CN204044255U - 一种用于光电耦合器的试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于光电耦合器的试验装置，包含至少两个用于对光耦组老化过程进行测试的老化试验单元、数据获取模块和远程显示模块，老化试验单元包括恒流源、状态监测单元和老化箱；其中，老化箱中放置光耦组；数据获取模块用于控制老化箱的温度，定期采集相关数据以计算每个光电耦合器的集电极电流和电流传输比，并在确定所有光电耦合器的电流传输比达到截止条件时，停止的测试并获取其试验过程持续时间；状态监测单元用于实时监测被测试的光耦组的光电耦合器的电流传输比，并在监测到光电耦合器的电流传输比达到截止条件时，向数据获取模块发送反馈信号；远程显示模块用于显示从数据获取模块获取的数据。

Description

一种用于光电耦合器的试验装置

技术领域

本实用新型属于光电器件测试技术领域，尤其涉及一种光电耦合器的老化试验装置。

背景技术

光电耦合器（简称光耦）是一种以光为媒介传输电信号的电子元器件。光电耦合器因其良好的电绝缘能力和抗干扰能力等特点得到广泛应用。在使用过程中，由于自身运行条件以及外接环境的影响，光电耦合器不可避免地发生老化降级，其可靠性和使用寿命受到影响。

但由于光电耦合器常组装在电路板卡上，其工作在开关状态上，因此光电耦合器的老化不易发现。而一旦光电耦合器发生老化失效，整个电路的功能将会受到严重影响。因此有必要对光电耦合器的老化机理进行研究，甚至对光电耦合器的寿命进行预测。

现有技术中对光电耦合器测试的方法主要集中在型式测试和生产厂家的出厂试验，例如对外观、尺寸的检查，电磁兼容性检查，电流传输比CTR的测试，绝缘电阻测试，电容测试，开关时间测试等等。但在实际使用中，用户更关心如何判断光耦的当前状态和剩余寿命预测，而这方面的需求在现有的测试方法中无法得到满足。

发明内容

鉴于此，本实用新型实施例旨在提供一种用于光电耦合器的试验装置，为光电耦合器的当前状态判断和寿命预测提供基础。

为实现上述目的，本发明实施例提供一种用于光电耦合器的试验装置，所述装置包含至少两个老化试验单元、数据获取模块和远程显示模块，每个所述老化试验单元用于对对应的包含至少一个光电耦合器的光耦组的老化过程进行测试，所述老化试验单元包括恒流源、状态监测单元和老化箱；

其中，所述老化箱中放置被测试的光耦组；

所述数据获取模块用于分别控制所述老化箱的温度，分别定期采集光电耦合器回路的试验电流以及各个光电耦合器的输出电压，根据所述试验电流以及所述输出电压计算每个所述光电耦合器的集电极电流和电流传输比，并在根据状态监测单元发送的反馈信号确定一个光耦组内的所有光电耦合器的电流传输比达到截止条件时，停止该光耦组的测试并获取所述光耦组的加速老化试验过程持续时间；

所述恒流源用于为所述光耦组的光电耦合器提供恒定的试验电流；

所述状态监测单元用于实时监测被测试的光耦组的光电耦合器的电流传输比，并在监测到光电耦合器的电流传输比达到截止条件时，向所述数据获取模块发送指示光电耦合器的电流传输比达到截止条件的反馈信号；

所述远程显示模块用于显示从所述数据获取模块获取的数据。

在一个优选的实施例中，所述加速老化试验装置还包括：模型参数确定模块，用于根据所述光耦组的加速老化试验过程持续时间计算出光耦老化模型中的各个参数，从而确定光耦老化模型。

在一个优选的实施例中，所述光耦老化模型为：lnτ=lnA+Ea/(RT),其中，A为比例常数；Ea为化学反应的活化能；R为波尔茨曼常数，T为结温；τ表示产品在结温为T时的工作寿命；

