سلسلة EL452-G: موصل ضوئي دارلينجتون عالي الجهد 4 دبابيس SOP - حزمة 4.4x7.4x2.0mm - جهد المجمع-الباعث 350 فولت - نسبة النقل الحالي 1000% - وثيقة تقنية باللغة العربية

1. نظرة عامة على المنتج

سلسلة EL452-G هي موصل ضوئي دارلينجتون عالي الجهد مصمم لنقل الإشارات بشكل موثوق بين دوائر ذات جهود مختلفة. فهو يدمج صمامًا ثنائيًا باعثًا للأشعة تحت الحمراء مقترنًا بصريًا بترانزستور ضوئي دارلينجتون عالي الجهد. يتم تغليف الجهاز في حزمة صغيرة 4 دبابيس (SOP) بارتفاع منخفض يبلغ 2.0 مم، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات ذات المساحة المحدودة على السطح. وظيفته الأساسية هي توفير عزل كهربائي أثناء نقل إشارات التحكم أو البيانات، وحماية الدوائر الحساسة من التغيرات المفاجئة في الجهد العالي ومشاكل حلقات التأريض.

1.1 المزايا الأساسية والسوق المستهدف

تشمل المزايا الرئيسية لهذا المكون تصنيف جهد مجمع-باعث مرتفع يبلغ 350 فولت (V_CEO)، وهو أمر أساسي للوصل مع دوائر تعمل بالتيار الرئيسي أو محركات الأقراص. يوفر نسبة نقل حالي (CTR) عالية جدًا بحد أدنى 1000% في ظروف الاختبار القياسية، مما يضمن مستويات إشارة خرج قوية من تيار دخل متواضع. يتميز الجهاز بجهد عزل مرتفع يبلغ 3750 فولت_RMSبين جانبيه المدخل والمخرج، مستوفياً معايير السلامة الصارمة. كما أنه خالٍ من الهالوجين ومتوافق مع توجيهات RoHS والخالي من الرصاص. تجعل هذه الميزات الجهاز مثاليًا للتطبيقات في معدات الاتصالات (الهواتف، المقاسم)، وحدات تحكم التسلسل الصناعية، الأجهزة المنزلية الذكية، أدوات القياس، وأي سيناريو يتطلب نقل إشارات آمن عبر مجالات جهد مختلفة.

2. تحليل متعمق للمعايير التقنية

يقدم هذا القسم تفسيرًا تفصيليًا وموضوعيًا للمواصفات الكهربائية والبصرية والحرارية للجهاز كما هي محددة في قيمه القصوى المطلقة وخصائصه الكهروضوئية.

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد القيم القصوى المطلقة حدود الإجهاد التي بعدها قد يحدث تلف دائم للجهاز. يتم تصنيف تيار الدخل الأمامي (I_F) عند 60 مللي أمبير مستمر، مع تيار أمامي ذروة قصير المدة (I_FM) بقيمة 1 أمبير لمدة 10 ميكروثانية. يجب ألا تتجاوز تبديد الطاقة الكلي (P_TOT) 170 ملي واط. المعلمة الحرجة للمخرج هي جهد المجمع-الباعث (V_CEO) البالغ 350 فولت، وهو أقصى جهد يمكن لترانزستور المخرج منعه عندما يكون صمام LED الدخل مطفأ. يحدد جهد العزل (V_ISO) البالغ 3750 فولت_RMSلمدة دقيقة واحدة قوة العزل الكهربائي للحاجز العازل الداخلي. يعمل الجهاز ضمن نطاق درجة حرارة من -55°C إلى +110°C.

2.2 الخصائص الكهروضوئية

تحدد الخصائص الكهروضوئية أداء الجهاز في ظل ظروف التشغيل العادية عند 25°C.

2.2.1 خصائص المدخلات (جانب الصمام الثنائي الباعث للضوء)

الجهد الأمامي (V_F) لصمام LED الأشعة تحت الحمراء هو عادة 1.2 فولت بحد أقصى 1.4 فولت عند تيار أمامي 10 مللي أمبير. يساهم هذا الجهد الأمامي المنخفض V_Fفي تقليل استهلاك الطاقة على جانب المدخل. تيار التسرب العكسي (I_R) هو بحد أقصى 10 ميكرو أمبير عند انحياز عكسي 4 فولت.

2.2.2 خصائص المخرجات (جانب الترانزستور الضوئي)

تيار الظلام للمجمع-الباعث (I_CEO)، وهو تيار التسرب عندما يكون صمام LED مطفأ، محدد بحد أقصى 100 نانو أمبير عند V_CE=200 فولت. جهد انهيار المجمع-الباعث (BV_CEO) هو بحد أدنى 350 فولت، مما يؤكد القدرة على تحمل الجهد العالي. جهد تشبع المجمع-الباعث (V_CE(sat)) هو عادة 1.2 فولت (بحد أقصى 1.5 فولت) عندما يكون الجهاز في حالة التشغيل الكامل (I_F=20 مللي أمبير، I_C=100 مللي أمبير)، مما يشير إلى انخفاض الجهد عبر المخرج في حالة التوصيل.

