فهرس
- 1. نظرة عامة على المنتج
- 1.1 المزايا الأساسية
- 1.2 التطبيقات المستهدفة
- 2. تحليل متعمق للمواصفات الفنية
- 2.1 القيم القصوى المطلقة
- 2.2 الخصائص الكهروضوئية
- 2.2.1 خصائص الإدخال
- 2.2.2 خصائص الإخراج
- 2.2.3 خصائص النقل
- 3. شرح نظام التصنيف
- 4. تحليل منحنى الأداء
- 5. المعلومات الميكانيكية ومعلومات التغليف
- 5.1 تكوين دبابيس التوصيل
- 5.2 أبعاد التغليف وتخطيط لوحة الدوائر المطبوعة
- 6. دليل اللحام والتجميع
- 6.1 منحنى درجة حرارة لحام إعادة التدفق
- 6.2 الاحتياطات
- 7. معلومات التغليف والطلب
- 7.1 قواعد تسمية الموديلات
- 7.2 مواصفات التغليف
- 7.3 علامة المكون
- 8. اعتبارات تصميم التطبيق
- 8.1 تصميم دائرة الإدخال
- 8.2 تصميم دائرة الإخراج
- ) منخفضة بما يكفي لتعرف على أنها منطق '0'.
- العزل، تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور أمر بالغ الأهمية. على لوحة الدائرة، حافظ على مسافة زحف كافية وفجوة كهربائية بين مسارات النحاس والوسادات المرتبطة بالجانب المدخل (دبابيس 1، 2) والجانب المخرج (دبابيس 3، 4). وهذا يعني عادةً توفير فتحة مادية أو تباعد واسع على ثنائي الفينيل متعدد الكلور أسفل جسم المكون. تجنب أن تكون مسارات المدخل والمخرج متوازية وقريبة من بعضها البعض.
- تكمن ميزته مقارنةً بمقترنات ضوئية أخرى ذات مدخل تيار متردد في الجمع بين جهد عزل عالي، وتغليف SSOP مدمج، وتوفر مستويات متعددة من CTR للاختيار من بينها.
- أ: تقلل هذه المقاومة العالية للغاية من تيار التسرب عبر حاجز العزل. وهذا أمر بالغ الأهمية للسلامة (لمنع تدفق تيار خطير بين الدوائر المعزولة) وكذلك لسلامة الإشارة في تطبيقات القياس الدقيق.
- (حوالي 0.2 فولت)، ويتم قراءة هذا الجهد على أنه منطقي '0'. عند عدم وجود تيار متردد، ينقطع ترانزستور الضوء، ويسحب المقاوم السحب لأعلى جهد المجمع إلى 3.3 فولت (منطقي '1'). قد يحتاج البرنامج إلى إزالة الارتعاش من هذه الإشارة بسبب نقطة العبور الصفرية لتردد 50/60 هرتز.
- يعمل EL3H4-G على مبدأ الاقتران الضوئي. الإشارة الكهربائية المطبقة على جانب الإدخال تجعل الصمام الثنائي الباعث للضوء بالأشعة تحت الحمراء يصدر ضوءًا يتناسب مع التيار. يمر هذا الضوء عبر حاجز العزل الشفاف داخل العبوة. على جانب الإخراج، يسقط الضوء على منطقة قاعدة الترانزستور الضوئي السيليكوني، مما يولد أزواج الإلكترون-فجوة. يعمل تيار الضوء هذا كتيار قاعدة، مما يمكن الترانزستور من توصيل تيار مجمع أكبر، وبالتالي استنساخ إشارة الإدخال على جانب الإخراج المعزول. يسمح تكوين الصمام الثنائي الباعث للضوء المتوازي العكسي بتدفق التيار وانبعاث الضوء خلال كلا قطبي إشارة الإدخال المترددة.
1. نظرة عامة على المنتج
سلسلة EL3H4-G هي فئة من عوازل الضوء الضوئية الترانزستورية ذات المدخل المتردد، مصممة خصيصًا للتطبيقات التي تتطلب عزلًا كهربائيًا ونقل إشارات من مصادر تيار متردد أو تيار مستمر ذي قطبية غير معروفة. يتميز الجهاز بتصميم مضغوط للتركيب السطحي بحزمة صغيرة الشكل ذات 4 أطراف (SSOP)، مما يجعله مثاليًا لتصميمات لوحات الدوائر المطبوعة المحدودة المساحة.
تتكون المكونات الأساسية له من ثنائيين باعثين للضوء بالأشعة تحت الحمراء (LED) متصلين على التوازي وبشكل عكسي. يسمح هذا التكوين لقسم الإدخال بقبول إشارات التيار المتردد (AC)، حيث يتم تشغيل أحد الثنائيات خلال كل نصف دورة من شكل موجة الإدخال. ينتقل الضوء تحت الأحمر المنبعث عبر الاقتران الضوئي إلى ترانزستور ضوئي من السيليكون، مما يوفر إشارة خرج معزولة. يتم تغليف المكون بأكمله بمركب أخضر خالٍ من الهالوجين.
