ورقة بيانات سلسلة EL045X و EL050X: مقرن ضوئي ترانزستور عالي السرعة 1 ميجابت/ثانية، عبوة SO-8، جهد 5V/15V/30V - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

تُعد سلسلة EL045X و EL050X مقارنات ضوئية (مقرنات ضوئية) عالية السرعة ذات خرج ترانزستوري، مُصممة لعزل الإشارات في الدوائر الإلكترونية المتطلبة. يدمج كل جهاز ثنائي باعث للضوء بالأشعة تحت الحمراء (LED) مقترنًا ضوئيًا بترانزستور كاشف ضوئي عالي السرعة. تتمثل إحدى الميزات المعمارية الرئيسية في توفير وصلة منفصلة لجهد الانحياز للثنائي الضوئي ومجمع الترانزستور الخرجي. يقلل هذا التصميم بشكل كبير من سعة القاعدة-المجمع لترانزستور الدخل مقارنة بالمقرنات الضوئية التقليدية ذات الترانزستور الضوئي. يتم تغليف الأجهزة في عبوة SOP صغيرة الحجم ذات 8 أطراف تتوافق مع البصمة القياسية SO-8، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات المحدودة المساحة.

تكمن الميزة الأساسية لهذه السلسلة في الجمع بين قدرة نقل البيانات عالية السرعة (حتى 1 ميجابت/ثانية) والعزل الكهربائي القوي. توفر مناعة عالية للتداخل العابر المشترك (CMTI)، خاصةً طراز EL0453 الذي يضمن حدًا أدنى يبلغ 15 كيلو فولت/ميكروثانية، مما يجعله مثاليًا للبيئات ذات الضوضاء العالية مثل محركات الأقراص ومصادر الطاقة ذات التبديل. تتميز السلسلة بنطاق تشغيل حراري واسع، والامتثال للمعايير الدولية للسلامة والبيئة (UL، cUL، VDE، RoHS، خالي من الهالوجين، REACH)، وهي متوفرة بدرجات مختلفة من نسبة نقل التيار (CTR) لتناسب احتياجات التطبيقات المتنوعة.

2. تحليل معمق للمعايير التقنية

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تُحدد هذه القيم حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. لا يُنصح بتشغيل الجهاز باستمرار عند هذه الحدود أو بالقرب منها.

• دخل (جانب LED):أقصى تيار أمامي مستمر (I_F) هو 25 مللي أمبير. يمكنه تحمل تيار أمامي ذروي (I_FP) قدره 50 مللي أمبير في ظل ظروف النبض (دورة عمل 50%، عرض نبضة 1 مللي ثانية). يُسمح بتيار عابر ذروي مرتفع جدًا (I_Ftrans) بقيمة 1 أمبير للنبضات القصيرة جدًا (≤ 1 ميكروثانية، 300 نبضة في الثانية). أقصى جهد عكسي (V_R) هو 5 فولت.
• خرج (جانب الكاشف):يجب ألا يتجاوز متوسط تيار الخرج (I_O(AVG)) 8 مللي أمبير، مع حد لتيار الخرج الذروي (I_O(PK)) بقيمة 16 مللي أمبير. يمكن أن يتراوح جهد الخرج (V_O) من -0.5 فولت إلى +20 فولت، وجهد التغذية (V_CC) من -0.5 فولت إلى +30 فولت.
• العزل والحراري:توفر الأجهزة جهد عزل مرتفع (V_ISO) بقيمة 3750 فولت_rms(تم اختباره لمدة دقيقة واحدة). نطاق درجة حرارة التشغيل (T_OPR) واسع بشكل استثنائي، من -55 درجة مئوية إلى +100 درجة مئوية. أقصى درجة حرارة لحام هي 260 درجة مئوية لمدة 10 ثوانٍ.

