ورقة بيانات سلسلة EL121N - حزمة SOP رباعية الأطراف - ارتفاع 2.0 مم - عزل 3750 فولت RMS - نسبة نقل التيار 50-400% - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

تمثل سلسلة EL121N عائلة من المكونات الكهروضوئية بالأشعة تحت الحمراء المصممة لعزل ونقل الإشارات. في جوهرها، تتكون من ثنائي باعث للضوء بالأشعة تحت الحمراء من زرنيخيد الغاليوم (IRED) مقترن ضوئيًا بترانزستور ضوئي من السيليكون من نوع NPN، وكلها موضوعة داخل حزمة سطحية مدمجة رباعية الأطراف من نوع SOP. الوظيفة الأساسية هي نقل الإشارات الكهربائية بين دائرتين مع الحفاظ على عزل كهربائي عالٍ، وبالتالي منع الضوضاء، وحلقات التأريض، وارتفاعات الجهد من الانتقال من جانب إلى آخر.

تم تصميم الجهاز للتطبيقات التي تتطلب عزلًا موثوقًا به في مساحات محدودة. يجعله ارتفاعه المنخفض البالغ 2.0 مم مناسبًا لتصميمات لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) الحديثة عالية الكثافة. فلسفة التصميم الأساسية وراء هذه السلسلة هي الامتثال للمعايير البيئية والسلامة العالمية، بما في ذلك كونها خالية من الهالوجين، وخالية من الرصاص، ومتوافقة مع توجيهات RoHS و EU REACH. علاوة على ذلك، تحمل موافقات سلامة دولية مهمة، بما في ذلك UL، cUL، VDE، SEMKO، NEMKO، DEMKO، و FIMKO، مما يؤكد موثوقيتها وملاءمتها للاستخدام في المعدات التجارية والصناعية في جميع أنحاء العالم.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل تحت أو عند هذه الحدود.

• المدخل (جانب LED):يتم تصنيف التيار الأمامي (I_F) عند 50 مللي أمبير مستمر. يُسمح بتيار أمامي ذروة قصير (I_FP) بقيمة 1 أمبير لمدة 1 ميكروثانية، وهو ما يتعلق بالتشغيل النبضي. الحد الأقصى لجهد الانعكاس (V_R) هو 6 فولت، مما يؤكد على ضرورة حماية القطبية المناسبة.
• المخرج (جانب الترانزستور):يتم تصنيف تيار المجمع (I_C) عند 50 مللي أمبير. جهد المجمع-الباعث (V_CEO) هو 80 فولت، بينما جهد الباعث-المجمع (V_ECO) هو 7 فولت فقط، مما يسلط الضوء على الطبيعة غير المتماثلة لخصائص انهيار الترانزستور الضوئي.
• الطاقة والحرارة:تبديد الطاقة الكلي للجهاز (P_TOT) هو 200 ملي واط. يتم توفير عوامل تخفيض منفصلة: 2.9 ملي واط/°C للمدخل (LED) فوق درجة حرارة محيطة 100°C، و 3.7 ملي واط/°C للمخرج (الترانزستور) فوق درجة حرارة محيطة 70°C. هذا أمر بالغ الأهمية لإدارة الحرارة في البيئات عالية الحرارة.
• العزل والبيئة:جهد العزل (V_ISO) هو 3750 فولت_RMSلمدة دقيقة واحدة، يتم اختباره مع توصيل الأطراف 1-2 معًا والأطراف 3-4 معًا. نطاق درجة حرارة التشغيل هو من -55°C إلى +110°C، ويمتد التخزين إلى -55°C إلى +125°C.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

