ورقة بيانات سلسلة EL050L - عازل ضوئي عالي السرعة - حزمة SOP8 - جهد مزدوج 3.3V/5V - عزل 3750Vrms - وثيقة تقنية بالعربية

8.2 اتجاهات الصناعة

تمثل سلسلة EL050L مقترناً ضوئياً ترانزستورياً عالي الأداء والسرعة (عازل ضوئي) مصمماً للتطبيقات التي تتطلب عزلًا كهربائيًا قويًا ونقل إشارات رقمية سريعًا. الوظيفة الأساسية لهذا الجهاز هي نقل الإشارات الكهربائية بين دائرتين معزولتين باستخدام الضوء، وبالتالي منع حلقات التأريض، وحجب الفولتيات العالية، وتقليل انتقال الضوضاء.

في صميمه، يحتوي الجهاز على ثنائي باعث للضوء بالأشعة تحت الحمراء (LED) مقترن بصريًا بكاشف ضوئي متكامل عالي السرعة مع مخرج بوابة منطقية. يتيح هذا التكوين له العمل كعازل رقمي. وهو مُغلف في حزمة صغيرة مكونة من 8 أطراف (SOP)، مما يجعله مناسبًا لعمليات التجميع الحديثة بتقنية التركيب السطحي (SMT).

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تم تصميم EL050L بعدة مزايا رئيسية تحدد مكانته في السوق:

• التشغيل عالي السرعة:قادر على معدلات بيانات تصل إلى 1 ميجابت في الثانية (1Mbit/s)، مما يجعله مناسبًا لواجهات الاتصال الرقمية وإشارات التحكم بالتبديل السريع.
• العزل القوي:يوفر جهد عزل مرتفع يبلغ 3750 فولت_{قيمة جذر متوسط مربع}بين جانبيه المدخل والمخرج، مما يضمن السلامة والموثوقية في بيئات الفولتية العالية.
• مناعة ممتازة ضد الضوضاء:يتميز بمناعة عابرة مشتركة عالية (CMTI) لا تقل عن 15 كيلو فولت/ميكروثانية، مما يسمح له برفض التغيرات السريعة في الجهد التي تظهر عبر حاجز العزل، وهو أمر بالغ الأهمية في إلكترونيات الطاقة الصاخبة مثل محركات الأقراص.
• جهد تغذية مزدوج:الجانب المخرج متوافق مع أنظمة المنطق 3.3 فولت و5 فولت، مما يوفر مرونة في التصميم.
• الامتثال البيئي:الجهاز خالٍ من الهالوجين وخالٍ من الرصاص ومتوافق مع معايير RoHS وREACH ومعايير السلامة الدولية المختلفة (UL وcUL وVDE وغيرها).

تشمل الأسواق المستهدفة الرئيسية الأتمتة الصناعية، ودوائر التغذية الراجعة لمصادر الطاقة، وأنظمة محركات الأقراص، وعزل واجهات الاتصال، وأي تطبيق تكون فيه اختلافات جهد التأريض أو ضوضاء الفولتية العالية مصدر قلق.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

يقدم هذا القسم تفسيرًا تفصيليًا وموضوعيًا للمعايير الكهربائية والبصرية الرئيسية المحددة في ورقة البيانات.

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه القيم حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في تلف دائم للجهاز. لا يُقصد بها التشغيل العادي.

• تيار الأمام للمدخل (I_F):25 مللي أمبير مستمر. هذا يحد من أقصى تيار مستمر عبر LED المدخل.
• تيار الأمام الذروي (I_FP):50 مللي أمبير لنبضات ذات دورة عمل 50% وعرض نبضة 1 مللي ثانية. هذا يسمح بتيارات تشغيل لحظية أعلى لفترات قصيرة.
• الجهد العكسي (V_R):5 فولت. يجب ألا يتعرض LED المدخل لجهد عكسي يتجاوز هذه القيمة.
• جهد المخرج (V_O) وجهد التغذية (V_CC):-0.5 فولت إلى +7 فولت. يجب أن يظل طرف المخرج وطرف التغذية ضمن نطاق الجهد هذا بالنسبة إلى أرضية المخرج (GND).
• جهد العزل (V_ISO):3750 فولت_{قيمة جذر متوسط مربع}لمدة دقيقة واحدة. هذا هو جهد اختبار العزل العالي المطبق بين أطراف المدخل القصيرة (1-4) وأطراف المخرج القصيرة (5-8) للتحقق من سلامة حاجز العزل.
• درجة حرارة التشغيل (T_OPR):-40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية. يتم ضمان أن الجهاز يلبي مواصفاته الكهربائية ضمن نطاق درجة الحرارة المحيطة هذا.

