ورقة بيانات مرحل الحالة الصلبة (SSR) من نوع 6-Pin DIP - نطاق خرج 60V إلى 600V - تيار حمل 50mA إلى 800mA - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

تشرح هذه الوثيقة سلسلة من مرحلات الحالة الصلبة (SSR) للأغراض العامة بتكوين 6 دبابيس DIP (حزمة ثنائية الخط). هذه الأجهزة هي مرحلات أحادية القطب، أحادية الاتصال (نموذج A)، مما يعني أنها توفر اتصالاً مفتوحاً عادةً (NO). تم تصميمها لتحل محل مرحلات الكهروميكانيكية التقليدية (EMRs) في مجموعة واسعة من التطبيقات، حيث تقدم موثوقية فائقة، وعمر أطول، وتشغيل صامت بسبب عدم وجود أجزاء متحركة.

تتضمن التقنية الأساسية صماماً ثنائياً باعثاً للضوء (LED) من نوع AlGaAs يعمل بالأشعة تحت الحمراء على جانب الإدخال، مقترناً ضوئياً بدائرة كاشف خرج عالي الجهد. يتكون هذا الكاشف من مصفوفة صمامات ثنائية ضوئية جهدية وترانزستورات MOSFET، مما يتيح التحكم في أحمال التيار المتردد والمستمر. يوفر العزل الضوئي جهد عزل عالي (5000 فولت RMS) بين دائرة التحكم منخفضة الجهد ودائرة الحمل عالية الجهد، مما يعزز أمان النظام ومقاومة التشويش.

2. الميزات الرئيسية والمزايا

• تكوين مفتوح عادةً (نموذج A):تبديل أحادي القناة بسيط.
• تيار تشغيل منخفض:يتطلب صمام LED الإدخال الحد الأدنى من تيار القيادة، مما يجعله متوافقاً مع دوائر المنطق منخفضة الطاقة والمتحكمات الدقيقة (Microcontrollers).
• نطاق جهد خرج واسع:متوفر في موديلات بجهود تحمل خرج تتراوح من 60 فولت إلى 600 فولت (EL606A، EL625A، EL640A، EL660A)، لتلبية مستويات الجهد المختلفة للتطبيقات.
• مقاومة تشغيل منخفضة:يوفر الخرج القائم على ترانزستور MOSFET خسائر توصيل منخفضة، مما يحسن الكفاءة ويقلل من توليد الحرارة.
• نطاق درجة حرارة تشغيل واسع:تشغيل موثوق من -40°C إلى +85°C، مناسب للبيئات الصناعية والقاسية.
• جهد عزل عالي:عزل 5000 فولت RMS بين الإدخال والخرج يضمن السلامة ويحمي إلكترونيات التحكم الحساسة.
• موافقات صناعية:معتمد وفقاً لمعايير UL 1577، UL 508، VDE، SEMKO، NEMKO، DEMKO، FIMKO، وCQC، مما يضمن الامتثال لمتطلبات السلامة والأداء الدولية.
• خيارات الحزمة:متوفر في شكلين: DIP قياسي للتركيب عبر الثقب (Through-Hole) ونسخة SMD للتركيب السطحي.

3. الغوص العميق في المواصفات الفنية

3.1 القيم القصوى المطلقة

هذه هي حدود الإجهاد التي إذا تم تجاوزها قد يحدث تلف دائم للجهاز. يجب أن يكون التشغيل دائماً ضمن هذه الحدود.

• الإدخال (جانب LED):الحد الأقصى لتيار الأمام (IF) هو 50 مللي أمبير، مع تيار أمامي ذروي (IFP) قدره 1 أمبير في ظل ظروف النبض. جهد العكس (VR) محدود بـ 5 فولت.
• الخرج (جانب المفتاح):يحدد جهد الانهيار (VL) أقصى جهد يمكن للخرج منعه، ويتراوح من 60 فولت (EL606A) إلى 600 فولت (EL660A). يختلف تيار الحمل المستمر (IL) حسب الموديل ونوع التوصيل (A، B، C)، من 50 مللي أمبير إلى 800 مللي أمبير. كما يتم تحديد تيار الحمل النبضي (ILPeak) للتدفقات قصيرة المدى.
• العزل:يتحمل 5000 فولت RMS لمدة دقيقة واحدة بين الإدخال والخرج.
• الحرارية:نطاق درجة حرارة التشغيل هو -40°C إلى +85°C. تمتد درجة حرارة التخزين إلى 125°C. الحد الأقصى لدرجة حرارة اللحام هو 260°C لمدة 10 ثوانٍ.

