ورقة بيانات مقرن ضوئي EL101XH-G - حزمة SOP رباعية الأطراف - مسافة زحف 8 مم - عزل 5000 فولت RMS - خالي من الهالوجين - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

تمثل سلسلة EL101XH-G عائلة من المقرنات الضوئية عالية الأداء (المقرنات الضوئية) المصممة لعزل الإشارات بشكل موثوق في التطبيقات الإلكترونية المتطلبة. تم تصميم هذه الأجهزة لتوفير حاجز كهربائي قوي بين دوائر الإدخال والإخراج، مما يمنع حلقات التأريض، وارتفاعات الجهد، والضوضاء من الانتشار بين أقسام مختلفة من النظام. يتم تحقيق الوظيفة الأساسية من خلال ثنائي باعث للأشعة تحت الحمراء مقترن ضوئيًا بكاشف ترانزستور ضوئي من السيليكون، وكلها موجودة داخل حزمة SOP رباعية الأطراف مدمجة.

الميزة الرئيسية المميزة لهذه السلسلة هيمسافة الزحف الطويلة البالغة 8 مم، مما يعزز بشكل كبير السلامة والموثوقية في التطبيقات التي تتطلب جهد عزل عالي. هذا التصميم، مقترنًا بتصنيفجهد عزل 5000 فولت_RMS، يجعل السلسلة مناسبة لأنظمة التحكم الصناعية، ومصادر الطاقة، والأجهزة المنزلية حيث تكون سلامة المستخدم وحماية المعدات أمرًا بالغ الأهمية. كما يتم تصنيع الأجهزة لتكونخالية من الهالوجين، مما يتوافق مع اللوائح البيئية من خلال تقييد محتوى البروم (Br) والكلور (Cl).الأسواق المستهدفة لسلسلة EL101XH-G واسعة، وتشمل التشغيل الآلي الصناعي، والاتصالات، وأدوات القياس، والأجهزة المنزلية الاستهلاكية. تشمل التطبيقات النموذجية العزل في وحدات الإدخال/الإخراج PLC، ونقل الإشارات في معدات الاتصالات، وعزل الواجهات في أدوات القياس، والعزل الآمن في الأجهزة المنزلية مثل سخانات المروحة.

2. الغوص العميق في المعلمات التقنية

2.1 القيم القصوى المطلقة

تحدد هذه التصنيفات حدود الإجهاد التي قد يتسبب تجاوزها في حدوث تلف دائم للجهاز. لا يتم ضمان التشغيل عند أو تحت هذه الحدود.

تيار الأمام للإدخال (I_F): 50 مللي أمبير (مستمر). هذا هو الحد الأقصى للتيار المستمر الذي يمكن تمريره عبر LED الأشعة تحت الحمراء للإدخال.

