ورقة البيانات الفنية لجهاز الفوتوكوبلر عالي السرعة 1 ميجابت/ثانية ترانزستور ELW135 ELW136 ELW4503 بتغليف DIP 8 دبابيس واسع الجسم

1. نظرة عامة على المنتج

تعتبر أجهزة ELW135 و ELW136 و ELW4503 عبارة عن فوتوكوبلرات (عوازل ضوئية) بخرج ترانزستور عالي السرعة، مصممة للتطبيقات التي تتطلب عزل إشارة سريع. يدمج كل جهاز صمام ثنائي باعث للأشعة تحت الحمراء مقترنًا ضوئيًا بترانزستور كاشف ضوئي عالي السرعة. الميزة المعمارية الرئيسية هي الاتصال المنفصل المقدم لتحيز الصمام الثنائي الضوئي ومجمع ترانزستور الخرج. يقلل هذا التصميم بشكل كبير من سعة القاعدة-المجمع لترانزستور الدخل، مما يعزز سرعة التبديل بشكل ملحوظ، ويوفر أداءً أفضل بعدة مراتب مقارنة بالفوتوكوبلرات التقليدية ذات الترانزستور الضوئي. يتم تغليف الأجهزة في حزمة DIP مزدوجة الخطوط (DIP) بعرض كبير، ومتوفرة بخيارات التركيب عبر الفتحات (مسافة بين الأطراف واسعة) وتركيب السطح (SMD).

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

الميزة الأساسية لعائلة هذا المنتج هي الجمع بين السرعة العالية (معدل بيانات 1 ميجابت/ثانية) والعزل القوي (5000 فولت_{قيمة جذر متوسط مربع}). هذا يجعلها مناسبة لتحل محل فوتوكوبلرات الترانزستور الضوئي الأبطأ في الأنظمة الرقمية الحديثة. تم تصميمها للعمل بموثوقية عبر نطاق واسع من درجات الحرارة من -55°C إلى +100°C، مع ضمان الأداء من 0°C إلى 70°C. تشمل التطبيقات المستهدفة الرئيسية مستقبلات الخط في واجهات الاتصال، وعزل ترانزستورات الطاقة في دوائر تشغيل المحركات، وحلقات التغذية الراجعة في مصادر الطاقة ذات التبديل (SMPS)، وعزل أرضية المنطق عالي السرعة، ومعدات الاتصالات، ومختلف الأجهزة المنزلية. تتوافق الأجهزة مع توجيهات خالية من الرصاص وRoHS وتحمل موافقات من وكالات السلامة الدولية الرئيسية بما في ذلك UL و cUL و VDE و SEMKO و NEMKO و DEMKO و FIMKO.

2. الغوص العميق في المعلمات الفنية

يقدم هذا القسم تحليلاً موضوعياً للمعايير الكهربائية والأداء المحددة في ورقة البيانات.

2.1 الحدود القصوى المطلقة

تحدد الحدود القصوى المطلقة حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. هذه ليست ظروف تشغيل.

• الدخل (الصمام الثنائي الباعث للضوء):يتم تصنيف تيار الأمام المستمر (I_F) عند 25 مللي أمبير. للتشغيل النبضي، يُسمح بتيار أمامي ذروة (I_FP) بقيمة 50 مللي أمبير عند دورة عمل 50% وعرض نبضة 1 مللي ثانية. يُسمح بتيار ذروة عابر مرتفع جدًا (I_Ftrans) بقيمة 1 أمبير لنبضات قصيرة جدًا (≤1 ميكروثانية) بمعدل تكرار منخفض (300 نبضة في الثانية)، وهو مفيد لاختبار تحمل التيار العابر. أقصى جهد عكسي (V_R) عبر الصمام الثنائي الباعث للضوء هو 5 فولت.
• الخرج (الترانزستور الضوئي):بالنسبة لـ ELW135/136، جهد الباعث-القاعدة العكسي (V_EBR) هو 5 فولت، ويقتصر تيار القاعدة (I_B) على 5 مللي أمبير - ذو صلة إذا تم استخدام دبوس القاعدة خارجيًا. متوسط تيار الخرج (I_O(AVG)) هو 8 مللي أمبير، مع ذروة (I_O(PK)) بقيمة 16 مللي أمبير. يمكن أن يتأرجح جهد الخرج (V_O) من -0.5 فولت إلى +20 فولت بالنسبة إلى أرضية الخرج.
• النظام:يمكن أن يتراوح جهد التغذية (V_CC) لجانب الخرج من -0.5 فولت إلى +30 فولت. جهد العزل (V_ISO) هو 5000 فولت_{قيمة جذر متوسط مربع}يُطبق لمدة دقيقة واحدة بين جانبي الدخل والخرج (الدبابيس 1-4 موصولة معًا مقابل الدبابيس 5-8 موصولة معًا). يمكن لحام الجهاز عند 260°C لمدة تصل إلى 10 ثوانٍ.