2.2 الخصائص الكهربائية ونقل الإشارة

يتم ضمان هذه المعايير ضمن نطاق درجة حرارة التشغيل من 0 درجة مئوية إلى 70 درجة مئوية ما لم يُذكر خلاف ذلك.

خصائص المدخل:

• جهد الأمام (V_F):عادة 1.45 فولت، بحد أقصى 1.8 فولت عند تيار أمامي (I_F) بقيمة 16 مللي أمبير. هذا هو انخفاض الجهد عبر LED عند التوصيل.
• معامل درجة حرارة V_F:تقريبًا -1.9 مللي فولت/درجة مئوية. ينخفض جهد الأمام لـ LED مع زيادة درجة الحرارة، وهي خاصية نموذجية للثنائيات شبه الموصلة.

خصائص المخرج:

• تيار المخرج المنطقي العالي (I_OH):تيار تسرب منخفض جدًا (أقصى 0.5 ميكرو أمبير) عندما يكون المدخل مغلقًا (I_F=0). هذا يشير إلى حالة "إيقاف" جيدة.
• تيارات التغذية: I_CCL(حالة المنطق المنخفض، المدخل قيد التشغيل) عادة 100 ميكرو أمبير، بينما I_CCH(حالة المنطق العالي، المدخل مغلق) أقل بكثير، عادة 0.01 ميكرو أمبير. تحدد هذه القيم استهلاك الطاقة الساكن لمرحلة المخرج.

خصائص نقل الإشارة:

• نسبة نقل التيار (CTR):بالنسبة لـ EL050L، يتم تحديد CTR بين 7% و50% تحت ظروف الاختبار القياسية (I_F=16mA, V_O=0.4V, V_CC=3.3V, T_A=25°C). CTR هي نسبة تيار المجمع للترانزستور المخرج إلى تيار الأمام لـ LED المدخل. يتم ضمان حد أدنى لـ CTR بنسبة 5% تحت ظروف مختلفة قليلاً (V_O=0.5V). هذه المعلمة حاسمة لضمان قدرة المخرج على سحب تيار كافٍ لخفض جهد المخرج إلى مستوى منخفض.
• جهد المخرج المنطقي المنخفض (V_OL):عادة 0.12 فولت، بحد أقصى 0.4 فولت عندما I_F=16mA والمخرج يسحب 3 مللي أمبير. جهد التشبع المنخفض هذا ضروري لإشارات منطقية منخفضة نظيفة.

2.3 خصائص التبديل

تحدد هذه المعايير الأداء الديناميكي للمقترن الضوئي، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات عالية السرعة. يتم إجراء الاختبارات عند I_F=16mA و V_CC=3.3V.

• أوقات تأخر الانتشار:
  • T_PHL(إلى المنطق المنخفض):أقصى 2.0 ميكروثانية مع مقاوم حمل 4.1 كيلو أوم (R_L). يتم تحقيق تبديل أسرع (أقصى 0.9 ميكروثانية) مع حمل أصغر 1.9 كيلو أوم. هذا هو التأخير من تشغيل LED المدخل إلى انخفاض جهد المخرج إلى مستوى منطقي منخفض.
  • T_PLH(إلى المنطق العالي):وبالمثل، أقصى 2.0 ميكروثانية (4.1 كيلو أوم) و 0.9 ميكروثانية (1.9 كيلو أوم). هذا هو التأخير من إيقاف LED المدخل إلى ارتفاع جهد المخرج إلى مستوى منطقي عالٍ.
• المناعة العابرة المشتركة (CMTI):مقياس رئيسي للقوة. يتم اختبار الجهاز لتحمل حد أدنى 1000 فولت/ميكروثانية (نموذجي) لمعدل تغير جهد الوضع المشترك (dV_CM/dt) مع الحفاظ على حالة المنطق الصحيحة للمخرج، سواء عالية أو منخفضة. يستخدم الاختبار نبضة وضع مشترك بقيمة 10 فولت من الذروة إلى الذروة. تمنع CMTI العالية التشغيل الخاطئ من طفرات الضوضاء عبر حاجز العزل.