1.1 المزايا الأساسية
- قدرة إدخال التيار المتردد:يتيح التكوين العكسي المتوازي لـ LED واجهتها مباشرة مع مصدر إشارة التيار المتردد دون الحاجة إلى دائرة تقويم خارجية.
- جهد عزل عالٍ:يوفر جهد عزل أمان مقنن يبلغ 3750 فولت بين جانب الإدخال وجانب الإخراجالقيمة الفعالة، وهو أمر بالغ الأهمية لحماية الدوائر الحساسة من التأثيرات العابرة للجهد العالي.
- الشكل المدمج:حزمة SSOP تشغل مساحة صغيرة، مما يجعلها خيارًا مثاليًا للتجميعات الإلكترونية الحديثة عالية الكثافة.
- الامتثال البيئي:هذا الجهاز خالٍ من الهالوجين ويتوافق مع التوجيهات البيئية ذات الصلة مثل RoHS وREACH.
- شهادات السلامة:حصل المنتج على شهادات من هيئات السلامة الدولية الرئيسية بما في ذلك UL و cUL و VDE و SEMKO و NEMKO و DEMKO و FIMKO و CQC.
1.2 التطبيقات المستهدفة
تم تصميم هذا المقترن الضوئي للاستخدام في مجموعة متنوعة من التطبيقات الصناعية والاتصالات التي تتطلب عزلًا موثوقًا به وكشفًا عن إشارات التيار المتردد.
- مراقبة خطوط التيار المتردد:الكشف عن وجود أو عدم وجود جهد التيار المتردد للشبكة العامة في مصادر الطاقة والأجهزة الكهربائية والمعدات الصناعية.
- Programmable Logic Controller (PLC):قنوات الإدخال الرقمية التي توفر عزلًا للإشارات المترددة القادمة من أجهزة الاستشعار والمفاتيح.
- واجهة خط الهاتف:عزل دوائر الكشف عن الرنين أو رفع السماعة في معدات الاتصالات.
- كشف التيار المستمر ذي القطبية المجهولة:واجهة مع إشارات تيار مستمر ذات قطبية غير ثابتة أو غير معروفة مسبقًا.
2. تحليل متعمق للمواصفات الفنية
2.1 القيم القصوى المطلقة
تحدد القيم القصوى المطلقة حدود الإجهاد التي قد تؤدي إلى تلف دائم للجهاز. لا تنطبق هذه القيم على ظروف التشغيل العادية.
- تيار الدخل الأمامي (IF):±50 مللي أمبير (مستمر). تشير العلامة ± إلى القدرة على التعامل مع التيار المتردد/ثنائي الاتجاه.
- تيار الذروة الأمامي (IFM):1 أمبير لمدة نبضة قصيرة تبلغ 10 ميكروثانية. هذا التصنيف مهم لتحمل تيارات الارتفاع العابرة.
- جهد المجمع-الباعث (VCEO):80 V. هذا هو أقصى جهد يمكن تطبيقه عبر الترانزستور الضوئي الناتج.
- استهلاك الطاقة الكلي (PTOT):200 mW. هذا هو الحد الأقصى لإجمالي الطاقة التي يمكن للجهاز تبديدها من جانب الإدخال والإخراج.
- جهد العزل (VISO):3750 Vالقيمة الفعالة، لمدة دقيقة واحدة. تصنيف تحمل الجهد العالي هذا هو معيار أمان حاسم.
- درجة حرارة التشغيل (TOPR):من -55 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية. يضمن النطاق الواسع التشغيل الموثوق في البيئات القاسية.
- درجة حرارة اللحام (TSOL):260 درجة مئوية لمدة 10 ثوانٍ، متوافقة مع منحنى درجة حرارة اللحام بإعادة التدفق الخالي من الرصاص النموذجي.
2.2 الخصائص الكهروضوئية
تحدد هذه المعلمات الأداء الكهربائي والبصري للجهاز تحت ظروف الاختبار المحددة (عادة عند Ta= 25 درجة مئوية).
2.2.1 خصائص الإدخال
- الجهد الأمامي (VF):القيمة النموذجية 1.2 فولت، بحد أقصى 1.4 فولت عند تيار أمامي يبلغ ±20 مللي أمبير. يساعد انخفاض الجهد هذا في دوائر الطاقة المنخفضة.
- سعة الإدخال (Cفي):القيمة النموذجية 50 pF، القيمة القصوى 250 pF. تؤثر هذه المعلمة على الاستجابة عالية التردد لدخل الدائرة.
2.2.2 خصائص الإخراج
- تيار التسرب بين المجمع والباعث (ICEO):عند VCE=20V و IFعندما يكون =0، الحد الأقصى للتيار هو 100 nA. هذا هو تيار التسرب للترانزستور الضوئي في حالة عدم وجود إضاءة.