2.2 الخصائص الكهربائية وخصائص النقل

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

• خصائص الدخل:الجهد الأمامي النموذجي (V_F) لـ LED هو 1.45 فولت عند تيار أمامي (I_F) بقيمة 16 مللي أمبير، بحد أقصى 1.8 فولت. معامل درجة حرارة الجهد الأمامي سالب ويبلغ حوالي -1.9 مللي فولت/درجة مئوية.
• خصائص الخرج:تشمل المعلمات الرئيسية تيار الخرج المنطقي المرتفع (I_OH)، وهو منخفض جدًا (مستوى تسرب، نموذجيًا 0.001 ميكرو أمبير عند V_CC=5.5 فولت)، وتيارات التغذية في الحالة المنطقية المنخفضة (I_CCL, ~140 ميكرو أمبير) والحالة المنطقية المرتفعة (I_CCH, ~0.01 ميكرو أمبير).
• نسبة نقل التيار (CTR):هذه معلمة حاسمة تحدد كفاءة المقرن الضوئي. تُقدم السلسلة بدرجات مختلفة من CTR:
  • EL0500:CTR أدنى 7%، أقصى 50% (اختبار نموذجي: I_F=16 مللي أمبير، V_O=0.4 فولت).
  • EL0501 / EL0452 / EL0453:CTR أدنى 19%، أقصى 50% (اختبار نموذجي: I_F=16 مللي أمبير، V_O=0.4 فولت).
  يتم أيضًا تحديد قيمة CTR مضمونة أقل في ظروف محددة (مثل 5% لـ EL0500، 15% للآخرين عند V_O=0.5 فولت)، مما يضمن الوظيفة في ظل ظروف أقل مثالية.
• جهد الخرج المنطقي المنخفض (V_OL):الجهد الأقصى عند الخرج عندما يكون الجهاز في حالة "التشغيل". يبلغ نموذجيًا 0.18 فولت ومضمون أن يكون أقل من 0.4 فولت أو 0.5 فولت اعتمادًا على تيار الحمل (I_O).

2.3 خصائص التبديل

تم قياسها في ظل الظروف القياسية (I_F=16 مللي أمبير، V_CC=5 فولت، T_A=0 إلى 70 درجة مئوية)، تحدد هذه المعلمات سرعة الجهاز.

• زمن الانتشار:
  • EL0500:زمن الانتشار إلى المنطقي المنخفض (t_PHL) وإلى المنطقي المرتفع (t_PLH) هو بحد أقصى 2.0 ميكروثانية مع مقاوم حمل (R_L) بقيمة 4.1 كيلو أوم.
  • EL0501 / EL0452 / EL0453:تبديل أسرع مع t_PHLو t_PLHبحد أقصى 1.0 ميكروثانية باستخدام مقاوم حمل بقيمة 1.9 كيلو أوم.
• مناعة التداخل العابر المشترك (CMTI):يقيس هذا قدرة الجهاز على رفض التغيرات السريعة في الجهد بين أرضيات الدخل والخرج. إنها معلمة حاسمة لمناعة الضوضاء في الأنظمة المعزولة.
  • EL0453:يقدم أداءً متميزًا معحد أدنى مضمونلـ CMTI يبلغ 15,000 فولت/ميكروثانية عند جهد مشترك (V_CM) بقيمة 1500 فولت من الذروة إلى الذروة.
  • EL0500 / EL0501 / EL0452:لديهاقيمة نموذجيةلـ CMTI تبلغ 1,000 فولت/ميكروثانية عند V_CM=10 فولت من الذروة إلى الذروة.
  يتم تحديد CMTI بشكل منفصل للحالة التي يكون فيها الخرج في المستوى المنطقي المرتفع (CM_H) والمستوى المنطقي المنخفض (CM_L).

3. تحليل منحنيات الأداء

تشير ورقة البيانات إلى منحنيات الخصائص الكهروضوئية النموذجية. بينما لا يتم توفير الرسوم البيانية المحددة في النص، فإن المنحنيات القياسية لمثل هذه الأجهزة تشمل عادةً:

• نسبة نقل التيار (CTR) مقابل التيار الأمامي (I_F):يوضح كيف تتغير الكفاءة مع تيار تشغيل LED، حيث يبلغ ذروته عادةً عند I_F.
• محدد. CTR مقابل درجة الحرارة المحيطة (T_A):يوضح اعتماد كفاءة الاقتران على درجة الحرارة، والتي تنخفض عمومًا مع زيادة درجة الحرارة.
• زمن الانتشار مقابل مقاومة الحمل (R_L):يوضح كيف تتأثر سرعة التبديل بحمل الخرج.
• الجهد الأمامي (V_F) مقابل التيار الأمامي (I_F):منحنى I-V القياسي لـ LED الدخل.
• جهد التشبع الخرجي مقابل تيار الخرج:يوضح العلاقة بين جهد المجمع-الباعث والتيار عندما يكون الترانزستور الضوئي في حالة التشبع.

هذه المنحنيات ضرورية للمصممين لتحسين أداء الدائرة، واختيار نقاط التشغيل المناسبة، وفهم سلوك الجهاز في ظل ظروف غير قياسية.