3.2 الخصائص الكهروضوئية

تحدد هذه المعلمات أداء تشغيل الـ SSR عند درجة حرارة 25°C.

• خصائص الإدخال:جهد الأمام النموذجي (VF) لصمام LED هو 1.18 فولت عند 10 مللي أمبير. تيار التسرب العكسي (IR) منخفض جداً (<1 ميكرو أمبير).
• خصائص الخرج - حالة الإيقاف:تيار التسرب (Ileak) عندما يكون الـ SSR مغلقاً محدد كحد أقصى 1 ميكرو أمبير، مما يشير إلى قدرة منع ممتازة.
• خصائص الخرج - حالة التشغيل:المعلمة الرئيسية هي مقاومة التشغيل (Rd(ON)). تختلف هذه بشكل كبير بين الموديلات وأنواع التوصيل:
  • التوصيل A:أعلى تصنيف تيار، أعلى مقاومة تشغيل Rd(ON) (مثال: EL606A: 0.75Ω نموذجي، 2.5Ω كحد أقصى).
  • التوصيل B:تصنيف متوازن، مقاومة تشغيل متوسطة Rd(ON).
  • التوصيل C:تصنيف تيار أقل، أدنى مقاومة تشغيل Rd(ON) (مثال: EL606A: 0.2Ω نموذجي، 0.5Ω كحد أقصى).
  يتضمن الاختيار مقايضة بين أقصى تيار حمل وتبديد الطاقة (خسائر I²R).
• سعة الخرج (Cout):تتراوح من 30 بيكو فاراد إلى 85 بيكو فاراد. السعة الأقل مفيدة للتبديل عالي التردد لتقليل الخسائر.
• خصائص النقل:يحدد تيار الإدخال المطلوب لتشغيل الخرج بشكل موثوق (IF(on)، بحد أقصى 3 مللي أمبير) وإيقافه (IF(off)، بحد أدنى 0.4 مللي أمبير). وهذا يضمن عتبات تبديل واضحة.
• سرعة التبديل:زمن التشغيل (Ton) يتراوح نموذجياً بين 0.35 مللي ثانية و 1.3 مللي ثانية. زمن الإيقاف (Toff) سريع جداً، نموذجياً 0.1 مللي ثانية. هذه أبطأ من بعض مرحلات SSR ولكنها كافية للعديد من تطبيقات التحكم الصناعي.
• معلمات العزل:مقاومة العزل (RI-O) عالية للغاية (>5×10¹⁰ أوم)، وسعة العزل (CI-O) منخفضة (1.5 بيكو فاراد نموذجي).

4. منحنيات الأداء والبيانات الرسومية

تتضمن ورقة البيانات منحنيات الخصائص النموذجية (على الرغم من عدم تفصيلها في النص المقدم). ستوضح هذه عادةً:

• جهد الأمام مقابل تيار الأمام (Vf-If):لصمام LED الإدخال، يوضح سلوكه المشابه للصمام الثنائي.
• مقاومة التشغيل مقابل تيار الحمل (Rd(ON)-IL):يوضح كيف قد تتغير مقاومة التشغيل Rd(ON) مع مقدار التيار الذي يتم تبديله.
• مقاومة التشغيل مقابل درجة الحرارة المحيطة (Rd(ON)-Ta):حرجة لتصميم الحراري، حيث تزداد مقاومة التشغيل Rd(ON) عادةً مع درجة الحرارة، مما يؤدي إلى خسائر أعلى.
• رسم بياني لخصائص النقل:يرسم حالة الخرج (تشغيل/إيقاف) مقابل تيار صمام LED الإدخال، ويحدد بصرياً عتبات التشغيل/الإيقاف والتأخر (Hysteresis).

