ورقة بيانات ضوئي العزل ELD3H7 ELQ3H7 - حزمة SSOP 8/16 دبوس - جهد عزل 3750 فولت RMS - نسبة نقل التيار 50-600% - وثيقة تقنية بالعربية

1. نظرة عامة على المنتج

تعتبر ELD3H7 وELQ3H7 ضوئيات عزل (ضوئي العزل) تعتمد على المقاوم الضوئي، مصممة لعزل الإشارات الكهربائية. تتكون من صمام ثنائي باعث للضوء بالأشعة تحت الحمراء مقترن بصريًا بمقاوم ضوئي من السيليكون، جميعها مغلفة داخل حزمة سطحية التركيب مدمجة. الوظيفة الأساسية هي نقل الإشارات الكهربائية بين دائرتين مع الحفاظ على عزل كهربائي عالي، مما يمنع انتشار الضوضاء، وحلقات التأريض، وارتفاعات الجهد.

تدمج ELD3H7 قناتي عزل مستقلتين داخل حزمة SSOP (حزمة المخطط الصغير المنكمشة) ذات 8 أطراف. تدمج ELQ3H7 4 قنوات مستقلة داخل حزمة SSOP ذات 16 طرفًا. يتميز كلا النوعين بارتفاع منخفض للغاية يبلغ 2.0 مم، مما يجعلهما مناسبين للتطبيقات المحدودة المساحة. تستخدم الأجهزة مركب تشكيل خالي من الهالوجين وصديق للبيئة، وهي متوافقة مع توجيهات خالية من الرصاص وRoHS.

2. الميزات الرئيسية والمزايا الأساسية

• جهد عزل مرتفع:مصنف بـ 3750 فولت_RMSلمدة دقيقة واحدة، مما يضمن حماية قوية وسلامة في البيئات ذات الجهد العالي.
• نسبة نقل تيار واسعة:تتراوح من 50% إلى 600% عند I_F= 5 مللي أمبير، V_CE= 5 فولت، مما يوفر مرونة في التصميم لاحتياجات تضخيم الإشارات المختلفة.
• عامل شكل مدمج:تعتبر حزمة SSOP بارتفاع 2.0 مم مثالية لتصميمات لوحات الدوائر المطبوعة عالية الكثافة.
• موافقات أمان شاملة:معتمدة من UL (E214129)، VDE (40028116)، SEMKO، NEMKO، DEMKO، FIMKO، وCQC، مما يسهل استخدامها في المعدات المنظمة عالميًا.
• خصائص تبديل سريعة:وقت صعود نموذجي (t_r) بقيمة 5 ميكروثانية ووقت هبوط (t_f) بقيمة 3 ميكروثانية تحت ظروف الاختبار المحددة، مما يجعلها مناسبة لنقل الإشارات الرقمية.

3. السوق المستهدف والتطبيقات

تم تصميم هذه الضوئيات للتطبيقات التي تتطلب عزل إشارات موثوقًا ومقاومة للضوضاء.

• محولات DC-DC:توفير عزل حلقة التغذية الراجعة في مصادر الطاقة ذات التبديل.
• وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة والأتمتة الصناعية:عزل إشارات الإدخال/الإخراج الرقمية بين المتحكم والأجهزة الميدانية.
• معدات الاتصالات:عزل خطوط الإشارة في أجهزة المودم، والواجهات، وأجهزة الشبكة.
• عزل الدوائر العام:نقل الإشارات بين دوائر ذات جهود تأريض أو مستويات معاوقة مختلفة.

4. تحليل متعمق للمعايير التقنية

4.1 القيم القصوى المطلقة

هذه هي حدود الإجهاد التي لا يجب تجاوزها تحت أي ظرف لمنع تلف الجهاز الدائم.

• المدخل (جانب الصمام الثنائي الباعث للضوء):تيار أمامي (I_F) 60 مللي أمبير؛ تيار أمامي ذروي (I_FP) 1 أمبير لنبضة 1 ميكروثانية؛ جهد عكسي (V_R) 6 فولت؛ تبديد الطاقة (P_D) 70 ملي واط.
• المخرج (جانب المقاوم):تيار المجمع (I_C) 50 مللي أمبير؛ جهد المجمع-الباعث (V_CEO) 80 فولت؛ جهد الباعث-المجمع (V_ECO) 7 فولت؛ تبديد الطاقة (P_C) 150 ملي واط.
• الجهاز الكلي:إجمالي تبديد الطاقة (P_TOT) 200 ملي واط؛ جهد العزل (V_ISO) 3750 فولت_RMS.
• درجة الحرارة:نطاق التشغيل من -55°C إلى +110°C؛ نطاق التخزين من -55°C إلى +125°C؛ درجة حرارة اللحام 260°C لمدة 10 ثوانٍ.