• تيار الأمام الذروي (I_FP): 1 أمبير لمدة 1 ميكروثانية نبضة. هذا التصنيف حاسم لتحمل طفرات التيار القصيرة أثناء أحداث التبديل._F)جهد العكس للإدخال (V_R): 6 فولت. يمكن أن يؤدي تجاوز هذا الجهد في الانحياز العكسي إلى إتلاف LED.
• جهد المجمع-الباعث للإخراج (V_CEO): 80 فولت. هذا هو أقصى جهد يمكن أن يتحمله مجمع الترانزستور الضوئي بالنسبة لباعثه عندما يكون القاعدة (المدفوعة بالضوء) مفتوحة._FP)تبديد الطاقة الكلي (P_TOT): 250 مللي واط. هذا هو أقصى قدرة مشتركة يمكن للجهاز بأكمله تبديدها، مما يحد من ناتج تيار/جهد الإدخال وتيار/جهد الإخراج.
• جهد العزل (V_ISO): 5000 فولت RMS لمدة دقيقة واحدة. يتم اختبار هذه المعلمة الحرجة للسلامة مع توصيل الطرفين 1 و 2 معًا والطرفين 3 و 4 معًا، وتطبيق جهد عالٍ بين هاتين المجموعتين._R)درجة حرارة التشغيل (T_A): من -55°C إلى +125°C. يضمن هذا النطاق الواسع الوظيفة في البيئات الصناعية والسياسية القاسية.
• درجة حرارة اللحام (T_SOL): 260°C لمدة 10 ثوانٍ. يوجه هذا عملية لحام إعادة التدفق._CEO)2.2 الخصائص الكهروضوئية
• تحدد هذه المعلمات أداء الجهاز تحت ظروف التشغيل العادية (T_A = 25°C ما لم يُذكر خلاف ذلك)._TOT)2.2.1 خصائص المدخلات (جانب LED)
• جهد الأمام (V_F): عادةً 1.2 فولت، بحد أقصى 1.4 فولت عند I_F = 10 مللي أمبير. يستخدم هذا لحساب المقاوم المحدد للتيار المطلوب._ISO)تيار العكس (I_R): بحد أقصى 10 ميكرو أمبير عند V_R = 6 فولت، مما يشير إلى خصائص تسرب جيدة للثنائي._{سعة الإدخال (C_in): عادةً 50 بيكو فاراد. يؤثر هذا على أداء التبديل عالي التردد في جانب الإدخال.}2.2.2 خصائص المخرجات (جانب الترانزستور الضوئي)
• تيار الظلام للمجمع-الباعث (I_CEO): بحد أقصى 200 نانو أمبير عند V_CE = 48 فولت، I_F = 0 مللي أمبير. هذا هو تيار التسرب عندما يكون LED مغلقًا، وهو مهم لسلامة الإشارة في حالة الإيقاف._OPR)جهد انهيار المجمع-الباعث (BV_CEO): بحد أدنى 80 فولت عند I_C = 0.1 مللي أمبير، مما يؤكد القدرة على تحمل الجهد العالي.
• جهد تشبع المجمع-الباعث (V_CE(sat)): بحد أقصى 0.3 فولت عند I_C = 10 مللي أمبير، I_F = 1 مللي أمبير. يكون جهد التشبع المنخفض مرغوبًا فيه عندما يُستخدم الإخراج كمفتاح في حالة "التشغيل"._SOL)2.2.3 خصائص النقل

تحدد هذه المعلمات كفاءة وسرعة الاقتران بين الإدخال والإخراج.

نسبة نقل التيار (CTR): هذا هو مقياس الأداء الأساسي، ويُعرّف على أنه (I_C / I_F) * 100% في ظروف محددة (V_CE = 5 فولت، I_F = 5 مللي أمبير). تُقدم سلسلة EL101XH-G بدرجات متعددة من CTR:_aEL1010H: من 50% إلى 600% (نطاق واسع)

EL1011H: من 100% إلى 200%

• EL1017H: من 80% إلى 160%_F)EL1018H: من 130% إلى 260%_FEL1019H: من 200% إلى 400%
• تسمح درجة CTR الأعلى (مثل EL1019H) بتقليل تيار تشغيل LED الإدخال المطلوب لتحقيق نفس تيار الإخراج، مما يحسن كفاءة الطاقة._R)مقاومة العزل (R_ISO): بحد أدنى 5 × 10^9 أوم عند 500 فولت تيار مستمر. تؤكد هذه المقاومة العالية جدًا جودة مادة العزل الداخلية._Rالسعة العائمة (C_F): بحد أقصى 1.0 بيكو فاراد. هذه السعة المنخفضة بين الحزم هي مفتاح لتحقيق مناعة عالية للتداخل المشترك العابر (CMTI) في البيئات الصاخبة.
• أوقات التبديل: تم الاختبار مع V_CC = 5 فولت، I_F = 5 مللي أمبير، R_L = 100 أوم._{وقت التشغيل (t_on): عادةً 12 ميكروثانية.})وقت الإيقاف (t_off): عادةً 10 ميكروثانية.

وقت الصعود (t_r) ووقت الهبوط (t_f): بحد أقصى 18 ميكروثانية لكل منهما.

