سلسلة EL354N-G - ورقة البيانات الفنية للفوتوكوبلر - حزمة SOP رباعية الأطراف - مدخل تيار متردد - عزل 3750 فولت RMS - وثيقة فنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

تمثل سلسلة EL354N-G عائلة من فوتوكوبلرات الفوتوترانزستور المدمجة عالية الأداء، المصممة خصيصًا لتطبيقات مدخل التيار المتردد. تم تصميم هذه الأجهزة لتوفير عزل كهربائي موثوق ونقل إشارة في البيئات التي قد يكون قطبية المدخل فيها غير معروفة أو متناوبة. يتكون قلب الجهاز من ثنائيين باعثين للأشعة تحت الحمراء متصلين على التوازي العكسي، ومقترنين بصريًا بكاشف ترانزستور ضوئي من السيليكون. يسمح هذا التكوين الفريد للجهاز بالاستجابة لتدفق التيار في أي اتجاه عبر ثنائيات الإدخال الباعثة للضوء، مما يجعله مناسبًا بطبيعته لتطبيقات مراقبة واستشعار إشارات التيار المتردد حيث لا تكون قطبية التيار المستمر ثابتة.

معبأة في حزمة SOP رباعية الأطراف صغيرة الحجم، تعد هذه الفوتوكوبلرات مثالية لتصميمات لوحات الدوائر المطبوعة الحديثة عالية الكثافة. فلسفة التصميم الرئيسية وراء هذه السلسلة هي الامتثال للمعايير البيئية والسلامة العالمية. الأجهزة خالية من الهالوجين، وتلتزم بحدود صارمة على البروم (Br<900 جزء في المليون)، الكلور (Cl<900 جزء في المليون)، ومجموعهما الكلي (Br+Cl<1500 جزء في المليون). علاوة على ذلك، تحافظ على الامتثال لتوجيهات RoHS (تقييد المواد الخطرة) ولائحة الاتحاد الأوروبي REACH، مما يضمن تلبية متطلبات البيئة المعاصرة للمكونات الإلكترونية.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تكمن الميزة الأساسية لسلسلة EL354N-G في جمعها بين قدرة مدخل التيار المتردد، والعزل العالي، والعامل الشكلي المدمج. يوفر جهد العزل العالي البالغ 3750 فولت_RMSبين المدخل والمخرج حاجز أمان قوي، يحمي دوائر التحكم ذات الجهد المنخفض الحساسة من خطوط التيار الكهربائي الرئيسي عالية الجهد أو الخطوط الصناعية المزعجة. هذا يجعلها لا غنى عنها في التطبيقات التي تتطلب عزل كهربائي كامل.

أسواق هذا المكون متنوعة، تمتد عبر التشغيل الآلي الصناعي، والاتصالات، وإدارة الطاقة. تشمل مجالات التطبيق الرئيسية مراقبة خط التيار المتردد في مصادر الطاقة والأجهزة الكهربائية، وتوفير عزل المدخل في وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs)، والتوصيل البيني في دوائر خط الهاتف، والعمل كمستشعرات لإشارات التيار المستمر ذات القطبية غير المعروفة. تسهل موافقات الجهاز من وكالات السلامة الدولية الرئيسية - بما في ذلك UL و cUL و VDE و SEMKO و NEMKO و DEMKO و FIMKO و CQC - استخدامه في المنتجات النهائية المخصصة للأسواق العالمية، مما يبسط عملية الشهادة لمصنعي المعدات.

2. تحليل المعلمات الفنية المتعمق

إن الفهم الشامل لحدود وخصائص أداء الجهاز أمر بالغ الأهمية لتصميم دائرة موثوقة. تحدد المعلمات نطاق التشغيل وتضمن استخدام المكون ضمن منطقة تشغيله الآمنة (SOA).

2.1 التقييمات القصوى المطلقة

تحدد التقييمات القصوى المطلقة حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. هذه ليست ظروف تشغيل.