- جهد الانهيار بين المجمع والباعث (BVCEO):الحد الأدنى 80V. وهذا يضمن قدرة المخرج على التعامل مع مستويات الجهد المنطقية أو المتوسطة النموذجية.
- جهد التشبع بين المجمع والباعث (VCE(sat)):في IF=±20mA وIC=1mA، القيمة النموذجية 0.1V، القيمة القصوى 0.2V. جهد التشبع المنخفض مرغوب فيه لمرحلة الخرج التي تقود مدخلات المنطق.
2.2.3 خصائص النقل
تحدد هذه المعلمات كفاءة وجودة نقل الإشارة من المدخلات إلى المخرجات.
- نسبة نقل التيار (CTR):هذا هو نسبة تيار المجمع الناتج (IC) إلى تيار الإدخال الأمامي (IF)، معبرًا عنها كنسبة مئوية. إنها معلمة رئيسية للكسب. توفر سلسلة EL3H4-G مستويات مختلفة من CTR:
- EL3H4:في IF= ±1 مللي أمبير، VCE= 5V، الحد الأدنى لنسبة النقل الحالي (CTR) 20% إلى الحد الأقصى 300%.
- EL3H4A:الحد الأدنى لنسبة النقل الحالي (CTR) 50% إلى الحد الأقصى 150%.
- EL3H4B:الحد الأدنى لـ CTR 100% إلى الحد الأقصى 300%.
- تناظر CTR:باستخدام I الموجبFنسبة CTR المقاسة باستخدام I السالب إلى CTR المقاسةFيجب أن تكون النسبة بين 0.5 و 2.0. تشير القيمة القريبة من 1.0 إلى استجابة تيار متردد متناظرة جيدة لثنائيي LED المدخلين.
- مقاومة العزل (RIO):الحد الأدنى 5×1010Ω، بقيمة نموذجية تبلغ 10 تحت جهد 500 فولت تيار مستمر.11Ω. هذه المقاومة العالية للغاية حاسمة للحفاظ على سلامة العزل.
- السعة العائمة (CIO):القيمة النموذجية 0.6 pF، القيمة القصوى 1.0 pF. هذه السعة المنخفضة تقلل إلى الحد الأدنى من الاقتران السعوي عبر حاجز العزل، وهو أمر مهم لكبح ضوضاء الوضع المشترك عالية التردد.
- وقت التبديل:تحت ظروف الاختبار المحددة (Vr=2V، If=2mA، RCE=100Ω)، وقت الصعود (tC) ووقت الهبوط (tL) بقيمة قصوى تبلغ 18 ميكروثانية لكل منهما. تحدد هذه الأوقات سرعة الجهاز وملاءمته للإشارات ذات الترددات المختلفة.
3. شرح نظام التصنيف
تستخدم سلسلة EL3H4-G نظام تصنيف يعتمد بشكل أساسي على نسبة نقل التيار (CTR).
- المستوى القياسي (بدون لاحقة):يوفر أوسع نطاق لنسبة التحويل الحالي (CTR) (20-300%)، مناسب للتطبيقات العامة التي لا تتطلب دقة عالية في الكسب.
- المستوى A (اللاحقة 'A'):يوفر نطاق CTR متوسطًا أكثر ضيقًا (50-150%)، مع أداء أكثر قابلية للتنبؤ.
- المستوى B (اللاحقة 'B'):يوفر نطاق CTR عاليًا وضيقًا (100-300%)، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات التي تتطلب حساسية عالية وكسبًا، مثل اكتشاف الإشارات الضعيفة.
يسمح هذا التصنيف للمصنعين بتحسين تصميماتهم لتحقيق الاتساق، أو اختيار المكونات لمتطلبات حساسية محددة.
4. تحليل منحنى الأداء
تشير ورقة البيانات إلى منحنيات الخصائص الكهروضوئية النموذجية. على الرغم من عدم وجود شرح مفصل للرسوم البيانية المحددة في النص المقدم، إلا أنها عادة ما تتضمن ما يلي، وهو أمر بالغ الأهمية للتصميم:
- CTR مقابل تيار الأمام (IF):يوضح كيف يتغير نسبة النقل مع مستوى تيار الإدخال. عند IFعادةً ما ينخفض CTR بسبب انخفاض كفاءة LED.
- CTR مقابل درجة الحرارة:يوضح اعتماد حساسية الجهاز على درجة الحرارة. عادةً ما ينخفض CTR مع ارتفاع درجة الحرارة.
- الجهد الأمامي (VF) مقابل تيار الأمام (IF):منحنى خصائص الجهد-تيار للدايود.
- تيار المجمع الناتج (IC) مقابل جهد المجمع-الباعث (VCE):الترانزستور الضوئي عند مستويات إضاءة إدخال مختلفة (IFخصائص الإخراج تحت (VCE = 5 فولت).
- وقت التبديل مقابل مقاومة الحمل (RL).L):يوضح كيف تتأثر أوقات الصعود والهبوط بمقاومة الحمل المحددة عند طرف الإخراج.