4. معلومات الميكانيكا والعبوة

4.1 تكوين ووظيفة الأطراف

يستخدم الجهاز عبوة SOP ذات 8 أطراف. هناك تكوينان أساسيان لأطراف الخرج يتوافقان مع أرقام أجزاء مختلفة:

• لـ EL0500 / EL0501:
  1. لا يوجد اتصال
  2. 2. الأنود (LED +)
  3. الكاثود (LED -)4. لا يوجد اتصال5. الأرضي (GND)6. الخرج (V_OUT)7. جهد الانحياز (V_B) - هذا الطرف أساسي لتعزيز السرعة.8. جهد التغذية (V_CC)
• لـ EL0452 / EL0453:
  1. لا يوجد اتصال
  2. 2. الأنود (LED +)
  3. الكاثود (LED -)4. لا يوجد اتصال5. الأرضي (GND)6. الخرج (V_OUT)7. لا يوجد اتصال8. جهد التغذية (V_CC)

يسمح وجود طرف V_B(الطرف 7) في EL0500/01 بانحياز خارجي للثنائي الضوئي، وهي الآلية لتحقيق سرعة أعلى. من المرجح أن يكون لمتغيرات EL0452/43 شبكة الانحياز هذه مُهيأة داخليًا.

5. إرشادات التطبيق

5.1 دوائر تطبيقية نموذجية

تتضمن ورقة البيانات دوائر اختبار مرجعية لقياس زمن التبديل ومناعة التداخل العابر المشترك (الشكلان 8 و 9). تعمل هذه الدوائر كدليل للتنفيذ:

• دائرة اختبار زمن التبديل:تتضمن عادةً تشغيل LED الدخل بواسطة مولد نبضات عبر مقاوم محدد للتيار. يتم توصيل الخرج بـ V_CCعبر مقاوم سحب (R_L= 4.1 كيلو أوم أو 1.9 كيلو أوم كما هو محدد) ومراقبته باستخدام راسم الذبذبات. يتم قياس زمن الانتشار بين نقاط الـ 50% لأشكال الموجة الدخل والخرج.
• دائرة اختبار مناعة التداخل العابر:تتضمن تطبيق نبضة مشتركة عالية الجهد وسريعة الارتفاع (V_CM) بين أطراف الدخل الموصولة معًا (1-4) وأطراف الخرج الموصولة معًا (5-8). يتم مراقبة حالة الخرج للتأكد من أنها لا تتغير خطأً بسبب التداخل العابر.

5.2 اعتبارات التصميم

• تحديد تيار LED:يجب استخدام مقاوم خارجي على التوالي مع LED الدخل لضبط التيار الأمامي (I_F). يتم حساب القيمة بناءً على جهد التغذية، الجهد الأمامي لـ LED (V_F)، والتيار الأمامي المطلوب I_F(غالبًا 16 مللي أمبير للحصول على سرعة/CTR مثالية).
• مقاوم حمل الخرج (R_L):يؤثر اختيار مقاوم السحب على سرعة التبديل، استهلاك الطاقة، والمستويات المنطقية. مقاوم R_Lأصغر يوفر أوقات صعود أسرع ولكنه يزيد من تبديد الطاقة عندما يكون الخرج منخفضًا. تحدد ورقة البيانات ظروف الاختبار باستخدام R_L=4.1 كيلو أوم لـ EL0500 و 1.9 كيلو أوم للآخرين.
• مناعة الضوضاء:للتطبيقات في بيئات كهربائية ذات ضوضاء عالية (محركات الأقراص، التحكم الصناعي)، فإن اختيار طراز EL0453 لمناعته العالية المضمونة ضد التداخل العابر المشترك (CMTI) أمر بالغ الأهمية. كما أن تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) السليم، مع مسارات قصيرة ومكثفات فصل قريبة من أطراف الجهاز، أمر أساسي أيضًا.
• تدهور نسبة نقل التيار (CTR):مثل جميع المقرنات الضوئية، ستنخفض نسبة نقل التيار (CTR) لهذه الأجهزة تدريجيًا بمرور الوقت، خاصة عند التشغيل في درجات حرارة عالية وتيارات LED عالية. يجب أن يتضمن التصميم هامشًا كافيًا لضمان وظيفة الدائرة طوال العمر الافتراضي المقصود للمنتج.

6. دليل المقارنة التقنية والاختيار

تقدم سلسلة EL045X/EL050X مجموعة من الخيارات المصممة خصيصًا لاحتياجات مختلفة:

• EL0500 مقابل EL0501 / EL0452 / EL0453:الفرق الأساسي هو نسبة نقل التيار (CTR). لدى EL0500 نسبة نقل تيار (CTR) أدنى أقل (7% مقابل 19%)، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي يمكن أن يكون فيها تيار تشغيل الدخل أعلى. بينما تقدم المتغيرات الأخرى حساسية أعلى.
• EL0453 مقابل الآخرين:يتميز EL0453 بسببالحد الأدنى المضمونلمناعة التداخل العابر المشترك البالغة 15 كيلو فولت/ميكروثانية. وهذا يجعله الخيار المفضل لتطبيقات العزل ذات الضوضاء العالية مثل حلقات التغذية الراجعة لمصادر الطاقة ذات التبديل أو دوائر تشغيل بوابات محولات محركات الأقراص، حيث تكون الارتفاعات المفاجئة في الجهد شائعة. تحدد المتغيرات الأخرى قيمة نموذجية لـ CMTI تبلغ 1000 فولت/ميكروثانية.
• تكوين الأطراف:يحتوي EL0500/01 على طرف V_Bنشط (7)، بينما يكون في EL0452/43 غير متصل (NC). يعكس هذا الاختلافات المعمارية الداخلية لتحسين السرعة.

ملخص الاختيار:اختر EL0453 للحصول على أعلى مناعة للضوضاء. اختر EL0501/EL0452 للحصول على حساسية أعلى وسرعة قياسية. اختر EL0500 للتطبيقات الحساسة للتكلفة حيث تكون نسبة نقل التيار (CTR) المنخفضة مقبولة ولا يمثل تيار التشغيل قيدًا.

7. معلومات التعبئة والطلب

تتوفر الأجهزة بخيارات تعبئة مختلفة لتناسب احتياجات الإنتاج.

• التعبئة القياسية:100 وحدة لكل أنبوب.
• خيارات الشريط والبكرة:متوفرة في أنواع بكرات TA أو TB، تحتوي على 2000 وحدة لكل بكرة. هذا مناسب للتجميع الآلي للتركيب السطحي.
• خيار VDE:يمكن طلب الأجزاء بشهادة VDE (يُشار إليها باللاحقة "-V").
• ترقيم الجزء:يتبع رقم الجزء التنسيق: EL050X(Z)-V أو EL045X(Z)-V، حيث:
  • X = رقم الجهاز (0,1 لـ EL050x؛ 2,3 لـ EL045x).
  • Z = خيار الشريط والبكرة (TA، TB، أو فارغ للأنبوب).
  • -V = شهادة VDE اختيارية.
  مثال: EL0453(TA)-V يشير إلى جهاز EL0453 في تعبئة شريط وبكرة من نوع TA مع موافقة VDE.

8. مبدأ التشغيل

يعمل الجهاز على مبدأ الاقتران الضوئي للعزل الكهربائي. تتسبب الإشارة الكهربائية المطبقة على جانب الدخل في إصدار LED للأشعة تحت الحمراء ضوءًا يتناسب مع التيار. يعبر هذا الضوء فجوة عازلة (عادة عازل شفاف) ويضرب الكاشف الضوئي على جانب الخرج. في هذه السلسلة، الكاشف هو ثنائي حساس للضوء متصل بقاعدة ترانزستور عالي السرعة. يسمح طرف الانحياز المنفصل (V_Bفي بعض المتغيرات) بانحياز مسبق للثنائي الضوئي، مما يقلل من سعة الوصلة الخاصة به. عندما يضرب الضوء الثنائي الضوئي، يولد تيارًا يقود قاعدة الترانزستور مباشرة، مما يشغله. يتجنب هذا التصميم السعة الكبيرة لميلر المرتبطة بوصلة قاعدة-مجمع الترانزستور الضوئي القياسي، مما يتيح سرعات تبديل أسرع بكثير - تصل إلى 1 ميجابت/ثانية. يوفر المسار الضوئي عزلًا كهربائيًا كاملاً، مما يحجب الفولتية العالية (حتى 3750 فولت_rms) ويرفض الضوضاء المشتركة بين دوائر الدخل والخرج.

9. سيناريوهات التطبيق

• حلقات التغذية الراجعة لمصادر الطاقة ذات التبديل (SMPS):توفير تغذية راجعة معزولة للجهد من الجانب الثانوي إلى متحكم الجانب الأولي، يتطلب كلًا من السرعة لاستقرار الحلقة ومناعة عالية ضد التداخل العابر المشترك (CMTI) لتحمل ضوضاء التبديل.
• عزل محركات العاكس لمحركات الأقراص:عزل إشارات تشغيل البوابات لـ IGBTs أو MOSFETs في محركات التردد المتغير. مناعة التداخل العابر المشترك (CMTI) العالية لـ EL0453 ضرورية هنا لمنع التشغيل الخاطئ الناتج عن التداخلات العابرة عالية dv/dt.
• واجهات الاتصالات الصناعية:العمل كمستقبلات خطية لشبكات RS-485 أو CAN أو Profibus المعزولة، لحماية دوائر المنطق الحساسة من حلقات الأرضي والارتفاعات المفاجئة.
• معدات الاتصالات:توفير عزل للإشارات في بطاقات الخط أو وحدات الواجهة.
• بديل للمقرنات الضوئية ذات الترانزستور منخفضة السرعة:ترقية التصميمات الحالية لتحقيق معدلات بيانات أعلى دون تغيير بصمة اللوحة (متوافق مع SO-8).
• تحكم الأجهزة المنزلية:عزل متحكمات واجهة المستخدم عن أقسام تبديل الطاقة (مثل في الغسالات، مكيفات الهواء).

10. الأسئلة الشائعة

س1: ما الفرق الرئيسي بين EL0500 و EL0501؟

ج1: الفرق الأساسي هو الحد الأدنى المضمون لنسبة نقل التيار (CTR). لدى EL0500 نسبة نقل تيار (CTR) أدنى أقل (7% في ظروف محددة) مقارنة بـ EL0501 (19%). هذا يعني أن EL0501 أكثر حساسية ويمكنه العمل مع تيار LED دخل أقل قليلاً لتحقيق نفس الخرج، ولكن EL0500 قد يكون كافيًا وأكثر فعالية من حيث التكلفة في الدوائر المصممة لتيارات تشغيل أعلى.

س2: متى يجب أن أختار طراز EL0453 على وجه التحديد؟

ج2: يجب أن تختار EL0453 عندما يعمل تطبيقك في بيئة ذات ضوضاء كهربائية عالية جدًا وتغيرات عابرة سريعة في الجهد بين الأرضيات المعزولة. تجعلالحد الأدنى المضمونلمناعة التداخل العابر المشترك البالغة 15 كيلو فولت/ميكروثانية منه ضروريًا للتشغيل الموثوق في محركات الأقراص، مصادر الطاقة ذات التبديل عالية الطاقة، أو أنظمة التحكم الصناعية حيث قد تواجه المتغيرات الأخرى تبديلًا خاطئًا.

س3: كيف أختار قيمة مقاوم تحديد تيار LED (R_series؟)

ج3: استخدم قانون أوم: R_series= (V_supply- V_F) / I_F. V_Fهو الجهد الأمامي لـ LED (استخدم 1.8 فولت كحد أقصى هامش تصميم). I_Fهو تيار التشغيل المطلوب (16 مللي أمبير هو شرط اختبار شائع للأداء الأمثل). لجهد تغذية 5 فولت: R_series≈ (5V - 1.8V) / 0.016A ≈ 200 أوم. تحقق دائمًا من تبديد الطاقة في المقاوم.

س4: هل يمكنني استخدام هذه المقرنات الضوئية لعزل الإشارات التناظرية؟

ج4: بينما يكون ذلك ممكنًا، إلا أنها مصممة في المقام الأول لعزل الإشارات الرقمية (تشغيل/إيقاف) بسبب خرجها الترانزستوري وخصائص نسبة نقل التيار (CTR) غير الخطية. للعزل التناظري الخطي، سيكون المقرن الضوئي الخطي المخصص أو مضخم العزل خيارًا أكثر ملاءمة.

س5: ما هو الغرض من طرف V_Bعلى EL0500/01؟

ج5: يُستخدم طرف V_Bلتطبيق جهد انحياز على الثنائي الضوئي الداخلي. يؤدي انحياز الثنائي الضوئي بشكل صحيح إلى تقليل سعة الوصلة الخاصة به، وهو عامل رئيسي مقيد للسرعة. شبكة الانحياز الخارجية هذه هي ما يتيح الأداء عالي السرعة (1 ميجابت/ثانية) لهذه الأجهزة مقارنة بالمقرنات الضوئية ذات الترانزستور البسيط.