ورقة بيانات مرحل الحالة الصلبة ثنائي القنوات بغلاف 8-Pin DIP - غلاف 8-Pin DIP - جهد انهيار 400V/600V - حمل 120mA/50mA - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

يُعد EL840A وEL860A مرحلين من نوع الحالة الصلبة ثنائيي القنوات للأغراض العامة، مُعبأين في غلاف مضغوط من نوع 8-Pin DIP. تستخدم هذه الأجهزة آلية اقتران ضوئي، حيث تحتوي على صمام ثنائي باعث للضوء (LED) من نوع AlGaAs يعمل بالأشعة تحت الحمراء في جانب المدخلات، وهو معزول بصريًا عن دائرة كاشف خرج عالي الجهد في جانب المخرجات. يتكون كاشف الخرج من مصفوفة ثنائيات ضوئية تقوم بتشغيل مفاتيح MOSFET. يوفر هذا التكوين الوظيفة الكهربائية المكافئة لمرحلين كهروميكانيكيين مستقلين من النوع A (مفتوح عادةً)، مع تقديم موثوقية فائقة وعمر أطول وسرعة تبديل أعلى مقارنة بنظرائهما الميكانيكيين.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تنبع المزايا الأساسية لهذه السلسلة من مرحلات الحالة الصلبة من تصميمها ذي الحالة الصلبة. تشمل الفوائد الرئيسية: الغياب التام للأجزاء المتحركة، مما يلغي ارتداد التلامس والشرارات الكهربائية والتآكل الميكانيكي، مما يؤدي إلى عمر تشغيلي طويل للغاية وموثوقية عالية. يوفر العزل البصري بين المدخلات والمخرجات جهد عزل مرتفع يصل إلى 5000 فولت RMS، مما يعزز أمان النظام ومقاومة الضوضاء. تم تصميم الأجهزة للتحكم في إشارات تماثلية منخفضة المستوى بحساسية وسرعة عاليتين. يجعلهما بصمة الغلاف المضغوط 8-Pin DIP مناسبتين لتخطيطات لوحات الدوائر المطبوعة عالية الكثافة. تشمل التطبيقات المستهدحة: أتمتة العمليات الصناعية، ومعدات الاتصالات، وملحقات الكمبيوتر، وآلات الفحص عالية السرعة حيث تكون هناك حاجة إلى تبديل موثوق وسريع ومعزول للإشارات أو الأحمال منخفضة الطاقة.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

يتم تعريف أداء EL840A وEL860A من خلال مجموعة شاملة من المعايير الكهربائية والبصرية والحرارية. يعد فهم هذه المواصفات أمرًا بالغ الأهمية لتصميم الدوائر المناسب والتشغيل الموثوق.

2.1 القيم القصوى المطلقة

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

• المدخلات (جانب LED):أقصى تيار أمامي مستمر (I_F) هو 50 مللي أمبير. يمكن تطبيق جهد عكسي (V_R) يصل إلى 5 فولت. يُسمح بتيار أمامي ذروي (I_FP) بقيمة 1 أمبير في ظروف النبض (100 هرتز، دورة عمل 0.1%). يجب ألا تتجاوز تبديد طاقة المدخلات (P_in) 75 ملي واط.
• المخرجات (جانب MOSFET):يتمثل التمييز الحاسم بين EL840A وEL860A في تصنيفات جهد وتيار الخرج الخاصة بهما. يتمتع EL840A بجهد انهيار (V_L) بقيمة 400 فولت وتصنيف تيار حمل مستمر (I_L) بقيمة 120 مللي أمبير. تم تصنيف EL860A لجهد انهيار أعلى يبلغ 600 فولت ولكن بتيار مستمر أقل يبلغ 50 مللي أمبير. يجب على المصممين اختيار الموديل بناءً على متطلبات الجهد والتيار المحددة لديهم. تيار حمل النبض (I_LPeak) هو 300 مللي أمبير لـ EL840A و150 مللي أمبير لـ EL860A لمدة 100 مللي ثانية. تبديد طاقة الخرج (P_out) محدود بـ 800 ملي واط.
• العزل والحرارة:جهد العزل (V_iso) بين المدخلات والمخرجات هو 5000 فولت RMS (تم اختباره لمدة دقيقة واحدة). يمكن للجهاز العمل ضمن نطاق درجة حرارة محيطية من -40°C إلى +85°C ويمكن تخزينه من -40°C إلى +125°C. يجب ألا تتجاوز درجة حرارة اللحام 260°C لأكثر من 10 ثوانٍ أثناء عمليات إعادة التدفق.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

تحدد هذه المعايير، المحددة عادةً عند 25°C، سلوك تشغيل المرحل الصلب (SSR).

• خصائص المدخلات:الجهد الأمامي (V_F) لـ LED المدخلات هو عادةً 1.18 فولت عند تيار تشغيل 10 مللي أمبير، بحد أقصى 1.5 فولت. تيار التسرب العكسي (I_R) هو بحد أقصى 1 ميكرو أمبير عند انحياز عكسي 5 فولت.
• خصائص المخرجات:تيار التسرب في حالة الإيقاف (I_leak) منخفض للغاية، بحد أقصى 1 ميكرو أمبير عندما يكون LED المدخلات مطفأ ويكون الخرج عند أقصى جهد مقنن له. مقاومة التشغيل (R_d(ON)) هي معيار رئيسي يؤثر على انخفاض الجهد وفقدان الطاقة. يتمتع EL840A بمقاومة تشغيل نموذجية R_d(ON)) بقيمة 20 أوم (30 أوم كحد أقصى)، بينما يتمتع EL860A بمقاومة نموذجية بقيمة 40 أوم (70 أوم كحد أقصى) عند تشغيله بتيار مدخلات 10 مللي أمبير وأقصى حمل.
• خصائص النقل:يحدد هذا العلاقة بين المدخلات والمخرجات. تيار تشغيل LED (I_F(on)) المطلوب لتفعيل MOSFETs الخرج بالكامل هو بحد أقصى 5 مللي أمبير لكلا الموديلين (3 مللي أمبير نموذجيًا). تيار إيقاف LED (I_F(off)) هو بحد أدنى 0.4 مللي أمبير، وأقل من ذلك يتم ضمان إيقاف الخرج. هذا يحدد التباطؤ في تيار المدخلات.
• سرعة التبديل:زمن التشغيل (T_on) هو التأخير من تطبيق تيار المدخلات حتى وصول الخرج إلى 90% من قيمته في حالة التشغيل. بالنسبة لـ EL840A، هو عادةً 0.4 مللي ثانية (3 مللي ثانية كحد أقصى)، وبالنسبة لـ EL860A، عادةً 1.4 مللي ثانية (3 مللي ثانية كحد أقصى). زمن الإيقاف (T_off) هو عادةً 0.05 مللي ثانية (0.5 مللي ثانية كحد أقصى) لكلا الموديلين. تعتبر هذه الأوقات سريعة نسبيًا بالنسبة لمرحل الحالة الصلبة، ومناسبة للعديد من تطبيقات تبديل الإشارات.
• معايير العزل:مقاومة العزل (R_I-O) هي بحد أدنى 5 × 10¹⁰Ω عند 500 فولت تيار مستمر. سعة العزل (C_I-O) هي بحد أقصى 1.5 بيكو فاراد، وهو أمر مهم لاعتبارات اقتران الضوضاء عالية التردد.

3. تحليل منحنيات الأداء

بينما يتم الإشارة إلى بيانات رسومية محددة في ورقة البيانات (منحنيات الخصائص الكهروضوئية النموذجية، مخططات زمن التشغيل/الإيقاف)، تسمح البيانات النصية بتحليل الاتجاهات الرئيسية. ستتبع العلاقة بين التيار الأمامي والجهد الأمامي لـ LED المدخلات منحنى الأسي القياسي للثنائي. يتم تحديد مقاومة التشغيل عند حالة محددة؛ سيكون لها معامل درجة حرارة موجب، مما يعني أنها ستزداد مع ارتفاع درجة حرارة التقاطع لـ MOSFETs الخرج. تعتمد أوقات التبديل على الحمل؛ الأوقات المحددة هي للحمل المقاومي (R_L= 200Ω). ستؤثر الأحمال السعوية أو الحثية على هذه الأوقات، مما قد يتطلب شبكات إخماد للحماية واستقرار التوقيت.

4. معلومات الميكانيكا والغلاف

4.1 تكوين الأطراف والمخطط التخطيطي

يستخدم الجهاز ترتيب أطراف قياسي من نوع 8-Pin DIP. الطرفان 1 و3 هما الأنودات لـ LED المدخلات المستقلين. الطرفان 2 و4 هما الكاثودات المقابلتان. يتكون جانب الخرج من مفتاحين MOSFET مستقلين. لكل قناة، يتم توصيل أطراف المصرف والمصدر بالأطراف 5 و6 و7 و8 وفقًا للمخطط الداخلي، مما يسمح بالاتصال المرن كمفتاح SPST.

4.2 أبعاد الغلاف والخيارات

يُقدم المنتج بنمطين أساسيين للغلاف:النوع القياسي DIPبأطراف مثقوبة، والنوع الاختياري S1وهو شكل أطراف للتركيب السطحي (منخفض الارتفاع). يتم توفير رسومات أبعاد مفصلة لكليهما، بما في ذلك طول الجسم، والعرض، والارتفاع، ومسافة الأطراف (2.54 ملم قياسي لـ DIP)، وأبعاد الأطراف. بالنسبة لخيار SMD، يتم أيضًا توفير تخطيط وسادة موصى به لضمان لحام موثوق وقوة ميكانيكية.

4.3 قطبية وعلامات الجهاز

يتم وضع علامة على الجهاز على السطح العلوي. تتبع العلامة التنسيق: "EL" (معرف الشركة المصنعة)، يليه رقم الجزء (مثل 860A)، ثم رمز السنة المكون من رقم واحد (Y)، ورمز الأسبوع المكون من رقمين (WW)، واختياريًا "V" للإشارة إلى الإصدارات المعتمدة من VDE. يعد التعريف الصحيح للطرف 1، المميز عادةً بنقطة أو شق على جسم الغلاف، أمرًا ضروريًا للتوجيه الصحيح.

5. إرشادات اللحام والتجميع

5.1 ملف تعريف لحام إعادة التدفق

للتجميعات السطحية، يجب اتباع ملف تعريف درجة حرارة إعادة تدفق محدد لمنع التلف. يتوافق الملف الشخصي مع IPC/JEDEC J-STD-020D. تشمل المعايير الرئيسية: مرحلة تسخين مسبق من 150°C إلى 200°C على مدى 60-120 ثانية، أقصى معدل تصاعد 3°C/ثانية، وقت فوق نقطة الانصهار (217°C) من 60-100 ثانية، ودرجة حرارة ذروة لجسم الغلاف تبلغ 260°C لمدة أقصاها 30 ثانية. تضمن هذه الظروف تكوين وصلة لحام مناسبة دون تعريض الوصلات شبه الموصلة الداخلية لإجهاد حراري مفرط.

5.2 احتياطات الاستخدام

تم تسليط الضوء على عدة اعتبارات تصميم مهمة. يجب عدم تجاوز القيم القصوى المطلقة للجهد والتيار والطاقة أبدًا. لا تتمتع MOSFETs الخرج بحماية فطرية ضد التغيرات المفاجئة في الجهد أو الارتداد الحثي؛ قد تكون هناك حاجة إلى مكونات حماية خارجية مثل دوائر الإخماد أو ثنائيات TVS في البيئات الكهربائية القاسية. تعني الكتلة الحرارية المنخفضة للغلاف أنه يجب الانتباه إلى تبديد الطاقة ومساحة النحاس الكافية في لوحة الدوائر المطبوعة لتبديد الحرارة، خاصة عند العمل بالقرب من أقصى تيارات حمل أو في درجات حرارة محيطة عالية.

6. معلومات التعبئة والطلب

6.1 نظام ترقيم الموديلات

يتبع رقم الجزء الهيكل: EL8XXA(Y)(Z)-V.

• XX:يشير إلى رقم الجزء، إما 40 (EL840A) أو 60 (EL860A)، ويحدد تصنيف الجهد/التيار.
• Y:خيار شكل الأطراف. "S1" يشير إلى شكل الأطراف للتركيب السطحي. يشير الحذف إلى DIP القياسي المثقوب.
• Z:خيار الشريط والبكرة للتجميع الآلي (TA, TB, TU, TD). يشير الحذف إلى التعبئة في أنبوب.
• V:لاحقة تشير إلى خيار معتمد للسلامة من VDE.

6.2 مواصفات التغليف

يتم توريد الإصدار القياسي DIP في أنابيب تحتوي على 45 وحدة. يتم توريد الخيارات السطحية (S1 مع شريط TA أو TB) على بكرات تحتوي كل منها على 1000 وحدة. يتم توفير أبعاد شريط مفصلة، بما في ذلك حجم الجيب (A, B)، وعمق الجيب (D0, D1)، ومسافة فتحة التغذية (P0)، وعرض البكرة (W)، وهي أمور بالغة الأهمية للتكامل مع معدات الاختيار والوضع الآلية.

7. ملاحظات التطبيق واعتبارات التصميم

7.1 دوائر التطبيق النموذجية

يمكن استخدام المرحل الصلب (SSR) في تكوينين أساسيين: كمفتاحين مستقلين أحادي القطب أحادي الاتجاه (SPST) أو، عن طريق توصيل المخرجات بشكل مناسب، كمفتاح تبديل واحد من النوع A أو تكوين آخر. يتم تشغيل LED المدخلات عادةً بواسطة بوابة منطقية رقمية أو ترانزستور، مع مقاومة محددة للتيار محسوبة بناءً على جهد التغذية والتيار المطلوب لـ LED (مثل 10-20 مللي أمبير لتفعيل الخرج بالكامل). يمكن للخرج تبديل أحمال التيار المستمر أو المتردد ضمن تصنيفات الجهد والتيار الخاصة به. بالنسبة لأحمال التيار المتردد، ستوصل ثنائيات الجسم الخاصة بـ MOSFET خلال أنصاف الدورات، وبالتالي فإن الجهاز هو في الأساس مفتاح ثنائي الاتجاه.

7.2 اعتبارات التصميم

• إدارة الحرارة:احسب تبديد الطاقة كـ P_diss= I_L²* R_d(ON). تأكد من عدم تجاوز إجمالي تبديد الجهاز (P_T= 850 ملي واط كحد أقصى). استخدم مساحة نحاس كافية في لوحة الدوائر المطبوعة كمشتت حراري.
• توافق الحمل:المرحل الصلب (SSR) مثالي للأحمال المقاومة. بالنسبة للأحمال السعوية، قد يتجاوز تيار البدء I_LPeak. بالنسبة للأحمال الحثية، استخدم شبكة إخماد (RC عبر الحمل أو مثبط جهد عابر) لتثبيت قمم الجهد المتولدة عند الإيقاف.
• تشغيل المدخلات:تأكد من أن تيار المدخلات يتجاوز I_F(on)للتشغيل الموثوق وينخفض عن I_F(off)لإيقاف موثوق. تجنب حواف إشارة المدخلات البطيئة بالقرب من تيارات العتبة.
• سلامة العزل:حافظ على مسافات الزحف والتباعد المناسبة على لوحة الدوائر المطبوعة بين دوائر المدخلات والمخرجات للحفاظ على تصنيف العزل المرتفع.

8. المقارنة التقنية ودليل الاختيار

يتمثل المميز الرئيسي داخل هذه السلسلة في المقايضة بين قدرة الجهد والتيار. تم تحسينEL840Aللتطبيقات التي تتطلب تيارًا مستمرًا أعلى (حتى 120 مللي أمبير) ولكن بجهد أقل (400 فولت). يتميز بمقاومة تشغيل أقل، مما يؤدي إلى انخفاض أقل في الجهد وفقدان أقل في الطاقة. تم تصميمEL860Aللتطبيقات التي تتطلب جهد منع أعلى (600 فولت) ولكن بتيار مستمر أقل (50 مللي أمبير). مقاومة التشغيل الخاصة به أعلى. يجب أن يعتمد الاختيار على جهد الذروة والتيار المستقر للحمل. بالنسبة للأحمال ذات تيار البدء الكبير (مثل المصابيح أو المكثفات)، قد يكون تصنيف تيار النبض الأعلى لـ EL840A (300 مللي أمبير مقابل 150 مللي أمبير) أيضًا عاملاً حاسمًا.

9. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير التقنية)

9.1 هل يمكن لهذا المرحل الصلب (SSR) تبديل أحمال التيار المتردد؟

نعم. يسمح هيكل MOSFET الخرج، مع ثنائي الجسم المتأصل فيه، بتدفق التيار ثنائي الاتجاه. لذلك، يمكنه تبديل جهود التيار المتردد ضمن تصنيف جهد الانهيار (V_L) الخاص به. ينطبق تصنيف التيار على كل من التيار المستمر وقيمة الذروة للتيار المتردد.

9.2 ما هو الغرض من مصفوفة الثنائيات الضوئية في كاشف الخرج؟

تولد المصفوفة الضوئية جهدًا عند إضاءتها بواسطة LED الأشعة تحت الحمراء من جانب المدخلات. يستخدم هذا الجهد لتشغيل بوابات MOSFETs الخرج، وتشغيلها. توفر هذه الطريقة العزل الكهربائي الكامل، حيث لا توجد حاجة إلى اتصال كهربائي لتحيز بوابات MOSFET.

9.3 كيف يمكنني توصيل المدخلات بمتحكم دقيق بجهد 5 فولت؟

استخدم مقاومة متسلسلة بسيطة. على سبيل المثال، مع طرف GPIO للمتحكم الدقيق عند 5 فولت، وجهد LED V_Fبقيمة ~1.2 فولت، وتيار I_Fمطلوب بقيمة 10 مللي أمبير، تكون قيمة المقاومة R = (5V - 1.2V) / 0.01A = 380Ω. ستكون مقاومة قياسية 390Ω مناسبة. تأكد من أن المتحكم الدقيق يمكنه توفير التيار المطلوب.

9.4 لماذا زمن التشغيل لـ EL860A أطول منه لـ EL840A؟

من المرجح أن يكون زمن التشغيل النموذجي الأطول (1.4 مللي ثانية مقابل 0.4 مللي ثانية) مرتبطًا بالتصميم الداخلي لـ MOSFETs ذات الجهد الأعلى في EL860A، والتي قد يكون لها سعة بوابة مختلفة أو خصائص دائرة السائق الضوئي المحسنة لعملية 600 فولت.

10. مبدأ التشغيل

يعمل الجهاز على مبدأ العزل البصري والقيادة الضوئية. عند تطبيق تيار أمامي على LED الأشعة تحت الحمراء AlGaAs في المدخلات، فإنه يصدر ضوءًا. يعبر هذا الضوء فجوة عزل ويضرب مصفوفة ثنائيات ضوئية على جانب الخرج. تحول المصفوفة طاقة الضوء إلى طاقة كهربائية، مولدة جهدًا كافيًا لتحيز بوابات MOSFETs من النوع N إلى حالة التوصيل. هذا يخلق مسارًا منخفض المقاومة بين أطراف المصرف والمصدر، مما يغلق "تلامس" المرحل. عند إزالة تيار المدخلات، يتوقف انبعاث الضوء، ويتلاشى الجهد الضوئي، وتفرغ بوابات MOSFET، مما يؤدي إلى إيقاف الأجهزة وفتح الدائرة. لا تتضمن العملية بأكملها أي تلامس مادي أو اقتران مغناطيسي، مما يضمن عمرًا طويلاً ومقاومة عالية للضوضاء.

11. دراسة حالة تصميمية عملية

السيناريو:عزل إشارة مستشعر بجهد 24 فولت تيار مستمر والتيار 80 مللي أمبير عن مدخل تماثلي لنظام اكتساب البيانات.

التنفيذ:تم اختيار EL840A لتصنيف تياره البالغ 120 مللي أمبير (مما يوفر هامشًا) وتصنيف جهده البالغ 400 فولت (أعلى بكثير من 24 فولت). يقوم خرج المستشعر بتشغيل مدخلات SSR عبر مقاومة 330Ω من خط تغذية 5 فولت، مما يوفر ~11 مللي أمبير لـ LED، وهو أعلى بكثير من الحد الأقصى لـ I_F(on) البالغ 5 مللي أمبير. يتم توصيل خرج SSR بين إشارة مستشعر 24 فولت ومدخل اكتساب البيانات. يتم وضع مقاومة سحب لأسفل بقيمة 10 كيلو أوم على مدخل الاكتساب لتحديد حالة المنطق المنخفضة عندما يكون SSR مطفأ. يضمن تيار التسرب المنخفض (1 ميكرو أمبير كحد أقصى) حد أدنى من جهد الخطأ عبر مقاومة السحب لأسفل عندما يكون SSR مطفأ. تسمح سرعة التبديل السريعة (0.4 مللي ثانية نموذجيًا) بأخذ عينات سريعة إذا لزم الأمر. يحمي العزل البالغ 5000 فولت RMS دوائر الاكتساب الحساسة من حلقات التأريض أو التغيرات المفاجئة في بيئة المستشعر.

12. اتجاهات التكنولوجيا والسياق

تمثل مرحلات الحالة الصلبة تكنولوجيا ناضجة ولكنها تتطور باستمرار. الاتجاه الأساسي هو نحو تكامل أعلى، وأغلفة أصغر، وتحسين مقاييس الأداء. بينما يستخدم هذا الجهاز سائق MOSFET ضوئي، توجد تقنيات أخرى، مثل تلك التي تستخدم سائقات phototriac لتبديل التيار المتردد أو تصاميم أكثر تقدمًا قائمة على الدوائر المتكاملة مع ميزات حماية متكاملة (تيار زائد، درجة حرارة زائدة). يتماشى الانتقال نحو أغلفة التركيب السطحي (مثل خيار S1) مع الاتجاه الصناعي الواسع للتجميع الآلي وتقليل مساحة اللوحة. يعكس جهد العزل المرتفع والموافقات الدولية المتعددة للسلامة (UL، VDE، إلخ.) الأهمية المتزايدة لسلامة النظام وموثوقيته في الأسواق العالمية، خاصة في المعدات الصناعية والطبية. قد تركز التطورات المستقبلية على تقليل مقاومة التشغيل أكثر، وزيادة سرعات التبديل للتطبيقات عالية التردد، ودمج وظائف تحكم ومراقبة أكثر ذكاءً داخل نفس الغلاف المعزول.