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

• خصائص المدخل:الجهد الأمامي (V_F) هو عادة 1.2 فولت عند تيار اختبار 20 مللي أمبير، بحد أقصى 1.4 فولت. هذا الجهد المنخفض مفيد لدوائر واجهة المنطق منخفضة الطاقة. تيار التسرب العكسي (I_R) هو بحد أقصى 10 ميكرو أمبير عند 4 فولت.
• خصائص المخرج:تيار المجمع-الباعث المظلم (I_CEO)، وهو تيار التسرب مع إيقاف تشغيل LED، هو بحد أقصى 100 نانو أمبير عند V_CE=20 فولت. جهد الانهيار (BV_CEO=80 فولت،BV_ECO=7 فولت) يؤكد التصنيفات.
• خصائص النقل:هذا هو جوهر مواصفات الجهاز.
  • نسبة نقل التيار (CTR):هذه هي نسبة تيار المجمع الناتج إلى تيار LED الأمامي المدخل، معبرًا عنها كنسبة مئوية. تقدم سلسلة EL121Nنظام تصنيف/فرز:
    • EL121N (قياسي):نطاق CTR من 50% إلى 400% عند I_F=5 مللي أمبير، V_CE=5 فولت.
    • EL121N B:مجموعة أضيق من 130% إلى 260%.
    • EL121N C:مجموعة أداء أعلى من 200% إلى 400%.
    • EL121N BC:مجموعة واسعة تغطي 130% إلى 400%.
    يسمح هذا التصنيف للمصممين باختيار القطع بناءً على الكسب المطلوب والاتساق، مما يحسن أداء الدائرة والتكلفة.
  • جهد التشبع (V_CE(sat)):عادة 0.1 فولت (بحد أقصى 0.2 فولت) عند تشغيله بـ I_F=20 مللي أمبير وتحميله بـ I_C=1 مللي أمبير. هذه القيمة المنخفضة ممتازة لتطبيقات التبديل الرقمية، مما يقلل من فقد الجهد.
  • مقاومة العزل (R_IO):الحد الأدنى 5 × 10¹⁰أوم، مما يشير إلى مقاومة عزل تيار مستمر عالية للغاية.
  • سرعة التبديل:زمن الصعود (t_r) هو عادة 6 ميكروثانية (بحد أقصى 18 ميكروثانية) وزمن الهبوط (t_f) هو عادة 8 ميكروثانية (بحد أقصى 18 ميكروثانية) تحت ظروف الاختبار المحددة (V_CE=2 فولت، I_C=2 مللي أمبير، R_L=100 أوم). هذا يحدد قدرة الجهاز على نقل الإشارات الرقمية متوسطة السرعة.

3. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى منحنيات الخصائص الكهروضوئية النموذجية. بينما لا يتم إعادة إنتاج الرسوم البيانية المحددة في النص، فإنها تتضمن عادةً العلاقات التالية التي تعتبر حاسمة للتصميم:

• CTR مقابل التيار الأمامي (I_F):CTR ليس ثابتًا؛ عادةً ما ينخفض مع زيادة I_F. يجب على المصممين الرجوع إلى هذا المنحنى لاختيار نقطة تشغيل توفر الكسب المطلوب دون زيادة تحميل LED.
• CTR مقابل درجة الحرارة المحيطة (T_a):CTR لأجهزة الفوتوكوبلر له معامل درجة حرارة سالب؛ ينخفض مع زيادة درجة الحرارة. هذا المنحنى حيوي لضمان استقرار الدائرة على نطاق درجة حرارة التشغيل المقصود.
• تيار المجمع مقابل جهد المجمع-الباعث (I_C-V_CE):تُظهر منحنيات خصائص المخرج هذه تشغيل الترانزستور الضوئي في منطقته الخطية (النشطة) ومنطقة التشبع، على غرار الترانزستور ثنائي القطب القياسي، ولكن مع I_Fكمعامل تحكم بدلاً من تيار القاعدة.
• الجهد الأمامي مقابل التيار الأمامي (V_F-I_F):هذه الخاصية لـ LED مهمة لتصميم دائرة السائق المحددة للتيار.

يوفر الشكل 10 في ورقة البيانات دائرة الاختبار القياسية وتعريفات الموجة لقياس أوقات التبديل (t_on, t_off, t_r, t_f)، باستخدام حمل مقاومي (R_L) ونبضة مدخل محددة.

4. معلومات الميكانيكا، الحزمة، والتجميع

4.1 تكوين الأطراف وأبعاد الحزمة

تحتوي حزمة SOP رباعية الأطراف على توزيع أطراف واضح:

1. الأنود (A) لـ LED بالأشعة تحت الحمراء
2. الكاثود (K) لـ LED بالأشعة تحت الحمراء
3. الباعث (E) للترانزستور الضوئي
4. المجمع (C) للترانزستور الضوئي

يوفر رسم الحزمة أبعادًا دقيقة بما في ذلك حجم الجسم، تباعد الأطراف، والارتفاع الكلي، مما يؤكد ارتفاع 2.0 مم. يتم أيضًا توفير نمط أرضية PCB موصى به (تخطيط الوسادة) لضمان لحام موثوق واستقرار ميكانيكي أثناء تجميع التركيب السطحي.

4.2 إرشادات اللحام والتجميع

يتم تصنيف الجهاز لدرجة حرارة لحام قصوى (T_SOL) تبلغ 260°C لمدة 10 ثوانٍ. علاوة على ذلك، يتم توفير منحنى لحام إعادة التدفق التفصيلي، متوافق مع IPC/JEDEC J-STD-020D. تشمل المعلمات الرئيسية لهذا المنحنى:

• التسخين المسبق:من 150°C إلى 200°C على مدى 60-120 ثانية.
• الوقت فوق السائل (217°C):60-100 ثانية.
• درجة الحرارة القصوى:260°C كحد أقصى.
• الوقت ضمن 5°C من القمة:30 ثانية كحد أقصى.
• الحد الأقصى لعدد عمليات إعادة التدفق:3 مرات.

الالتزام بهذا المنحنى أمر ضروري لمنع تشقق الحزمة، أو التقشر، أو تلف القالب الداخلي وروابط الأسلاك.

5. الطلب، التغليف، والعلامات

5.1 نظام ترقيم القطع

يتبع رقم الجزء التنسيق:EL121N(X)(Y)-V

• EL121N:رقم الجهاز الأساسي.
• X:درجة CTR (B، C، BC، أو فارغ للدرجة القياسية).
• Y:خيار الشريط والبكرة (TA أو TB، يختلفان في اتجاه التغذية).
• -V:لاحقة اختيارية تشير إلى تضمين موافقة VDE.

أمثلة: EL121NBC-TA، EL121NC-TB-V.

5.2 مواصفات التغليف

يتم توريد الأجهزة على شريط وبكرة للتجميع الآلي. يتم توفير أبعاد الشريط (العرض، حجم الجيب، المسافة) ومواصفات البكرة بالتفصيل. يحتوي كل من خياري TA و TB على 3000 وحدة لكل بكرة.

5.3 علامات الجهاز

يتم وضع علامة على كل جهاز في الأعلى برمز ليزر أو حبر:EL 121N RYWWV

• EL:رمز الشركة المصنعة.
• 121N:رقم الجهاز.
• R:رمز درجة CTR (مثل B أو C).
• Y:رمز سنة مكون من رقم واحد.
• WW:رمز أسبوع مكون من رقمين.
• V:وجود علامة موافقة VDE.

تسمح هذه العلامة بإمكانية التتبع والتحقق من نوع الجهاز.

6. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم

6.1 التطبيقات النموذجية

تتناسب سلسلة EL121N مع مجموعة واسعة من احتياجات العزل والواجهة:

• مزودات الطاقة ذات التبديل (SMPS):توفير عزل التغذية الراجعة في محولات DC-DC، وهو أمر بالغ الأهمية لتنظيم جهد الخرج مع الحفاظ على عزل السلامة من الجانب الأساسي.
• أنظمة التحكم الصناعية:الواجهة بين وحدات التحكم المنطقية منخفضة الجهد (PLCs) والمشغلات أو أجهزة الاستشعار الصناعية ذات الجهد/التيار الأعلى، لمنع ضوضاء حلقات التأريض.
• معدات الاتصالات:عزل خطوط الإشارة أو توفير عزل كهربائي في واجهات المودم، الموجه، أو بطاقات الخط.
• عزل الدائرة العامة:أي تطبيق يتطلب نقل إشارة بين دوائر ذات جهود تأريض أو معاوقات مختلفة.

6.2 اعتبارات التصميم الحرجة

• تدهور CTR:يمكن أن يتدهور CTR لأجهزة الفوتوكوبلر بمرور الوقت، خاصة عند التشغيل بتيارات LED عالية ودرجات حرارة عالية. يقلل تخفيض تيار LED واختيار جزء ذو CTR أولي أعلى بكثير من الحد الأدنى المطلوب من هامش طول العمر.
• المفاضلة بين السرعة والتيار:تتحسن سرعة التبديل مع زيادة تيار تشغيل LED ولكن على حساب استهلاك طاقة أعلى وشيخوخة محتملة متسارعة. توفر حالة الاختبار (I_F=10 مللي أمبير نموذجيًا) خطًا أساسيًا؛ للحصول على سرعات أسرع، قد تكون هناك حاجة إلى I_Fأعلى.
• اختيار المقاومة الحمل:تؤثر قيمة مقاومة الحمل (R_Lعلى المجمع) على كل من سرعة التبديل وتأرجح جهد الخرج. تحسن R_Lأصغر السرعة ولكنها تقلل من الكسب ونطاق جهد الخرج.
• مناعة الضوضاء:للتطبيقات الرقمية، يعد ضمان "هامش ضوضاء" كافٍ من خلال تصميم دائرة المستقبل للتمييز بوضوح بين حالتي التشغيل والإيقاف للترانزستور الضوئي أمرًا أساسيًا.
• زحف العزل والمسافة:عند تصميم تخطيط PCB، حافظ على مسافات الزحف والمسافة المحددة (المستنتجة من تصنيف 3750 فولت_RMS) بين مسارات الجانب المدخل والجانب المخرج للحفاظ على سلامة العزل.

7. المقارنة التقنية والتحديد

ضمن سوق فوتوكوبلر مخرج الترانزستور الضوئي، تحدد سلسلة EL121N مكانتها من خلال عدة سمات رئيسية:

• الحزمة:توفر حزمة SOP رباعية الأطراف بصمة أكثر إحكاما من حزم DIP رباعية الأطراف القديمة مع كونها أسهل في التعامل واللحام من الحزم رباعية الأطراف فائقة الصغر، مما يوازن بين الحجم والقابلية للتصنيع.
• تصنيف CTR:يوفر تقديم درجات CTR متعددة ومحددة بوضوح (B، C، BC) مرونة غير متاحة دائمًا في الأجزاء العامة، مما يسمح بتصميم محسن.
• الشهادات الشاملة:يُبسط تراكم موافقات UL، cUL، VDE، والشمالية SEMKO/NEMKO/DEMKO/FIMKO في جزء واحد عملية اختيار المكونات للمنتجات الموجهة للأسواق العالمية ذات متطلبات السلامة الصارمة.
• توازن الأداء:مع CTR يصل إلى 400%، وجهد تشبع أقل من 0.2 فولت، وأوقات تبديل في نطاق الميكروثانية، فإنه يوفر أداءً متوازنًا مناسبًا لمجموعة واسعة من مهام العزل التناظرية والرقمية، من إشارات التشغيل/الإيقاف البسيطة إلى التغذية الراجعة PWM.

8. الأسئلة الشائعة (FAQ)

8.1 ما الفرق بين خياري الشريط TA و TB؟

الفرق الأساسي هواتجاه التغذيةمن البكرة. يتم توجيه جيوب المكونات بشكل مختلف على الشريط الحامل في TA و TB. يجب على المصمم تحديد الخيار الصحيح بناءً على الاتجاه المطلوب من قبل نظام مغذي آلة التقاطع والوضع المحددة. يحتوي كل منهما على 3000 وحدة.

8.2 كيف أختار بين درجات نسبة نقل التيار B، C، و BC؟

اختر بناءً على متطلبات الكسب لدارتك واحتياجات الاتساق.

• استخدمالدرجة C (200-400%)للتطبيقات التي تتطلب حساسية عالية أو حيث يمكن لدائرة التشغيل توفير تيار LED منخفض فقط.
• استخدمالدرجة B (130-260%)للتطبيقات التي تحتاج إلى كسب معتدل ومتحكم فيه بإحكام لأداء متوقع عبر جميع الوحدات.
• استخدمالدرجة القياسية (50-400%)أوالدرجة BC (130-400%)للتطبيقات الحساسة للتكلفة حيث يمكن لتصميم الدائرة تحمل تباين أوسع في CTR، غالبًا باستخدام التغذية الراجعة أو مستويات إشارة أقل أهمية.

8.3 هل يمكن استخدام هذا الجهاز لعزل الإشارات التناظرية؟

نعم، ولكن مع تحذيرات مهمة. تجعل اللاخطية للترانزستور الضوئي، واعتماد CTR على درجة الحرارة، والتباين الجوهري من جهاز لآخر، أقل مثالية لعزل التناظري عالي الدقة مقارنة بأجهزة الفوتوكوبلر الخطية المخصصة (التي تحتوي على ثنائي ضوئي ومضخم عملياتي). يمكن استخدامه بفعالية للإشارات التناظرية ذات الدقة المنخفضة أو في الدوائر التي تستخدم خطية خارجية وتعويض درجة الحرارة.

8.4 ما هو الغرض من اختبار جهد العزل (الأطراف 1-2 موصولة مع 3-4)؟

يختبر هذا الاختبار سلامة حاجز العزل الداخلي بين قسم المدخل (LED) وقسم المخرج (الترانزستور الضوئي) للحزمة. يضمن توصيل الأطراف على كل جانب تطبيق جهد الاختبار عبر حدود العزل بأكملها، والتحقق من أي مسارات انهيار محتملة عبر مركب القالب أو على طول إطار الأطراف.