3. تكوين الأطراف ووصف الوظائف

يستخدم الجهاز حزمة SOP مكونة من 8 أطراف. توزيع الأطراف كما يلي:

• الطرف 1، 4:لا اتصال (NC). هذه الأطراف غير متصلة داخليًا ويمكن تركها عائمة أو توصيلها بالأرضية للحماية في تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة.
• الطرف 2:الأنود لـ LED الأشعة تحت الحمراء المدخل.
• الطرف 3:الكاثود لـ LED الأشعة تحت الحمراء المدخل.
• الطرف 5:الأرضية (GND) لدائرة جانب المخرج.
• الطرف 6:جهد المخرج (V_OUT). هذا هو مخرج المجمع المفتوح للكاشف الضوئي. يلزم وجود مقاوم سحب إلى V_CCخارجي.
• الطرف 7:جهد التمكين أو التحيز (V_B). بناءً على الوصف ("مخرج قابل للتمكين")، من المحتمل أن يوفر هذا الطرف وسيلة لتمكين أو تعطيل مرحلة المخرج لتقليل الضوضاء أو تعدد الأجهزة. لا توفر ورقة البيانات معلومات تطبيقية مفصلة لهذا الطرف؛ يُوصى بالرجوع إلى ملاحظات التطبيق الخاصة بالشركة المصنعة.
• الطرف 8:جهد التغذية (V_CC) لجانب المخرج. يقبل 3.3 فولت أو 5 فولت.

4. إرشادات التطبيق واعتبارات التصميم

4.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• عزل تشغيل البوابات في محركات الأقراص/المحولات:عزل إشارات PWM الخاصة بمتحكم الجهد المنخفض عن دوائر تشغيل البوابات عالية الجهد والصاخبة لـ IGBTs أو MOSFETs. CMTI العالي ضروري هنا.
• عزل حلقة التغذية الراجعة في مصادر الطاقة ذات التبديل (SMPS):توفير تغذية راجعة معزولة للجهد/التيار من الجانب الثانوي (المخرج) إلى متحكم الجانب الأولي، مما يضمن السلامة والتنظيم.
• عزل واجهة الاتصال:عزل خطوط البيانات التسلسلية (مثل RS-485 وCAN وUART) لكسر حلقات التأريض وحماية المنطق الحساس من التغيرات العابرة.
• ترجمة مستوى المنطق وفصل التأريض:التواصل بين أنظمة ذات جهود تأريض مختلفة أو مستويات جهد منطقية مختلفة (مثل 3.3V LVTTL إلى 5V CMOS).
• بديل لمحولات النبض أو المقترنات الضوئية الترانزستورية الأبطأ:تقديم حل أصغر وأكثر تكاملاً وربما أكثر موثوقية بسرعة مماثلة أو أفضل.

4.2 اعتبارات التصميم الحرجة

• مقاوم تحديد تيار المدخل:يجب دائمًا استخدام مقاوم متسلسل مع LED المدخل لتحديد تيار الأمام (I_F) إلى قيمة آمنة، عادة بين 5 مللي أمبير و16 مللي أمبير وفقًا لظروف اختبار ورقة البيانات. يتم حساب قيمة المقاومة كـ R_limit= (V_drive- V_F) / I_F.
• مقاوم السحب للمخرج:يتطلب مخرج المجمع المفتوح على الطرف 6 مقاوم سحب خارجي إلى V_CC. قيمة هذا المقاوم (R_L) هي مقايضة حرجة:
  • R_Lأصغر (مثل 1.9 كيلو أوم):يوفر أوقات صعود أسرع (T_PLHأقل) وسحب أقوى، ولكنه يزيد من تبديد الطاقة عندما يكون المخرج منخفضًا (I_OL= V_CC/R_L). تأكد من عدم تجاوز قدرة سحب تيار المخرج.
  • R_Lأكبر (مثل 4.1 كيلو أوم أو 10 كيلو أوم):يقلل من استهلاك الطاقة ولكن يؤدي إلى أوقات صعود أبطأ وقد يكون أكثر عرضة لالتقاط الضوضاء.
• فصل مصدر الطاقة:ضع مكثف سيراميك 0.1 ميكروفاراد بالقرب من الطرفين 8 (V_CC) و 5 (GND) لتوفير مصدر تيار محلي ذو مقاومة منخفضة للتبديل عالي السرعة وتصفية الضوضاء.
• تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة لـ CMTI عالية:للحفاظ على المناعة العابرة المشتركة العالية، قلل من السعة الطفيلية عبر حاجز العزل. وهذا يعني الحفاظ على مسارات المدخل والمخرج منفصلة ماديًا على لوحة الدوائر المطبوعة، وتجنب المسارات المتوازية، واتباع مسافات الزحف والتباعد الموصى بها في معايير السلامة.
• استخدام طرف التمكين (V_B):إذا لم تكن ميزة التمكين مطلوبة، فيجب توصيل هذا الطرف وفقًا لتوصية الشركة المصنعة، والتي غالبًا ما تكون إلى V_CCأو تركه عائمًا. تفتقر ورقة البيانات إلى إرشادات صريحة، لذا هناك حاجة للتحقق.

