EL816 سلسلة 4-دبوس DIP فوتوكوبلر فوتوترانزستور - ورقة البيانات - خيارات التغليف - نسبة النقل الحالي 50-600% - عزل 5000 فولت RMS - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

تمثل سلسلة EL816 عائلة من فوتوكوبلرات الفوتوترانزستور القياسية الصناعية ذات العبوة ثنائية الخط 4-دبوس (DIP). صُممت هذه الأجهزة لتوفير عزل كهربائي موثوق ونقل إشارة بين دوائر ذات جهود مختلفة. يدمج كل وحدة ثنائي باعث للضوء بالأشعة تحت الحمراء مقترنًا بصريًا بكاشف ترانزستور ضوئي من السيليكون داخل عبوة واحدة مدمجة.

الوظيفة الأساسية هي العزل الجلفاني، لمنع حلقات التأريض، وحجب الترددات العابرة ذات الجهد العالي، والسماح بنقل الإشارة بين دوائر ذات مراجع تأريض أو مستويات جهد مختلفة. تتميز السلسلة ببنائها المتين، حيث توفر جهد عزل عالي ومدى واسع من درجات نسبة النقل الحالي (CTR) لتناسب احتياجات التطبيقات المختلفة، من الكشف البسيط للتشغيل/الإيقاف إلى نقل الإشارة الخطي.

2. تحليل متعمق للمعاملات التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم. لا يُقصد تشغيل الجهاز عند هذه الحدود القصوى.

• المدخل (جانب LED):يتمتع ثنائي الأشعة تحت الحمراء بحد أقصى للتيار الأمامي المستمر (I_F) بقيمة 60 مللي أمبير. يُسمح بنبضة قصيرة بقيمة 1 أمبير (مدة 1 ميكروثانية). جهد الانعكاس الأقصى (V_R) هو 6 فولت، مما يؤكد على ضرورة حماية القطبية المناسبة.
• المخرج (جانب الترانزستور):يمكن للفوتوترانزستور تحمل تيار المجمع (I_C) بقيمة 50 مللي أمبير وجهد المجمع-الباعث (V_CEO) بقيمة 80 فولت. يشير جهد الباعث-المجمع الأقل (V_ECO= 6V) إلى عدم تناظر وصلة الفوتوترانزستور.
• العزل والحراري:المواصفة الرئيسية هي جهد العزل (V_ISO) بقيمة 5000 فولت_RMSلمدة دقيقة واحدة، تم اختباره مع تقصير الدبابيس 1-2 وتقصير الدبابيس 3-4. يعمل الجهاز من -55°C إلى +110°C ويمكنه تحمل اللحام عند 260°C لمدة 10 ثوانٍ.
• تبديد الطاقة:إجمالي تبديد الجهاز (P_TOT) هو 200 ملي واط. يمكن لثنائي المدخل تبديد 100 ملي واط دون تخفيض حتى 100°C. تم تصنيف ترانزستور المخرج لـ 150 ملي واط، ويتطلب تخفيضًا فوق 80°C بمعدل 5.8 ملي واط/°C.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

تحدد هذه المعاملات أداء الجهاز تحت ظروف التشغيل العادية (T_a= 25°C ما لم يُذكر خلاف ذلك).

2.2.1 خصائص ثنائي المدخل

• الجهد الأمامي (V_F):عادةً 1.2 فولت، بحد أقصى 1.4 فولت عند I_F= 20 مللي أمبير. يُستخدم هذا لحساب قيم المقاوم المحدد للتيار.
• التيار العكسي (I_R):الحد الأقصى 10 ميكرو أمبير عند V_R= 4 فولت، مما يشير إلى خصائص انعكاس جيدة للثنائي.
• سعة المدخل (C_in):تصل إلى 250 بيكو فاراد، مما قد يؤثر على تصميم دائرة القيادة عالية التردد.

2.2.2 خصائص ترانزستور المخرج

• التيار المظلم (I_CEO):تيار التسرب مع إيقاف LED هو بحد أقصى 100 نانو أمبير عند V_CE= 20 فولت، مما يحدد "أرضية الضوضاء" لحالة الإيقاف.
• جهود الانهيار: BV_CEO≥ 80 فولت و BV_ECO≥ 6 فولت، مما يؤكد قدرة حجب الجهد.

