ورقة البيانات الفنية لمجموعة المقارنات الضوئية عالية السرعة 1 ميجابت/ثانية ذات مخرج الترانزستور 8 دبوس DIP (6N135، 6N136، EL450x) - العزل 5000 فولت RMS

1. نظرة عامة على المنتج

تُمثِّل عائلة 6N135 و6N136 وEL4502 وEL4503 مجموعة من المقارنات الضوئية (العوازل البصرية) عالية السرعة ذات مخرج الترانزستور، والمصممة للتطبيقات التي تتطلب عزلًا سريعًا للإشارات الرقمية. يدمج كل جهاز ثنائي باعث للضوء بالأشعة تحت الحمراء (LED) مقترنًا بصريًا بترانزستور كاشف ضوئي عالي السرعة. تكمن الميزة الأساسية لهذه السلسلة في تخطيط الأطراف المخصص، الذي يفصل بين جهد الانحياز للثنائي الضوئي ومجمع ترانزستور الخرج. هذا الاختيار المعماري يقلل بشكل كبير من سعة القاعدة-المجمع لترانزستور الدخل، مما يتيح سرعات تبديل تصل إلى 1 ميجابت في الثانية (1Mbit/s)، وهي أسرع بمقدار أضعاف من المقارنات التقليدية القائمة على الترانزستور الضوئي.

يتم تقديم الأجهزة في غلاف ثنائي الخطوط قياسي 8 أطراف (DIP) وهي متوفرة بخيارات للمسافات الواسعة بين الأطراف وتكوينات التركيب السطحي. تتميز بالعمل عبر نطاق واسع من درجات الحرارة وهي متوافقة مع معايير السلامة الدولية الرئيسية، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات الصناعية والاتصالات وإلكترونيات الطاقة.

2. التفسير الموضوعي العميق للمعايير الفنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تُحدد الحدود القصوى المطلقة حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. لا يُوصى بتشغيل الجهاز باستمرار عند هذه الحدود أو بالقرب منها. تشمل التصنيفات الرئيسية:

• تيار الدخل الأمامي (I_F): 25 مللي أمبير مستمر. يتم تصنيف تيار الذروة الأمامي (I_FP) عند 50 مللي أمبير للنبضات ذات دورة عمل 50% وعرض نبضة 1 مللي ثانية.
• الجهد العكسي (V_R): 5 فولت كحد أقصى عبر ثنائي LED الدخل.
• جهد الخرج (V_O): يتراوح من -0.5 فولت إلى +20 فولت عند طرف الخرج.
• جهد التغذية (V_CC): يتراوح من -0.5 فولت إلى +30 فولت لمصدر الطاقة في جانب الخرج.
• جهد العزل (V_ISO): 5000 فولت_RMSلمدة دقيقة واحدة. هذه معلمة سلامة حرجة، يتم اختبارها عن طريق توصيل أطراف جانب الدخل (1-4) معًا وأطراف جانب الخرج (5-8) معًا.
• درجة حرارة التشغيل (T_OPR): من -55°C إلى +100°C. يضمن هذا النطاق الواسع أداءً موثوقًا في البيئات القاسية.
• استهلاك الطاقة الكلي (P_TOT): 200 ملي واط، يجمع بين حدود طاقة الدخل والخرج.

2.2 الخصائص الكهربائية ونقل الإشارة

يتم ضمان هذه المعلمات عبر نطاق درجة حرارة التشغيل من 0°C إلى 70°C ما لم يُذكر خلاف ذلك. وهي تُحدد أداء الجهاز في ظل ظروف التشغيل العادية.

