ورقة بيانات سلسلة EL253X للفوتوكوبلر - عبوة 8 دبابيس DIP - سرعة عالية 1 ميجابت/ثانية - عزل 5000 فولت RMS - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

تتكون سلسلة EL253X من فوتوكوبلرات ترانزستورية عالية السرعة وثنائية القنوات. يدمج كل جهاز ثنائي باعث للضوء بالأشعة تحت الحمراء مقترنًا بصريًا بترانزستور كاشف ضوئي عالي السرعة. الميزة المعمارية الرئيسية هي الاتصال المنفصل لتحيز الفوتوديود ومجمع ترانزستور الخرج. يقلل هذا التصميم بشكل كبير من سعة القاعدة-المجمع لترانزستور الدخل مقارنة بالفوتوكوبلرات التقليدية القائمة على الفوتوترانزستور، مما يعزز سرعة التشغيل بشكل ملحوظ. تُعرض الأجهزة في عبوة ثنائية الخط قياسية من 8 دبابيس (DIP) ومتاحة بخيارات لتباعد أرجل واسع وتكوينات للتركيب السطحي.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

الميزة الأساسية لسلسلة EL253X هي الجمع بين قدرة نقل البيانات عالية السرعة (تصل إلى 1 ميجابت في الثانية) والعزل الكهربائي القوي. هذا يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب نقل إشارة موثوقًا بين دوائر ذات جهود أرضية أو مستويات جهد مختلفة. تشمل الميزات الرئيسية الداعمة لذلك: مناعة عالية للضوضاء المشتركة العابرة (CMTI) بحد أدنى 10 كيلو فولت/ميكروثانية لمتغير EL2611، مما يضمن التشغيل المستقر في البيئات الكهربائية الصاخبة، وجهد عزل مرتفع يبلغ 5000 فولت RMS بين الدخل والخرج. يتم ضمان أداء الأجهزة عبر نطاق درجة حرارة واسع من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية، مما يلبي التطبيقات الصناعية والسيارات. يبسط خرج البوابة المنطقية الواجهة مع الدوائر الرقمية. يبرز الامتثال لتوجيهات خالية من الرصاص وRoHS، جنبًا إلى جنب مع الموافقات من وكالات السلامة الدولية الرئيسية (UL، cUL، VDE، SEMKO، NEMKO، DEMKO، FIMKO)، موثوقيتها وملاءمتها للأسواق العالمية. تشمل التطبيقات المستهدفة: مستقبلات الخطوط، معدات الاتصالات السلكية واللاسلكية، عزل ترانزستورات الطاقة في مشغلات المحركات، حلقات التغذية الراجعة في مصادر الطاقة ذات التحويل (SMPS)، الأجهزة المنزلية، وكترقيات لفوتوكوبلرات الفوتوترانزستور الأقل سرعة.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

يقدم هذا القسم تفسيرًا مفصلًا وموضوعيًا للخصائص الكهربائية والأداء المحددة في ورقة البيانات.

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد هذه التقييمات حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. لا يُنصح بها كظروف تشغيل. تشمل الحدود الحرجة: تيار أمامي مستمر (I_F) بقيمة 25 مللي أمبير، تيار أمامي ذروة (I_FP) بقيمة 50 مللي أمبير (دورة عمل 50%، عرض نبضة 1 مللي ثانية)، وتيار عابر ذروة مرتفع جدًا (I_Ftrans) بقيمة 1 أمبير لنبضات قصيرة جدًا (≤1 ميكروثانية). يمكن للخرج تحمل جهد (V_O) من -0.5 فولت إلى 20 فولت، ويمكن أن يتراوح جهد التغذية (V_CC) من -0.5 فولت إلى 30 فولت. يتم تصنيف جهد العزل (V_ISO) بـ 5000 فولت RMS لمدة دقيقة واحدة، يتم اختبارها تحت ظروف رطوبة محددة. يمكن تشغيل الجهاز في درجات حرارة محيطة (T_OPR) من -40 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية وتخزينه (T_STG) من -40 درجة مئوية إلى +125 درجة مئوية. يتم تحديد درجة حرارة اللحام (T_SOL) بـ 260 درجة مئوية لمدة 10 ثوانٍ، وهو ملف تعريف إعادة التدفق القياسي الخالي من الرصاص.

2.2 الخصائص الكهربائية

تحدد هذه المعلمات أداء الجهاز تحت ظروف التشغيل العادية، عادةً عند 25 درجة مئوية ما لم يُذكر خلاف ذلك.