يجب على المصممين الرجوع إلى هذه المنحنيات لفهم سلوك الجهاز في الظروف غير القياسية، وتحسين معلمات مثل تيار الإدخال ومقاومة الحمل للسرعة وسعة الإخراج المطلوبة.
5. المعلومات الميكانيكية ومعلومات التغليف
5.1 تكوين دبابيس التوصيل
تحتوي حزمة SSOP ذات 4 دبابيس على الترتيب التالي للأطراف:
- الطرف 1:أنود LED واحد / كاثود LED آخر (بسبب التوصيل العكسي المتوازي).
- الطرف 2:كاثود أول LED / أنود ثاني LED.
- الطرف 3:باعث الترانزستور الضوئي.
- الطرف 4:مجمع الترانزستور الضوئي.
يعني هذا التكوين أن مدخل التيار المتردد يُطبق بين الطرفين 1 و 2، ويُؤخذ المخرج من الطرفين 3 و 4 (عادةً مع الطرف 3 كطرف مشترك/أرضي).
5.2 أبعاد التغليف وتخطيط لوحة الدوائر المطبوعة
يحتوي كتيب البيانات على رسومات ميكانيكية مفصلة لتغليف SSOP. تشمل الأبعاد الرئيسية أبعاد الجسم، وتباعد المسامير، وارتفاع التباعد عن اللوحة. كما يتم توفير تخطيط وسادة اللحام السطحي الموصى به، مع الإشارة إلى أنه للإرشاد فقط ويجب تعديله وفقًا لعمليات تصنيع PCB المحددة والمتطلبات الحرارية. يعد تصميم الوسادة الصحيح أمرًا بالغ الأهمية للحام الموثوق والقوة الميكانيكية.
6. دليل اللحام والتجميع
6.1 منحنى درجة حرارة لحام إعادة التدفق
يتوافق هذا المكون مع عمليات اللحام بإعادة التدفق الخالية من الرصاص. يستند منحنى درجة حرارة الجسم القصوى الموصى به إلى معيار IPC/JEDEC J-STD-020D:
- التسخين المسبق:التسخين من 150°C إلى 200°C خلال 60-120 ثانية.
- الوقت فوق خط السائل (TL=217°C):60-100 ثانية.
- درجة الحرارة القصوى (TP):بحد أقصى 260 درجة مئوية.
- الوقت ضمن نطاق ±5 درجة مئوية من درجة الحرارة القصوى:أقصى مدة 30 ثانية.
- الحد الأقصى لعدد دورات لحام إعادة التدفق: 3.
يمنع اتباع منحنى درجة الحرارة هذا حدوث تلف حراري في غلاف البلاستيك وربط الأسلاك الداخلية.
6.2 الاحتياطات
- تجنب تعريض الجهاز لدرجات حرارة تتجاوز الحد الأقصى المطلق للتصنيف أثناء المعالجة واللحام.
- تأكد من أن التلوث (مثل المواد المساعدة للحام، الشظايا) بين جانب الإدخال والإخراج للتغليف لا يضر بحاجز العزل.
- اتبع احتياطات ESD (التفريغ الكهروستاتيكي) القياسية أثناء المعالجة، لأن الصمام الثنائي الباعث للضوء والترانزستور الداخليين حساسان للكهرباء الساكنة.
7. معلومات التغليف والطلب
7.1 قواعد تسمية الموديلات
يتبع رقم القطعة التنسيق التالي:EL3H4(Y)(Z)-VG
- EL3H4:رقم الجزء الأساسي.
- Y:تصنيف CTR (A، B أو اترك فارغًا للمستوى القياسي).
- Z:خيارات التعبئة على شكل شريط (TA، TB، EA، EB أو ترك حقل الأنبوب فارغًا). يحتوي شريط TA/TB على 5000 وحدة؛ بينما يحتوي شريط EA/EB على 1000 وحدة. عادةً ما يرتبط الاختلاف بين خياري A وB بعرض الشريط أو اتجاه التغذية.
- V:لاحقة اختيارية، تشير إلى أن المكون حاصل على شهادة VDE.
- G:يشير إلى مادة خالية من الهالوجين.
مثال: EL3H4A-TA-VG هو مكون من الفئة 'A'، يُورد على شكل شريط TA بوحدات 5000، حاصل على شهادة VDE، وخالي من الهالوجين.
7.2 مواصفات التغليف
يمكن توريد هذا الجهاز إما في أنبوب (150 وحدة) أو على شكل شريط. يتم توفير أبعاد شريط التفصيل (أبعاد التجويف، المسافة، عرض الشريط) لضمان التوافق مع معدات التركيب الآلي.
7.3 علامة المكون
توجد علامة رمزية أعلى العلبة:EL 3H4 RYWWV
- EL:رمز الشركة المصنعة.
- 3H4:رقم الجهاز.
- R:تصنيف CTR (A، B أو فارغ).
- Y:رمز السنة المكون من رقم واحد.
- WW:رمز الأسبوع المكون من رقمين.
- V:علامة اعتماد VDE (إن وجدت).
