ورقة بيانات ضوئي EL2514-G - حزمة DIP 4 دبابيس - عزل 5000 فولت RMS - نسبة نقل تيار 50-200% - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

تمثل سلسلة EL2514-G عائلة من مقترنات الترانزستور الضوئي عالية الأداء ذات الحزمة المزدوجة الخطية (DIP) المكونة من 4 دبابيس. تم تصميم هذه الأجهزة لتوفير عزل كهربائي موثوق ونقل إشارة بين دائرتين. المكون الأساسي هو ديود باعث للأشعة تحت الحمراء مقترن بصريًا بكاشف ترانزستور ضوئي من السيليكون. من السمات الرئيسية في تصميم EL2514-G هو تحسينه لسرعات تبديل مرتفعة نسبيًا، يمكن تحقيقها حتى مع مقاومات حمل في نطاق الكيلو أوم. وهذا يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب كلًا من العزل وعرض نطاق ترددي معتدل.

تتميز السلسلة بتوافقها مع معايير السلامة والبيئة الصارمة. يتم تصنيعها كمنتج خالٍ من الهالوجين، ملتزمًا بحدود محددة لمحتوى البروم (Br) والكلور (Cl). علاوة على ذلك، تحمل موافقات من وكالات السلامة الدولية الرئيسية بما في ذلك UL وcUL وVDE وSEMKO وNEMKO وDEMKO وFIMKO وCQC، مما يضمن ملاءمتها للأسواق العالمية والتطبيقات المنظمة.

2. تعمق في المعلمات التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

تم تصميم الجهاز للعمل بشكل موثوق ضمن حدود محددة. تجاوز هذه القيم القصوى المطلقة قد يسبب تلفًا دائمًا. تشمل التقييمات الرئيسية: تيار أمامي مستمر (I_F) بقيمة 50 مللي أمبير لـ LED الدخل، تيار أمامي ذروي (I_FP) بقيمة 0.5 أمبير لنبضة 1 ميكروثانية، وجهد عكسي (V_R) بقيمة 6 فولت. على جانب الخرج، تيار المجمع (I_C) مقدر بـ 20 مللي أمبير، مع جهد مجمع-باعث (V_CEO) بقيمة 40 فولت. تبديد الطاقة الكلي (P_TOT) للجهاز هو 200 ملي واط. معلمة سلامة حرجة هي جهد العزل (V_ISO) بقيمة 5000 فولت_RMS، تم اختباره لمدة دقيقة واحدة تحت ظروف رطوبة محددة (40-60% RH) مع دبابيس الدخل والخرج قصيرة بشكل منفصل. نطاق درجة حرارة التشغيل واسع، من -55°C إلى +110°C.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

تحدد هذه المعلمات أداء الجهاز تحت ظروف التشغيل العادية عند 25°C.

2.2.1 خصائص الدخل (جانب LED)

• الجهد الأمامي (V_F):عادة 1.2 فولت، بحد أقصى 1.4 فولت عند تشغيله بـ I_F= 20 مللي أمبير. هذا أمر بالغ الأهمية لتصميم مصدر جهد دائرة القيادة.
• التيار العكسي (I_R):حد أقصى 10 ميكرو أمبير عند V_R= 4 فولت، مما يشير إلى خصائص ديود جيدة.
• سعة الدخل (C_in):يتراوح من 30 بيكو فاراد نموذجي إلى 250 بيكو فاراد كحد أقصى. يمكن أن تؤثر هذه السعة على قدرة القيادة عالية التردد.

2.2.2 خصائص الخرج (جانب الترانزستور الضوئي)

• تيار الظلام مجمع-باعث (I_CEO):حد أقصى 100 نانو أمبير عند V_CE= 10 فولت مع إيقاف LED. هذا التيار التسريبي المنخفض ضروري لتحقيق حالة \"إيقاف\" جيدة.
• جهد انهيار مجمع-باعث (BV_CEO):حد أدنى 40 فولت، مقاسًا عند I_C= 0.1 مللي أمبير.
• جهد انهيار باعث-مجمع (BV_ECO):حد أدنى 0.45 فولت، وهو منخفض نسبيًا ويشير إلى عدم تناسق الترانزستور الضوئي.