模型参数确定模块，用于将多组相同类型的光耦组在不同温度条件下进行加速老化试验过程，并收集相应的光耦结温以及每个光耦组的加速老化试验过程持续时间，应用基于威布尔分布以及平均秩计算法的可靠性理论进行评估，得到每个光耦组的平均持续时间；

利用最小二乘法，计算出所述类型的光电耦合器材料的Ea以及比例常数A，从而确定光耦老化模型。

在一个优选实施例中，所述加速老化试验装置还包括光电耦合器结温获取单元，用于获取待预测光电耦合器的结温；

寿命预测单元，用于根据所述待预测光电耦合器的结温和所述光耦老化模型计算所述待预测光电耦合器的剩余寿命。

在一个优选的实施例中，所述老化试验单元还包括执行单元；

所述数据获取模块还用于在接收到由状态监测单元反馈的指示光电耦合器的电流传输比达到截止条件的反馈信号时，控制所述执行单元将电流传输比达到截止条件的光电耦合器短路。

在一个优选的实施例中，所述加速老化试验装置还包括：

人机交互模块，用于与所述数据获取模块进行交互，设定数据采集周期和所述截止条件。

在一个优选的实施例中，该老化试验单元还包括：

显示模块，用于就地显示试验过程中的试验数据。

在一个优选的实施例中，所述加速老化试验装置还包括：

远程存储模块，用于存储从数据获取模块获取的试验数据。

在一个优选的实施例中，所述截止条件为光电耦合器的电流传输比下降到初始值的50%。

在一个优选的实施例中，所述数据获取模块包括：电流/电压采样电路和除法器；所述电流/电压采样电路用于采集光电耦合器回路的试验电流以及各个光电耦合器的输出电压；所述除法器用于根据实验电流和集电极电流计算电流传输比。

本实用新型实施例能够对光电耦合器进行全面老化试验，为光电耦合器的当前状态判断和寿命预测提供基础。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例一提供的一种用于光电耦合器的试验装置的示意图；

图2为单个光电耦合器的一种测试电路的示意图；

图3为本实用新型实施例二中加速老化试验过程的流程图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

图1示出了本实用新型实施例一提供的一种用于光电耦合器的试验装置的示意图，如图1所示，该光电耦合器的老化试验装置用于对至少两组光耦组进行测试，其中每个光耦组至少包含一个光电耦合器。该加速老化试验装置包含数据获取模块11、远程显示模块12和至少两个老化试验单元10。每一老化试验单元10对应一光耦组，用于对光该对应的耦组进行老化试验。老化试验单元10包括恒流源101、状态监测单元102和老化箱103。

其中，老化箱103中放置被测试的一组光耦组2，老化箱103为被测试的光耦组2提供所需的测试环境，例如温度。

数据获取模块11定期采集被测试的光耦组2中每个光电耦合器的回路的试验电流、以及各个光电耦合器的输出电压，根据所述试验电流以及所述输出电压计算每个所述光电耦合器的集电极电流和电流传输比，状态监测单元102实时判断被测试的光电耦合器的电流传输比（CTR）与截止条件的大小关系。

本实用新型中数据获取模块可以由电流/电压采样电路和除法器组成。其中电流/电压采样电路用于采集电流、电压值，除法器用于根据实验电流和集电极电流计算电流传输比。其中，获取该光耦组的加速老化试验过程持续时间可以通过相关的时钟信号获得。其与其他模块之间的信号交互可以利用现有的通信单元实现。具体的，上述几种电路可以集成在一起构成数据获取模块。

远程显示模块12与数据获取模块11相连，用于获取数据获取模块11的试验数据并显示。该试验数据可以是采集的中间数据，也可以是经过计算得到的结果数据。

本发明另一实施例中，该老化试验装置还包括远程存储单元13，用于存储从数据获取模块11获取的数据。另外，还可以在被测试的光耦组处就地设置一就地存储单元，以存储对应的数据。