8. اعتبارات تصميم التطبيق
8.1 تصميم دائرة الإدخال
بالنسبة للتشغيل بالتيار المتردد، يجب توصيل مقاومة محددة للتيار على التوالي مع أطراف الإدخال (1 و 2). يجب حساب قيمتها بناءً على جهد الإدخال الأقصى والتيار الأمامي المطلوب (IF)، لضمان IFقيمة مستمرة مقننة لا تتجاوز 50 مللي أمبير. على سبيل المثال، لقيادة مدخل خط تيار متردد من 120 فولتالقيمة الفعالةيجب على المقاومة تحديد تيار الذروة (≈170 فولت / R). يجب مراعاة القدرة المقننة وقدرة تحمل الجهد لهذا المقاوم.
8.2 تصميم دائرة الإخراج
يمكن استخدام ترانزستور الضوء الباعث في تكوين باعث مشترك (مقاوم الحمل متصل بـ VCCوالمجمع، مع تأريض الباعث) أو كقاطع. تؤثر قيمة مقاومة الحمل (RL) على:
نطاق جهد الخرج:بالنسبة لتيار معين IL، فإن مقاومة أعلى RC.
ستنتج انخفاضًا أكبر في الجهد.سرعة التبديل:LR مرتفعrسيزيد من ثابت الوقت RC، مما يبطئ زمن الصعود والهبوط (مثل tf/tLالمواصفات في R
=100Ω كما هو موضح).إذا كنت تقود مدخلًا منطقيًا، فعادةً ما تحتاج إلى مقاومة سحب لأعلى. تأكد من أن جهد الخرج (VCE(sat)
) منخفضة بما يكفي لتعرف على أنها منطق '0'.
8.3 ضمان العزل الموثوقللحفاظ على 3750V المحددالقيمة الفعالة
العزل، تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور أمر بالغ الأهمية. على لوحة الدائرة، حافظ على مسافة زحف كافية وفجوة كهربائية بين مسارات النحاس والوسادات المرتبطة بالجانب المدخل (دبابيس 1، 2) والجانب المخرج (دبابيس 3، 4). وهذا يعني عادةً توفير فتحة مادية أو تباعد واسع على ثنائي الفينيل متعدد الكلور أسفل جسم المكون. تجنب أن تكون مسارات المدخل والمخرج متوازية وقريبة من بعضها البعض.
9. المقارنة والتمايز التقني
- تشمل الخصائص المميزة الرئيسية لسلسلة EL3H4-G مقارنةً بمقارنات الضوء ذات المدخل المستمر القياسية ما يلي:إدخال التيار المتردد المدمج:
- لا حاجة لجسر مقوم خارجي أو معزل ضوئي مزدوج لمعالجة إشارة التيار المتردد، مما يوفر مساحة على اللوحة الدوائية ويقلل عدد المكونات.تناظر CTR:
- معلمة محددة تضمن توازن الاستجابة لكلا نصفي دورة التيار المتردد، وهي ليست مشكلة في أجهزة إدخال التيار المستمر.هيكل خالٍ من الهالوجين:
يلبي متطلبات بيئية صارمة لا تستطيع جميع العوازل الضوئية القديمة تلبيها.
تكمن ميزته مقارنةً بمقترنات ضوئية أخرى ذات مدخل تيار متردد في الجمع بين جهد عزل عالي، وتغليف SSOP مدمج، وتوفر مستويات متعددة من CTR للاختيار من بينها.
10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المواصفات الفنية)
Q1: هل يمكنني استخدامه للكشف مباشرة عن شبكة التيار المتردد 230V؟
A: نعم، ولكن يجب توصيل مقاومة خارجية مناسبة للحد من التيار على التوالي في جانب الإدخال للحفاظ على التيار الأمامي ضمن حد 50mA. يجب أن تتمتع هذه المقاومة أيضًا بمواصفات مناسبة لتحمل الجهد العالي وتبديد الطاقة.
Q2: ما الفرق بين المستوى القياسي، والمستوى A، والمستوى B؟
A: يكمن الاختلاف في الحد الأدنى والحد الأقصى المضمونين لنسبة نقل التيار (CTR). يتميز المستوى B بأعلى حساسية دنيا (100%)، مما يجعله مناسبًا للكشف عن الإشارات الضعيفة. يوفر المستوى A نطاقًا أكثر اعتدالًا وقابلية للتنبؤ. بينما يقدم المستوى القياسي أوسع نطاق، مما يوفر استخدامًا عامًا عالي القيمة مقابل التكلفة.
Q3: ما مدى سرعة هذا المكون؟ هل يمكن استخدامه في الاتصالات؟
A: يصل وقت الصعود/الهبوط النموذجي إلى 18 ميكروثانية كحد أقصى، ويقتصر عرض النطاق الترددي على حوالي عشرات الكيلوهرتز. إنه مناسب للكشف عن تردد طاقة التيار المتردد (50/60 هرتز)، أو الإشارات الرقمية البطيئة، أو اكتشاف الحالة في وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، ولكنه غير مناسب لاتصالات البيانات عالية السرعة مثل العوازل الرقمية.