• هذه السرعات مناسبة لعزل الإشارات الرقمية عند ترددات معتدلة (عشرات الكيلوهرتز)._CEO)3. شرح نظام التصنيف_CEتستخدم سلسلة EL101XH-G نظام تصنيف قائم على CTR، وهو العامل الأساسي للتمييز بين أرقام الأجزاء. يشير الحرف "X" في رقم الجزء EL101XH-G إلى رتبة CTR (0، 1، 7، 8، 9). تتوافق كل رتبة مع نطاق CTR أدنى ونموذجي محدد، كما هو مفصل في القسم 2.2.3. يسمح هذا للمصممين باختيار جهاز به الكسب الدقيق المطلوب لتطبيقهم. يمكن أن يؤدي اختيار درجة CTR أعلى (مثل EL1019H) إلى تقليل تيار التشغيل المطلوب لـ LED الإدخال، مما يقلل من استهلاك الطاقة وتوليد الحرارة. على العكس من ذلك، قد تكون درجة CTR أقل كافية للتطبيقات التي يتوفر فيها تيار تشغيل وافر._F4. تحليل منحنيات الأداء
• بينما يشير ملف PDF إلى وجود "منحنيات الخصائص الكهروضوئية النموذجية"، إلا أن الرسوم البيانية المحددة غير مرفقة في محتوى النص. عادةً ما تتضمن أوراق البيانات هذه منحنيات تُظهر العلاقة بين:_CEO)CTR مقابل تيار الأمام (I_F): يُظهر هذا المنحنى كيف تتغير نسبة نقل التيار مع تيار تشغيل LED. غالبًا ما ينخفض CTR عند I_F مرتفع جدًا بسبب التسخين وانخفاض الكفاءة._CCTR مقابل درجة الحرارة المحيطة (T_A): هذا منحنى حاسم للتصميم الحراري. عادةً ما يكون لـ CTR للمقرنات الضوئية معامل درجة حرارة سالب، مما يعني أنه ينخفض مع زيادة درجة الحرارة. يجب على المصممين مراعاة هذا التخفيض على مدى نطاق درجة حرارة التشغيل الكامل.
• تيار المجمع مقابل جهد المجمع-الباعث (I_C - V_CE): تُظهر منحنيات خصائص الإخراج هذه، المرسومة لتيارات إدخال مختلفة (I_F)، مناطق تشغيل الترانزستور الضوئي (التشبع، النشط)._{جهد الأمام مقابل تيار الأمام (V_F - I_F): منحنى I-V القياسي لـ LED، مفيد للإدارة الحرارية لجانب الإدخال.})يجب على المصممين الرجوع إلى ورقة البيانات الرسمية مع الرسوم البيانية لنمذجة سلوك الجهاز بدقة تحت الظروف غير القياسية._F5. معلومات الميكانيكا والتغليف_C5.1 تكوين الأطراف

تحتوي حزمة SOP رباعية الأطراف على التكوين التالي للأطراف:

الطرف 1: الأنود لـ LED الأشعة تحت الحمراء للإدخال.