2.2.3 خصائص النقل

• نسبة نقل التيار (CTR):هذا مقياس أداء أساسي، يُعرّف على أنه (I_C/ I_F) * 100%. بالنسبة لـ EL2514-G، يتراوح CTR من 50% إلى 200% تحت حالة الاختبار القياسية I_F= 5 مللي أمبير و V_CE= 5 فولت. يتطلب هذا النطاق الواسع تصميم دائرة مناسبًا لاستيعاب التباين من وحدة إلى أخرى.
• جهد تشبع مجمع-باعث (V_CE(sat)):حد أقصى 0.35 فولت عند I_F= 5 مللي أمبير و I_C= 0.4 مللي أمبير. جهد التشبع المنخفض مرغوب لتحقيق مستوى خرج منطقي منخفض قوي.
• مقاومة العزل (R_IO):حد أدنى 5 × 10¹⁰أوم عند 500 فولت_DC، مما يضمن عزل تيار مستمر ممتاز.
• السعة العائمة (C_IO):عادة 0.6 بيكو فاراد، بحد أقصى 1.0 بيكو فاراد. تساهم هذه السعة المنخفضة في مناعة عالية للتداخل العابر المشترك.
• أوقات التبديل:كل من وقت التشغيل (t_on) ووقت الإيقاف (t_off) لهما مواصفة قصوى تبلغ 25 ميكروثانية تحت ظروف الاختبار V_CC= 5 فولت، I_F= 5 مللي أمبير، و R_L= 5 كيلو أوم. هذا يحدد سرعة الجهاز لنقل الإشارات الرقمية.

3. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى منحنيات الخصائص الكهروضوئية النموذجية. بينما لا يتم تفصيل الرسوم البيانية المحددة في النص المقدم، فإن مثل هذه المنحنيات توضح عادة العلاقة بين المعلمات الرئيسية. يجب أن يتوقع المصممون رؤية منحنيات تصور:

• CTR مقابل التيار الأمامي (I_F):يوضح كيف تتغير نسبة نقل التيار مع تيارات قيادة LED مختلفة.
• CTR مقابل درجة الحرارة المحيطة (T_A):يوضح اعتماد CTR على درجة الحرارة، والذي عادة ما ينخفض مع زيادة درجة الحرارة.
• تيار المجمع (I_C) مقابل جهد مجمع-باعث (V_CE):عائلة من المنحنيات لتيارات LED مختلفة، تُظهر خصائص الخرج للترانزستور الضوئي.
• أشكال الموجة للتبديل:يتم توفير دائرة اختبار وأشكال موجية مرتبطة (الشكل 7) لتحديد ظروف قياس t_onو t_off. يتضمن هذا عادةً مولد نبض يقود LED وراسم إشارة يراقب خرج الترانزستور الضوئي عبر مقاوم الحمل.

تحليل هذه المنحنيات ضروري لتحسين أداء الدائرة عبر نطاقات درجة حرارة التشغيل والتيار المقصودة.

4. معلومات الميكانيكية والحزمة

4.1 خيارات الحزمة والأبعاد

يُقدم EL2514-G في عدة متغيرات لحزمة DIP 4 دبابيس لتناسب عمليات التجميع المختلفة:

• DIP القياسي:الحزمة التقليدية ذات الثقوب المارة.
• الخيار M:يتميز بـ \"انحناء واسع للأطراف\" يوفر تباعد أطراف 0.4 بوصة (حوالي 10.16 ملم)، مما قد يكون مفيدًا لتخطيطات لوحة مطبوعة محددة أو متطلبات التسلل.
• الخيار S1:شكل طرف للتركيب السطحي (SMD) ذو مظهر منخفض. يُقدم بخيارين للشريط والبكرة (TU، TD)، بتعبئة 1500 وحدة لكل بكرة.
• الخيار S2:شكل طرف آخر للتركيب السطحي، أيضًا ذو مظهر منخفض، مع خيارات للشريط والبكرة بتعبئة 2000 وحدة لكل بكرة.

يتم توفير رسومات مفصلة ذات أبعاد لكل نوع حزمة، بما في ذلك القياسات الحرجة مثل حجم الجسم، طول الطرف، تباعد الأطراف، وارتفاع الوقوف. يتم تحديد مسافة التسلل بين جانبي الدخل والخرج لتكون أكبر من 7.62 ملم، مما يساهم في تصنيف العزل المرتفع.