5. المعلومات الميكانيكية والتعبئة والتغليف والتركيب

5.1 أبعاد الحزمة وطريقة التركيب

الجهاز مُغلف في حزمة SOP مكونة من 8 أطراف (حزمة صغيرة المخطط). تتضمن ورقة البيانات رسمًا للحزمة بأبعاد حرجة (الطول، العرض، الارتفاع، تباعد الأطراف، إلخ). يجب على المصممين الالتزام بهذه الأبعاد لإنشاء بصمة لوحة الدوائر المطبوعة.

يتم عادةً توفير تخطيط وسادة موصى به للتركيب السطحي لضمان تكوين وصلة لحام موثوقة أثناء اللحام بإعادة التدفق. يأخذ هذا التخطيط في الاعتبار التخفيف الحراري وحواف اللحام المناسبة.

5.2 اللحام والتعامل

• اللحام بإعادة التدفق:يمكن للجهاز تحمل أقصى درجة حرارة لحام (T_SOL) تبلغ 260 درجة مئوية لمدة 10 ثوانٍ. بشكل عام، تنطبق ملفات إعادة التدفق الخالية من الرصاص القياسية (IPC/JEDEC J-STD-020).
• حساسية الرطوبة:حزم SOP حساسة عادةً للرطوبة. إذا تم توريد الجهاز في عبوة جافة، فيجب تجفيفه وفقًا لتعليمات الشركة المصنعة إذا تم تجاوز حد وقت التعرض قبل اللحام.
• ظروف التخزين:نطاق درجة حرارة التخزين القصوى المطلقة هو -40 درجة مئوية إلى +125 درجة مئوية. قم بالتخزين في بيئة جافة ومضادة للكهرباء الساكنة.

6. معلومات الطلب والتمييز بين الموديلات

يتبع رقم الجزء التنسيق:EL050L(Z)-V

• EL050L:رقم الجزء الأساسي للسلسلة.
• (Z):خيار الشريط والبكرة.
  • بدون: معبأ في أنابيب من 100 وحدة.
  • (TA): شريط وبكرة من النوع TA، 2000 وحدة لكل بكرة.
  • (TB): شريط وبكرة من النوع TB، 2000 وحدة لكل بكرة.
• -V:لاحقة اختيارية تشير إلى أن الجهاز معتمد وفقًا لمعايير VDE. إذا تم حذفها، فإن الجهاز لديه موافقات قياسية (UL، cUL، إلخ.).

أمثلة:

• EL050L:جزء قياسي في أنبوب.
• EL050L-V:جزء معتمد من VDE في أنبوب.
• EL050L(TA)-V:جزء معتمد من VDE على شريط وبكرة من النوع TA.