هذه المنحنيات ضرورية للمصممين لفهم سلوك الجهاز في ظل ظروف غير قياسية أو متغيرة تتجاوز القيم النموذجية عند 25°C.

5. المعلومات الميكانيكية والحزمة والتركيب

5.1 تكوين الدبابيس والمخطط التخطيطي

حزمة 6-Pin DIP لها ترتيب دبابيس قياسي:

• الدبوس 1: أنود LED (+)
• الدبوس 2: كاثود LED (-)
• الدبوس 4، 6: مصدر MOSFET (أطراف الخرج، قابلة للتبادل عادةً للتيار المستمر)
• الدبوس 5: مصدر MOSFET (طرف الخرج المشترك)
• الدبوس 3: غير متصل (NC) داخلياً، ويمكن استخدامه للاستقرار الميكانيكي.

يظهر المخطط الداخلي صمام LED يقود مصفوفة ضوئية جهدية تولد جهداً لتشغيل مرحلة الخرج من ترانزستور MOSFET من نوع N-channel.

5.2 أبعاد الحزمة وطريقة التثبيت

يتم توفير رسومات ميكانيكية مفصلة لـ:

• النوع القياسي DIP:للتركيب على لوحة الدوائر المطبوعة عبر الثقب (Through-Hole).
• النوع S1 (تركيب سطحي منخفض الارتفاع):لتركيب SMD.
• تخطيط الوسادة الموصى به:لنسخة SMD، لضمان تكوين وصلة لحام مناسبة أثناء إعادة التدفق (Reflow).

تشمل الأبعاد حجم الجسم، تباعد الدبابيس (2.54 مم نموذجي لـ DIP)، طول الأطراف، وارتفاع الرفع (Standoff).

5.3 علامات الجهاز

يتم وضع علامات على الجهاز من الأعلى برمز: بادئة "EL"، رقم الجزء (مثال: 660A)، رمز سنة مكون من رقم واحد (Y)، رمز أسبوع مكون من رقمين (WW)، ورمز خيار VDE (V). وهذا يسمح بتتبع الجهاز.

5.4 إرشادات اللحام والتعامل

بناءً على القيم القصوى المطلقة:

• لحام إعادة التدفق (SMD):يجب ألا تتجاوز درجة الحرارة القصوى 260°C، ويجب أن يقتصر الوقت فوق 260°C على 10 ثوانٍ لمنع التلف.
• لحام الموجة/اليدوي (DIP):تنطبق الممارسات القياسية، ولكن يجب تقليل الإجهاد الحراري.
• احتياطات الكهرباء الساكنة (ESD):على الرغم من أن الخرج يعتمد على MOSFET، إلا أنه محمي بالقيادة الضوئية الجهدية. يوصى بالتعامل القياسي مع الكهرباء الساكنة للمكونات الحساسة.
• التخزين:قم بالتخزين في ظروف جافة ومضادة للكهرباء الساكنة ضمن نطاق درجة الحرارة من -40°C إلى +125°C.

6. معلومات التعبئة والطلب

6.1 نظام ترقيم الموديلات

يتبع رقم الجزء التنسيق:EL6XXA(Y)(Z)-V

• XX:رقم الجزء الذي يحدد جهد/تيار الخرج (06، 25، 40، 60).
• Y:خيار شكل الأطراف. 'S1' تشير إلى التركيب السطحي منخفض الارتفاع. الفراغ يشير إلى DIP القياسي.
• Z:خيار الشريط والبكرة (Tape and Reel) لأجزاء SMD (TA، TB، TU، TD). الفراغ للتعبئة في أنابيب.
• V:يشير إلى خيار معتمد من VDE للسلامة.

مثال: EL660AS1(TA)-V هو SSR بجهد 600 فولت، تيار 50-80 مللي أمبير في حزمة SMD على شريط وبكرة TA، معتمد من VDE.