• تيار الأمام للإدخال (I_F): ±50 مللي أمبير (تيار مستمر). ينطبق هذا التقييم على التيار في أي اتجاه عبر ثنائيات الإدخال.
• تيار الأمام الذروي (I_FP): 1 أمبير لنبضة مدتها 1 ميكروثانية. هذا يسمح للجهاز بتحمل تيارات الذروة القصيرة.
• تبديد الطاقة: يجب ألا يتجاوز تبديد طاقة الجهاز الكلي (P_TOT) 200 ملي واط. يُصنف جانب الإدخال (P_D) بـ 70 ملي واط مع عامل تخفيض 3.7 ملي واط/°C فوق درجة حرارة محيطة 90°C (T_a). يُصنف جانب المخرج (P_C) بـ 150 ملي واط، مع تخفيض فوق 70°C T_a.
• تقييمات الجهد: جهد المجمع-الباعث (V_CEO) هو 80 فولت، بينما جهد الباعث-المجمع (V_ECO) هو 6 فولت. عدم التناظر ناتج عن هيكل الفوتوترانزستور.
• جهد العزل (V_ISO): 3750 فولت_RMSلمدة دقيقة واحدة عند رطوبة نسبية 40-60%. هذه معلمة أمان حرجة.
• نطاق درجة الحرارة: تتراوح درجة حرارة التشغيل (T_OPR) من -55°C إلى +100°C. تتراوح درجة حرارة التخزين (T_STG) من -55°C إلى +125°C.
• درجة حرارة اللحام: يمكن للجهاز تحمل درجة حرارة لحام ذروية (T_SOL) تبلغ 260°C لمدة 10 ثوانٍ، وهو ما يتوافق مع عمليات إعادة التدفق الخالية من الرصاص.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

تحدد هذه المعلمات أداء الجهاز تحت ظروف التشغيل العادية عند 25°C، ما لم يُذكر خلاف ذلك.

2.2.1 خصائص الإدخال

• جهد الأمام (V_F): عادةً 1.2 فولت، بحد أقصى 1.4 فولت عند تيار أمامي (I_F) قدره ±20 مللي أمبير. انخفاض الجهد هذا مفيد للدوائر منخفضة الطاقة.
• سعة الإدخال (C_in): تتراوح من 50 بيكوفاراد (نموذجي) إلى 250 بيكوفاراد (أقصى) عند 1 كيلوهرتز. تؤثر هذه المعلمة على الاستجابة للتردد العالي والضوضاء المحتملة المقترنة.

2.2.2 خصائص المخرج

• التيار المظلم (I_CEO): تيار التسرب من المجمع إلى الباعث عندما يكون ثنائي الإدخال الباعث للضوء مغلقًا (I_F=0) و V_CE=20 فولت هو بحد أقصى 100 نانو أمبير. التيار المظلم المنخفض ضروري لنسبة إشارة إلى ضوضاء جيدة في ظروف الحالة المغلقة.
• جهود الانهيار: BV_CEOهو بحد أدنى 80 فولت، و BV_ECOهو بحد أدنى 7 فولت. تحدد هذه أقصى جهود عكسية مستدامة.

2.2.3 خصائص النقل

تصف هذه المعلمات كفاءة وسرعة الاقتران بين المدخل والمخرج.

• نسبة نقل التيار (CTR): هذه هي نسبة تيار المجمع الناتج (I_C) إلى تيار الأمام للإدخال (I_F)، معبرًا عنها كنسبة مئوية. إنها المعلمة الرئيسية للكسب. لدى EL354N القياسي نطاق CTR من 20% إلى 300% عند I_F= ±1 مللي أمبير، V_CE= 5 فولت. يوفر متغير EL354NA نطاقًا أضيق وأعلى مع نطاق CTR من 50% إلى 150% تحت نفس الظروف. يسمح هذا التصنيف للمصممين باختيار أجهزة لكسب أكثر اتساقًا في الإنتاج.
• جهد التشبع (V_CE(sat)): عادةً 0.1 فولت، بحد أقصى 0.2 فولت عندما I_F=±20 مللي أمبير و I_C=1 مللي أمبير. يقلل جهد التشبع المنخفض من فقد الطاقة عندما يكون ترانزستور المخرج في حالة التشغيل الكامل.
• مقاومة العزل (R_IO): بحد أدنى 5×10¹⁰أوم، نموذجي 10¹¹أوم عند 500 فولت تيار مستمر. هذه المقاومة العالية للغاية أساسية لوظيفة العزل.
• تردد القطع (f_c): عادةً 80 كيلوهرتز (نقطة -3 ديسيبل) تحت ظروف الاختبار المحددة. هذا يحدد أقصى تردد إشارة مفيد.
• السعة الطافية (C_IO): عادةً 0.6 بيكوفاراد، بحد أقصى 1.0 بيكوفاراد عند 1 ميجاهرتز. هذه هي السعة الطفيلية عبر حاجز العزل، والتي يمكن أن تقترن بالضوضاء عالية التردد.
• سرعة التبديل: كل من زمن الصعود (t_r) وزمن الهبوط (t_f) محددان بحد أقصى 18 ميكروثانية. هذه السرعة المعتدلة نسبيًا مناسبة لمراقبة تردد الخط (50/60 هرتز) والعديد من إشارات التحكم الصناعية، ولكنها ليست مناسبة لاتصالات البيانات الرقمية عالية السرعة.