4.2 تكوين الدبابيس والقطبية

يستخدم الجهاز ترقيم دبابيس DIP 4 دبابيس قياسي:

1. الأنود (لـ LED الدخل)
2. الكاثود (لـ LED الدخل)
3. الباعث (للترانزستور الضوئي الخرج)
4. المجمع (للترانزستور الضوئي الخرج)

الاتجاه الصحيح أمر بالغ الأهمية. يشمل علامة الجهاز الرمز \"EL2514GYWWV\"، حيث EL ترمز للشركة المصنعة، 2514 هو رقم الجهاز، G تشير إلى خالٍ من الهالوجين، Y هو رمز سنة مكون من رقم واحد، WW هو رمز أسبوع مكون من رقمين، و V تشير إلى موافقة VDE الاختيارية.

4.3 تخطيط وسادات اللوحة المطبوعة الموصى به

لخيارات التركيب السطحي (S1 و S2)، توفر ورقة البيانات تخطيطات وسادات مقترحة. هذه تصميمات مرجعية تهدف إلى ضمان لحام موثوق واستقرار ميكانيكي. توضح الوثائق صراحة أنه يجب تعديل هذه الأبعاد بناءً على عمليات التصنيع الفردية والمتطلبات، مثل حجم معجون اللحام واعتبارات تخفيف الحرارة.

5. إرشادات اللحام والتجميع

تم تقييم الجهاز لدرجة حرارة لحام (T_SOL) تبلغ 260°C لمدة أقصاها 10 ثوانٍ. هذا يتوافق مع ملفات إعادة التدفق الخالية من الرصاص النموذجية. بالنسبة للحام الموجي للحزم ذات الثقوب المارة، يجب اتباع ممارسات الصناعة القياسية، مع الحرص على عدم تجاوز درجة حرارة جسم الحزمة القصوى. نطاق درجة حرارة التخزين هو -55°C إلى +125°C. يُوصى بتخزين الأجهزة في عبوات حساسة للرطوبة إذا كانت مخصصة لتجميع SMD واتباع إجراءات الخبز المناسبة إذا تم تجاوز مستوى التعرض للرطوبة.

6. معلومات التعبئة والطلب

يتبع رمز الطلب النمط: EL2514X(Y)-VG.

• X:خيار شكل الطرف (S1، S2، M، أو لا شيء لـ DIP القياسي).
• Y:خيار الشريط والبكرة (TU، TD، أو لا شيء للتعبئة بالأنبوب).
• V:يشير إلى موافقة السلامة VDE (اختياري).
• G:يشير إلى البناء الخالي من الهالوجين.

تختلف كميات التعبئة: 100 وحدة لكل أنبوب لخيارات الثقوب المارة، و 1500 أو 2000 وحدة لكل بكرة لخيارات SMD للشريط والبكرة. يتم توفير مواصفات الشريط والبكرة التفصيلية، بما في ذلك أبعاد الجيب (A0، B0)، عرض الشريط (W)، المسافة (P0)، وقطر محور البكرة، لبرمجة آلة الاختيار والوضع الآلية.

7. اقتراحات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

EL2514-G مناسب جيدًا للتطبيقات التي تتطلب عزل كهربائي، مناعة ضوضاء، أو تحويل مستوى. تشمل التطبيقات المحددة المذكورة:

• وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs):لعزل وحدات الإدخال/الإخراج الرقمية عن وحدة المعالجة المركزية والأجهزة الميدانية.
• الأجهزة المنزلية الذكية وأدوات القياس:عزل إشارات المستشعر أو خطوط الاتصال في المعدات الصناعية.
• عدادات الكهرباء الإلكترونية:توفير العزل في دوائر القياس للسلامة ورفض الضوضاء.
• معدات الاتصالات:عزل الإشارة في خطوط البيانات أو حلقات التغذية الراجعة لمصدر الطاقة.
• مصادر الطاقة:تُستخدم عادة في حلقات التغذية الراجعة لمصادر الطاقة ذات التبديل (SMPS) لعزل إشارة التغذية الراجعة من الجانب الثانوي عن متحكم الجانب الأولي، مما يعزز السلامة والاستقرار.

7.2 اعتبارات التصميم

• تباين CTR:صمم دائرة الاستقبال (مثل عتبات المقارن، قيم مقاومة السحب لأعلى) للعمل بشكل موثوق عبر نطاق CTR الكامل 50-200%.
• السرعة مقابل الحمل:يتم تحديد سرعة التبديل بحمل 5 كيلو أوم. استخدام مقاوم حمل أصغر سيعمل بشكل عام على تحسين سرعة التبديل ولكن يقلل من تأرجح الخرج ويزيد من استهلاك الطاقة. مقاوم أكبر يبطئ الاستجابة، خاصة وقت الإيقاف، بسبب وقت تخزين الترانزستور الضوئي.
• تحديد تيار LED:استخدم دائمًا مقاومًا على التوالي لتحديد التيار الأمامي (I_F) إلى نطاق التشغيل الموصى به (5-7 مللي أمبير نموذجي) أو أقل من الحد الأقصى المطلق. هذا يضمن موثوقية طويلة الأمد و CTR مستقر.
• مناعة الضوضاء:بينما توفر المقترنات الضوئية رفضًا ممتازًا للنمط المشترك، تأكد من تخطيط لوحة مطبوعة مناسب من خلال إبقاء مسارات الدخل والخرج منفصلة واستخدام مكثفات تجاوز بالقرب من دبابيس الجهاز لقمع الضوضاء عالية التردد.