2.2 الخصائص الكهربائية ونقل الإشارة

يتم ضمان هذه المعلمات عبر نطاق درجة حرارة التشغيل (0°C إلى 70°C) ما لم يُذكر خلاف ذلك، مع إعطاء القيم النموذجية عند 25°C.

• صمام ثنائي باعث للضوء الدخل:جهد الأمام (V_F) هو عادة 1.45 فولت عند I_F=16 مللي أمبير، بحد أقصى 1.8 فولت. له معامل درجة حرارة سالب يقارب -1.9 مللي فولت/°C.
• تيار الظلام للخرج:تيار الخرج للمنطق العالي (I_OH)، وهو في الأساس تيار التسرب أو تيار "الظلام" للترانزستور الضوئي، منخفض جدًا (بحد أقصى 1 ميكرو أمبير عند V_CC=15 فولت، 25°C)، مما يضمن عزلًا جيدًا في حالة الإيقاف.
• تيار التغذية:تيار التغذية للمنطق المنخفض (I_CCL) هو عادة 110 ميكرو أمبير عندما يكون الصمام الثنائي الباعث للضوء قيد التشغيل (I_F=16 مللي أمبير)، بينما تيار التغذية للمنطق العالي (I_CCH) هو عادة 0.01 ميكرو أمبير عندما يكون الصمام الثنائي الباعث للضوء مطفأ.
• نسبة نقل التيار (CTR):هذه معلمة حرجة تحدد كفاءة الفوتوكوبلر. لدى ELW135 نطاق CTR من 7% إلى 50% (الحد الأدنى إلى الأقصى)، بينما لدى ELW136 و ELW4503 نطاق من 19% إلى 50%. شرط الاختبار هو I_F=16 مللي أمبير، V_O=0.4 فولت، V_CC=4.5 فولت عند 25°C. تحدد ورقة البيانات أيضًا قيم CTR الدنيا عند 5% لـ ELW135 و 15% لـ ELW136/ELW4503 تحت شرط مختلف قليلاً (V_O=0.5 فولت)، وهو أمر مهم لهامش التصميم.
• جهد الخرج للمنطق المنخفض (V_OL):يحدد هذا جهد التشبع لترانزستور الخرج. بالنسبة لـ ELW135 مع I_O=1.1 مللي أمبير، V_OLهو عادة 0.18 فولت (بحد أقصى 0.4 فولت). بالنسبة لـ ELW136/ELW4503 مع I_O=3 مللي أمبير، V_OLهو عادة 0.25 فولت (بحد أقصى 0.4 فولت). هذه القيم المنخفضة حاسمة لتحقيق هوامش ضوضاء جيدة في واجهات المنطق الرقمي.

2.3 خصائص التبديل

يتم قياس أداء التبديل مع I_F=16 مللي أمبير و V_CC=5 فولت. تختلف قيمة مقاومة الحمل (R_L) بين الموديلات لتتناسب مع CTR وقدرة دفع الخرج الخاصة بها.

• زمن التأخير الناتج:
  • ELW135:زمن التأخير الناتج للمنطق المنخفض (t_PHL) هو عادة 0.36 ميكروثانية (بحد أقصى 2.0 ميكروثانية) مع R_L=4.1 كيلو أوم. زمن التأخير الناتج للمنطق العالي (t_PLH) هو عادة 0.45 ميكروثانية (بحد أقصى 2.0 ميكروثانية).
  • ELW136 / ELW4503:هذه المتغيرات الأسرع لديها t_PHLعادة 0.32 ميكروثانية (بحد أقصى 1.0 ميكروثانية) و t_PLHعادة 0.25 ميكروثانية (بحد أقصى 1.0 ميكروثانية) مع R_L=1.9 كيلو أوم.
• مناعة النمط المشترك العابر (CMTI):يقيس هذا قدرة الجهاز على رفض التغيرات السريعة في الجهد بين أرضيات الدخل والخرج. يتم تحديده بوحدة فولت/ميكروثانية.
  • ELW135/136:كلاهما لديه حد أدنى لـ CMTI بقيمة 1000 فولت/ميكروثانية لكل من حالتي الخرج العالي والمنخفض، تم اختباره بنبضة نمط مشترك بقيمة 10 فولت_{ذروة إلى ذروة}.
  • ELW4503:يقدم هذا الموديل مناعة ضوضاء فائقة مع حد أدنى لـ CMTI بقيمة 15,000 فولت/ميكروثانية، تم اختباره بنبضة أكبر بكثير بقيمة 1500 فولت_{ذروة إلى ذروة}. هذا يجعله مناسبًا بشكل خاص للبيئات ذات الضوضاء العالية مثل مشغلات المحركات.

3. تكوين الدبابيس والاختلافات الوظيفية

تتميز حزمة DIP ذات 8 دبابيس بتكوين دبابيس موحد مع اختلاف رئيسي بين أنواع الأجهزة.

• الدبابيس 1 و 4:لا يوجد اتصال (NC) في جميع الموديلات.
• الدبابيس 2 و 3:المصعد والكاثود لصمام ثنائي باعث للضوء الدخل، على التوالي.
• الدبوس 5:الأرض (GND) لجانب الخرج.
• الدبوس 6:جهد الخرج (V_OUT)، مجمع الترانزستور الضوئي.
• الدبوس 7:يختلف هذا الدبوس. بالنسبة لـELW135 و ELW136، فهو جهد تحيز الصمام الثنائي الضوئي (V_B). توصيل هذا الدبوس ضروري لتحقيق التشغيل عالي السرعة. بالنسبة لـELW4503، الدبوس 7 هو لا اتصال (NC). من المحتمل أن يتم التعامل مع التحيز عالي السرعة داخليًا في ELW4503.
• الدبوس 8:جهد التغذية (V_CC) لجانب الخرج.

تُظهر المخططات البيانية الاتصال الداخلي: الصمام الثنائي الضوئي (الذي يقود قاعدة الترانزستور) متصل بين الدبوس 7 (V_B) والدبوس 6 (V_OUT/المجمع). باعث الترانزستور الضوئي متصل بالدبوس 5 (GND).

4. اقتراحات التطبيق

4.1 دوائر التطبيق النموذجية

تعتبر هذه الفوتوكوبلرات مثالية لعزل الإشارات الرقمية. تتضمن الدائرة النموذجية توصيل صمام ثنائي باعث للضوء الدخل على التوالي مع مقاومة تحديد تيار إلى خرج متحكم دقيق أو بوابة منطقية. على جانب الخرج، يتم توصيل مقاومة سحب لأعلى (R_L) بين V_CC(الدبوس 8) و V_OUT(الدبوس 6). يجب اختيار قيمة R_Lبناءً على سرعة التبديل المطلوبة، و تيار الخرج، و CTR للجهاز، كما هو محدد في جداول ورقة البيانات (مثل 4.1 كيلو أوم لـ ELW135، 1.9 كيلو أوم لـ ELW136/4503 لاختبارات التبديل). بالنسبة لـ ELW135/136، يجب توصيل الدبوس 7 (V_B)، غالبًا إلى V_CCمن خلال مقاومة أو مباشرة، اعتمادًا على التحيز المطلوب للسرعة مقابل الحساسية.

4.2 اعتبارات التصميم والملاحظات

• المقايضة بين السرعة و CTR:يسمح الاتصال المنفصل للقاعدة (الدبوس 7) بمقايضة بعض CTR للحصول على سرعة أعلى عن طريق ضبط تحيز الصمام الثنائي الضوئي. يتم إعطاء مواصفات التبديل في ورقة البيانات لشرط محدد.
• اختيار الموديل:اختر ELW135 للتطبيقات العامة الحساسة للتكلفة بسرعة 1 ميجابت/ثانية. يقدم ELW136 حدًا أدنى أعلى لـ CTR لتحقيق هامش أفضل في التصميمات التي تتطلب قدرة دفع تيار خرج أكبر. ELW4503 هو الخيار المتميز للبيئات ذات الضوضاء الكهربائية العالية للغاية (مثل تحكمات المحركات الصناعية، العواكس) بسبب تصنيف CMTI الاستثنائي (>15 كيلو فولت/ميكروثانية مقابل 1 كيلو فولت/ميكروثانية).
• تبديد الطاقة:تأكد من أن قدرة الدخل (I_F* V_F) لا تتجاوز 45 ملي واط وأن قدرة الخرج لا تتجاوز 100 ملي واط، مع مراعاة درجة الحرارة المحيطة.
• تخطيط اللوحة للعزل:للحفاظ على تصنيف العزل العالي، تأكد من وجود مسافات زحف وتباعد كافية على اللوحة المطبوعة بين مسارات جانب الدخل (الدبابيس 1-4) ومسارات جانب الخرج (الدبابيس 5-8). غالبًا ما يُوصى بفتحة أو حاجز في اللوحة المطبوعة أسفل الجهاز.

5. معلومات التغليف والطلب

تتوفر الأجهزة بخيارات تغليف مختلفة يُشار إليها بلاحقة في رقم الجزء.

تنسيق رقم الجزء:ELW13XY(Z)-Vأو ELW4503Y(Z)-V

• X= معرف رقم الجزء (5 لـ ELW135، 6 لـ ELW136).
• Y= خيار شكل الأطراف: 'S' لشكل أطراف تركيب السطح، فارغ لـ DIP القياسي.
• Z= خيار الشريط والبكرة: 'TA' أو 'TB'، فارغ لتغليف الأنبوب.
• V= علامة موافقة VDE اختيارية.

كميات التعبئة:يتم توريد حزم DIP-8 القياسية في أنابيب تحتوي على 40 وحدة. يتم توريد خيار تركيب السطح مع الشريط والبكرة ('S(TA)') في بكرات تحتوي على 500 وحدة.

6. المقارنة الفنية والأسئلة الشائعة

6.1 التمييز بين الموديلات

المميزات الأساسية هي نسبة نقل التيار (CTR) ومناعة النمط المشترك العابر (CMTI). لدى ELW135 أقل CTR مضمون (7-50%)، ولدى ELW136 حد أدنى أعلى لـ CTR (19-50%)، و ELW4503 يطابق CTR الخاص بـ ELW136 ولكنه يضيف تصنيف CMTI متفوقًا للغاية (>15 كيلو فولت/ميكروثانية مقابل 1 كيلو فولت/ميكروثانية). لدى ELW4503 أيضًا الدبوس 7 كـ NC، مما يبسط الدائرة الخارجية مقارنة بـ ELW135/136 التي تتطلب توصيلاً بالدبوس 7.

6.2 الأسئلة المتكررة بناءً على المعلمات

• س: ما هو أقصى معدل بيانات يمكن تحقيقه؟ج: تم توصيف الأجهزة للعمل بسرعة 1 ميجابت/ثانية بناءً على مواصفات زمن التأخير الناتج. يعتمد المعدل الأقصى الفعلي على تصميم الدائرة المحدد، بما في ذلك R_Lوظروف دفع الدخل.
• س: هل يمكنني استخدام V_CC?ج: تم اختبار الخصائص الكهربائية باستخدام V_CC=4.5 فولت و 5 فولت. بينما يسمح الحد الأقصى المطلق بالانخفاض إلى -0.5 فولت، قد يكون التشغيل عند 3.3 فولت ممكنًا ولكن يجب التحقق من الأداء (مثل V_OLوأوقات التبديل) تحت حالة V_CCالأقل الفعلية، حيث لم يتم توصيفها بالكامل في ورقة البيانات المقدمة.
• س: لماذا يعتبر الدبوس 7 (V_B) مهمًا لـ ELW135/136؟ج: يوصل الدبوس 7 مسارًا منخفض المقاومة لتفريغ الشحنة من وصلة الصمام الثنائي الضوئي/القاعدة، مما يقلل بشكل كبير من تأثير سعة ميلر ويمكن التبديل عالي السرعة. سيؤدي تركه غير موصول إلى أداء مشابه لفوتوكوبلر ترانزستور ضوئي تقليدي بطيء.
• س: كيف أضمن عزل 5000 فولت_{قيمة جذر متوسط مربع}في تصميمي؟ج: المكون نفسه مصنف لهذا. يجب على مصمم النظام التأكد من أن تخطيط اللوحة المطبوعة يحافظ على مسافة زحف/تباعد كافية (مثل >8 مم للعزل المعزز عند مستوى الجهد هذا وفقًا لمعايير السلامة) بين جميع دوائر الدخل والخرج، بما في ذلك أسفل جسم المكون.

7. مبدأ التشغيل

المبدأ الأساسي هو العزل الكهروضوئي. تسبب الإشارة الكهربائية المطبقة على صمام ثنائي باعث للضوء الدخل في انبعاث ضوء الأشعة تحت الحمراء. يعبر هذا الضوء حاجزًا شفافًا ضوئيًا ولكنه عازل كهربائيًا (عادةً مركب صب أو فجوة هوائية) داخل الحزمة. يتم اكتشاف الضوء بواسطة صمام ثنائي ضوئي على جانب الخرج، والذي يولد تيارًا ضوئيًا. في هذه الأجهزة عالية السرعة، يقوم هذا التيار الضوئي بتعديل قاعدة ترانزستور ثنائي القطب متكامل مباشرة. مفتاح السرعة العالية هو الوصول المنفصل إلى الصمام الثنائي الضوئي (الدبوس 7 على ELW135/136)، والذي يسمح بشحن/تفريغ سعة الصمام الثنائي الضوئي بسرعة، مما يقلل من وقت التخزين في الترانزستور وبالتالي يقلل من زمن التأخير الناتج وأوقات الصعود/الهبوط.