图2中示出单个光电耦合2的一种测试电路的示意图，在图2中I_F为流经光电耦合器（在图2中具体为光电二极管）的试验电流，Vout为光电耦合器的输出电压，I_C为流经光电耦合器的集电极电流。在图2中的方案中，定义CTR=I_C/I_F。

此外，数据获取模块11还接收由状态监测单元102反馈的指示光电耦合器的电流传输比达到截止条件的反馈信号，直至接收完一光耦组2中所有光电耦合2的电流传输比达到截止条件的反馈信号时，停止对该光耦组的测试。电流传输比达到截止条件表示该光电耦合器已经老化失效。

在实际中，在老化箱103中被测试的一光耦组2虽然型号尽量选为相同，但可能因为各自性能的微小差别导致达到截止条件的时间不同，但凡遇到一个光电耦合器的电流传输比达到截止条件，状态监测单元102都会将该光电耦合器的电流传输比达到截止条件的反馈信号发送给数据获取模块11，当数据获取模块11接收完该组所有光电耦合器的电流传输比达到截止条件的反馈信号时，停止该光耦组2的测试。本实用新型中，状态监测单元102具体可以为比较器。比较获取的光电耦合器的电流传输比与截止条件（如电流传输比为50%）的大小关系，通过高低电平代表判断结果。

另外，当被测试的一光耦组2中的某个或某些光电耦合器达到截止条件时，意味着这个光电耦合2近乎或已经老化失效，所以需要将这个已经老化失效的光电耦合器从串联回路中短路，以保证对其他仍未老化失效的被测试光电耦合器的稳定供电。基于此，在数据获取模块11接收到由状态监测单元102反馈的指示光电耦合器的电流传输比达到截止条件的反馈信号时，控制一执行单元如开关将电流传输比达到截止条件的光电耦合器的短路。

恒流源101为被测试的光耦组2提供恒定的试验电流，状态监测单元102用于实时监测被测试的光耦组2中的光电耦合器的电流传输比，还用于在检测到光电耦合器的电流传输比达到截止条件时，向数据获取模块11反馈指示光电耦合器的电流传输比达到截止条件的反馈信号。这里的截止条件可以定义为光电耦合器的电流传输比下降到初始值的50%。

此外，如图1所示，在加速老化试验装置中还可以设置人机交互模块14，以便达到自由设定参数的目的，例如可以通过人机交互模块14与数据获取模块11进行交互，设定数据采集周期和上述的截止条件。

上述实施例提供了一种老化试验装置，该实施例能够为光电耦合器的当前状态判断和剩余寿命的预测提供基础：

在本实用新型另一实施例中，加速老化试验装置还包括：模型参数确定模块，用于根据光耦组的加速老化试验过程持续时间计算出光耦老化模型中的各个参数，从而确定光耦老化模型。本实用新型中，模型参数确定模块根据已经收集的实验数据确定模型参数的过程与现有技术中其他模型的参数确定过程原理相同。

本实用新型中一种具体的光耦老化模型为：lnτ＝lnA+Ea/(RT)，其中，A为比例常数；Ea为化学反应的活化能；R为波尔茨曼常数，T为结温；τ表示产品在结温为T时的工作寿命；

其模型参数确定模块，具体用于将多组相同类型的光耦组在不同温度条件下进行加速老化试验过程，并收集相应的光耦结温以及每个光耦组的加速老化试验过程持续时间，应用基于威布尔分布以及平均秩计算法的可靠性理论进行评估，得到每个光耦组的平均持续时间；利用最小二乘法，计算出所述类型的光电耦合器材料的Ea以及比例常数A，从而确定光耦老化模型。

基于此，在对待预测光电耦合器的剩余寿命进行预测时，可以利用光电耦合器结温获取单元，获取待预测光电耦合器的结温；然后通过寿命预测单元，根据所述待预测光电耦合器的结温和所述光耦老化模型计算所述待预测光电耦合器的剩余寿命。