6.2 مواصفات التعبئة

• DIP القياسي:معبأ في أنابيب، 65 وحدة لكل أنبوب.
• التركيب السطحي (S1):معبأ على شريط وبكرة، 1000 وحدة لكل بكرة. يتم توفير أبعاد الشريط التفصيلية (حجم الجيب A، B، ثقب Do، D1، المسافة E، F) ومواصفات البكرة لإعداد آلة الاختيار والوضع الآلية (Pick-and-Place).

7. إرشادات التطبيق واعتبارات التصميم

7.1 التطبيقات المستهدفة

تتناسب مرحلات SSR هذه مع مجموعة واسعة من التطبيقات التي تتطلب تبديلاً معزولاً وموثوقاً:

• معدات الاتصالات والتبادل:توجيه الإشارات، واجهات بطاقات الخطوط.
• معدات الاختبار والقياس:تبديل مدخلات المستشعرات، تعدد الإشارات (Multiplexing).
• أتمتة المصانع (FA) وأتمتة المكاتب (OA):التحكم في الملفات اللولبية (Solenoids)، المحركات الصغيرة، المصابيح، والسخانات.
• أنظمة التحكم الصناعية (ICS):وحدات خرج PLC، الواجهة بين دوائر المنطق ودوائر الطاقة.
• أنظمة الأمان:تبديل الإنذارات، أقفال الأبواب، أو طاقة الكاميرات.

7.2 اعتبارات التصميم الحرجة

1. دائرة قيادة الإدخال:استخدم مقاومة تحديد تيار على التوالي مع صمام LED. احسب قيمة المقاومة بناءً على جهد الإمداد (مثال: 3.3V، 5V، 12V)، تيار LED المطلوب (5-10 مللي أمبير نموذجي لضمان التشغيل)، وجهد الأمام VF لصمام LED. تأكد من أن دائرة القيادة يمكنها توفير ما لا يقل عن الحد الأقصى لـ IF(on) (3 مللي أمبير) ويمكنها السحب إلى أقل من IF(off) (0.4 مللي أمبير) لضمان الإيقاف.
2. اعتبارات حمل الخرج:
   • تصنيف الجهد:اختر موديلاً (EL606A/625A/640A/660A) حيث يكون أقصى جهد حمل (بما في ذلك التدفقات العابرة) أقل من تصنيف VL للجهاز. تخفيض التصنيف (مثال: استخدام جزء 400 فولت لخط 240 فولت متردد) هو ممارسة جيدة.
   • تصنيف التيار:اختر بناءً على تيار الحمل المستمر RMS أو DC. ضع في اعتبارك مقايضة نوع التوصيل (A/B/C). يجب ألا يتجاوز تيار الحمل القيمة المحددة لـ IL لنوع التوصيل والموديل المختارين في أسوأ ظروف درجة الحرارة.
   • الأحمال الحثية:عند تبديل الأحمال الحثية (مرحلات، ملفات لولبية، محركات)، فإن دائرة Snubber (شبكة RC) أو صمام ثنائي Flyback (لـ DC) عبر الحمل هوأساسيلقمع ذروات الجهد التي يمكن أن تتجاوز جهد الانهيار لـ SSR.
   • تيار الاندفاع (Inrush Current):للأحمال مثل المصابيح أو الأحمال السعوية ذات اندفاع التشغيل العالي، تأكد من أن تيار الذروة الاندفاعي ضمن تصنيف ILPeak. قد تكون هناك حاجة إلى ثرمستور ذو معامل حرارة سالب (NTC) أو محدد اندفاع آخر.
3. إدارة الحرارة:يتم حساب تبديد الطاقة (Pout) في SSR كـ I_load² * Rds(on). عند أقصى تيار ودرجة حرارة مرتفعة، يمكن أن يكون هذا كبيراً. تأكد من أن تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة يوفر مساحة نحاسية كافية لتبديد الحرارة، خاصة لنسخة SMD. لا تتجاوز درجة حرارة التقاطع القصوى، والتي ترتبط بدرجة الحرارة المحيطة (Ta) والمقاومة الحرارية.
4. تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة (PCB Layout):حافظ على مسافات الزحف والتباعد (Creepage and Clearance) على لوحة الدوائر المطبوعة بين مسارات الإدخال والخرج وفقاً لمعايير السلامة (مثال: IEC 61010-1). اجعل مسارات الخرج عالية التيار قصيرة وعريضة.

8. دليل المقارنة الفنية والاختيار

تشكل الموديلات الأربعة في هذه السلسلة تسلسلاً هرمياً واضحاً يعتمد على قدرة الجهد والتيار:

• EL606A (60 فولت):لتطبيقات التيار المستمر منخفضة الجهد. يوفر أعلى تيار مستمر (حتى 800 مللي أمبير في التوصيل C) وأدنى مقاومة تشغيل.
• EL625A (250 فولت):مناسب لتطبيقات جهد خط 120 فولت متردد (مع تخفيض التصنيف) أو أنظمة التيار المستمر متوسطة المدى. توازن جيد بين التيار (حتى 300 مللي أمبير) والجهد.
• EL640A (400 فولت):مثالي لتطبيقات جهد خط 240 فولت متردد. تصنيف تيار يصل إلى 150 مللي أمبير.
• EL660A (600 فولت):لخطوط التيار المستمر عالية الجهد أو خطوط التيار المتردد الصناعية المتطلبة ذات التدفقات العابرة الكبيرة. تصنيف تيار يصل إلى 80 مللي أمبير.

مقارنة بمرحلات الكهروميكانيكية (EMRs):تقدم مرحلات SSR هذه عدم ارتداد للاتصال، عمر أطول بكثير (مليارات الدورات)، تشغيل صامت، ومقاومة أفضل للصدمات والاهتزازات. وهي بشكل عام أبطأ، ولها تكلفة أولية أعلى، ولها مقاومة تشغيل غير صفرية تؤدي إلى تبديد الحرارة.

مقارنة بمرحلات SSR أخرى:يوفر الاقتران الضوئي الجهدي لـ MOSFET تسرب خرج منخفض جداً ومقاومة تشغيل مستقرة. يختلف عن مرحلات SSR القائمة على الترياك المستخدمة لتبديل التيار المتردد، حيث يمكن لهذه المرحلات القائمة على MOSFET تبديل التيار المستمر.

9. الأسئلة الشائعة (FAQ)

9.1 هل يمكن لهذا الـ SSR تبديل أحمال التيار المتردد (AC)؟

Yes.خرج MOSFET ثنائي الاتجاه عند الإيقاف. ومع ذلك، فإن الصمام الثنائي الداخلي (Body Diode) لترانزستور MOSFET أحادي يجعله أحادي الاتجاه عند التشغيل. للتبديل الحقيقي للتيار المتردد، غالباً ما يستخدم ترانزستوران MOSFET بشكل متعاكس (Back-to-Back). تنص ورقة البيانات على "تمكين توصيلات خرج AC/DC و DC فقط". يظهر المخطط التخطيطي ومخططات التوصيل (A، B، C) ترانزستور MOSFET واحد. لذلك، لتبديل التيار المتردد، يُفترض استخدام دائرة خارجية أو تكوين توصيل محدد (ربما يتضمن كلا دبوسي المصدر 4 و 6) لمنع التيار في كلا الاتجاهين عند التشغيل. يجب على المصمم الرجوع إلى مخططات التوصيل التفصيلية لتنفيذ تبديل التيار المتردد بشكل صحيح.

9.2 ما الفرق بين التوصيلات A و B و C؟

هذه تكوينات أسلاك داخلية أو خارجية مختلفة للمصفوفة الضوئية الجهدية وترانزستورات MOSFET التي تقايض أقصى تيار حمل (IL) مقابل مقاومة تشغيل أقل (Rd(ON)).التوصيل Aيعطي الأولوية لقدرة التيار العالية.التوصيل Cيعطي الأولوية لأدنى خسارة توصيل ممكنة (أدنى مقاومة تشغيل Rd(ON)).التوصيل Bيقدم حل وسط. يعتمد الاختيار على ما إذا كان تصميمك محدوداً بقدرة التعامل مع التيار أو تبديد الطاقة/انخفاض الجهد.

9.3 كيف أحسب تبديد الطاقة والحرارة المتولدة؟

الطاقة المبددة في SSR (P_ssr) تأتي بالكامل تقريباً من ترانزستور MOSFET الخرج:P_ssr = I_load² * Rds(on). استخدم أقصى قيمة لـ Rds(on) من ورقة البيانات عند درجة حرارة تقاطع التشغيل المتوقعة لتقدير متحفظ. على سبيل المثال، EL606A في التوصيل C (Rds(on)_max = 0.5Ω) يبدل 500 مللي أمبير تيار مستمر يبدد P = (0.5)² * 0.5 = 0.125 واط. يجب إخراج هذه الحرارة عبر الدبابيس والنحاس الموجود على لوحة الدوائر المطبوعة للحفاظ على درجة حرارة التقاطع ضمن الحدود.

9.4 هل مبرد حراري (هيت سينك) مطلوب؟

لحزمة SMD عند التيارات الأعلى، نعم. تعتمد الحاجة على تبديد الطاقة المحسوب، والمقاومة الحرارية من التقاطع إلى المحيط (RθJA) لتخطيط لوحة الدوائر المطبوعة الخاص بك، وأقصى درجة حرارة محيطة. إذا اقتربت درجة حرارة التقاطع المحسوبة (Tj = Ta + (P_ssr * RθJA)) من 85°C أو تجاوزتها، فإن تحسين تبديد الحرارة (المزيد من النحاس، ثقوب حرارية، مبرد حراري خارجي) ضروري.

10. مبدأ التشغيل

يعمل SSR على مبدأ العزل الضوئي وتوليد الجهد الضوئي. عندما يتدفق تيار عبر صمام LED الأشعة تحت الحمراء AlGaAs للإدخال، فإنه يبعث ضوءاً. يتم اكتشاف هذا الضوء بواسطة مصفوفة صمامات ثنائية ضوئية جهدية على جانب الخرج. تولد هذه المصفوفة جهد دائرة مفتوحة كافياً لتعزيز بوابة ترانزستورات MOSFET من نوع N-channel في مرحلة الخرج بالكامل. هذا يشغل ترانزستور MOSFET، مما يخلق مساراً منخفض المقاومة بين أطراف المصدر والمصدر، وبالتالي إغلاق "المفتاح". عند إزالة تيار LED، ينهار الجهد الضوئي الجهدي، وتفرغ بوابة MOSFET، ويتم إيقاف الجهاز. يوفر المسار الضوئي العزل الكهربائي العالي.

11. السياق الصناعي والاتجاهات

تواصل مرحلات الحالة الصلبة اكتساب حصة سوقية على حساب مرحلات الكهروميكانيكية في العديد من التطبيقات بسبب الطلب على موثوقية أعلى، وعمر أطول، وتصغير الحجم. تشمل الاتجاهات الدافعة لتطوير SSR:

• كثافة طاقة أعلى:تطوير مرحلات SSR بمقاومة تشغيل Rds(on) أقل للتعامل مع تيار أكبر في حزم أصغر، مما يقلل من مساحة اللوحة.
• التكامل:دمج ميزات الحماية مثل اكتشاف التيار الزائد، إيقاف التشغيل الحراري، وتغذية راجعة للحالة في حزمة SSR.
• نطاقات جهد أوسع:هناك طلب على أجهزة لكل من تطبيقات الجهد المنخفض (مثال: 12V/24V للسيارات/الصناعية) وتطبيقات جهد الشبكة الرئيسية.
• مواد عزل محسنة:تعزيز تصنيفات السلامة والموثوقية من خلال مركبات قولبة متقدمة وبناء داخلي.

تمثل عائلة الأجهزة الموصوفة في ورقة البيانات هذه حلاً ناضجاً وموصوفاً جيداً لاحتياجات التبديل المعزول للأغراض العامة عبر صناعات متعددة.