8. المقارنة التقنية والتحديد

يميز EL2514-G نفسه في السوق من خلال مزيج من السمات الرئيسية. جهد العزل المرتفع (5000 فولت RMS) ومسافة التسلل الطويلة يجعله مرشحًا قويًا للتطبيقات ذات متطلبات السلامة الصارمة. البناء الخالي من الهالوجين يتناول اللوائح البيئية وتفضيلات العملاء للإلكترونيات \"الخضراء\". محفظة الموافقات الواسعة (UL، VDE، إلخ) تقلل من حواجز التأهيل للمنتجات النهائية المستهدفة للأسواق العالمية. بينما سرعة تبديله (25 ميكروثانية) مناسبة للعديد من تطبيقات العزل الرقمي وتغذية الراجعة لمصادر الطاقة، إلا أنه لا يُصنف كمقترن فائق السرعة لاتصالات البيانات؛ تلك التطبيقات تتطلب أجهزة بأوقات تبديل في نطاق النانوثانية. لذلك، يُنظر إلى EL2514-G على أفضل وجه كمقترن ضوئي قوي وعام، محسن للموثوقية، الامتثال للسلامة، والأداء المعتدل.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)

س: ماذا يعني نطاق CTR من 50-200% لتصميم دوارتي؟

ج: يعني أن تيار الخرج يمكن أن يكون منخفضًا بنصف تيار الدخل أو مرتفعًا بضعفه. يجب أن تعمل دارتك بشكل صحيح في كلا الطرفين. لواجهة رقمية، يؤثر هذا على اختيار مقاومة السحب لأعلى وعتبة الدخل للبوابة التالية أو المتحكم الدقيق.

س: هل يمكنني تشغيل LED بمصدر جهد مباشرة؟

ج: لا. LED هو جهاز يعمل بالتيار. يجب عليك دائمًا استخدام مقاوم محدد للتيار على التوالي مع LED لضبط I_Fالمطلوب ومنع التلف من التيار الزائد، حتى إذا كان جهد مصدرك يتطابق مع V_F.

س: جهد العزل هو 5000 فولت RMS. هل هذا يعني أنه يمكنني تطبيق 5000 فولت بين الدخل والخرج بشكل مستمر؟

ج: لا. هذا هو جهد التحمل الذي تم اختباره لمدة دقيقة واحدة تحت ظروف مسيطر عليها. يجب أن يكون جهد العمل المستمر في التطبيق أقل بكثير، كما هو محدد بواسطة معايير السلامة ذات الصلة للمعدات النهائية.

س: ما الفرق بين الخيارين S1 و S2؟

ج: الفرق الأساسي في بصمة الحزمة وأبعاد الشريط. S2 أكبر قليلاً في عرض الجسم (البعد B0) ويستخدم شريطًا أوسع (24 ملم مقابل 16 ملم لـ S1)، مما يسمح بوحدات أكثر لكل بكرة (2000 مقابل 1500). يعتمد الاختيار على قيود مساحة لوحتك المطبوعة وتوافق مغذي خط التجميع.

10. حالة تصميم عملية

السيناريو: عزل إشارة رقمية من متحكم دقيق إلى قسم جهد عالي.

يحتاج متحكم دقيق (منطق 3.3 فولت) إلى إرسال إشارة تشغيل/إيقاف إلى دائرة تعمل عند جهد عالي مختلف وصاخب. يمكن استخدام EL2514-G للعزل.