2.3 خصائص النقل

هذه هي المعاملات الأكثر أهمية لتصميم التطبيق، حيث تحدد العلاقة بين تيار المدخل و تيار المخرج.

• نسبة النقل الحالي (CTR):هذه هي نسبة تيار المجمع المخرج (I_C) إلى تيار الأمامي للمدخل (I_F)، معبرًا عنها كنسبة مئوية. تقدم سلسلة EL816 مجموعة واسعة من درجات CTR، تم اختبارها في الظروف القياسية (I_F= 5 مللي أمبير، V_CE= 5 فولت لمعظمها، I_F= 10 مللي أمبير لدرجات I/J/K). تشمل النطاقات:
  • EL816: 50% إلى 600% (واسع، غير مصنف)
  • EL816A: 80% إلى 160%
  • EL816B: 130% إلى 260%
  • EL816C: 200% إلى 400%
  • EL816D: 300% إلى 600%
  • EL816X: 100% إلى 200%
  • EL816Y: 150% إلى 300%
  • EL816I: 63% إلى 125% (عند I_F=10 مللي أمبير)
  • EL816J: 100% إلى 200% (عند I_F=10 مللي أمبير)
  • EL816K: 160% إلى 320% (عند I_F=10 مللي أمبير)
  تحدد درجات I/J/K أيضًا الحد الأدنى لـ CTR عند I_F= 1 مللي أمبير، وهو أمر مهم للتشغيل بتيار منخفض.
• جهد التشبع (V_CE(sat)):عادةً 0.1 فولت (الحد الأقصى 0.2 فولت) عند I_F=20 مللي أمبير، I_C=1 مللي أمبير. هذه القيمة المنخفضة حاسمة لتطبيقات التبديل الرقمية لتحقيق مستوى منطقي "منخفض" قوي.
• مقاومة العزل والسعة: R_IO> 5×10¹⁰Ω و C_IO <1.0 بيكو فاراد. تضمن المقاومة العالية حدًا أدنى من التسرب، بينما السعة المنخفضة حيوية للحفاظ على مناعة عالية للتداخل العابر المشترك (CMTI) في البيئات الصاخبة.
• استجابة التردد:تردد القطع (f_c) هو عادةً 80 كيلو هرتز، مما يحدد عرض النطاق الترددي المفيد لنقل الإشارة التناظرية.
• سرعة التبديل:زمن الصعود (t_r) وزمن الهبوط (t_f) هما عادةً 4 ميكروثانية و 3 ميكروثانية على التوالي (الحد الأقصى لكل منهما 18 ميكروثانية) تحت ظروف الاختبار المحددة (I_C=2 مللي أمبير، R_L=100Ω). هذا يحدد أقصى تردد تبديل رقمي.

3. شرح نظام التصنيف

تستخدم سلسلة EL816 نظام تصنيف دقيق يعتمد فقط على نسبة النقل الحالي (CTR).

• تصنيف CTR:يتم فرز الأجهزة إلى مجموعات (A, B, C, D, X, Y, I, J, K) بناءً على قياس CTR الخاص بها عند تيار الاختبار المحدد. هذا يسمح للمصممين باختيار جزء بحدود كسب مضمونة، مما يحسن اتساق الدائرة والعائد. على سبيل المثال، اختيار EL816C (200-400%) يضمن حدًا أدنى للكسب أعلى من EL816A (80-160%)، مما قد يسمح بتيار قيادة LED أقل أو يوفر هامشًا أكبر لتيار المخرج.
• لا يوجد تصنيف للطول الموجي/اللون:نظرًا لأن الباعث هو ثنائي للأشعة تحت الحمراء، فإن تصنيف الطول الموجي المرئي أو اللون غير قابل للتطبيق. الفوتوترانزستور حساس للطيف تحت الأحمر المنبعث من LED المطابق له.

4. تحليل منحنيات الأداء

بينما لا يتم تفصيل منحنيات محددة في النص المقدم، يتم تحليل الاتجاهات النموذجية للأداء لمثل هذه الأجهزة أدناه بناءً على المعاملات المذكورة.