4.2 الخصائص الكهربائية والضوئية

معايير الأداء النموذجية المقاسة عند 25°C.

4.2.1 خصائص المدخل (الصمام الثنائي الباعث للأشعة تحت الحمراء)

• الجهد الأمامي (V_F):نموذجيًا 1.2 فولت، أقصى 1.4 فولت عند I_F=20 مللي أمبير. هذه المعلمة حاسمة لتصميم دائرة تشغيل الصمام الثنائي الباعث للضوء.
• التيار العكسي (I_R):أقصى 10 ميكرو أمبير عند V_R=4 فولت، مما يشير إلى خصائص حجب جيدة للصمام الثنائي.
• سعة المدخل (C_in):نموذجيًا 30 بيكو فاراد، تؤثر على أداء التبديل عالي التردد.

4.2.2 خصائص المخرج (المقاوم الضوئي)

• تيار الظلام (I_CEO):أقصى 100 نانو أمبير عند V_CE=20 فولت مع I_F=0 مللي أمبير. هذا هو تيار التسرب عندما يكون الصمام الثنائي الباعث للضوء مغلقًا، مما يؤثر على سلامة الإشارة في حالة الإيقاف.
• جهود الانهيار: BV_CEO≥ 80 فولت، BV_ECO≥ 7 فولت، تحدد أقصى الجهود المسموح بها عبر المقاوم.
• جهد تشبع المجمع-الباعث (V_CE(sat)):نموذجيًا 0.1 فولت، أقصى 0.2 فولت عند I_F=10 مللي أمبير، I_C=1 مللي أمبير. يعتبر V_CE(sat)منخفضًا مرغوبًا فيه لمخرج مستوى المنطق.

4.2.3 خصائص النقل

• نسبة نقل التيار:تعرف على أنها (I_C/ I_F) * 100%. النطاق المحدد هو من 50% إلى 600% عند I_F=5 مللي أمبير، V_CE=5 فولت. يسمح هذا التصنيف الواسع بالاختيار بناءً على الكسب المطلوب.
• مقاومة العزل (R_IO):الحد الأدنى 5×10¹⁰أوم عند 500 فولت تيار مستمر، مما يضمن عزل تيار مستمر ممتاز.
• سعة العزل (C_IO):نموذجيًا 0.3 بيكو فاراد، أقصى 1.0 بيكو فاراد. تقلل السعة المنخفضة من الاقتران السعوي للضوضاء عالية التردد عبر حاجز العزل.
• أوقات التبديل:وقت الصعود (t_r) نموذجيًا 5 ميكروثانية، وقت الهبوط (t_f) نموذجيًا 3 ميكروثانية تحت ظروف الاختبار (V_CE=2 فولت، I_C=2 مللي أمبير، R_L=100 أوم). تحدد هذه القيم أقصى معدل بيانات قابل للاستخدام.

5. معلومات الميكانيكية والحزمة

5.1 أبعاد الحزمة والرسومات التفصيلية

يتم تغليف الأجهزة في حزم SSOP. يستخدم ELD3H7 (قناتين) حزمة SSOP ذات 8 أطراف، بينما يستخدم ELQ3H7 (أربع قنوات) حزمة SSOP ذات 16 طرفًا. يشترك كلاهما في ارتفاع منخفض مشترك يبلغ 2.0 مم. يتم توفير رسومات أبعاد مفصلة بجميع القياسات الحرجة (حجم الجسم، تباعد الأطراف، المسافة) في ورقة البيانات لتصميم بصمة لوحة الدوائر المطبوعة.

5.2 تكوين الأطراف واستقطابيتها

لـ ELD3H7 (8 أطراف):

• الأطراف 1، 3: الأنود الخاص بقناة 1 وقناة 2 للصمام الثنائي الباعث للضوء على التوالي.
• الأطراف 2، 4: الكاثود الخاص بقناة 1 وقناة 2 للصمام الثنائي الباعث للضوء على التوالي.
• الأطراف 5، 7: الباعث الخاص بقناة 1 وقناة 2 للمقاوم الضوئي على التوالي.
• الأطراف 6، 8: المجمع الخاص بقناة 1 وقناة 2 للمقاوم الضوئي على التوالي.