实施例二

本实用新型实施例二提供一种光电耦合器的老化试验方法，该方法包括加速老化试验的过程，图3示出了该加速老化试验过程的流程，该加速老化试验的过程包括如下步骤：

S301：将至少一个光电耦合器作为一组被测试的光电耦合器放入老化箱中；

S302：控制老化箱的温度，定期采集被测试的光电耦合器回路的试验电流以及各个光电耦合器的输出电压；

S303：实时监测被测试的光电耦合器的电流输出比，并将测试结果存储；

S304：接收指示光电耦合器的电流传输比达到截止条件的反馈信号，直至接收完所有光电耦合器的电流传输比达到截止条件的反馈信号时，停止该组光电耦合器的加速老化试验过程。

电流传输比达到截止条件表示该光电耦合器已经老化失效。

在实际中，在老化箱中被测试的一组光电耦合器虽然型号尽量选为相同，但可能因为各自性能的微小差别导致达到截止条件的时间不同，但凡遇到一个光电耦合器的电流传输比达到截止条件，都会接收到该光电耦合器的电流传输比达到截止条件的反馈信号，当接收完该组所有光电耦合器的电流传输比达到截止条件的反馈信号时，表示该组被测试的光电耦合器都已经老化失效，则停止该组光电耦合器的测试。

另外，当被测试的一组光电耦合器中的某个或某些光电耦合器达到截止条件时，意味着这个光电耦合器近乎或已经老化失效，所以需要将这个已经老化失效的光电耦合器从串联回路中短路，以保证对其他仍未老化失效的被测试光电耦合器的稳定供电。基于此，在接收到指示光电耦合器的电流传输比达到截止条件的反馈信号时，将电流传输比达到截止条件的光电耦合器设为短路。

为了给用户更多的设定自由度，上述加速老化过程可以还包括：设定数据采集周期和截止条件。

在实际中，根据老化失效定义的标准不同，上述截止条件也不同，例如可以将截止条件定义为光电耦合器的电流传输比下降到初始值的50%。

通过上述步骤S201-204可以完成一组光电耦合器的加速老化过程，为同型号的光电耦合器的当前状态判断和寿命预测提供基础。

上述实施例提供了一种老化试验方法，该实施例能够为光电耦合器的当前状态判断和剩余寿命的预测提供基础：

在本实用新型另一实施例中，加速老化试验方法还包括：根据光耦组的加速老化试验过程持续时间计算出光耦老化模型中的各个参数，从而确定光耦老化模型。

本实用新型中一种具体的光耦老化模型为：lnτ=lnA-Ea/(RT)，其中，A为比例常数；Ea为化学反应的活化能；R为波尔茨曼常数，T为结温；τ表示产品在结温为T时的工作寿命；

根据光耦组的加速老化试验过程持续时间计算出光耦老化模型中的各个参数，从而确定光耦老化模型具体包括如下步骤：

将多组（本实用新型实施例为三组）相同类型的光耦组在不同温度条件下进行加速老化试验过程，并收集加速老化试验过程得到的数据，如相应的光耦结温以及每个光耦组的加速老化试验过程持续时间，应用基于威布尔分布以及平均秩计算法的可靠性理论进行评估，得到每个光耦组的平均持续时间τ_i，具体包括如下步骤1）-3）：

1）采用平均秩法计算经验故障分布函数，计算方法如下：

${\mathrm{\ΔA}}_k=\frac{n+1-A_{k-1}}{n-i+2}---\left(1\right)$

$A_k=A_{k-1}+{\mathrm{\ΔA}}_k---\left(2\right)$

$F\left(t_k\right)=\frac{A_k-0.3}{n+0.4}---\left(3\right)$

R(t)=1-F(t_k)          （4）

其中，A_k为退出样品的平均秩次；k为退出样品的顺序号；ΔA_k为平均秩次增量；i为所有样品的按退出首次时间顺序排列号；t_k为第k个样品的退出前运行时间（h）。根据每个光耦样品的退出时间，利用式（1）～式（4）计算出经验可靠性指标。