3. تحليل منحنيات الأداء

بينما تشير ورقة البيانات إلى منحنيات الخصائص الكهروضوئية النموذجية، فإن رسومها البيانية المحددة (مثل، CTR مقابل درجة الحرارة، CTR مقابل تيار الأمام) ضرورية للتصميم التفصيلي. تُظهر هذه المنحنيات عادةً أن CTR يتناقص مع زيادة درجة الحرارة المحيطة وقد يكون له علاقة غير خطية مع تيار الأمام. يجب على المصممين الرجوع إلى هذه الرسوم البيانية لتخفيض الأداء بشكل مناسب لبيئة التشغيل المحددة، مما يضمن بقاء الدائرة على كسب كافٍ عبر نطاق درجة الحرارة المقصود. العلاقة بين تيار المخرج و تيار الأمام حرجة أيضًا لتحديد تيار القيادة المطلوب لتحقيق حالة مخرج مرغوبة، خاصة عند التشغيل بالقرب من حدود مواصفات CTR.

4. المعلومات الميكانيكية والحزمة والتجميع

4.1 أبعاد الحزمة والقطبية

يُحفظ الجهاز في حزمة SOP رباعية الأطراف. تكوين الأطراف كما يلي: الطرف 1 هو الأنود/الكاثود، الطرف 2 هو الكاثود/الأنود (لزوج ثنائي الإدخال الباعث للضوء المتوازي العكسي)، الطرف 3 هو الباعث للفوتوترانزستور، والطرف 4 هو المجمع. هذا التكوين للأطراف حاسم لتخطيط PCB الصحيح. يوفر رسم الحزمة أبعادًا ميكانيكية دقيقة تشمل طول الجسم، والعرض، والارتفاع، وتباعد الأطراف، وأبعاد الأطراف، والتي يجب الالتزام بها لتصميم بصمة PCB دقيقة.

4.2 تخطيط وسادة PCB الموصى به

يتم توفير تخطيط وسادة سطحية مقترحة. يُؤكد على أن هذا تصميم مرجعي ويجب تعديله بناءً على عمليات التصنيع الفردية، ومادة PCB، ومتطلبات الحرارة. الهدف من تصميم الوسادة هو ضمان تكوين وصلة لحام موثوقة أثناء إعادة التدفق مع إدارة الإجهاد الحراري على المكون.

4.3 إرشادات اللحام وإعادة التدفق

يتم تحديد ظروف لحام إعادة التدفق التفصيلية، مع الإشارة إلى IPC/JEDEC J-STD-020D. الملف الحراري حاسم للتجميع الخالي من الرصاص:

• التسخين المسبق: من 150°C إلى 200°C على مدى 60-120 ثانية.
• الارتفاع: بحد أقصى 3°C/ثانية من 200°C إلى الذروة.
• الوقت فوق السائل (217°C): 60-100 ثانية.
• درجة الحرارة الذروية: بحد أقصى 260°C.
• الوقت ضمن 5°C من الذروة: بحد أقصى 30 ثانية.
• معدل التبريد: بحد أقصى 6°C/ثانية.
• إجمالي وقت الدورة: من 25°C إلى الذروة في 8 دقائق كحد أقصى.
• مرات إعادة التدفق: يمكن للجهاز تحمل بحد أقصى 3 دورات إعادة تدفق.

الالتزام بهذا الملف الحراري يمنع التلف الحراري للحزمة البلاستيكية والروابط السلكية الداخلية.

5. الطلب والتعبئة والتغليف والعلامات

5.1 نظام ترقيم الأجزاء والتصنيف

يتبع رقم الجزء الهيكل: EL354N(X)(Y)-VG.

• X: خيار رتبة CTR. يشير 'A' إلى نطاق 50-150% (EL354NA). عدم وجود حرف يشير إلى النطاق القياسي 20-300% (EL354N).
• Y: خيار الشريط والبكرة. تحدد 'TA' أو 'TB' نوع البكرة والتوجيه. يشير الحذف إلى التعبئة في أنبوب (100 وحدة).
• V: لاحقة اختيارية تشير إلى موافقة VDE مدرجة.
• G: يشير إلى البناء الخالي من الهالوجين.

تشمل خيارات التعبئة الأنابيب (100 وحدة) أو الشريط والبكرة (3000 وحدة لكل بكرة لكل من خياري TA و TB). يختلف خيارا 'TA' و 'TB' في اتجاه المكونات على الشريط الحامل، والذي يجب أن يتطابق مع متطلبات مغذي آلة الاختيار والوضع.

5.2 علامات الجهاز

يتم وضع علامات على الأجهزة على السطح العلوي برمز:EL 354N RYWWV.

• EL: رمز الشركة المصنعة.
• 354N: رقم الجهاز الأساسي.
• R: رتبة CTR (مثل، 'A' أو فارغ).
• Y: رمز السنة برقم واحد.
• WW: رمز الأسبوع برقمين.
• V: يشير الوجود إلى موافقة VDE (اختياري).

5.3 مواصفات الشريط والبكرة

يتم توفير أبعاد مفصلة للشريط الحامل البارز، بما في ذلك أبعاد الجيب (A، B، D0، D1)، وعرض الشريط (W)، والتباعد (P0)، وأبعاد ختم الشريط الغطائي. هذه ضرورية لإعداد معدات التجميع الآلي بشكل صحيح.

6. إرشادات التطبيق واعتبارات التصميم

6.1 دوائر التطبيق النموذجية

التطبيق الأساسي هو استشعار جهد خط التيار المتردد أو اكتشاف العبور الصفري. تتضمن الدائرة النموذجية توصيل أطراف الإدخال (1 و 2) على التوالي مع مقاومة محددة للتيار عبر خط التيار المتردد. يجب حساب قيمة المقاومة للحد من تيار الأمام الذروي (I_F) إلى قيمة آمنة أقل من 50 مللي أمبير، مع مراعاة جهد التيار المتردد الذروي. يمكن توصيل ترانزستور المخرج في تكوين باعث مشترك (الباعث إلى الأرض، المجمع مرفوع عبر مقاوم حمل إلى مصدر منطقي) لتوفير إشارة رقمية تتبدل مع دورة التيار المتردد. لاستشعار التيار المستمر ذي القطبية غير المعروفة، يمكن وضع الجهاز مباشرة في خط الاستشعار، حيث سيوصل بغض النظر عن اتجاه التيار.

6.2 عوامل التصميم الحرجة

• تحديد التيار: الجانب الأكثر أهمية في تصميم دائرة الإدخال. يجب أن تحد المقاومة التيار تحت أسوأ الظروف (أقصى جهد خط، أدنى تسامح للمقاومة).
• تدهور CTR: يمكن أن يتدهور CTR بمرور الوقت، خاصة عند درجات حرارة وتيارات تشغيل عالية. يجب أن يتضمن التصميم هامشًا (مثل، استخدام الحد الأدنى لـ CTR من ورقة البيانات ثم تطبيق عامل تخفيض إضافي لعمر الخدمة).
• مناعة الضوضاء: يمكن للسعة الطفيلية (C_IO) أن تقترن بالعابر عالي التردد (مثل ESD أو EMI) عبر حاجز العزل. في البيئات المزعجة، قد يكون من الضروري وجود ترشيح إضافي على جانب المخرج أو استخدام مرشح رقمي أسرع في المتحكم الدقيق.
• حد سرعة التبديل: زمن الصعود/الهبوط البالغ 18 ميكروثانية يحد من الجهاز لتطبيقات التردد المنخفض. إنه غير مناسب لعزل خطوط البيانات الرقمية عالية السرعة.
• تبديد الحرارةتأكد من أن تبديد الطاقة الكلي (فقد ثنائي الإدخال الباعث للضوء + فقد ترانزستور المخرج) لا يتجاوز 200 ملي واط، مع مراعاة التخفيض مع درجة الحرارة.

7. المقارنة الفنية والتمييز

المميز الرئيسي لـ EL354N-G هو مدخله المتكامل لثنائي الإدخال الباعث للضوء المتوازي العكسي، مما يلغي الحاجة إلى مقومات جسرية خارجية أو دوائر معقدة للتعامل مع إشارات التيار المتردد أو التيار المستمر ذات القطبية غير المعروفة. مقارنةً بفوتوكوبلرات مدخل التيار المستمر القياسية، فإن هذا يبسط قائمة المواد ويوفر مساحة على اللوحة. ضمن قطاع فوتوكوبلرات مدخل التيار المتردد، فإن جمعه بين عزل 3750 فولت RMS، ومواد خالية من الهالوجين، وموافقات سلامة دولية شاملة (UL، VDE، إلخ.) في حزمة SOP مدمجة يقدم قيمة مقنعة للتطبيقات العالمية الحساسة للتكلفة ولكنها حرجة من حيث السلامة. يوفر توفر نطاق CTR أضيق (EL354NA) ميزة للتصميمات التي تتطلب كسبًا أكثر اتساقًا دون فرز يدوي أو معايرة.

8. الأسئلة المتكررة (FAQs)

س: هل يمكنني استخدام هذا الجهاز لاستشعار شبكة 120 فولت متردد أو 230 فولت متردد مباشرة؟

ج: نعم، ولكن يجب عليك استخدام مقاومة خارجية محددة للتيار على التوالي. احسب قيمتها بناءً على جهد الشبكة الذروي (مثل، 230 فولت متردد RMS له ذروة ~325 فولت) والتيار المطلوب لثنائي الإدخال الباعث للضوء، مع ضمان بقاء التيار الذروي أقل بكثير من التقييم الأقصى المطلق البالغ 50 مللي أمبير.

س: ما الفرق بين EL354N و EL354NA؟

ج: الفرق في تصنيف نسبة نقل التيار (CTR). لدى EL354N نطاق أوسع (20-300%)، بينما لدى EL354NA نطاق أضيق وأعلى حد أدنى (50-150%). استخدم نسخة 'NA' للتطبيقات التي تتطلب كسبًا أكثر اتساقًا من وحدة إلى أخرى.

س: المخرج هو فوتوترانزستور. هل يمكنني استخدامه لقيادة مرحل مباشرة؟

ج: لا ينصح بذلك. قدرة التعامل مع التيار للفوتوترانزستور محدودة (مرتبطة بتقييم تبديد الطاقة الخاص به). تم تصميمه كجهاز على مستوى الإشارة. لقيادة مرحل، استخدم مخرج الفوتوكوبلر لقيادة ترانزستور طاقة أكبر أو بوابة MOSFET.

س: كيف يمكنني ضمان عزل موثوق في تصميمي؟

ج: حافظ على مسافات الزحف والتباعد المناسبة على PCB بين دوائر المدخل والمخرج وفقًا لمعيار السلامة ذي الصلة (مثل، IEC 60950-1، IEC 62368-1). يجب دعم تقييم 3750 فولت RMS للمكون نفسه بتباعد كافٍ على اللوحة.

9. مبدأ التشغيل

يعمل الجهاز على مبدأ التحويل الكهروضوئي والعزل. عندما يتدفق تيار عبر أي من ثنائيي الإدخال الباعثين للأشعة تحت الحمراء (اعتمادًا على القطبية)، فإنه يبعث ضوءًا. يعبر هذا الضوء حاجز عزل شفاف (عادةً بلاستيك مصبوب) ويضرب منطقة قاعدة الفوتوترانزستور السيليكوني على جانب المخرج. تولد الفوتونات أزواج إلكترون-ثقب في القاعدة، تعمل بشكل فعال كتيار قاعدة، مما يشغل الترانزستور، ويسمح بتدفق تيار مجمع أكبر بكثير. النقطة الأساسية هي أن الاتصال الوحيد بين المدخل والمخرج هو بصري، مما يوفر العزل الكهربائي الكامل. يعني تكوين ثنائي الإدخال الباعث للضوء المتوازي العكسي أن التيار المتدفق إلى الطرف 1 (الأنود) والخارج من الطرف 2 (الكاثود) يضيء ثنائي إدخال باعث للضوء واحد، بينما التيار في الاتجاه المعاكس يضيء ثنائي الإدخال الباعث للضوء الآخر، مما يضمن التشغيل مع التيار المتردد أو التيار المستمر ثنائي الاتجاه.

10. اتجاهات الصناعة

يتجه تطور الفوتوكوبلرات وتكنولوجيا العزل نحو تكامل أعلى، وسرعات أسرع، واستهلاك طاقة أقل. بينما تظل الفوتوكوبلرات التقليدية القائمة على الفوتوترانزستور مثل EL354N-G حيوية للعزل متوسط السرعة الفعال من حيث التكلفة في ضوابط الطاقة والصناعية، فإن التقنيات الأحدث تظهر. تشمل هذه العوازل الرقمية القائمة على تكنولوجيا CMOS والاقتران RF، والتي توفر معدلات بيانات أعلى بكثير، وطاقة أقل، وموثوقية أعلى. ومع ذلك، لاستشعار خط التيار المتردد الأساسي ومراقبة الجهد حيث تكون البساطة، وجهد العزل العالي، والمتانة المثبتة هي الأهم، تظل فوتوكوبلرات التيار المتردد القائمة على الفوتوترانزستور حلاً مفضلاً وموثوقًا به. إن التوجه نحو الخالي من الهالوجين والامتثال البيئي المعزز، كما هو الحال في سلسلة '-G'، هو استجابة مباشرة للاتجاهات التنظيمية العالمية.