• CTR مقابل التيار الأمامي (I_F):CTR ليس ثابتًا؛ عادةً ما يصل إلى ذروته عند I_Fمحدد وينخفض عند التيارات المنخفضة جدًا أو العالية جدًا. يشير تحديد CTR عند كل من 5 مللي أمبير و 10 مللي أمبير (و 1 مللي أمبير لبعض الدرجات) إلى هذه اللاخطية. يجب على المصممين التشغيل بالقرب من حالة الاختبار للحصول على كسب يمكن التنبؤ به.
• CTR مقابل درجة الحرارة:CTR بشكل عام له معامل درجة حرارة سالب؛ فهو ينخفض مع زيادة درجة الحرارة. يتطلب نطاق درجة حرارة التشغيل الواسع (-55°C إلى +110°C) مراعاة هذا التخفيض في التصاميم المخصصة للبيئات القاسية.
• زمن التبديل مقابل مقاومة الحمل (R_L):t_rو t_fالمحددان هما مع R_L=100Ω. تتأثر سرعة التبديل بشدة بـ R_Lوأي سعة طفيلية. R_Lأصغر عادةً ما يسرع الإيقاف ولكن قد يزيد من تبديد الطاقة.
• الجهد الأمامي مقابل درجة الحرارة:ثنائي V_Fله معامل درجة حرارة سالب، ينخفض بحوالي 2 مللي فولت/°C. هذا تأثير طفيف مقارنةً باعتماد CTR على درجة الحرارة.

5. معلومات الميكانيكية والتغليف

تقدم السلسلة خيارات تغليف متعددة لاستيعاب عمليات تجميع PCB المختلفة ومتطلبات التباعد.

• نوع DIP القياسي:العبوة التقليدية ذات الثقوب مع تباعد دبابيس قياسي.
• نوع الخيار M:عبوة ذات ثقوب مع "انحناء دبوس واسع"، توفر تباعد دبابيس 0.4 بوصة (حوالي 10.16 مم) لزيادة مسافة الزحف/التباعد أو التوافق مع مقابس محددة.
• نوع الخيار S1:شكل دبوس منخفض المظهر للتثبيت السطحي (SMD). يتم توريده على شريط وبكرة (TU أو TD) مع 1500 وحدة لكل بكرة.
• نوع الخيار S2:شكل دبوس منخفض مظهر آخر للتثبيت السطحي، مع بصمة مختلفة ويتم توريده على شريط وبكرة مع 2000 وحدة لكل بكرة.
• مسافة الزحف:تتجاوز 7.62 مم، وهو أمر بالغ الأهمية للامتثال لمعايير السلامة للعزل المعزز عند جهود عزل عالية.
• علامة الجهاز:يتم وضع علامة على العبوات بـ "EL" (رمز الشركة المصنعة)، "816" (رقم الجهاز)، حرف لرتبة CTR (R)، ورمز سنة مكون من رقم واحد (Y) بالإضافة إلى الأسبوع (WW).

6. إرشادات اللحام والتجميع

بناءً على الحدود القصوى المطلقة وخيارات التغليف.

• درجة حرارة اللحام:يمكن للجهاز تحمل درجة حرارة لحام قصوى تبلغ 260°C لمدة 10 ثوانٍ. هذا متوافق مع ملفات إعادة التدفق الخالية من الرصاص القياسية (SnAgCu).
• حساسية الرطوبة:على الرغم من عدم ذكرها صراحةً في المقتطف، فإن مكونات SMD (خيارات S1، S2) عادةً ما يكون لها مستوى حساسية للرطوبة (MSL). من الأهمية بمكان اتباع تعليمات التعامل مع الشركة المصنعة، بما في ذلك الخبز إذا تعرض للهواء المحيط لأكثر من الوقت المحدد، لمنع "انفجار الذرة" أثناء إعادة التدفق.
• ظروف التخزين:نطاق درجة حرارة التخزين هو -55°C إلى +125°C. يجب تخزين المكونات في بيئة جافة وخاضعة للتحكم.
• تخطيط الوسادة الموصى به:توفر ورقة البيانات توصيات محددة لنمط اللحام لخيارات التثبيت السطحي S1 و S2. استخدام هذه التوصيات ضروري لتكوين وصلة لحام موثوقة واستقرار ميكانيكي.