2）采用双参数威布尔分布模型进行可靠性参数估计，该分布的失效率函数λ(t)与可靠度函数R(t)的表达式如下：

$\mathrm{\λ}\left(t\right)=\frac{{\mathrm{\βt}}^{\mathrm{\β}-1}}{{\mathrm{\α}}^{\mathrm{\β}}},t\≥0---\left(5\right)$

$R\left(t\right)=\exp [-{\left(\frac{t}{\mathrm{\α}}\right)}^{\mathrm{\β}}],t\≥0---\left(6\right)$

3）根据经验可靠性指标，通过作图法，进行直线拟合，可得出双参数威布尔分布的两个参数α_j与β_j，从而得到式（5）与式（6）的失效率函数λ_j(t)与可靠度函数R_j(t)，最终通过式（7）得到加速应力下的达到试验截止条件的运行时间为：

${\mathrm{\τ}}_j={\∫}_0^{\∞}{\mathrm{tf}}_j\left(t\right)\mathrm{dt}={\∫}_0^{\∞}{R}_j\left(t\right)\mathrm{dt}={\mathrm{\α}}_j\mathrm{\Γ}(1+\frac{1}{{\mathrm{\β}}_j})---\left(7\right)$

其中， $\mathrm{\Γ}\left(x\right)={\∫}_0^{\∞}{t}^{x-1}\exp (-t)\mathrm{dt}$ 为伽马函数。

然后根据三组Ti和τi，利用最小二乘法，计算出该型号光耦材料的激活能Ea以及比例常数A，从而确定光耦老化模型。

基于此，在对待预测光电耦合器的剩余寿命进行预测时，可以先获取待预测光电耦合器的结温；然后根据所述待预测光电耦合器的结温和所述光耦老化模型计算所述待预测光电耦合器的剩余寿命。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于光电耦合器的试验装置，其特征在于，所述装置包含至少两个老化试验单元、数据获取模块和远程显示模块，每个所述老化试验单元用于对对应的包含至少一个光电耦合器的光耦组的老化过程进行测试，所述老化试验单元包括恒流源、状态监测单元和老化箱；所述数据获取模块分别与所述远程显示模块和所述状态监测单元相连；

其中，所述老化箱中放置被测试的光耦组；

所述数据获取模块，用于分别定期采集光电耦合器回路的试验电流以及各个光电耦合器的输出电压，根据所述试验电流以及所述输出电压计算每个所述光电耦合器的集电极电流和电流传输比，并在根据状态监测单元发送的反馈信号确定一个光耦组内的所有光电耦合器的电流传输比达到截止条件时，停止该光耦组的测试并获取该光耦组的加速老化试验过程持续时间；

所述恒流源用于为所述光耦组的光电耦合器提供恒定的试验电流；

所述状态监测单元用于实时监测被测试的光耦组的光电耦合器的电流传输比，并在监测到光电耦合器的电流传输比达到截止条件时，向所述数据获取模块发送指示光电耦合器的电流传输比达到截止条件的反馈信号；

所述远程显示模块用于显示从所述数据获取模块获取的数据；

所述数据获取模块包括：相连的电流/电压采样电路和除法器；

所述电流/电压采样电路用于采集光电耦合器回路的试验电流以及各个光电耦合器的输出电压；

所述除法器用于根据实验电流和集电极电流计算电流传输比。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述老化试验单元还包括执行单元；

所述数据获取模块还用于在接收到由状态监测单元反馈的指示光电耦合器的电流传输比达到截止条件的反馈信号时，控制所述执行单元将电流传输比达到截止条件的光电耦合器短路。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述试验装置还包括：

人机交互模块，用于与所述数据获取模块进行交互，设定数据采集周期和所述截止条件。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述老化试验单元还包括：

显示模块，用于就地显示试验过程中的试验数据。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述试验装置还包括：

远程存储模块，用于存储从数据获取模块获取的试验数据。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述截止条件为光电耦合器的电流传输比下降到初始值的50%。