• الطرف 2: الكاثود لـ LED الأشعة تحت الحمراء للإدخال.الطرف 3: الباعث للترانزستور الضوئي للإخراج._Cالطرف 4: المجمع للترانزستور الضوئي للإخراج._Fهذا تكوين قياسي للمقرنات الضوئية._CE5.2 أبعاد الحزمة ومساحة التثبيت_Fيُوصف الجهاز بأنه "حزمة SOP رباعية الأطراف مدمجة بسمك 2.2 مم". يتضمن ملف PDF رسمًا تخطيطيًا "لأبعاد الحزمة" و"تخطيط المسند الموصى به للتثبيت السطحي". يتم تقديم اقتراح تخطيط المسند كمرجع، وتنصح ورقة البيانات المصممين صراحةً بتعديل أبعاد المسند بناءً على عمليات تصنيع اللوحات المطبوعة المحددة ومتطلباتهم الحرارية. يعد تصميم المسند المناسب ضروريًا للحام الموثوق والقوة الميكانيكية.
  • 6. إرشادات اللحام والتجميعالمعلمة الرئيسية المقدمة هي درجة حرارة اللحام: 260°C لمدة 10 ثوانٍ. يتوافق هذا مع ملفات إعادة التدفق النموذجية الخالية من الرصاص (IPC/JEDEC J-STD-020). يجب على المصممين والمصنعين التأكد من أن ملف فرن إعادة التدفق لا يتجاوز هذا الوقت عند درجة الحرارة هذه لمنع تلف مركب القالب الإيبوكسي الداخلي وروابط الأسلاك. يجب اتباع إجراءات التعامل القياسية للأجهزة الحساسة للرطوبة (تصنيف MSL، والذي لم يتم تحديده في النص المقدم ولكن يجب التحقق منه في ورقة البيانات الكاملة)، بما في ذلك الخبز إذا تعرض التغليف للرطوبة المحيطة بما يتجاوز مستواه المصنف.
  • 7. معلومات التغليف والطلب7.1 قاعدة ترقيم الموديل
  • يتبع رقم الجزء التنسيق: EL101X H(Y)- VGEL101: رقم الجزء الأساسي.
  • X: رتبة CTR (0، 1، 7، 8، 9).H: يشير إلى قدرة التشغيل في درجات الحرارة العالية.
  • (Y): خيار الشريط والبكرة. يمكن أن يكون TA، TB، أو لا شيء (لتغليف الأنبوب).V: لاحقة اختيارية تشير إلى شهادة السلامة VDE.
  G: يشير إلى البناء الخالي من الهالوجين.
• مثال: EL1018H-VG هو الإصدار الخالي من الهالوجين، المعتمد من VDE، برتبة CTR 8._IO)7.2 مواصفات التغليف¹⁰يتوفر الجهاز بشكلين رئيسيين للتغليف:
• أنبوب: 100 وحدة لكل أنبوب. الخيارات هي قياسية أو مع شهادة VDE._IO)شريط وبكرة: 3000 وحدة لكل بكرة. يتوفر خياران لاتجاه التغذية (TA و TB)، مع توفير أبعاد شريط مفصلة (Ao، Bo، Po، P، إلخ) في ورقة البيانات لبرمجة آلة الاختيار والوضع الآلية.
• 7.3 علامات الجهازيتم وضع علامة على الجزء العلوي من حزمة SOP برمز: EL 101X H Y WW V_CEEL: رمز الشركة المصنعة._C101X: رقم الجهاز (X يشير إلى رتبة CTR)._LH: تسمية التشغيل في درجات الحرارة العالية.
  • Y: رمز السنة المكون من رقم واحد._{WW: رمز الأسبوع المكون من رقمين.}V: علامة اختيارية للإصدارات المعتمدة من VDE.
  • 8. توصيات التطبيق_{8.1 دوائر التطبيق النموذجية}يمكن استخدام المقرن الضوئي في وضعين أساسيين:
  • التبديل الرقمي / العزل: يتم تشغيل LED الإدخال بواسطة إشارة رقمية (مثل من GPIO لوحدة التحكم الدقيقة). يعمل إخراج الترانزستور الضوئي كمفتاح، يسحب خطًا إلى الأرض أو V_CC عبر مقاومة سحب لأعلى. تحدد مواصفات وقت التبديل أقصى معدل بيانات._rعزل الإشارة الخطية: من خلال تشغيل الترانزستور الضوئي في منطقته النشطة (غير المشبعة)، يمكن استخدامه لنقل إشارات تناظرية. ومع ذلك، فإن عدم خطية CTR وتغيرها مع درجة الحرارة يجعل هذا الأمر صعبًا بدون دوائر تعويض إضافية. من الشائع أكثر استخدام مقرن ضوئي خطي مخصص لمثل هذه المهام._f8.2 اعتبارات التصميم
  تحديد تيار الإدخال: مطلوب دائمًا مقاومة خارجية على التوالي مع LED الإدخال لتعيين تيار الأمام (I_F). احسب R_limit = (V_drive - V_F) / I_F. تأكد من ألا يتجاوز I_F 50 مللي أمبير تيار مستمر.

تخفيض CTR مع درجة الحرارة: ضع في اعتبارك انخفاض CTR في درجات الحرارة العالية. صمم الدائرة لتعمل بشكل صحيح عند أقصى درجة حرارة تشغيل مع أقل قيمة CTR من الدرجة المختارة.

مقاومة الحمل للإخراج (R_L): تؤثر قيمة مقاومة السحب لأعلى على المجمع على سرعة التبديل، واستهلاك الطاقة، ومناعة الضوضاء. يعطي R_L أصغر تبديلًا أسرع ولكن استهلاك تيار أعلى. حالة الاختبار لـ R_L = 100 أوم هي للتوصيف؛ غالبًا ما تتراوح القيم العملية من 1 كيلو أوم إلى 10 كيلو أوم.مناعة الضوضاء: توفر سعة الاقتران المنخفضة (<1 بيكو فاراد) رفضًا مشتركًا جيدًا. للبيئات الصاخبة جدًا، تأكد من تخطيط نظيف مع تأريض مناسب وفكر في إضافة مكثف تجاوز صغير (مثل 0.1 ميكرو فاراد) عبر قضبان إمداد الطاقة لجانب الإخراج.9. المقارنة التقنية والمزاياXتميز سلسلة EL101XH-G نفسها في السوق من خلال عدة ميزات رئيسية:

مسافة زحف طويلة (8 مم): مقارنة بالمقرنات الضوئية القياسية SOP، يمثل هذا الامتداد في مسافة الزحف ميزة كبيرة للتطبيقات التي تتطلب عزلًا معززًا أو تعمل في بيئات ملوثة، حيث يقلل من خطر التتبع السطحي.

جهد عزل عالٍ (5000 فولت RMS): هذا تصنيف عزل قوي مناسب للمعدات المتصلة بالشبكة الصناعية (مثل أنظمة 240 فولت/480 فولت).

• الامتثال لمعايير خالية من الهالوجين: يلبي المتطلبات البيئية والتنظيمية لمحتوى هالوجين مخفض، وهو أمر مهم بشكل متزايد في الإلكترونيات الخضراء._F)نطاق تشغيل حراري واسع (-55°C إلى +125°C): يتجاوز النطاق التجاري النموذجي (0°C إلى 70°C)، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات الصناعية والسياسية والعسكرية._Fموافقات السلامة المعلقة: تسرد ورقة البيانات الموافقات من UL، cUL، VDE، SEMKO، NEMKO، DEMKO، FIMKO، و CQC على أنها "معلقة". يشير هذا إلى أن الجهاز مصمم لتلبية معايير السلامة الدولية الصارمة هذه.
• 10. الأسئلة الشائعة (بناءً على المعلمات التقنية)_a)س1: ما هو الغرض من مسافة الزحف الطويلة؟
• ج1: مسافة الزحف هي أقصر مسار على طول سطح العبوة العازلة بين جزأين موصلين (أطراف الإدخال والإخراج). تزيد مسافة 8 مم من الحماية ضد القوس الكهربائي عالي الجهد أو التتبع عبر سطح العبوة، خاصة في البيئات الرطبة أو الملوثة، مما يعزز الموثوقية والسلامة على المدى الطويل._Cس2: كيف أختار درجة CTR المناسبة؟_CE)ج2: اختر بناءً على تيار التشغيل المتاح لديك وتيار الإخراج المطلوب. إذا كانت وحدة التحكم الدقيقة الخاصة بك يمكنها توفير 5 مللي أمبير فقط، فاختر درجة CTR عالية (مثل EL1019H) للحصول على تيار إخراج كافٍ. إذا كان لديك تيار تشغيل وافر، فقد تكون درجة أقل فعالية من حيث التكلفة. صمم دائمًا لأسوأ حالة (أقل قيمة CTR عند أقصى درجة حرارة)._Fس3: هل يمكن استخدام هذا لعزل إشارة التيار المتردد؟
• ج3: إخراج الترانزستور الضوئي أحادي الاتجاه (يتدفق التيار من المجمع إلى الباعث). لعزل إشارة تيار متردد، ستستخدم عادةً جهازين في تكوين متوازي معكوس أو مقرن ضوئي مخصص لإدخال التيار المتردد. للكشف عن عبور الصفر للتيار المتردد الرقمي، يمكن استخدامه مع مقوم جسر على جانب الإدخال._Fس4: ما الفرق بين جهد العزل وتصنيف جهد المجمع-الباعث؟_F)ج4: جهد العزل (5000 فولت RMS) هو جهد تحمل العزل الكهربائي بين جانبي الإدخال والإخراج للعبوة. جهد المجمع-الباعث (80 فولت) هو أقصى جهد يمكن تطبيقه عبر الترانزستور للإخراج نفسه أثناء التشغيل العادي. هما معلمتان مختلفتان تمامًا.

11. دراسة حالة تصميمية عملية

السيناريو: عزل إشارة GPIO لوحدة تحكم دقيقة 3.3 فولت للتحكم في ملف مرحل 24 فولت في مجال طاقة منفصل في وحدة PLC صناعية.

خطوات التصميم:

جانب الإدخال: GPIO لوحدة التحكم الدقيقة هو 3.3 فولت. بافتراض I_F مرغوب فيه بقيمة 5 مللي أمبير و V_F نموذجي بقيمة 1.2 فولت، احسب R_limit = (3.3 فولت - 1.2 فولت) / 0.005 أمبير = 420 أوم. استخدم مقاومة قياسية 430 أوم.