Q4: لماذا مقاومة العزل عالية جدًا (10^11 أوم)؟
أ: تقلل هذه المقاومة العالية للغاية من تيار التسرب عبر حاجز العزل. وهذا أمر بالغ الأهمية للسلامة (لمنع تدفق تيار خطير بين الدوائر المعزولة) وكذلك لسلامة الإشارة في تطبيقات القياس الدقيق.
11. مثال تصميم عملي
السيناريو: كاشف وجود خط تيار متردد معزول بجهد 120 فولت.الهدف:
توفير إشارة منطقية منخفضة 3.3 فولت إلى المتحكم الدقيق عند وجود تيار متردد 120 فولت.
1. خطوات التصميم:حساب مقاومة الإدخال:بالنسبة لجهد 120 فولتالقيمة الفعالةF، يبلغ جهد الذروة حوالي 170 فولت. للحد من Iإلى مستوى آمن يبلغ 10 مللي أمبير (أقل بكثير من 50 مللي أمبير)، Rحد
2. = 170V / 0.01A = 17kΩ. استخدم مقاومة قياسية بقيمة 18kΩ، 1/2W أو قدرة مقننة أعلى.دائرة الخرج:
3. قم بتوصيل مجمع الترانزستور الضوئي (الطرف 4) بمصدر طاقة 3.3 فولت للمتحكم الدقيق عبر مقاومة سحب لأعلى (مثل 10 كيلو أوم). قم بتوصيل باعث الترانزستور (الطرف 3) بالأرضي. يتم توصيل عقدة المجمع بدخل رقمي على المتحكم الدقيق.مبدأ العمل:عندما يكون هناك تيار متردد، يبدأ خرج العازل الضوئي في التوصيل خلال كل نصف دورة، مما يسحب جهد المجمع إلى ما يقارب V.CE(sat)
(حوالي 0.2 فولت)، ويتم قراءة هذا الجهد على أنه منطقي '0'. عند عدم وجود تيار متردد، ينقطع ترانزستور الضوء، ويسحب المقاوم السحب لأعلى جهد المجمع إلى 3.3 فولت (منطقي '1'). قد يحتاج البرنامج إلى إزالة الارتعاش من هذه الإشارة بسبب نقطة العبور الصفرية لتردد 50/60 هرتز.
12. مبدأ العمل
يعمل EL3H4-G على مبدأ الاقتران الضوئي. الإشارة الكهربائية المطبقة على جانب الإدخال تجعل الصمام الثنائي الباعث للضوء بالأشعة تحت الحمراء يصدر ضوءًا يتناسب مع التيار. يمر هذا الضوء عبر حاجز العزل الشفاف داخل العبوة. على جانب الإخراج، يسقط الضوء على منطقة قاعدة الترانزستور الضوئي السيليكوني، مما يولد أزواج الإلكترون-فجوة. يعمل تيار الضوء هذا كتيار قاعدة، مما يمكن الترانزستور من توصيل تيار مجمع أكبر، وبالتالي استنساخ إشارة الإدخال على جانب الإخراج المعزول. يسمح تكوين الصمام الثنائي الباعث للضوء المتوازي العكسي بتدفق التيار وانبعاث الضوء خلال كلا قطبي إشارة الإدخال المترددة.
13. الاتجاهات التقنية
تمثل العوازل الضوئية مثل EL3H4-G تقنية عزل ناضجة وموثوقة. تشمل الاتجاهات الحالية في مجال عزل الإشارات:التكامل:
دمج قنوات عزل متعددة أو إضافة وظائف إضافية (مثل المشغلات أو الحماية) في حزمة واحدة.سرعات أعلى:
تطوير أجهزة اقتران ضوئي ذات أوقات تبديل أسرع للتطبيقات الاتصالات الرقمية، على الرغم من أنها عادةً ما تكون أبطأ من التقنيات القائمة على الاقتران السعوي أو المغناطيسي.معايير أمان معززة:
التطور المستمر للمعايير الدولية للسلامة (UL، VDE، IEC) يدفع نحو متطلبات جهد تشغيل أعلى، وعزل معزز، ومؤشرات موثوقية محسنة.علوم المواد:
شرح مفصل لمصطلحات مواصفات LED
شرح كامل للمصطلحات التقنية للـ LED
المؤشرات الأساسية للأداء الكهروضوئي
| المصطلحات | الوحدات/التمثيل | تفسير مبسط | لماذا هو مهم |
|---|---|---|---|
| الفعالية الضوئية (Luminous Efficacy) | لومن/وات (lm/W) | التدفق الضوئي المنبعث لكل واط من الطاقة الكهربائية، وكلما زادت قيمته زادت كفاءة الطاقة. | تحدد بشكل مباشر مستوى كفاءة الطاقة للمصباح وتكلفة فاتورة الكهرباء. |
| التدفق الضوئي (Luminous Flux) | lm (لومن) | إجمالي كمية الضوء المنبعثة من مصدر الضوء، تُعرف شعبياً باسم "السطوع". | يحدد ما إذا كان المصباح ساطعاً بدرجة كافية أم لا. |