خطوات التصميم:

1. جانب الدخل:قم بتوصيل دبوس GPIO للمتحكم الدقيق بأنود المقترن الضوئي عبر مقاوم محدد للتيار (R_limit). احسب R_limit= (V_{CC_MCU}- V_F) / I_F. بالنسبة لـ V_{CC_MCU}=3.3 فولت، V_F~1.2 فولت، واستهداف I_F=5 مللي أمبير، R_limit= (3.3-1.2)/0.005 = 420 أوم. استخدم مقاوم 470 أوم قياسي. قم بتوصيل الكاثود بالأرضي.
2. جانب الخرج:قم بتوصيل المجمع بمقاومة سحب لأعلى (R_L) على مصدر الجهد العالي المعزول (مثل 12 فولت). الباعث متصل بالأرضي المعزول. قيمة R_Lتؤثر على السرعة والتيار. استخدام حالة الاختبار من ورقة البيانات البالغة 5 كيلو أوم يوفر وقت التبديل المحدد. يمكن بعد ذلك قيادة بوابة MOSFET أو إدخال منطقي آخر على الجانب المعزول من عقدة المجمع.
3. التخطيط:افصل الأقسام الدخل والخرج فعليًا على اللوحة المطبوعة. حافظ على مسافة التسلل >7.62 ملم وفقًا لقدرة الحزمة. ضع مكثف تجاوز صغير (مثل 0.1 ميكرو فاراد) بين مصدر الطاقة والأرضي على جانبي المقترن، بالقرب من دبابيس الجهاز.

يمنع هذا الإعداد حلقات الأرضي، ويمنع الضوضاء، ويحمي المتحكم الدقيق من التغيرات الجهدية على جانب الجهد العالي.

11. مبدأ التشغيل

المقترن الضوئي، أو المقترن البصري، هو جهاز ينقل إشارة كهربائية بين دائرتين معزولتين باستخدام الضوء. في EL2514-G، يسبب التيار الكهربائي المطبق على دبابيس الدخل (1 و 2) انبعاث فوتونات من ديود الأشعة تحت الحمراء الباعث للضوء (LED). تنتقل هذه الفوتونات عبر فجوة عازلة شفافة (مصنوعة عادة من مركب قولبة) وتضرب منطقة القاعدة للترانزستور الضوئي السيليكوني على جانب الخرج (الدبابيس 3 و 4). يولد الضوء الوارد أزواج إلكترون-فجوة في القاعدة، مما يعمل بشكل فعال كتيار قاعدة. يتم تضخيم تيار القاعدة الضوئي هذا بعد ذلك بواسطة كسب الترانزستور، مما يؤدي إلى تيار مجمع (I_C) يتناسب مع تيار LED الدخل (I_F). النسبة I_C/I_Fهي نسبة نقل التيار (CTR). الجانب الرئيسي هو أن الاتصال الوحيد بين الدخل والخرج هو حزمة الضوء، مما يوفر العزل الكهربائي.

12. اتجاهات التكنولوجيا

يستمر سوق المقترنات الضوئية في التطور. تشمل الاتجاهات المؤثرة على أجهزة مثل EL2514-G:

• زيادة التكامل:دمج قنوات متعددة من العزل أو دمج وظائف إضافية مثل مشغلات البوابات أو مضخمات الخطأ في حزمة واحدة.
• سرعة أعلى:تطوير مقترنات تستخدم كواشف أسرع مثل الثنائيات الضوئية مع مضخمات مدمجة لدعم بروتوكولات الاتصال الرقمية (USB، CAN، RS-485) بمعدلات بيانات Mbps.
• تحسين الموثوقية والعمر الافتراضي:التركيز على تحسين الاستقرار طويل الأمد لـ CTR، الذي يمكن أن يتدهور بمرور الوقت بسبب شيخوخة LED، خاصة عند درجات الحرارة والتيارات العالية.
• امتثال بيئي أكثر صرامة:بعد RoHS والخالي من الهالوجين، هناك اهتمام متزايد بمواد مثل PFAS ومقاييس الاستدامة الأوسع في سلسلة التوريد.
• تقنيات عزل بديلة:بينما تظل المقترنات الضوئية مهيمنة للعديد من التطبيقات، تتنافس تقنيات مثل العزل السعوي (باستخدام حواجز SiO₂) والعزل المغناطيسي (باستخدام المحولات) في المجالات التي تتطلب سرعة عالية جدًا، استهلاك طاقة منخفض، أو كثافة تكامل عالية. تحتفظ المقترنات الضوئية بمزايا في البساطة، مناعة عالية للتداخل العابر المشترك (CMTI)، وشهادات السلامة الراسخة.

EL2514-G، مع تركيزه على شهادات السلامة، الامتثال البيئي، والأداء القوي، يتناول الاحتياجات الدائمة لأسواق الصناعة والطاقة والأجهزة حيث تكون هذه الاتجاهات مهمة للغاية.