2.2.1 خصائص الدخل

الجهد الأمامي (V_F) هو عادةً 1.45 فولت عند تيار أمامي (I_F) بقيمة 16 مللي أمبير. له معامل درجة حرارة سالب يقارب -1.9 مللي فولت/درجة مئوية، مما يعني أن V_F ينخفض قليلاً مع زيادة درجة الحرارة. الحد الأقصى للجهد العكسي (V_R) هو 5 فولت. سعة الدخل (C_IN) هي عادةً 60 بيكوفاراد، وهو عامل في أداء التبديل عالي السرعة.

2.2.2 خصائص الخرج

تيار الخرج المنطقي العالي (I_OH) منخفض جدًا (نموذجيًا 0.001 ميكرو أمبير عند V_CC=5.5 فولت)، مما يشير إلى خصائص تسرب ممتازة للخرج في حالة الإيقاف. يختلف تيار التغذية بشكل كبير بين الحالات المنطقية: تيار التغذية المنطقي المنخفض (I_CCL) هو عادةً 140 ميكرو أمبير عند تشغيل LED الدخل (I_F=16 مللي أمبير)، بينما تيار التغذية المنطقي العالي (I_CCH) هو عادةً 0.01 ميكرو أمبير فقط عند إيقاف الدخل. هذا يسلط الضوء على استهلاك الطاقة المنخفض في حالة الخمول.

2.3 خصائص النقل

يحدد هذا العلاقة بين الدخل والخرج.

2.3.1 نسبة نقل التيار (CTR)

نسبة نقل التيار (CTR)، وهي معلمة رئيسية للفوتوكوبلرات، هي نسبة تيار مجمع الخرج إلى تيار LED الدخل، معبرًا عنها كنسبة مئوية. يتراوح CTR لـ EL2530 من 7% إلى 50%، بينما يتراوح لـ EL2531 من 19% إلى 50% (كلاهما عند I_F=16 مللي أمبير، V_O=0.4 فولت، V_CC=4.5 فولت، 25 درجة مئوية). وبالتالي فإن EL2531 هو المتغير ذو الكسب الأعلى. يتم ضمان قيم CTR الدنيا عند 5% لـ EL2530 و 15% لـ EL2531 تحت ظروف اختبار مختلفة قليلاً (V_O=0.5 فولت).

2.3.2 جهد الخرج المنطقي المنخفض (V_OL)

هذا هو الجهد عند الخرج عندما يكون الجهاز في حالة "التشغيل" أو المنخفضة. بالنسبة لـ EL2530، يكون V_OL عادةً 0.18 فولت مع تيار خرج (I_O) بقيمة 1.1 مللي أمبير. بالنسبة لـ EL2531، يكون عادةً 0.25 فولت مع I_O=3 مللي أمبير. الحد الأقصى لـ V_OL لكليهما هو 0.5 فولت تحت ظروف الاختبار الخاصة بهما، مما يضمن مستويات منطقية منخفضة قوية للواجهة.

2.4 خصائص التبديل

هذه المعلمات حاسمة للتطبيقات عالية السرعة. يتم إجراء الاختبارات عند I_F=16 مللي أمبير و V_CC=5 فولت.

2.4.1 تأخر الانتشار

يتم قياس تأخر الانتشار إلى المنطق المنخفض (t_PHL) وإلى المنطق العالي (t_PLH). بالنسبة لـ EL2530 مع مقاوم حمل (R_L) بقيمة 4.1 كيلو أوم، يكون t_PHL عادةً 0.35 ميكروثانية (الحد الأقصى 2.0 ميكروثانية) ويكون t_PLH عادةً 0.5 ميكروثانية (الحد الأقصى 2.0 ميكروثانية). بالنسبة لـ EL2531 مع R_L بقيمة 1.9 كيلو أوم، يكون كلا التأخرين عادةً 0.35 ميكروثانية و 0.3 ميكروثانية على التوالي (الحد الأقصى 1.0 ميكروثانية). يُظهر EL2531 أوقات تبديل أسرع، ويرجع ذلك جزئيًا إلى نسبة نقل التيار الأعلى التي تسمح باستخدام مقاوم سحب أصغر.

2.4.2 مناعة الضوضاء المشتركة العابرة (CMTI)

تقيس CMTI قدرة الجهاز على رفض التغيرات السريعة في الجهد بين أرضيات الدخل والخرج. يتم تحديدها بالفولت لكل ميكروثانية (V/µs). لكل من EL2530 و EL2531 حد أدنى لـ CMTI يبلغ 1000 فولت/ميكروثانية وقيمة نموذجية تبلغ 10000 فولت/ميكروثانية لكل من حالتي المنطق العالي (CM_H) والمنطق المنخفض (CM_L). تختلف ظروف الاختبار: يستخدم EL2530 نبضة مشتركة بقيمة 10 فولت ذروة إلى ذروة، بينما يستخدم EL2531 نبضة بقيمة 1000 فولت ذروة إلى ذروة، مما يشير إلى اختبارات أكثر قوة لمتغير الأخير في هذا الجانب.

3. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى منحنيات الخصائص الكهروضوئية النموذجية. بينما لا يتم إعادة إنتاج الرسوم البيانية المحددة في النص المقدم، فإنها تشمل عادةً رسومًا بيانية لنسبة نقل التيار (CTR) مقابل التيار الأمامي (I_F)، وCTR مقابل درجة الحرارة المحيطة (T_A)، وتأخر الانتشار مقابل مقاومة الحمل (R_L)، والجهد الأمامي (V_F) مقابل I_F. هذه المنحنيات ضرورية للمصممين لفهم كيفية تحول المعلمات تحت ظروف غير مثالية أو متغيرة، مثل تيارات تشغيل أقل، أو درجات حرارة أعلى، أو تكوينات حمل مختلفة، مما يسمح بتصميم دائرة قوي عبر نطاق التشغيل المحدد.

4. معلومات الميكانيكا والعبوة

يستخدم الجهاز عبوة DIP من 8 دبابيس. تكوين الدبابيس كما يلي: الدبوس 1: الأنود (القناة 1)، الدبوس 2: الكاثود (القناة 1)، الدبوس 3: الكاثود (القناة 2)، الدبوس 4: الأنود (القناة 2)، الدبوس 5: الأرض (GND)، الدبوس 6: الخرج 2 (V_OUT2)، الدبوس 7: الخرج 1 (V_OUT1)، الدبوس 8: جهد التغذية (V_CC). العبوة متاحة بعدة خيارات لشكل الأرجل: DIP قياسي، انحناء أرجل واسع (تباعد 0.4 بوصة، خيار 'M')، وأشكال أرجل للتركيب السطحي (خيارات 'S' و 'S1' منخفضة الارتفاع).

5. إرشادات اللحام والتجميع

الحد الأقصى المطلق لدرجة حرارة اللحام هو 260 درجة مئوية لمدة 10 ثوانٍ. يتوافق هذا مع ملفات إعادة التدفق الخالية من الرصاص النموذجية. بالنسبة للحام الموجة أو اللحام اليدوي، يجب اتباع الممارسات القياسية لمكونات الثقب أو SMD، مع احترام الحد الأقصى لدرجة الحرارة والوقت لمنع تلف العبوة أو تدهور المواد الداخلية. يجب تخزين الأجهزة في ظروف ضمن نطاق درجة حرارة التخزين (-40 درجة مئوية إلى +125 درجة مئوية) وفي تغليف حساس للرطوبة إذا كان ذلك ينطبق على متغيرات SMD لمنع ظاهرة "الفشار" أثناء إعادة التدفق.

6. معلومات التعبئة والطلب

يتبع رقم الجزء التنسيق: EL253XY(Z)-V. يشير 'X' إلى رقم الجزء (0 لـ EL2530، 1 لـ EL2531). يشير 'Y' إلى خيار شكل الرجل: فارغ لـ DIP القياسي، 'M' لانحناء الرجل الواسع، 'S' للتركيب السطحي، 'S1' للتركيب السطحي منخفض الارتفاع. يحدد 'Z' خيار الشريط والبكرة: 'TA' أو 'TB' (أنواع بكرات مختلفة)، أو فارغ للتعبئة في أنبوب. 'V' هو لاحق اختياري لموافقة VDE. كميات التعبئة هي 45 وحدة لكل أنبوب للإصدارات ذات الثقب و 1000 وحدة لكل بكرة لإصدارات SMD ذات الشريط والبكرة.

7. توصيات التطبيق

7.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• مستقبلات الخطوط:عزل خطوط الاتصال الرقمية (مثل RS-485، RS-422) لمنع حلقات الأرض والضوضاء.
• عزل مشغل المحرك:توفير إشارات تشغيل البوابة لترانزستورات الطاقة (IGBTs، MOSFETs) في المشغلات ذات التردد المتغير، وعزل منطق التحكم منخفض الجهد عن مرحلة الطاقة عالية الجهد.
• تغذية راجعة لمصدر الطاقة ذي التحويل (SMPS):عزل إشارة الخطأ للتغذية الراجعة من الجانب الثانوي (الخرج) إلى متحكم الجانب الأولي (الدخل)، وهو متطلب أمان ووظيفي حرج.
• عزل الأرض المنطقية:فصل الأرضيات بين أنظمة فرعية رقمية صاخبة (مثل بين متحكم دقيق و IC مشغل محرك) لمنع اقتران الضوضاء.
• معدات الاتصالات السلكية واللاسلكية:عزل الإشارة في دوائر الرنين، أو واجهات الخط، أو حماية خط البيانات.

7.2 اعتبارات التصميم

• مقاومة تحديد التيار:يجب استخدام مقاوم خارجي على التوالي مع LED الدخل لتعيين التيار الأمامي (I_F)، عادةً إلى 16 مللي أمبير الموصى بها للحصول على سرعة ونسبة نقل تيار مثلى.
• مقاومة السحب:يتطلب الخرج مقاومة سحب (R_L) إلى V_CC. تؤثر قيمتها على سرعة التبديل واستهلاك الطاقة. تحدد ورقة البيانات ظروف الاختبار بـ 4.1 كيلو أوم لـ EL2530 و 1.9 كيلو أوم لـ EL2531.
• فصل مصدر الطاقة:ضع مكثف تجاوز (مثل 0.1 ميكروفاراد) بالقرب من دبوس V_CC (الدبوس 8) والأرض لضمان تشغيل مستقر وتقليل ضوضاء التبديل إلى الحد الأدنى.
• تخطيط اللوحة لـ CMTI عالية:للحفاظ على CMTI العالية، قلل السعة الطفيلية بين أقسام الدخل والخرج في تخطيط اللوحة. وفر مسافات زحف وتباعد كافية وفقًا لمعايير السلامة.
• اختيار EL2530 مقابل EL2531:اختر EL2531 للتطبيقات التي تتطلب سرعات تبديل أسرع أو حيث يكون مقاوم سحب ذو قيمة أقل مقبولاً. قد يتم اختيار EL2530 للتطبيقات ذات متطلبات السرعة الأقل صرامة أو حيث يكون تيار التغذية المنخفض في حالة التشغيل (بسبب R_L الأعلى) أولوية.

8. المقارنة التقنية والتمييز

تميز سلسلة EL253X نفسها عن فوتوكوبلرات الفوتوترانزستور القياسية بشكل أساسي من خلال سرعتها العالية (1 ميجابت/ثانية مقابل عادةً <100 كيلوبت/ثانية للأنواع القياسية). اتصال تحيز الفوتوديود المنفصل هو الفرق المعماري الرئيسي الذي يمكن ذلك. مقارنة بالفوتوكوبلرات عالية السرعة الأخرى (مثل تلك ذات البوابات المنطقية المدمجة أو العوازل الرقمية الأعلى سرعة)، تقدم EL253X خرج ترانزستور بسيط وقوي، مما يمكن أن يكون مفيدًا في بعض التطبيقات التناظرية أو تغيير المستوى، وعادةً ما يأتي بتكلفة أقل. يوفر تكوينها ثنائي القنوات في عبوة واحدة من 8 دبابيس مساحة لوحة مقارنة باستخدام جهازين أحاديي القناة.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

س: ما هو الفرق الرئيسي بين EL2530 و EL2531؟

ج: الفرق الأساسي هو الحد الأدنى المضمون لنسبة نقل التيار (CTR). لدى EL2531 نسبة نقل تيار دنيا أعلى (15-19% اعتمادًا على حالة الاختبار) مقارنة بـ EL2530 (5-7%). هذا يسمح عادةً لـ EL2531 بالتبديل بشكل أسرع مع مقاوم حمل معين أو باستخدام مقاوم سحب أكبر لنفس السرعة، مما يؤثر على استهلاك الطاقة وقدرة التشغيل.

س: هل يمكنني تشغيل LED الدخل بمصدر جهد مباشرة؟

ج: لا. يجب تشغيل LED بمصدر محدود التيار، يتم تنفيذه عادةً بمقاوم على التوالي من مصدر جهد. توفر ورقة البيانات خصائص الجهد الأمامي (V_F) للمساعدة في حساب قيمة المقاوم المناسبة للتيار الأمامي المطلوب (مثل 16 مللي أمبير).

س: ماذا تعني مناعة الضوضاء المشتركة العابرة (CMTI) بقيمة 10 كيلو فولت/ميكروثانية؟

ج: تعني أن حالة الخرج ستبقى صحيحة (لن تتغير بشكل خاطئ) حتى إذا تغير فرق الجهد بين أرضيات دائرة الدخل والخرج بمعدل يصل إلى 10000 فولت لكل ميكروثانية. هذا أمر بالغ الأهمية في مشغلات المحركات أو مصادر الطاقة حيث يخلق التبديل عالي الجهد السريع ضوضاء أرضية كبيرة.

س: هل مطلوب مشتت حراري؟

ج: تحت ظروف التشغيل العادية ضمن الحدود القصوى المطلقة لتبديد الطاقة (P_IN=45 مللي واط، P_O=35 مللي واط)، لا يلزم مشتت حراري. الطاقة المبددة منخفضة نسبيًا. عادةً ما يكون تخطيط اللوحة المناسب للتبديد الحراري كافيًا.

10. أمثلة عملية للتصميم والاستخدام

الحالة 1: موسع GPIO معزول.يحتاج متحكم دقيق إلى مراقبة مفاتيح حد 12 فولت في لوحة صناعية. باستخدام ست قنوات من EL2531، يمكن لوحدات GPIO ذات 3.3 فولت الخاصة بالمتحكم الدقيق تشغيل الثنائيات الباعثة للضوء عبر مقاومات تحديد التيار. توفر المخارج، المسحوبة إلى 12 فولت، إشارة منطقية نظيفة للمفاتيح. يحمي العزل 5000 فولت RMS المتحكم الدقيق من الضوضاء العابرة المحتملة على خطوط 12 فولت الصناعية.

الحالة 2: مشغل بوابة لـ MOSFET نصف جسر.في متحكم محرك تيار مستمر منخفض الطاقة، يمكن استخدام قناة واحدة من EL2531 لتشغيل MOSFET الجانب العالي. يتم تشغيل الدخل بواسطة إشارة PWM من المتحكم. يوفر الخرج، المتصل ببوابة MOSFET عبر مقاوم بوابة مناسب ومسحوب إلى مصدر توجيه ذاتي، تشغيل البوابة المعزول. تضمن CMTI العالية بقاء إشارة البوابة مستقرة أثناء التبديل السريع للنصف جسر.

11. مبدأ التشغيل

المبدأ الأساسي هو التحويل الكهروضوئي. يتسبب التيار الكهربائي المطبق على ثنائي الأشعة تحت الحمراء الباعث للضوء (IRED) في الدخل في إصداره للضوء. يعبر هذا الضوء حاجزًا شفافًا بصريًا ولكنه عازل كهربائيًا (عادةً من السيليكون أو مادة مماثلة). يضرب الضوء الفوتوديود للكاشف المدمج، مولّدًا تيارًا ضوئيًا. في EL253X، يقوم هذا التيار الضوئي بتحيز قاعدة ترانزستور الخرج NPN مباشرة، مما يشغله ويسحب دبوس الخرج (المجمع) إلى مستوى منخفض. يسمح الاتصال المنفصل للفوتوديود باستخدام التيار الضوئي بكفاءة أكبر للتبديل، بدلاً من تحويل جزء منه عبر سعة قاعدة-مجمع الترانزستور، وهو العامل المحدد للسرعة في الفوتوترانزستورات التقليدية.

12. اتجاهات التكنولوجيا

يتطور مجال عزل الإشارة. بينما تظل فوتوكوبلرات خرج الترانزستور مثل EL253X ذات صلة عالية بسبب بساطتها وقوتها وفعاليتها من حيث التكلفة، هناك عدة اتجاهات ملحوظة. هناك اتجاه نحو تكامل أعلى، مثل الأجهزة ذات المشغلات المدمجة لـ IGBTs / GaN FETs. تقدم العوازل الرقمية القائمة على تقنية CMOS والاقتران الراديوي أو السعوي معدلات بيانات أعلى بكثير (عشرات إلى مئات الميجابت في الثانية)، واستهلاك طاقة أقل، وموثوقية أعلى (بدون شيخوخة LED). ومع ذلك، تحتفظ الفوتوكوبلرات بمزايا في مجالات معينة: قدرة عزل جهد عالية جدًا، ومناعة ممتازة للضوضاء المشتركة العابرة، ومناعة فطرية للمجالات المغناطيسية. يركز التطوير للفوتوكوبلرات على تحسين السرعة أكثر، وتقليل حجم العبوة (خاصة لـ SMD)، وتعزيز الأداء في درجات الحرارة العالية، وزيادة مقاييس الموثوقية مثل استقرار نسبة نقل التيار على المدى الطويل.