2.2.3 خصائص النقل

نسبة النقل الحالي (CTR) هي المعلمة الأكثر أهمية، وتعرف على أنها نسبة تيار مجمع المخرج إلى تيار الدخل الأمامي، معبرًا عنها كنسبة مئوية. بالنسبة لـ EL452-G، فإن نسبة النقل الحالي هي بحد أدنى 1000%، وعادة 2000%، عند I_F=1 مللي أمبير و V_CE=2 فولت. هذه النسبة العالية بشكل استثنائي هي سمة لتكوين دارلينجتون، الذي يوفر كسب تيار عالي، مما يسمح لتيارات دخل صغيرة بالتحكم في تيارات مخرجات أكبر بشكل فعال. تتميز سرعة التبديل بوقت الصعود (t_r) عادة 80 ميكروثانية (بحد أقصى 250 ميكروثانية) ووقت الهبوط (t_f) عادة 10 ميكروثانية (بحد أقصى 100 ميكروثانية). هذه الأوقات بطيئة نسبيًا بسبب بنية دارلينجnton والتخزين الفطري للشحنة في الترانزستورات الضوئية، مما يجعل الجهاز مناسبًا لتبديل التردد المنخفض إلى المتوسط وتطبيقات التناظر الخطي، ولكن ليس للعزل الرقمي عالي السرعة. تردد القطع (f_c) هو عادة 7 كيلوهرتز. مقاومة العزل (R_IO) هي بحد أدنى 5×10¹⁰Ω، مما يشير إلى عزل تيار مستمر ممتاز.

3. تحليل منحنيات الأداء

بينما يشير ملف PDF إلى وجود منحنيات الخصائص الكهروضوئية النموذجية، فإن الرسوم البيانية المحددة (مثل، نسبة النقل الحالي مقابل تيار الدخل الأمامي، نسبة النقل الحالي مقابل درجة الحرارة، تيار المجمع مقابل جهد المجمع-الباعث) غير مرفقة في محتوى النص. في ورقة البيانات الكاملة، تعتبر هذه المنحنيات حاسمة للتصميم. تُظهر عادة كيف تتدهور نسبة النقل الحالي مع زيادة درجة الحرارة، وكيف يشبع تيار المخرج عند تيارات دخل عالية أو جهود مجمع-باعث منخفضة، والعلاقة بين الجهد الأمامي والتيار لصمام LED. يجب على المصممين الرجوع إلى هذه الرسوم البيانية لفهم سلوك الجهاز عبر نطاق التشغيل الكامل، وليس فقط عند النقطة النموذجية 25°C.

4. معلومات الميكانيكا والتغليف

4.1 أبعاد الحزمة وتكوين الدبابيس

يستخدم الجهاز حزمة SOP 4 دبابيس. أبعاد جسم الحزمة حوالي 4.4 مم في الطول و 7.4 مم في العرض، مع ارتفاع يبلغ 2.0 مم. تكوين الدبابيس قياسي لمثل هذه الموصلات الضوئية: الدبوس 1 هو أنود صمام LED، الدبوس 2 هو كاثود صمام LED، الدبوس 3 هو باعث الترانزستور الضوئي، والدبوس 4 هو مجمع الترانزستور الضوئي. يتم توفير تخطيط وسادة موصى به للتثبيت السطحي لضمان لحام موثوق واستقرار ميكانيكي.

4.2 علامات الجهاز

يتم وضع علامة على الجهاز على السطح العلوي برمز. تتضمن العلامة "EL" (رمز الشركة المصنعة)، "452" (رقم القطعة)، رمز سنة مكون من رقم واحد، رمز أسبوع مكون من رقمين، واختياريًا "V" للدلالة على موافقة VDE. تسمح هذه العلامة بتتبع تاريخ التصنيع والامتثال.

5. إرشادات اللحام والتجميع

5.1 ظروف اللحام بإعادة التدفق

توفر ورقة البيانات مواصفات ملف تعريف لحام إعادة التدفق بالتفصيل لمنع التلف الحراري. الملف الشخصي متوافق مع IPC/JEDEC J-STD-020D. تشمل المعلمات الرئيسية: مرحلة تسخين مسبق من 150°C إلى 200°C على مدى 60-120 ثانية، درجة حرارة جسم ذروة (T_p) لا تتجاوز 260°C، ووقت فوق السائل (217°C) بين 60-100 ثانية. يمكن للجهاز تحمل أقصى ثلاث دورات إعادة تدفق. الالتزام بهذا الملف الشخصي أمر بالغ الأهمية للحفاظ على سلامة التغليف الإيبوكسي الداخلي وروابط الأسلاك.

6. معلومات التغليف والطلب

6.1 نظام رقم طلب القطعة

يتبع رقم القطعة التنسيق: EL452(Y)-VG. يشير موضع "Y" إلى خيار الشريط والبكرة (TA، TB، أو لا شيء لتغليف الأنبوب). تشير "V" إلى أن الوحدة معتمدة للسلامة من VDE. تشير اللاحقة "G" إلى أن المنتج خالٍ من الهالوجين. على سبيل المثال، يشير EL452TA-VG إلى الجهاز المزود على شريط وبكرة اتجاه TA، مع موافقة VDE، وهو خالٍ من الهالوجين.

6.2 مواصفات الشريط والبكرة

يتوفر الجهاز في شريط حامل بارز قياسي للتجميع الآلي. يتوفر اتجاهان للتغذية: الخيار TA والخيار TB. عرض الشريط (W) هو 16.0 مم، خطوة الجيب (P₀) هي 4.0 مم، وتحمل البكرة عادة 3000 وحدة. يتم توفير أبعاد الشريط التفصيلية (A، B، D₀، إلخ.) لإعداد المغذي.

7. توصيات التطبيق

7.1 دوائر التطبيق النموذجية

EL452-G مناسب تمامًا لقيادة الترياك، الثايرستور، أو MOSFET في دوائر تحكم التيار المتردد الرئيسي (مثل، مرحلات الحالة الصلبة) بسبب جهد V_CEOالمرتفع. يمكن استخدامه لتغيير مستوى الجهد في واجهات المتحكم الدقيق، وتوفير عزل لإشارات أجهزة الاستشعار التناظرية، وإنشاء حلقات تغذية مرتدة معزولة في مصادر طاقة وضع التبديل. تسمح نسبة النقل الحالي العالية له بأن يتم تشغيله مباشرة من دبابيس GPIO للمتحكم الدقيق (مع مقاومة محددة للتيار مناسبة) دون الحاجة إلى ترانزستور قيادة إضافي لصمام LED.

7.2 اعتبارات واحتياطات التصميم

جانب المدخلات:يجب دائمًا استخدام مقاومة متسلسلة مع صمام LED للحد من التيار الأمامي إلى قيمة آمنة، عادة بين 1 مللي أمبير و 20 مللي أمبير اعتمادًا على نسبة النقل الحالي المطلوبة والسرعة. صمام LED حساس للجهد العكسي؛ إذا كانت دائرة القيادة يمكنها فرض انحياز عكسي، يوصى باستخدام صمام ثنائي حماية بالتوازي مع صمام LED.
جانب المخرجات:يمكن لدارلينجتون الضوئي استيعاب تيار كبير (يصل إلى 150 مللي أمبير). يجب توصيل مقاومة حمل بين المجمع وسكة إمداد الطاقة الموجبة لضبط تأرجح جهد المخرج والحد من تبديد الطاقة. بسبب تكوين دارلينجتون، فإن جهد التشبع (V_CE(sat)) أعلى منه في الترانزستور الفردي، مما يقلل من تأرجح جهد المخرج في تطبيقات التبديل. يجب على المصممين مراعاة تدهور نسبة النقل الحالي مع درجة الحرارة والعمر الافتراضي؛ يُنصح بهامش تصميم بنسبة 20-50%. تمنع سرعات التبديل البطيئة نسبيًا استخدامه في PWM عالي التردد أو اتصالات البيانات فوق بضعة كيلوهرتز.

8. المقارنة والتمييز التقني

يميز EL452-G نفسه في السوق من خلال مزيجه من الجهد العالي (350 فولت)، ونسبة النقل الحالي العالية جدًا (1000% كحد أدنى)، والحزمة SOP المدمجة. مقارنة بالموصلات الضوئية القياسية ذات الترانزستور الضوئي (التي قد يكون لها نسبة نقل حالي 50-600%)، يوفر تكوين دارلينجتون حساسية أعلى بكثير. مقارنة ببعض دارلينجتون الضوئية الأخرى، فإن تصنيف العزل 3750 فولت RMS والموافقات الدولية المتعددة للسلامة (UL، CUL، VDE، SEMKO، إلخ.) تجعله خيارًا قويًا للتطبيقات الحرجة للسلامة والصناعية. يتوافق الامتثال لخالية من الهالوجين وRoHS مع اللوائح البيئية الحديثة.

9. الأسئلة الشائعة (FAQ)

س: هل يمكنني تشغيل صمام LED مباشرة من مخرج منطقي 5 فولت؟
ج: نعم، ولكن يجب عليك حساب المقاومة المتسلسلة. على سبيل المثال، مع جهد أمامي نموذجي V_Fبقيمة 1.2 فولت وتيار دخل مرغوب I_Fبقيمة 5 مللي أمبير من مصدر 5 فولت: R = (5V - 1.2V) / 0.005A = 760Ω. استخدم مقاومة قياسية 750Ω.

س: ما هو أقصى تردد تبديل؟
ج: تردد التبديل العملي محدود بأوقات الصعود والهبوط. تقدير متحفظ للموجة المربعة هو 1/(t_r+t_f) ≈ 1/(250µs+100µs) ≈ 2.9 كيلوهرتز. للتشغيل الموثوق، صمم للترددات أقل من 1 كيلوهرتز.

س: كيف تؤثر درجة الحرارة على الأداء؟
ج: عادة ما تنخفض نسبة النقل الحالي مع زيادة درجة الحرارة. يزداد تيار الظلام (I_CEO) مع درجة الحرارة. ينخفض الجهد الأمامي لصمام LED مع درجة الحرارة. يجب مراعاة هذه التأثيرات للتشغيل المستقر عبر نطاق درجة الحرارة الكامل.

س: هل يتوفر اتصال قاعدة خارجي لتسريع الأداء؟
ج: لا. هذا هو دارلينجتون ضوئي قياسي بدون دبوس قاعدة خارجي. لا يمكن تحسين سرعة التبديل بواسطة المكونات الخارجية.

10. دراسة حالة تصميم عملية

السيناريو:عزل إشارة متحكم دقيق 3.3 فولت للتحكم في ملف مرحل تيار مستمر 24 فولت.
التنفيذ:يقوم دبوس GPIO للمتحكم الدقيق (3.3 فولت) بتشغيل صمام LED عبر مقاومة 470Ω، مما يحدد I_F≈ (3.3V - 1.2V)/470Ω ≈ 4.5 مللي أمبير. يتم توصيل ملف المرحل (24 فولت، مقاومة الملف 50Ω ≈ 480 مللي أمبير) بين مصدر 24 فولت ومجمع EL452-G. يتم توصيل الباعث بالأرض. يجب وضع صمام ثنائي عكسي عبر ملف المرحل لقمع ارتفاعات الجهد عندما يتم إيقاف تشغيل دارلينجتون الضوئي. عند دخل 4.5 مللي أمبير، تضمن نسبة النقل الحالي مخرجًا مشبعًا قادرًا على استيعاب تيار المرحل، مع تسبب جهد V_CE(sat)في انخفاض جهد صغير. يوفر جهد V_CEOالبالغ 350 فولت هامشًا وافرًا ضد مصدر 24 فولت وأي ارتفاعات حثية.

11. مبدأ التشغيل

يعمل الجهاز على مبدأ الاقتران الضوئي. عندما يتدفق التيار عبر صمام LED الأشعة تحت الحمراء المدخل، فإنه يصدر فوتونات. تنتقل هذه الفوتونات عبر فجوة عازلة شفافة وتضرب منطقة قاعدة زوج الترانزستور الضوئي دارلينجتون المخرج. تولد الفوتونات الممتصة أزواج إلكترون-ثقب، مما يخلق تيار قاعدة يشغل زوج ترانزستور دارلينجتون. هذا يسمح بتدفق تيار أكبر بكثير من المجمع إلى الباعث، يتناسب مع تيار صمام LED (المحدد بنسبة النقل الحالي). النقطة الأساسية هي أن الإشارة تنتقل بواسطة الضوء، مما يوفر عزلًا كهربائيًا كاملاً بين دوائر المدخل والمخرج، حيث لا يوجد اتصال كهربائي - فقط مسار ضوئي عبر مادة عازلة.

12. اتجاهات وتطورات الصناعة

يستمر سوق الموصلات الضوئية في التطور. تشمل الاتجاهات تطوير عوازل رقمية عالية السرعة تعتمد على تقنية CMOS وRF، والتي توفر سرعة فائقة، واستهلاك طاقة أقل، ومقاومة ضوضاء أفضل مقارنة بالموصلات الضوئية التقليدية. ومع ذلك، تحتفظ الموصلات الضوئية دارلينجتون والترانزستور الضوئي مثل EL452-G بمواقف قوية في التطبيقات التي تتطلب قدرة على تحمل الجهد العالي، ومخرج تيار عالي، والبساطة، والمتانة، وفعالية التكلفة للعزل ذو التردد المنخفض إلى المتوسط. هناك أيضًا دفعة مستمرة نحو التصغير، والتكامل الأعلى (مثل، دمج قنوات متعددة)، وتحسين الموثوقية، وتعزيز شهادات السلامة لتلبية المعايير العالمية المتطورة. الانتقال نحو المواد الخالية من الهالوجين والصديقة للبيئة، كما هو الحال في EL452-G، هو متطلب قياسي في الصناعة.