• الجهد الأمامي (V_F): عادةً 1.45 فولت عند I_F= 16 مللي أمبير. هذا مهم لتصميم دائرة تحديد تيار جانب الدخل.
• نسبة نقل التيار (CTR): هذه هي نسبة تيار مجمع ترانزستور الخرج إلى تيار الدخل الأمامي لـ LED، معبرًا عنها كنسبة مئوية. لدى 6N135 حد أدنى لنسبة نقل التيار يبلغ 7% (سيناريو نموذجي)، بينما لدى 6N136 وEL4502 وEL4503 حد أدنى يبلغ 19%. تؤثر هذه المعلمة مباشرة على تيار القيادة المطلوب لتيار خرج معين.
• جهد الخرج المنطقي المنخفض (V_OL): الجهد عند طرف الخرج عندما يكون الجهاز في حالة "التشغيل". بالنسبة لـ 6N135، يتم ضمان أن يكون أقل من 0.4 فولت (الحد الأقصى) عند I_F=16 مللي أمبير و I_O=1.1 مللي أمبير. بالنسبة لـ 6N136/EL450x، يكون أقل من 0.4 فولت عند I_O=3 مللي أمبير. انخفاض V_OLأمر بالغ الأهمية للحصول على إشارات منطقية منخفضة نظيفة.
• تيارات التغذية (I_CCL, I_CCH): I_CCLهو التيار المسحوب من V_CCعندما يكون الخرج منخفضًا (LED قيد التشغيل)، عادةً 140 ميكرو أمبير. I_CCHهو التيار عندما يكون الخرج مرتفعًا (LED مطفأ)، عادةً 0.01 ميكرو أمبير، مما يشير إلى استهلاك طاقة منخفض جدًا في حالة الخمول.

3. خصائص التبديل

تحدد هذه المعلمات سرعة الجهاز، وهي الميزة الأساسية التي تميزه. يتم إجراء الاختبارات عند I_F=16 مللي أمبير و V_CC=5 فولت.

• زمن التأخير في الانتشار (t_PHL, t_PLH): هذا هو التأخير الزمني بين حافة إشارة الدخل والاستجابة المقابلة في الخرج.
  • 6N135: t_PHL(إلى المنخفض) عادةً 0.35 ميكرو ثانية (الحد الأقصى 2.0 ميكرو ثانية)؛ t_PLH(إلى المرتفع) عادةً 0.5 ميكرو ثانية (الحد الأقصى 2.0 ميكرو ثانية) مع R_L=4.1 كيلو أوم.
  • 6N136/EL450x: t_PHLعادةً 0.35 ميكرو ثانية (الحد الأقصى 1.0 ميكرو ثانية)؛ t_PLHعادةً 0.3 ميكرو ثانية (الحد الأقصى 1.0 ميكرو ثانية) مع R_L=1.9 كيلو أوم.
  تتيح أوقات الانتشار السريعة هذه نقل بيانات موثوق به بمعدل 1 ميجابت/ثانية.
• مناعة العبور المشترك (CM_H, CM_L): يقيس هذا قدرة الجهاز على رفض التغيرات السريعة في الجهد (الضوضاء) التي تظهر بالتساوي على جانبي الدخل والخرج لحاجز العزل. يتم تحديده بالفولت لكل ميكرو ثانية (V/µs).
  • 6N135/6N136/EL4502: الحد الأدنى 1000 فولت/ميكرو ثانية لكل من الحالتين المرتفعة والمنخفضة.
  • EL4503: أعلى بكثير، بقيمة نموذجية تبلغ 20,000 فولت/ميكرو ثانية وحد أدنى 15,000 فولت/ميكرو ثانية، مما يجعله مثاليًا للبيئات ذات الضوضاء العالية جدًا مثل محركات الأقراص.

4. معلومات الميكانيكا والتغليف

4.1 تكوين الأطراف

تستخدم الأجهزة غلاف DIP 8 أطراف. يختلف تخطيط الأطراف قليلاً بين 6N135/6N136 وEL4502/EL4503، بشكل أساسي في وظيفة الطرف 7.

لـ 6N135 / 6N136:

1. لا يوجد اتصال (NC)
2. الأنود (أنود LED الدخل)
3. الكاثود (كاثود LED الدخل)
4. لا يوجد اتصال (NC)
5. الأرضي (أرضي جانب الخرج، GND)
6. جهد الخرج (V_OUT)
7. جهد الانحياز (V_B) - يوفر هذا الطرف اتصالاً منفصلاً لتحيز الثنائي الضوئي الداخلي، وهو مفتاح تحقيق السرعة العالية.
8. جهد التغذية (V_CC)

لـ EL4502 / EL4503:

1. لا يوجد اتصال (NC)
2. الأنود (أنود LED الدخل)
3. الكاثود (كاثود LED الدخل)
4. لا يوجد اتصال (NC)
5. الأرضي (أرضي جانب الخرج، GND)
6. جهد الخرج (V_OUT)
7. لا يوجد اتصال (NC) - ملاحظة: الطرف 7 غير متصل في هذه المتغيرات.
8. جهد التغذية (V_CC)

5. اقتراحات التطبيق

5.1 سيناريوهات التطبيق النموذجية

• مستقبلات الخطوط ومعدات الاتصالات: عزل خطوط البيانات الرقمية (مثل RS-232، RS-485) لمنع حلقات الأرضي وحماية الدوائر الحساسة من الارتفاعات المفاجئة.
• عزل ترانزستور الطاقة في محركات الأقراص ومصادر الطاقة ذات التبديل (SMPS): توفير إشارات تشغيل البوابة لـ MOSFETs/IGBTs عالية الجانب مع الحفاظ على العزل الجلفاني. مناعة العبور المشترك العالية (خاصةً EL4503) أمر بالغ الأهمية هنا.
• عزل الأرضي المنطقي عالي السرعة: كسر حلقات الأرضي بين الأنظمة الفرعية الرقمية التي تعمل بجهود مختلفة، ومنع اقتران الضوضاء.
• بديل للمقارنات الضوئية ذات الترانزستور منخفضة السرعة: ترقية التصميمات الحالية لمعدلات بيانات أعلى دون تغييرات كبيرة في الدائرة.
• الأجهزة المنزلية والتحكم الصناعي: عزل وحدات التحكم الدقيقة لواجهة المستخدم عن مراحل الطاقة.

5.2 اعتبارات التصميم

• تحديد تيار الدخل: يجب استخدام مقاوم خارجي على التوالي مع LED الدخل لتحديد التيار الأمامي (I_F) إلى القيمة المطلوبة، عادةً حوالي 16 مللي أمبير للحصول على سرعة ونسبة نقل التيار المثلى. يتم حساب قيمة المقاومة كـ (جهد التغذية - V_F) / I_F.
• مقاوم السحب العلوي للخرج: مطلوب مقاوم سحب علوي (R_L) بين V_OUT(الطرف 6) و V_CC(الطرف 8). تؤثر قيمته على كل من سرعة التبديل وقدرة تيار الخرج. تحدد ورقة البيانات ظروف الاختبار باستخدام R_L=4.1 كيلو أوم لـ 6N135 و 1.9 كيلو أوم لـ 6N136/EL450x. تقلل القيم المنخفضة من السرعة ولكنها تزيد أيضًا من استهلاك الطاقة.
• المكثفات الالتفافية: ضع مكثف سيراميك 0.1 ميكروفاراد بالقرب من أطراف V_CCو GND في جانب الخرج لفصل الضوضاء عالية التردد.
• تخطيط اللوحة للحصول على CMR عالي: للحفاظ على رفض النمط المشترك العالي، قلل من السعة الطفيلية بين جانبي الدخل والخرج في تخطيط لوحة الدائرة. حافظ على فصل المسارات على جانبي حاجز العزل بشكل جيد.

6. المقارنة الفنية ودليل الاختيار

الاختلافات الأساسية داخل هذه السلسلة هي في نسبة نقل التيار (CTR) ورفض النمط المشترك (CMR).

• 6N135 مقابل 6N136/EL4502: لدى 6N135 نسبة نقل تيار دنيا أقل (7% مقابل 19%). هذا يعني أنه قد يتطلب تيار دخل أعلى قليلاً لتحقيق نفس تذبذب تيار الخرج. توفر 6N136/EL4502 هامشًا أفضل.
• EL4503 مقابل الآخرين: يتميز EL4503 بمناعة عبور مشترك عالية للغاية (15,000 فولت/ميكرو ثانية كحد أدنى). هذا يجعله الخيار المفضل للتطبيقات ذات الضوضاء الكهربائية العالية للغاية، مثل محركات التردد المتغير (VFDs) أو وحدات تحكم المحركات الصناعية، حيث تكون الارتفاعات السريعة في الجهد (dV/dt) شائعة.
• ملخص الاختيار:
  • للعزل عالي السرعة للأغراض العامة مع نسبة نقل تيار جيدة: اختر 6N136 أو EL4502.
  • إذا كانت التكلفة عاملًا رئيسيًا وكانت نسبة نقل التيار المنخفضة مقبولة: قد يكون 6N135 كافيًا.
  • لأكثر بيئات إلكترونيات الطاقة صعوبة وعالية الضوضاء: تم تصميم EL4503 خصيصًا لهذا الدور.

7. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعايير الفنية)

س: ما هي الميزة الرئيسية لهذا المقارن الضوئي مقارنة بـ 4N35 القياسي؟

ج: السرعة. يقلل هيكل طرف الانحياز المخصص (V_Bعلى 6N135/136) من السعة الداخلية، مما يتيح التشغيل بسرعة 1 ميجابت/ثانية، في حين أن المقارن الضوئي القياسي مثل 4N35 محدود عادةً بأقل من 100 كيلوبت/ثانية.

س: هل يمكنني استخدام مصدر طاقة واحد 5 فولت لكل من جانبي الدخل والخرج؟

ج: كهربائيًا، نعم، لكن هذا يهزم الغرض من العزل. للحصول على عزل حقيقي، يجب أن يتم تغذية جانب الدخل (LED) وجانب الخرج (الكاشف، V_CC, GND) من مصادر طاقة منفصلة وغير متصلة أو من محول DC-DC معزول.

س: لماذا توجد قيمتان مختلفتان موصى بهما لمقاوم السحب العلوي (4.1 كيلو أوم مقابل 1.9 كيلو أوم)؟

ج: تؤدي مواصفات نسبة نقل التيار المختلفة للأجهزة إلى نقاط تشغيل مثالية مختلفة. يستخدم 6N135، مع نسبة نقل تيار أقل، مقاوم سحب علوي أعلى لتحديد تيار الخرج لمواصفات جهد خرج منخفض معين، مع تحقيق السرعة المستهدفة. يمكن لـ 6N136/EL450x، مع نسبة نقل تيار أعلى، استخدام قيمة مقاومة أقل، مما يمكن أن يحسن سرعة التبديل بشكل أكبر.

س: ماذا يعني "خالي من الرصاص ومتوافق مع RoHS" لعملية التجميع الخاصة بي؟

ج: يعني ذلك أن الجهاز مصنوع بدون رصاص (Pb) ويتوافق مع توجيه تقييد المواد الخطرة. هذا يسمح باستخدامه في المنتجات المباعة في المناطق التي لديها هذه اللوائح البيئية. يتم تحديد تصنيف درجة حرارة اللحام (260°C لمدة 10 ثوانٍ) لعمليات اللحام الخالية من الرصاص.

8. مقدمة عن المبدأ

يعمل المقارن الضوئي ذو مخرج الترانزستور على مبدأ العزل البصري. يتسبب التيار الكهربائي المطبق على جانب الدخل في إصدار ثنائي باعث للضوء بالأشعة تحت الحمراء (LED) للضوء. ينتقل هذا الضوء عبر فجوة صغيرة داخل الغلاف ويضرب منطقة قاعدة ترانزستور ضوئي على جانب الخرج. تولد الفوتونات الواردة أزواج إلكترون-ثقب في القاعدة، مما يعمل بشكل فعال كتيار قاعدة. "تيار القاعدة البصري" هذا يشغل الترانزستور، مما يسمح لتيار مجمع أكبر بكثير بالتدفق من V_CCإلى طرف الخرج، الذي يتم سحبه إلى المستوى المنخفض عبر الترانزستور. عندما يكون تيار الدخل صفرًا، يكون LED مطفأ، ولا يضرب الضوء الترانزستور، ويبقى في حالة الإيقاف، مما يسمح لطرف الخرج بالسحب إلى المستوى المرتفع بواسطة المقاوم الخارجي. مفتاح السرعة العالية في هذه السلسلة هو الاتصال المنفصل للثنائي الضوئي الداخلي الذي يغذي قاعدة الترانزستور، مما يقلل من سعة ميلر التي تبطئ عادةً الترانزستورات الضوئية.

9. معلومات التغليف والطلب

تتبع الأجهزة مخطط ترقيم أجزاء محدد:6N13XY(Z)-VأوEL450XY(Z)-V.

• X: معرف رقم الجزء (5 أو 6 لسلسلة 6N؛ 2 أو 3 لسلسلة EL450).
• Y: خيار شكل الطرف.
  • بدون: DIP-8 قياسي (مسافة بين الصفوف 0.3 بوصة)، معبأ في أنابيب من 45 وحدة.
  • M: انحناء طرف واسع (مسافة 0.4 بوصة)، معبأ في أنابيب من 45 وحدة.
  • S: شكل طرف للتركيب السطحي.
• Z: خيار الشريط والبكرة (مثل TA). يستخدم مع خيار 'S' للأجزاء SMD، عادةً 1000 وحدة لكل بكرة.
• V: لاحقة اختيارية تشير إلى تضمين موافقة VDE.