1. اختيار CTR: يتطلب قاعدة ترانزستور تشغيل ملف المرحل ~5 مللي أمبير. مع I_F = 5 مللي أمبير، الحد الأدنى المطلوب لـ CTR = (5 مللي أمبير / 5 مللي أمبير) * 100% = 100%. لضمان التشغيل عند 125°C (حيث يكون CTR أقل)، اختر درجة بها هامش مريح. EL1018H (الحد الأدنى لـ CTR 130%) هو خيار جيد.جانب الإخراج: قم بتوصيل مجمع الترانزستور الضوئي بمصدر الطاقة 24 فولت عبر مقاومة سحب لأعلى (R_L). يتصل الباعث بقاعدة ترانزستور تشغيل المرحل (ترانزستور NPN BJT أو بوابة MOSFET قناة N). عندما يكون إخراج وحدة التحكم الدقيقة مرتفعًا، يكون LED قيد التشغيل، ويشبع الترانزستور الضوئي، مما يسحب القاعدة إلى الأرض تقريبًا، ويوقف تشغيل السائق. عندما يكون إخراج وحدة التحكم الدقيقة منخفضًا، يكون LED مغلقًا، ويكون الترانزستور الضوئي مغلقًا، وتسحب مقاومة تحيز منفصلة قاعدة السائق إلى مستوى مرتفع لتفعيل المرحل. مطلوب ثنائي snubber عبر ملف المرحل.
2. التخطيط: حافظ على فصل مسارات الإدخال والإخراج فعليًا على اللوحة المطبوعة. ضع مكثفات التجاوز بالقرب من أطراف الجهاز. اتبع تخطيط المسند الموصى به للحام الموثوق.يوفر هذا التصميم عزلًا قويًا، ويحمي وحدة التحكم الدقيقة الحساسة من التداخلات العابرة الناتجة عن ملف المرحل الحثي.
3. 12. مبدأ التشغيلالمقرن الضوئي (أو المقرن الضوئي) هو جهاز ينقل الإشارات الكهربائية بين دائرتين معزولتين باستخدام الضوء. في سلسلة EL101XH-G:
4. يؤدي التيار الكهربائي المطبق على أطراف الإدخال (الأنود والكاثود) إلى جعل ثنائي الأشعة تحت الحمراء الباعث للضوء (LED) المدمج يصدر فوتونات.تنتقل هذه الفوتونات عبر مادة عازلة شفافة (عادةً إيبوكسي مصبوب) داخل العبوة.

تصطدم الفوتونات بمنطقة قاعدة ترانزستور ضوئي من السيليكون على جانب الإخراج.

تولد طاقة الضوء هذه أزواج إلكترون-ثقب في القاعدة، مما يعمل بشكل فعال كتيار قاعدة ويجعل الترانزستور يوصل بين مجمعه وباعثه.

كمية تيار مجمع الإخراج (I_C) تتناسب مع تيار LED الإدخال (I_F)، مع ثابت التناسب هو نسبة نقل التيار (CTR).

النقطة الأساسية هي أن الاتصال الوحيد بين الإدخال والإخراج هو شعاع ضوئي، مما يوفر عزلًا كهربائيًا ممتازًا تحدده خصائص الحاجز العازل والمسافة الداخلية بين شريحة LED وشريحة الترانزستور الضوئي.

13. اتجاهات الصناعةيتطور سوق مكونات العزل مثل المقرنات الضوئية مدفوعًا بعدة اتجاهات رئيسية:سرعة وعرض نطاق أعلى: يتزايد الطلب على العوازل الرقمية والمقرنات الضوئية عالية السرعة القادرة على دعم بروتوكولات اتصال مثل USB، CAN FD، والإيثرنت في الشبكات المعزولة، مما يدفع معدلات البيانات إلى عشرات ومئات الميجابت في الثانية.

التكامل: هناك اتجاه نحو دمج قنوات عزل متعددة في عبوة واحدة، أو الجمع بين العزل ووظائف أخرى مثل مشغلات البوابات لـ MOSFETs/IGBTs للطاقة.

معايير سلامة وموثوقية معززة: تستمر اللوائح في المعدات الصناعية والسياسية (ISO 26262) والطبية في التشدد، مما يتطلب مكونات ذات تصنيفات عزل معتمدة أعلى، ومسافة زحف/تباعد أطول، وبيانات موثوقية مثبتة.

التصغير: مع الحفاظ على أداء العزل أو تحسينه، تصبح العبوات أصغر (مثل SOIC عريض الجسم، DSOP) لتوفير مساحة اللوحة.تقنيات بديلة: تواجه المقرنات الضوئية منافسة من تقنيات العزل السعوية والمغناطيسية (القائمة على المحولات)، والتي يمكن أن تقدم مزايا في السرعة، واستهلاك الطاقة، والتكامل. ومع ذلك، تحتفظ المقرنات الضوئية بمزايا قوية في البساطة، والمناعة العالية للتداخل المشترك العابر (CMTI)، وشهادات السلامة الراسخة.

• تتموضع أجهزة مثل سلسلة EL101XH-G، مع تركيزها على العزل العالي، ومسافة الزحف الطويلة، والامتثال البيئي، لتلبية الاحتياجات المستمرة للتطبيقات الصناعية والطاقة التقليدية الحرجة للسلامة حيث تكون المتانة والشهادات أمرًا بالغ الأهمية.: Base part number.
• X: CTR Rank (0, 1, 7, 8, 9).
• H: Denotes high-temperature operation capability.
• (Y): Tape and reel option. Can be TA, TB, or none (for tube packaging).
• V: Optional suffix denoting VDE safety certification.
• G: Denotes halogen-free construction.

Example: EL1018H-VG is the halogen-free, VDE-certified version with CTR rank 8.

.2 Packaging Specifications

The device is available in two main packaging forms:

• Tube: 100 units per tube. Options are standard or with VDE certification.
• Tape and Reel: 3000 units per reel. Two feed direction options are available (TA and TB), with detailed tape dimensions (Ao, Bo, Po, P, etc.) provided in the datasheet for automated pick-and-place machine programming.

.3 Device Marking

The top of the SOP package is marked with a code:EL 101X H Y WW V

• EL: Manufacturer code.
• X: Device number (X indicates CTR rank).
• H: High-temperature operating designation.
• Y: 1-digit year code.
• WW: 2-digit week code.
• V: Optional marking for VDE-approved versions.

. Application Recommendations

.1 Typical Application Circuits

The photocoupler can be used in two primary modes:

1. Digital Switching / Isolation: The input LED is driven by a digital signal (e.g., from a microcontroller GPIO). The phototransistor output acts as a switch, pulling a line to ground or V_CCthrough a pull-up resistor. The switching time specifications determine the maximum data rate.
2. Linear Signal Isolation: By operating the phototransistor in its active region (not saturated), it can be used to transmit analog signals. However, the non-linear CTR and its variation with temperature make this challenging without additional compensation circuitry. It is more common to use a dedicated linear optocoupler for such tasks.

.2 Design Considerations

• Input Current Limiting: An external resistor isalwaysrequired in series with the input LED to set the forward current (I_F). Calculate R_limit= (V_drive- V_F) / I_F. Ensure I_Fdoes not exceed 50 mA DC.
• CTR Derating with Temperature: Account for the decrease in CTR at high temperatures. Design the circuit to function correctly at the maximum operating temperature with the minimum CTR from the selected grade.
• Output Load Resistor (R_L): The value of the pull-up resistor on the collector affects switching speed, power consumption, and noise immunity. A smaller R_Lgives faster switching but higher current draw. The test condition of R_L= 100Ω is for characterization; practical values often range from 1kΩ to 10kΩ.
• Noise Immunity: The low coupling capacitance (<1pF) provides good common-mode rejection. For very noisy environments, ensure a clean layout with proper grounding and consider adding a small bypass capacitor (e.g., 0.1µF) across the output side supply rails.

. Technical Comparison and Advantages

The EL101XH-G series differentiates itself in the market through several key features:

• Long Creepage Distance (8mm): Compared to standard SOP optocouplers, this extended creepage is a significant advantage for applications requiring reinforced insulation or operating in polluted environments, as it reduces the risk of surface tracking.
• High Isolation Voltage (5000V_rms): This is a robust isolation rating suitable for industrial mains-connected equipment (e.g., 240V/480V systems).
• Halogen-Free Compliance: Meets environmental and regulatory requirements for reduced halogen content, which is increasingly important in green electronics.
• Wide Operating Temperature Range (-55°C to +125°C): Exceeds the typical commercial range (0°C to 70°C), making it fit for industrial, automotive, and military-grade applications.
• Pending Safety Approvals: The datasheet lists approvals from UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO, and CQC as "pending." This indicates the device is designed to meet these stringent international safety standards.

. Frequently Asked Questions (Based on Technical Parameters)

Q1: What is the purpose of the long creepage distance?

A1: Creepage distance is the shortest path along the surface of the insulating package between two conductive parts (input and output pins). An 8mm distance increases protection against high-voltage arcing or tracking across the package surface, especially in humid or contaminated environments, enhancing long-term reliability and safety.

Q2: How do I choose the right CTR grade?

A2: Select based on your available drive current and required output current. If your microcontroller can only provide 5mA, choose a high-CTR grade (e.g., EL1019H) to get sufficient output current. If you have ample drive current, a lower grade may be more cost-effective. Always design for the worst-case (minimum CTR at maximum temperature).

Q3: Can this be used for AC signal isolation?

A3: The phototransistor output is unidirectional (current flows from Collector to Emitter). To isolate an AC signal, you would typically use two devices in inverse-parallel configuration or a dedicated AC-input optocoupler. For digital AC zero-crossing detection, it can be used with a bridge rectifier on the input.

Q4: What is the difference between isolation voltage and collector-emitter voltage rating?

A4: Isolation voltage (5000V_rms) is the dielectric withstand voltagebetweenthe input and output sides of the package. Collector-emitter voltage (80V) is the maximum voltage that can be appliedacross the output transistor itselfduring normal operation. They are completely different parameters.

. Practical Design Case Study

Scenario:Isolating a 3.3V microcontroller GPIO signal to control a 24V relay coil on a separate power domain in an industrial PLC module.



Design Steps:

1. Input Side:The MCU GPIO is 3.3V. Assuming a desired I_Fof 5mA and a typical V_Fof 1.2V, calculate R_limit= (3.3V - 1.2V) / 0.005A = 420Ω. Use a standard 430Ω resistor.
2. CTR Selection:The relay coil driver transistor base requires ~5mA. With I_F=5mA, minimum required CTR = (5mA / 5mA)*100% = 100%. To ensure operation at 125°C (where CTR is lower), select a grade with comfortable margin. EL1018H (min CTR 130%) is a good choice.
3. Output Side:Connect the phototransistor collector to the 24V supply via a pull-up resistor (R_L). The emitter connects to the base of the relay driver transistor (an NPN BJT or an N-channel MOSFET gate). When the MCU output is high, the LED is on, the phototransistor saturates, pulling the base to near ground, turning off the driver. When the MCU output is low, the LED is off, the phototransistor is off, and a separate bias resistor pulls the driver base high to activate the relay. A snubber diode is required across the relay coil.
4. Layout:Keep the input and output traces physically separated on the PCB. Place the bypass capacitors close to the device pins. Follow the recommended pad layout for reliable soldering.

This design provides robust isolation, protecting the sensitive microcontroller from transients generated by the inductive relay coil.

. Operating Principle

A photocoupler (or optocoupler) is a device that transfers electrical signals between two isolated circuits using light. In the EL101XH-G series:

1. An electrical current applied to theinput pins (Anode and Cathode)causes the integratedinfrared light-emitting diode (LED)to emit photons.
2. These photons travel through a transparent insulating material (typically a molded epoxy) within the package.
3. The photons strike the base region of asilicon phototransistoron theoutput side.
4. This light energy generates electron-hole pairs in the base, effectively acting as a base current and causing the transistor to conduct between itsCollector and Emitter pins.
5. The amount of output collector current (I_C) is proportional to the input LED current (I_F), with the proportionality constant being the Current Transfer Ratio (CTR).

The key is that the only connection between the input and output is a beam of light, providing excellent electrical isolation determined by the properties of the insulating barrier and the internal distance between the LED and the phototransistor chip.

. Industry Trends

The market for isolation components like photocouplers is evolving driven by several key trends:

• Higher Speed and Bandwidth:Demand is growing for digital isolators and high-speed optocouplers capable of supporting communication protocols like USB, CAN FD, and Ethernet in isolated networks, pushing data rates into the tens and hundreds of Mbps.
• Integration:There is a trend towards integrating multiple isolation channels into a single package, or combining isolation with other functions like gate drivers for power MOSFETs/IGBTs.
• Enhanced Safety and Reliability Standards:Regulations in industrial, automotive (ISO 26262), and medical equipment continue to tighten, requiring components with higher certified isolation ratings, longer creepage/clearance, and proven reliability data.
• Miniaturization:While maintaining or improving isolation performance, packages are becoming smaller (e.g., wide-body SOIC, DSOP) to save board space.
• Alternative Technologies:Photocouplers face competition from capacitive and magnetic (transformer-based) isolation technologies, which can offer advantages in speed, power consumption, and integration. However, optocouplers retain strong advantages in simplicity, high common-mode transient immunity (CMTI), and well-established safety certifications.

Devices like the EL101XH-G series, with its focus on high isolation, long creepage, and environmental compliance, are positioned to meet the enduring needs of traditional, safety-critical industrial and power applications where robustness and certifications are paramount.