| زاوية الإشعاع (Viewing Angle) | ° (درجة)، مثل 120° | الزاوية التي ينخفض عندها شدة الضوء إلى النصف، والتي تحدد عرض الحزمة الضوئية. | تؤثر على نطاق الإضاءة ودرجة الانتظام. |
| درجة حرارة اللون (CCT) | كلفن (K)، مثل 2700K/6500K | دفء أو برودة لون الضوء، القيم المنخفضة تميل إلى الاصفرار/الدفء، والقيم المرتفعة تميل إلى البياض/البرودة. | تحديد أجواء الإضاءة والسيناريوهات المناسبة. |
| مؤشر تجسيد اللون (CRI / Ra) | بدون وحدة، 0–100 | قدرة المصدر الضوئي على إعادة إنتاج الألوان الحقيقية للجسم، يُفضل أن يكون Ra≥80. | يؤثر على دقة الألوان، يُستخدم في أماكن ذات متطلبات عالية مثل المراكز التجارية والمتاحف الفنية. |
| التسامح اللوني (SDCM) | خطوات القطع الناقص لماك آدم، مثل "5-step" | مؤشر كمي لتوحيد اللون، كلما قل عدد الخطوات زاد توحيد اللون. | ضمان عدم وجود اختلاف في لون المصابيح ضمن نفس الدفعة. |
| الطول الموجي السائد (Dominant Wavelength) | نانومتر (نانومتر)، مثل 620 نانومتر (أحمر) | قيم الطول الموجي المقابلة لألوان LED الملونة. | يحدد درجات اللون لـ LED أحادية اللون مثل الأحمر والأصفر والأخضر. |
| التوزيع الطيفي (Spectral Distribution) | منحنى الطول الموجي مقابل الشدة | توزيع شدة الضوء المنبعث من الصمام الثنائي الباعث للضوء عبر الأطوال الموجية المختلفة. | يؤثر على جودة العرض اللوني واللون. |
ثانياً: المعلمات الكهربائية.
| المصطلحات | الرموز | تفسير مبسط | ملاحظات التصميم |
|---|---|---|---|
| الجهد الأمامي (Forward Voltage) | Vf | الحد الأدنى للجهد المطلوب لإضاءة LED، يشبه "عتبة التشغيل". | يجب أن يكون جهد مصدر التشغيل ≥ Vf، ويتراكم الجهد عند توصيل عدة مصابيح LED على التوالي. |
| Forward Current | إذا | قيمة التيار التي تجعل LED يضيء بشكل طبيعي. | عادةً ما يتم استخدام القيادة بالتيار الثابت، حيث يحدد التيار السطوع والعمر الافتراضي. |
| الحد الأقصى للتيار النبضي (Pulse Current) | Ifp | ذروة التيار التي يمكن تحملها لفترة قصيرة، تُستخدم للتعتيم أو الوميض. | يجب التحكم بدقة في عرض النبضة ونسبة التشغيل، وإلا سيحدث تلف بسبب ارتفاع الحرارة. |
| Reverse Voltage | Vr | أقصى جهد عكسي يمكن لـ LED تحمله، وقد يؤدي تجاوزه إلى انهياره. | يجب منع الانعكاس أو الصدمات الكهربائية في الدائرة. |
| Thermal Resistance | Rth (°C/W) | المقاومة الحرارية لانتقال الحرارة من الشريحة إلى نقطة اللحام، كلما انخفضت القيمة تحسنت عملية تبديد الحرارة. | تتطلب المقاومة الحرارية العالية تصميمًا أقوى لتبديد الحرارة، وإلا سترتفع درجة حرارة الوصلة. |
| تحمل التفريغ الكهروستاتيكي (ESD Immunity) | V (HBM)، مثل 1000V | قدرة مقاومة الصدمات الكهروستاتيكية، كلما ارتفعت القيمة قل احتمال التلف بسبب الكهرباء الساكنة. | يجب اتخاذ إجراءات مكافحة الكهرباء الساكنة أثناء الإنتاج، خاصةً لمصابيح LED عالية الحساسية. |
ثالثاً: الإدارة الحرارية والموثوقية
| المصطلحات | المؤشرات الرئيسية | تفسير مبسط | التأثير |
|---|---|---|---|
| Junction Temperature | Tj (°C) | درجة حرارة التشغيل الفعلية داخل شريحة LED. | قد يزداد العمر الافتراضي بمقدار الضعف مع كل انخفاض بمقدار 10 درجات مئوية؛ بينما تؤدي درجات الحرارة المرتفعة جدًا إلى تدهور الضوء وانحراف اللون. |
| تدهور الضوء (Lumen Depreciation) | L70 / L80 (ساعة) | الوقت اللازم لانخفاض السطوع إلى 70% أو 80% من قيمته الأولية. | تعريف "عمر الخدمة" لـ LED بشكل مباشر. |