7. معلومات التغليف والطلب

يتبع رقم الجزء التنسيق: EL816X(Y)(Z)-FV

• X (شكل الدبوس):S1، S2، M، أو لا شيء (DIP قياسي).
• Y (رتبة CTR):A، B، C، D، X، Y، I، J، K، أو لا شيء (غير مصنف).
• Z (الشريط والبكرة):TU، TD (لخيارات SMD)، أو لا شيء.
• F (إطار الدبوس):F للحديد، فارغ للنحاس.
• V:علامة شهادة السلامة VDE اختيارية.

كميات التعبئة:يتم توريد الأجزاء ذات الثقوب في أنابيب تحتوي على 100 وحدة. يتم توريد أجزاء SMD على شريط وبكرة: 1500 وحدة/بكرة لـ S1، 2000 وحدة/بكرة لـ S2.

8. توصيات التطبيق

8.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs):عزل وحدات الإدخال/الإخراج الرقمية عن وحدة المعالجة المركزية والأجهزة الميدانية.
• الأجهزة المنزلية وأدوات القياس:توفير العزل في مصادر الطاقة وأنظمة اكتساب البيانات ومعدات الاختبار.
• معدات الاتصالات:عزل خطوط الإشارة في أجهزة المودم والواجهات ومعدات الشبكة.
• الأجهزة المنزلية:تُستخدم في دوائر التحكم للأجهزة مثل سخانات المروحة والغسالات، إلخ، للتحكم الآمن بجهد منخفض للأجزاء المتصلة بالشبكة الرئيسية.
• نقل الإشارة العام:أي تطبيق يتطلب تحويل مستوى الجهد أو إزالة حلقات التأريض بين الدوائر.

8.2 اعتبارات التصميم

• تحديد تيار LED:استخدم دائمًا مقاومة على التوالي لضبط I_F. احسب R_limit= (V_CC- V_F) / I_F. شغل بالقرب من حالة اختبار CTR (5 مللي أمبير أو 10 مللي أمبير) للحصول على كسب يمكن التنبؤ به.
• تحميل المخرج:المقاومة الحملية (R_L) على المجمع تؤثر على سرعة التبديل، تأرجح المخرج، وتبديد الطاقة. R_Lأصغر يعطي إيقافًا أسرع ولكن تأرجح جهد مخرج أقل و I_C.
• أعلى.مناعة الضوضاء:_Cللتطبيقات الرقمية، تأكد من وجود هامش كافٍ لـ CTR بحيث أن I_{في "حالة التشغيل" يشبع الترانزستور بالكامل (V}
• 0.4 فولت) والتيار المظلم في "حالة الإيقاف" ضئيل مقارنةً بظروف الانحياز.تأثيرات درجة الحرارة:
• ضع في الاعتبار تدهور CTR عند درجات الحرارة العالية. قلل من CTR القابل للاستخدام بنسبة 0.5% إلى 1% لكل °C فوق 25°C كقاعدة عامة. تأكد من بقاء الجهاز ضمن حدود تبديد الطاقة عبر نطاق درجة حرارة التشغيل.تخطيط اللوحة للجهد العالي:_{للحفاظ على تصنيف العزل 5000 فولت}RMS

، يجب أن يحترم تخطيط PCB مسافات الزحف والتباعد المحددة في معايير السلامة (مثل IEC 60664-1). هذا يعني غالبًا وضع فتحات أو حواجز تحت العبوة.

9. المقارنة التقنية والتمييز

• المزايا الرئيسية لسلسلة EL816 كما تشير مواصفاتها:جهد عزل عالي:_{5000 فولت}RMS
• هو تصنيف قوي مناسب للعديد من التطبيقات الصناعية والمتصلة بالشبكة الرئيسية.اختيار واسع لـ CTR:
• التصنيف الواسع (9 مجموعات متميزة بالإضافة إلى نسخة غير مصنفة) يوفر مرونة تصميم استثنائية لتحسين التكلفة مقابل الأداء.نطاق درجة حرارة ممتد:
• التشغيل حتى +110°C يتجاوز النطاق النموذجي +85°C أو +100°C للعديد من الفوتوكوبلرات القياسية، مما يتيح الاستخدام في بيئات أكثر قسوة.تنوع التغليف:
• التوفر في كل من العبوات ذات الثقوب (قياسي وعريض) وخيارين منخفضي المظهر للتثبيت السطحي يلبي عمليات التجميع الحديثة والقديمة.الامتثال:

الجهاز متوافق مع معايير الصناعة الرئيسية: خالٍ من الهالوجين (لإصدارات إطار الدبوس النحاسي)، RoHS، EU REACH، ويحمل موافقات من UL، cUL، VDE، SEMKO، NEMKO، DEMKO، FIMKO، و CQC، مما يسهل الوصول إلى السوق العالمية.

• 10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعاملات التقنية)
  س: ما الفرق بين EL816 و EL816A/B/C/إلخ؟
• ج: تشير اللاحقة إلى درجة CTR. EL816 هو جزء غير مصنف بنطاق CTR واسع (50-600%). EL816A، B، C، D، X، Y، I، J، K هي أجزاء مصنفة بنطاقات CTR أضيق ومضمونة، مما يسمح بتصميم دائرة أكثر دقة.
  س: هل يمكنني استخدام هذا لنقل الإشارة التناظرية؟_Fج: نعم، ولكن بقيود. عرض النطاق الترددي النموذجي هو 80 كيلو هرتز، و CTR غير خطي مع I
• ودرجة الحرارة. إنه مناسب للعزل التناظري منخفض التردد أو منخفض الدقة. للحصول على أداء أعلى، يوصى باستخدام فوتوكوبلر خطي مخصص أو مضخم عزل.
  س: كيف أختار درجة CTR المناسبة؟_Fج: للتبديل الرقمي، اختر درجة حيث الحد الأدنى لـ CTR عند I_Cالتشغيلية يوفر I_Cكافيًا لقيادة حملك (مثل سحب مدخل منطقي) مع هامش. على سبيل المثال، إذا كنت بحاجة إلى I_F> 1 مللي أمبير مع I
• =5 مللي أمبير، فأنت بحاجة إلى CTR > 20%. توفر درجة أعلى (مثل C أو D) هامشًا أكبر. قد تكون الدرجات الأقل (A، I) أكثر فعالية من حيث التكلفة للكشف البسيط عن التشغيل/الإيقاف.
  س: ماذا تعني "مسافة الزحف > 7.62 مم" لتصميم PCB الخاص بي؟

ج: الزحف هو أقصر مسافة بين الأجزاء الموصلة على طول سطح العزل. للحفاظ على تصنيف العزل المذكور، يجب عليك التأكد من أن مسارات/وسائد النحاس على PCB على جانبي المدخل والمخرج تحافظ أيضًا على هذه المسافة على الأقل (أو أكبر، وفقًا لمعيار السلامة ذي الصلة) عبر سطح اللوحة تحت المكون.

11. مثال تصميم عمليالسيناريو:

1. عزل دبوس GPIO لوحدة تحكم دقيقة بجهد 3.3 فولت للتحكم في ملف مرحل بجهد 12 فولت على دائرة منفصلة.اختيار المكون:
2. اختر EL816C (CTR 200-400%) لهامش كسب جيد. استخدم عبوة DIP القياسية للنماذج الأولية.دائرة المدخل:_Fخرج دبوس وحدة التحكم الدقيقة هو 3.3 فولت. V_F~ 1.2 فولت. الهدف I
   R_{= 5 مللي أمبير (حالة اختبار قياسية).}limit_F= (3.3 فولت - 1.2 فولت) / 0.005 أمبير = 420Ω. استخدم مقاومة قياسية 470Ω. I
3. الفعلية ≈ (3.3-1.2)/470 = 4.5 مللي أمبير.دائرة المخرج:_{يعمل ملف المرحل عند 12 فولت، مقاومة الملف 240Ω (تتطلب 50 مللي أمبير). I}C(max)
   للفوتوكوبلر هو 50 مللي أمبير، وهو عند الحد. تصميم أفضل هو استخدام الفوتوكوبلر لقيادة ترانزستور، والذي بدوره يقود المرحل. للتوضيح، افترض مرحل إشارة صغير بملف 12 فولت، 100Ω (120 مللي أمبير). لا يمكن للفوتوكوبلر قيادة هذا مباشرة.
4. بدلاً من ذلك، قم بتكوين الفوتوترانزستور كمفتاح لسحب قاعدة ترانزستور NPN (مثل 2N2222) إلى الأرض. يتصل مجمع الفوتوترانزستور بمصدر 12 فولت عبر مقاومة سحب لأعلى 10 كيلو أوم وإلى قاعدة NPN. يتصل الباعث بالأرض. عندما يكون LED قيد التشغيل، يشبع الفوتوترانزستور، مما يسحب قاعدة NPN إلى مستوى منخفض، ويوقف تشغيله. عندما يكون LED مطفأ، تسحب مقاومة 10 كيلو أوم قاعدة NPN إلى مستوى عالٍ، مما يشغلها ويشغل المرحل. ثنائي الحماية من الجهد العكسي إلزامي عبر ملف المرحل.العزل:

يجب أن يكون مصدر مرحل 12 فولت ومصدر وحدة التحكم الدقيقة 3.3 فولت منفصلين تمامًا، بدون اتصال تأريض مشترك، للحفاظ على العزل.

12. مبدأ التشغيل

EL816 هو جهاز إلكتروني ضوئي. يسبب التيار الكهربائي المطبق على جانب المدخل (الدبابيس 1-الأنود و 2-الكاثود) في إصدار ثنائي باعث الضوء بالأشعة تحت الحمراء (LED) للفوتونات. تنتقل هذه الفوتونات عبر فجوة عازلة شفافة (عادةً بلاستيك مصبوب) وتضرب منطقة قاعدة ترانزستور ضوئي من السيليكون NPN على جانب المخرج (الدبابيس 3-الباعث و 4-المجمع)._FEتولد الفوتونات الواردة أزواج إلكترون-ثقب في وصلة قاعدة-مجمع الترانزستور، مما يعمل بشكل فعال كتيار قاعدة. يتم تضخيم هذا التيار الضوئي بعد ذلك بواسطة كسب التيار للترانزستور (h

)، مما يؤدي إلى تيار مجمع أكبر بكثير يتدفق بين الدبابيس 4 و 3. النقطة الرئيسية هي أن الإشارة تنتقل بالضوء، وليس بواسطة اتصال كهربائي، وبالتالي توفر عزلًا جلفانيًا بين دوائر المدخل والمخرج. نسبة تيار المجمع المخرج إلى تيار LED المدخل هي نسبة النقل الحالي (CTR).

13. اتجاهات التكنولوجيا

• تمثل فوتوكوبلرات الفوتوترانزستور مثل EL816 تقنية عزل ناضجة وفعالة من حيث التكلفة. تشمل الاتجاهات الحالية في سوق مكونات العزل:سرعة أعلى:
• الطلب على معزلات رقمية أسرع تعتمد على تقنيات CMOS و RF coupling لواجهات الاتصال (USB، SPI، I2C) بسرعات تتجاوز 100 ميجابت في الثانية.وظائف متكاملة:
• نمو المعزلات مع طاقة مدمجة (isoPower) أو مشغلات البوابة (مشغلات البوابة المعزولة) في عبوات واحدة.التصغير:
• الاستمرار في دفع بصمات عبوات أصغر ومظهر أقل، خاصة في خيارات التثبيت السطحي، لتوفير مساحة PCB.تحسين الموثوقية والمتانة:
• التركيز على تحسين مناعة التداخل العابر المشترك (CMTI) لتحمل ارتفاعات الجهد السريعة الشائعة في محركات المحركات وأنظمة الطاقة، وتوسيع عمر التشغيل ونطاقات درجة الحرارة.دور الفوتوكوبلرات: