ورقة بيانات فوتودارلينجتون 6-دبوس DIP - سلسلة TIL113، 4NXX، H11BX - عزل 5000 فولت RMS - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

تُمثل سلسلة TIL113 و4NXX وH11BX عائلات من فوتودارلينجتون فوتوكوبلر (عوازل ضوئية). يتكون كل جهاز من صمام ثنائي باعث للضوء بالأشعة تحت الحمراء (LED) مقترن بصريًا بكاشف ترانزستور فوتودارلينجتون. يوفر هذا التكوين نسبة نقل تيار عالية (CTR)، مما يجعله مناسبًا لواجهة إشارات التحكم ذات التيار المنخفض مع الأحمال ذات التيار الأعلى. يتم تغليف الأجهزة في عبوة ثنائية الخطوط مضغوطة 6-دبوس (DIP)، مع خيارات للتثبيت القياسي عبر الثقب، وتباعد واسع للأطراف، وتقنية التثبيت السطحي (SMD). الميزة الأساسية لهذه السلسلة هي العزل الكهربائي العالي (5000 فولت_RMS) بين دوائر الإدخال والإخراج، وهو أمر بالغ الأهمية للسلامة ومقاومة الضوضاء في الأنظمة ذات جهود التأريض المختلفة.

2. الميزات الرئيسية والموافقات

تقدم السلسلة عدة ميزات كبيرة للتشغيل القوي والموثوق في التطبيقات المتطلبة. يضمن جهد العزل العالي البالغ 5000 فولت_RMSومسافة الزحف التي تزيد عن 7.62 مم التشغيل الآمن في بيئات الجهد العالي. تم تصنيف هذه الأجهزة لنطاق درجة حرارة تشغيل موسع يصل إلى +110 درجة مئوية. علاوة على ذلك، تتوافق سلسلة المنتجات مع معايير السلامة والبيئة الدولية الرئيسية، بما في ذلك موافقات UL وcUL وVDE وSEMKO وNEMKO وDEMKO وFIMKO وCQC. كما تتوافق الأجهزة مع لوائح الاتحاد الأوروبي REACH وهي متوفرة في إصدارات متوافقة مع RoHS.

3. التطبيقات

تم تصميم هذه الفوتوكوبلرات لمجموعة واسعة من التطبيقات التي تتطلب عزلًا كهربائيًا واقتران إشارة. تشمل الاستخدامات النموذجية:

• واجهة دوائر المنطق منخفضة الطاقة وتحويل المستوى.
• معدات الاتصالات لعزل الإشارة.
• الإلكترونيات المحمولة والمزودة بالبطارية.
• أنظمة الواجهة والاقتران التي تعمل بجهود وممانعات كهربائية مختلفة، كما في أنظمة التحكم الصناعية ومصادر الطاقة ومعدات القياس.

4. تكوين الأطراف والمخطط التخطيطي

تستخدم الأجهزة تكوين DIP قياسي 6-دبوس. توزيع الأطراف كما يلي:

• الطرف 1: الأنود لـ LED الإدخال.
• الطرف 2: الكاثود لـ LED الإدخال.
• الطرف 3: لا اتصال (NC).
• الطرف 4: باعث ترانزستور فوتودارلينجتون الإخراج.
• الطرف 5: مجمع ترانزستور فوتودارلينجتون الإخراج.
• الطرف 6: قاعدة ترانزستور فوتودارلينجتون الإخراج (تُترك مفتوحة عادةً أو تُوصل لشبكات التسريع).

يظهر المخطط الداخلي LED بالأشعة تحت الحمراء متصلًا بين الطرفين 1 و2، وترانزستور الفوتودارلينجتون متصل بين الطرفين 4 (الباعث) و5 (المجمع) و6 (القاعدة).

5. الحدود القصوى المطلقة

قد تؤدي الضغوط التي تتجاوز هذه الحدود إلى تلف دائم للجهاز. يتم تحديد جميع التصنيفات عند درجة حرارة محيطة (T_a) قدرها 25 درجة مئوية ما لم يُذكر خلاف ذلك.

• الإدخال (LED):تيار الأمام (I_F): 60 مللي أمبير؛ تيار الأمام الذروي (I_FP, نبضة 1 ميكروثانية): 1 أمبير؛ جهد عكسي (V_R): 6 فولت؛ تبديد الطاقة (P_D): 120 مللي واط (يتطلب تخفيضًا فوق T_a= 100 درجة مئوية بمعدل 3.8 مللي واط/درجة مئوية).
• الإخراج (الترانزستور):تبديد الطاقة (P_C): 150 مللي واط (يتطلب تخفيضًا فوق T_a= 80 درجة مئوية بمعدل 6.5 مللي واط/درجة مئوية)؛ جهد المجمع-الباعث (V_CEO): 55 فولت؛ جهد المجمع-القاعدة (V_CBO): 55 فولت؛ جهد الباعث-المجمع (V_ECO): 7 فولت؛ جهد الباعث-القاعدة (V_EBO): 7 فولت.
• الجهاز ككل:إجمالي تبديد الطاقة (P_TOT): 200 مللي واط؛ جهد العزل (V_ISO): 5000 فولت_RMS(تيار متردد لمدة دقيقة واحدة، رطوبة نسبية 40-60%).
• درجة الحرارة:درجة حرارة التشغيل (T_OPR): من -55 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية؛ درجة حرارة التخزين (T_STG): من -55 درجة مئوية إلى +125 درجة مئوية؛ درجة حرارة اللحام (T_SOL): 260 درجة مئوية (لمدة 10 ثوانٍ).

6. الخصائص الكهروبصرية

تحدد هذه المعلمات الأداء الكهربائي والبصري تحت ظروف التشغيل العادية، عادةً عند T_a=25 درجة مئوية.

6.1 خصائص الإدخال (LED)

• جهد الأمام (V_F): عادةً 1.2 فولت، أقصى 1.5 فولت عند I_F= 10 مللي أمبير (50 مللي أمبير لـ H11B3).
• التيار العكسي (I_R): أقصى 10 ميكرو أمبير عند V_R= 6 فولت.
• سعة الإدخال (C_in): عادةً 50 بيكو فاراد عند V=0، f=1 ميجاهرتز.

6.2 خصائص الإخراج (فوتودارلينجتون)

• تيار الظلام للمجمع-الباعث (I_CEO): أقصى 100 نانو أمبير عند V_CE= 10 فولت.
• جهد انهيار المجمع-الباعث (BV_CEO): أدنى 55 فولت عند I_C=1 مللي أمبير.
• جهد انهيار المجمع-القاعدة (BV_CBO): أدنى 55 فولت عند I_C=0.1 مللي أمبير.
• جهد انهيار الباعث-المجمع (BV_ECO): أدنى 7 فولت عند I_E=0.1 مللي أمبير.

6.3 خصائص النقل

تحدد هذه المعلمات كفاءة الاقتران وأداء التبديل.

• نسبة نقل التيار (CTR):هذه هي نسبة تيار المجمع الإخراجي إلى تيار الأمام لـ LED الإدخال، معبرًا عنها كنسبة مئوية. تختلف حسب رقم الجزء:
  • 4N32، 4N33، H11B1: CTR ≥ 500% (عند I_F=10 مللي أمبير، V_CE=10 فولت أو I_F=1 مللي أمبير، V_CE=5 فولت).
  • 4N29، 4N30: CTR ≥ 100%.
  • 4N31، H11B3، H11B255: CTR ≥ 100%.
  • H11B2: CTR ≥ 200%.
  • TIL113: CTR ≥ 300% (عند I_F=10 مللي أمبير، V_CE=1 فولت).
• جهد تشبع المجمع-الباعث (V_CE(sat)):أقصى 1.0 فولت إلى 1.2 فولت حسب السلسلة، تحت I_Fو I_C conditions.
• المحددين._IOمقاومة العزل (R):¹¹أدنى 10_IOأوم عند V
• =500 فولت تيار مستمر._IOسعة الإدخال-الإخراج (C):_IOعادةً 0.8 بيكو فاراد عند V
• =0، f=1 ميجاهرتز.أوقات التبديل:_{يتم تحديد وقت التشغيل (t}on_{) ووقت الإيقاف (t}off_CC) لسلاسل مختلفة تحت ظروف اختبار محددة (V_F=10 فولت، مع I_Lومقاوم الحمل R_{=100 أوم محددين). على سبيل المثال، سلسلة H11Bx t}on_{عادةً 25 ميكروثانية و t}off

عادةً 18 ميكروثانية. تتمتع سلسلة 4Nxx وTIL113 بتشغيل أسرع (أقصى 5 ميكروثانية) ولكن إيقافًا أبطأ محتملاً (حتى 100 ميكروثانية لبعض المتغيرات).

7. منحنيات الأداء وخصائص التبديل_rتتضمن ورقة البيانات منحنيات أداء نموذجية (على الرغم من عدم تفصيلها في النص المقدم). توضح هذه المنحنيات عادةً العلاقة بين CTR ودرجة الحرارة، أو تيار الأمام، أو تيار المجمع. وهي ضرورية للمصممين لفهم انحرافات الأداء تحت الظروف غير القياسية. يتم تعريف دائرة اختبار وقت التبديل، تُظهر نبضة الإدخال التي تدفع LED ونبضة الإخراج الناتجة عند المجمع. يتم قياس معلمات التوقيت الرئيسية مثل وقت الصعود (t_fr_{)، وقت الهبوط (t}f_{)، تأخير التشغيل (t}on

)، وتأخير الإيقاف (t

off

• ) بين نقاط 10% و90% من النبضات المعنية.8. المعلومات الميكانيكية والعبوة
• يتم تقديم الأجهزة في عدة متغيرات عبوات لتناسب عمليات التجميع المختلفة.النوع القياسي DIP:
• العبوة الكلاسيكية عبر الثقب.النوع M (خيار):
• يتميز بانحناء واسع للأطراف، يوفر تباعد أطراف 0.4 بوصة (حوالي 10.16 مم) للتطبيقات التي تتطلب مسافة زحف أكبر أو إدخال يدوي أسهل.النوع S (خيار):

شكل طرف للتثبيت السطحي للحام إعادة التدفق.

النوع S1 (خيار):

متغير شكل طرف للتثبيت السطحي منخفض الارتفاع.

يتم توفير رسومات مفصلة ذات أبعاد لكل نوع عبوة، بما في ذلك طول الجسم، والعرض، والارتفاع، وتباعد الأطراف، وأبعاد الأطراف. كما يتم تضمين تخطيط وسادة موصى به لخيارات التثبيت السطحي لضمان تكوين وصلة لحام موثوقة أثناء تجميع لوحة الدوائر المطبوعة.

9. إرشادات اللحام والتجميع

يحدد التصنيف الأقصى المطلق درجة حرارة لحام تبلغ 260 درجة مئوية لمدة 10 ثوانٍ. هذه معلمة حرجة لعمليات لحام إعادة التدفق أو الموجة. يجب على المصممين التأكد من أن المظهر الحراري أثناء التجميع لا يتجاوز هذا الحد لمنع تلف شريحة أشباه الموصلات الداخلية أو العبوة البلاستيكية. بالنسبة لمتغيرات التثبيت السطحي، فإن اتباع تخطيط الوسادة الموصى به أمر بالغ الأهمية لمنع ظاهرة "شاهد القبر" أو وصلات اللحام الرديئة. يجب الحفاظ على ظروف التخزين المناسبة، وفقًا لتصنيف درجة حرارة التخزين (-55 درجة مئوية إلى +125 درجة مئوية)، للحفاظ على سلامة الجهاز قبل الاستخدام.10. التعبئة ومعلومات الطلب

• تم هيكلة نظام ترقيم الأجزاء للإشارة إلى السلسلة، ورقم الجزء المحدد، وخيار شكل الطرف، وخيار الشريط والبكرة، والشهادة الأمان الاختيارية.
• تنسيق رقم الجزء:
• [السلسلة][رقم الجزء][شكل الطرف][الشريط/البكرة]-[الأمان]
• السلسلة: 4NXX، أو H11BX، أو TIL113.
• رقم الجزء: لـ 4NXX: 29،30،31،32،33. لـ H11BX: 1،2،3،255.

شكل الطرف (Y): S (SMD)، S1 (SMD منخفض الارتفاع)، M (طرف واسع)، أو لا شيء (DIP قياسي).

• الشريط/البكرة (Z): TA، TB (لخيارات SMD)، أو لا شيء.
• الأمان (V): شهادة VDE اختيارية.

كميات التعبئة:

خيارات DIP القياسي وM: 65 وحدة لكل أنبوب._CEOخيارات S وS1 مع TA/TB: 1000 وحدة لكل بكرة._CBO11. اعتبارات تصميم التطبيق_Fعند التصميم باستخدام هذه الفوتودارلينجتون فوتوكوبلرات، يجب مراعاة عدة عوامل. تسمح نسبة نقل التيار العالية (CTR) بدفع ترانزستور الإخراج إلى التشبع بتيار LED منخفض نسبيًا، وهو مفيد للواجهة مع المتحكمات الدقيقة. ومع ذلك، فإن بنية الفوتودارلينجتون بطبيعتها لها سرعات تبديل أبطأ مقارنة بفوتوكوبلرات الفوتوترانزستور أو الدوائر المتكاملة الضوئية، مما يجعلها أكثر ملاءمة للتطبيقات ذات التردد المنخفض (عادةً حتى نطاق عشرات الكيلوهرتز اعتمادًا على ظروف الحمل). يمكن استخدام طرف القاعدة (الطرف 6) لتوصيل مقاوم خارجي لتحويل بعض تيار القاعدة الضوئي المتولد إلى الأرض، مما يمكن أن يحسن وقت الإيقاف بشكل كبير على حساب تقليل نسبة نقل التيار (CTR). يجب على المصمم التأكد من عدم تجاوز تصنيفات جهد ترانزستور الإخراج (V_F.

CE

، V

CB

) بواسطة دائرة الحمل. دائمًا ما تكون هناك حاجة إلى مقاومة محددة للتيار على التوالي مع LED الإدخال. يتم حساب القيمة بناءً على جهد التغذية، و I

F

المطلوب، و V

F

لـ LED.

12. المقارنة التقنية وإرشادات الاختيار

التمييز الأساسي داخل هذه السلسلة هو نسبة نقل التيار (CTR). توفر أجزاء مثل 4N32/33 وH11B1 حساسية عالية جدًا (CTR ≥ 500%)، مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي تكون فيها إشارة القيادة ضعيفة جدًا. توفر 4N29/30 وH11B2 حساسية متوسطة. توفر 4N31 وH11B3 وH11B255 نسبة نقل تيار قياسية 100%. يوفر TIL113 توازنًا جيدًا عند 300%. يعتمد الاختيار بين عبوات DIP وSMD على عملية التصنيع. خيار الطرف العريض (M) مفيد للتطبيقات ذات الجهد العالي التي تتطلب زيادة مسافة الزحف على لوحة الدوائر المطبوعة. مقارنة بفوتوكوبلرات الفوتوترانزستور الأبسط، توفر الفوتودارلينجتون كسبًا أعلى بكثير ولكنها أبطأ. للعزل الرقمي عالي السرعة جدًا، ستكون التقنيات الأخرى مثل العوازل الرقمية أو الفوتوكوبلرات الأسرع بمخرجات بوابة منطقية أكثر ملاءمة._{13. الأسئلة الشائعة (FAQ)}س: ما هي الميزة الرئيسية للفوتودارلينجتون مقارنة بالفوتوترانزستور القياسي؟

ج: الميزة الأساسية هي نسبة نقل تيار (CTR) أعلى بكثير، غالبًا بعامل من 10 إلى 100. هذا يعني أن تيار LED إدخال صغير جدًا يمكنه التحكم في تيار إخراج أكبر بكثير، مما يبسط دائرة القيادة.

س: لماذا تكون أوقات التبديل أبطأ للفوتودارلينجتون؟

ج: تكوين زوج دارلينجتون لديه مرحلة ترانزستور إضافية، مما يزيد من تخزين الشحنة ويقلل من سرعة التبديل، خاصة أثناء الإيقاف.

س: كيف يمكنني تحسين وقت إيقاف الفوتودارلينجتون؟

ج: توصيل مقاوم خارجي (عادةً في نطاق 10 كيلو أوم إلى 100 كيلو أوم) بين طرف القاعدة (6) وطرف الباعث (4) سيوفر مسارًا لتفريغ الشحنة المخزنة، مما يقلل وقت الإيقاف بشكل كبير.س: ماذا يعني تصنيف العزل 5000 فولت_FRMS

لتصميمي؟ج: يشير هذا التصنيف إلى أن الجهاز يمكنه تحمل فرق جهد متردد قدره 5000 فولت بين جانبي الإدخال والإخراج لمدة دقيقة واحدة دون انهيار. إنه يحدد حاجز الأمان لنظامك، لحماية المستخدمين ودوائر الجهد المنخفض من أعطال الجهد العالي.

س: هل يمكنني استخدام هذه للإشارات إدخال تيار متردد؟ج: الإدخال هو LED، وهو صمام ثنائي. سوف يوصل فقط خلال نصف الدورة الموجبة لإشارة التيار المتردد. للاستشعار الحقيقي بإدخال تيار متردد، يلزم وجود مقوم جسر أو فوتوكوبلر مخصص لإدخال التيار المتردد.

14. أمثلة على التصميم والاستخدام

المثال 1: مشغل مرحل بواسطة متحكم دقيق:_Fاستخدام شائع هو عزل متحكم دقيق 3.3 فولت أو 5 فولت عن ملف مرحل 12 فولت أو 24 فولت. يدفع طرف GPIO للمتحكم الدقيق، من خلال مقاومة محددة للتيار (مثل 220 أوم لتغذية 5 فولت و I_CF

~10 مللي أمبير)، جانب LED. يتم توصيل مجمع الفوتودارلينجتون بملف المرحل، والباعث بالأرض. يجب وضع صمام ثنائي للطيران العكسي عبر ملف المرحل. تضمن نسبة نقل التيار العالية (CTR) تشغيل المرحل بالكامل حتى لو كان طرف المتحكم الدقيق يمكنه توفير تيار متواضع فقط.

المثال 2: كشف عبور الصفر لجهد التيار الرئيسي: