galvanische Trennung und verhindern schädliche Schleifenströme zwischen verschiedenen Massepotentialen. Strom- oder Spannungsspitzen können keine Systemkomponenten schädigen oder Menschen gefährden. Optische Isolierung stoppt auch die Ausbreitung elektrischer Störungen und beseitigt Impedanz-Fehlanpassungen.

Die Miniaturisierung bei Optokopplern unterliegt den obligatorischen Sicherheitsspezifikationen der IEC 60747-5-5. Der Standard erfordert eine Kriech- und Luftstrecke von mindestens 5mm, um funktionale Isolationsspannungstests bei 707Vpk zu bestehen. Die Isolationsdicke muss mindestens 0,4mm betragen, um die Spezifikation zur verstärkten Isolierung zu erfüllen.

Hinsichtlich kleinster Gehäuse stehen Bauteilentwickler damit vor einer Herausforderung.

Trotz der Einschränkungen erreichen die neuen Chips durch ihre platzsparende interne Architektur und das SMD-Gehäuse kleinere Gesamtabmessungen und eine geringere Bauhöhe. Gleichzeitig erfüllen oder übertreffen sie die IEC 60747-5-5 Spezifikationen.

Das SO6-Gehäuse mit den Abmessungen 7,0mm x 3,7mm x 2,3mm bietet Isolationsspannungen bis 3750V und eine maximale Betriebsisolations-spannung von 707Vpk. Dies deckt Anwendungen ab, die eine höhere Isolationsspannung als die 565Vpk herkömmlicher SMD-Koppler im Mini-Flat- SOP (MFSOP6) erfordern. Um eine vergleichbare Isolation zu erhalten, müssten sonst größere SDIP-Bausteine mit den Abmessungen 9,7mm x 4,6mm x 4,0mm verwendet werden.

Comparison of insulation performance of SDIP6, SO6 and SO6L packages
Comparison of insulation performance of SDIP6, SO6 and SO6L packages

Neben hoher Sicherheit auf kleinem Raum zielt die Entwicklung bei Optokopplern auch auf einen geringen Stromverbrauch und eine längere Lebensdauer. Dafür sorgen Verbesserungen am internen LED-Emitter.

Gallium-Arsenid-(GaAs)-LEDs haben sich in zahlreichen Produkten bewährt. Toshiba unternimmt nun den nächsten Schritt und verwendet in seinen Optokopplern neueste Gallium-Aluminium-Arsenid-(GaAlAs)-LEDs. Sie lassen sich mit niedrigerem Strom ansteuern, verringern so den Stromverbrauch des Systems und bieten einen lange Lebensdauer.

Toshiba bietet mehr als 20 Bausteine im neuen SO6-SMD-Gehäuse zur Übertragung von Logiksignalen, zur Ansteuerung intelligenter Leistungsmodule sowie zur Ansteuerung von IGBTs und MOSFETs. Zum Angebot zählen Non-Zero-Crossing-(NZC)- und Zero-Crossing-(ZC)-Triac-Koppler, Bausteine mit MOSFET-Ausgang (Fotorelais), Varianten mit Transistor-Ausgang und AC- oder DC-Eingängen sowie Versionen mit Standard- oder Darlington-Ausgängen.

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