7. المقارنة التقنية والأسئلة الشائعة

7.1 المقارنة مع أنواع العوازل الأخرى

• مقارنة مع المقترنات الضوئية الترانزستورية التقليدية:EL050L أسرع بكثير (1Mbit/s مقابل غالبًا <100kbit/s) بسبب مرحلة المخرج ذات البوابة المنطقية المتكاملة، والتي تقود المخرج بنشاط بدلاً من الاعتماد على ترانزستور ضوئي سلبي.
• مقارنة مع العوازل الرقمية (القائمة على CMOS):تستخدم العوازل الرقمية اقتران RF أو سعوي ويمكنها تحقيق سرعات أعلى بكثير (مثل 100Mbit/s+) واستهلاك طاقة أقل. ومع ذلك، تقدم المقترنات الضوئية مثل EL050L عمومًا جهد عزل جوهري أعلى وموثوقية طويلة الأجل بسبب عزلها الضوئي الجلفاني، الذي لا يتأثر بالمجالات المغناطيسية.
• مقارنة مع محولات النبض:يوفر EL050L ترجمة مستوى DC ثابت، بينما تمرر المحولات إشارات AC فقط. كما أنه أصغر ولا يتطلب دوائر تشغيل معقدة لتشكيل الإشارة.

7.2 الأسئلة المتكررة (بناءً على المعايير)

س: هل يمكنني تشغيل LED المدخل مباشرة من طرف متحكم دقيق بجهد 5 فولت؟

ج: لا. يجب عليك استخدام مقاوم محدد للتيار. لطرف متحكم دقيق بجهد 5 فولت، V_drive=5V. بافتراض V_F≈1.5V والرغبة في I_F=10mA، R_limit= (5V - 1.5V) / 0.01A = 350Ω. مقاوم 330Ω أو 360Ω سيكون مناسبًا.

س: ما قيمة مقاوم السحب (R_L) التي يجب أن أستخدمها على المخرج؟

ج: يعتمد ذلك على متطلبات السرعة والطاقة لديك. لأقصى سرعة، استخدم 1.9 كيلو أوم (إذا كان V_CC=3.3V، I_OL≈1.7mA). لطاقة أقل وسرعة معتدلة، 4.7 كيلو أوم أو 10 كيلو أوم شائع. تحقق من أن عتبة المنطق المنخفض (V_IL) لحملك أعلى بأمان من V_OLللمقترن الضوئي عند I_OL.

التي اخترتها.

س: نطاق CTR واسع (7% إلى 50%). كيف يؤثر هذا على تصميمي؟_Fج: يجب أن تصمم لأسوأ حالة CTR دنيا (5% تحت الشرط المحدد في ورقة البيانات) لضمان قدرة المخرج دائمًا على سحب تيار كافٍ للوصول إلى جهد منطقي منخفض صالح. إذا كان هامش التصميم لديك غير كافٍ مع الحد الأدنى لـ CTR، فقد تحتاج إلى زيادة تيار LED المدخل (I

).

س: هل تصنيف العزل البالغ 3750Vrms كافٍ لتطبيقي الصناعي؟

ج: 3750Vrms هو تصنيف قياسي للعزل الوظيفي في العديد من أنظمة التحكم الصناعية. للعزل المعزز أو التطبيقات ذات جهود الشبكة الأعلى (مثل 480VAC ثلاثي الطور)، يجب عليك التحقق من معايير السلامة المحددة (IEC/UL 60747-5-5) لضمان أن تصنيفات الجهاز تفي بجهد العمل المطلوب، ودرجة التلوث، ومعايير مجموعة المواد.

8. مبدأ التشغيل واتجاهات التكنولوجيا

8.1 مبدأ التشغيل

يعمل EL050L على المبدأ الأساسي للتحويل الكهروضوئي. عندما يتم تطبيق تيار أمامي على LED الأشعة تحت الحمراء في جانب المدخل (الطرفان 2-3)، فإنه يصدر فوتونات. تنتقل هذه الفوتونات عبر حاجز عزل شفاف (عادةً مركب سيليكون أو بلاستيك مصبوب) وتصطدم بالمنطقة الحساسة للضوء للكاشف المتكامل في جانب المخرج. تقوم دائرة الكاشف، التي تتضمن ثنائي ضوئي ومرحلة تضخيم (على الأرجح مضخم مقاومة عابر ومقارن/بوابة منطقية)، بتحويل الإشارة الضوئية مرة أخرى إلى إشارة كهربائية. تشير ميزة "القابل للتمكين" على الطرف 7 إلى وجود مدخل تحكم إضافي لهذه المرحلة المخرجة، ربما لتمكين المخرج لتقليل الطاقة أو تمكين مشاركة الناقل. الميزة الرئيسية هي الغياب التام للاتصال الجلفاني (الكهربائي) بين الجانبين، مما يوفر عزل جهد عالي ومناعة ضد الضوضاء.

8.2 اتجاهات الصناعة