| معدل استبقاء اللومن (Lumen Maintenance) | % (مثل 70%) | النسبة المئوية للسطوع المتبقي بعد فترة من الاستخدام. | يمثل قدرة الاحتفاظ بالسطوع بعد الاستخدام طويل الأمد. |
| Color Shift | Δu′v′ أو إهليلج ماك آدم | درجة تغير اللون أثناء الاستخدام. | يؤثر على اتساق الألوان في مشهد الإضاءة. |
| الشيخوخة الحرارية (Thermal Aging) | تدهور أداء المواد | تدهور مواد التغليف بسبب التعرض الطويل الأمد لدرجات الحرارة العالية. | قد يؤدي إلى انخفاض السطوع، أو تغير اللون، أو فشل الدائرة المفتوحة. |
رابعًا: التغليف والمواد
| المصطلحات | الأنواع الشائعة | تفسير مبسط | الخصائص والتطبيقات |
|---|---|---|---|
| نوع التغليف | EMC، PPA، السيراميك | مادة الغلاف التي تحمي الشريحة وتوفر واجهات بصرية وحرارية. | EMC مقاومة جيدة للحرارة وتكلفة منخفضة؛ السيراميك متفوق في تبديد الحرارة وعمر طويل. |
| هيكل الشريحة | التثبيت الوجهي، التثبيت المقلوب (Flip Chip) | طريقة ترتيب أقطاب الشريحة. | التثبيت المقلوب يوفر تبديد حرارة أفضل وكفاءة ضوئية أعلى، مما يجعله مناسبًا للاستخدامات عالية الطاقة. |
| طلاء الفوسفور | YAG، سيليكات، نيتريدات | يتم تغطية رقاقة الضوء الأزرق، حيث يتحول جزء منه إلى ضوء أصفر/أحمر، ثم يختلط ليشكل ضوءًا أبيض. | تؤثر الفوسفورات المختلفة على كفاءة الإضاءة ودرجة حرارة اللون ودقة عرض الألوان. |
| العدسة/التصميم البصري | مستوي، عدسات دقيقة، انعكاس كلي | الهيكل البصري لسطح التغليف، للتحكم في توزيع الضوء. | تحديد زاوية الإشعاع ومنحنى توزيع الضوء. |
5. مراقبة الجودة والتصنيف.
| المصطلحات | محتوى التصنيف. | تفسير مبسط | الغرض |
|---|---|---|---|
| تصنيف التدفق الضوئي | الرموز مثل 2G و 2H | التجميع حسب مستوى السطوع، مع تحديد قيمة لومن دنيا/قصوى لكل مجموعة. | ضمان اتساق مستوى السطوع ضمن نفس الدفعة من المنتجات. |
| تصنيف الجهد الكهربائي | رموز مثل 6W، 6X | التجميع حسب نطاق الجهد الأمامي. | لتسهيل مطابقة مصدر القيادة وتحسين كفاءة النظام. |
| فرز حسب اللون. | قطع ناقص MacAdam بخمس خطوات | تجميع وفقًا لإحداثيات اللون لضمان وقوع الألوان ضمن نطاق ضيق للغاية. | ضمان اتساق اللون، وتجنب عدم تجانس اللون داخل نفس المصباح. |
| تصنيف درجة حرارة اللون | 2700K، 3000K، إلخ. | يتم تجميعها حسب درجة حرارة اللون، ولكل مجموعة نطاق إحداثيات مقابلة. | تلبي احتياجات درجات حرارة اللون المختلفة للمشاهد. |
السادس: الاختبار والشهادة
| المصطلحات | المعيار/الاختبار | تفسير مبسط | المعنى |
|---|---|---|---|
| LM-80 | اختبار الحفاظ على التدفق الضوئي | تسجيل بيانات توهين السطوع أثناء التشغيل المستمر في ظل ظروف درجة حرارة ثابتة. | يُستخدم لحساب عمر LED (بالتزامن مع TM-21). |
| TM-21 | معيار استقراء العمر الافتراضي | تقدير العمر الافتراضي في ظروف الاستخدام الفعلية بناءً على بيانات LM-80. | تقديم توقعات علمية لعمر التشغيل. |
| IESNA standard | Illuminating Engineering Society standard | تشمل طرق الاختبار البصرية والكهربائية والحرارية. | أساس اختبار معترف به في الصناعة. |
| RoHS / REACH | شهادة الامتثال البيئي | ضمان خلو المنتج من المواد الضارة (مثل الرصاص والزئبق). | متطلبات الوصول إلى الأسواق الدولية. |
| ENERGY STAR / DLC | شهادة كفاءة الطاقة | شهادة كفاءة الطاقة والأداء لمنتجات الإضاءة. | تُستخدم عادةً في مشتريات الحكومة ومشاريع الدعم لتعزيز القدرة التنافسية في السوق. |