لـ ELQ3H7 (16 طرفًا):

• الأطراف 1، 3، 5، 7: الأنود الخاص بالقنوات من 1 إلى 4 للصمام الثنائي الباعث للضوء.
• الأطراف 2، 4، 6، 8: الكاثود الخاص بالقنوات من 1 إلى 4 للصمام الثنائي الباعث للضوء.
• الأطراف 9، 11، 13، 15: الباعث الخاص بالقنوات من 1 إلى 4 للمقاوم الضوئي.
• الأطراف 10، 12، 14، 16: المجمع الخاص بالقنوات من 1 إلى 4 للمقاوم الضوئي.

5.3 تخطيط لوحة التلامس الموصى بها للوحة الدوائر المطبوعة

تتضمن ورقة البيانات تصميمات أنماط اللحام المقترحة لكل من حزمتي SSOP ذات 8 و16 طرفًا. الالتزام بهذه التوصيات يضمن تكوين وصلة لحام موثوقة أثناء اللحام بإعادة التدفق واستقرار ميكانيكي سليم.

5.4 علامات الجهاز

يتم وضع علامات على الأجهزة على السطح العلوي. تتضمن العلامات:

• "EL": معرف الشركة المصنعة.
• "D3H7" أو "Q3H7": رقم الجهاز للنوع ذي القناتين أو الأربع قنوات.
• "Y": رمز السنة المكون من رقم واحد.
• "WW": رمز الأسبوع المكون من رقمين.
• "V": علامة اختيارية تشير إلى موافقة VDE.

6. إرشادات اللحام والتجميع

الأجهزة مناسبة للتجميع السطحي باستخدام تقنيات اللحام بإعادة التدفق.

• اللحام بإعادة التدفق:أقصى درجة حرارة لحام مسموح بها هي 260°C، مقاسة عند جسم الحزمة، لمدة لا تتجاوز 10 ثوانٍ. تنطبق ملفات إعادة التدفق الخالية من الرصاص القياسية (IPC/JEDEC J-STD-020).
• التعامل:يجب مراعاة احتياطات التفريغ الكهروستاتيكي القياسية، حيث يحتوي الجهاز على أشباه موصلات حساسة للكهرباء الساكنة.
• التنظيف:اتبع إجراءات تنظيف لوحة الدوائر المطبوعة القياسية المتوافقة مع مركب التشكيل الإيبوكسي الأخضر.
• التخزين:قم بالتخزين في بيئة جافة بدرجة حرارة بين -55°C و+125°C. استخدم خلال 12 شهرًا من تاريخ الترميز للحصول على أفضل قابلية للحام.

7. معلومات التعبئة والطلب

7.1 نظام ترقيم الموديلات

يتبع رقم الجزء التنسيق:EL[D3H7/Q3H7](Z)-V

• EL:بادئة السلسلة.
• D3H7 / Q3H7:يشير إلى الجهاز ذي القناتين أو الأربع قنوات.
• (Z):خيار التعبئة بالشريط والبكرة. يشير "TA" إلى الشريط والبكرة، بينما يشير غيابه إلى التعبئة بالأنبوب.
• V:لاحقة اختيارية تشير إلى موافقة VDE.

7.2 مواصفات التعبئة

• ELD3H7 (أنبوب):80 وحدة لكل أنبوب.
• ELD3H7 (شريط وبكرة):1000 وحدة لكل بكرة.
• ELQ3H7 (أنبوب):40 وحدة لكل أنبوب.
• ELQ3H7 (شريط وبكرة):1000 وحدة لكل بكرة.

يتم تفصيل مواصفات الشريط والبكرة، بما في ذلك عرض الشريط الحامل، أبعاد الجيوب، وقطر البكرة، لإعداد آلة الاختيار والوضع الآلية.

8. اعتبارات تصميم التطبيق

8.1 دوائر التطبيق النموذجية

التطبيق الأكثر شيوعًا هو عزل الإشارات الرقمية. يجب توصيل مقاومة محددة للتيار على التوالي مع أنود الصمام الثنائي الباعث للضوء لضبط التيار الأمامي المطلوب (I_F). يتم حساب القيمة كـ R_limit= (V_{CC_input}- V_F) / I_F. على جانب المخرج، يتم توصيل مقاومة سحب لأعلى (R_L) بين المجمع وجهد تغذية جانب المخرج (V_{CC_output}) لتحديد مستويات المنطق للمخرج وتحديد تيار مجمع المقاوم الضوئي.

8.2 ملاحظات التصميم وأفضل الممارسات

• اختيار نسبة نقل التيار:اختر نطاق نسبة نقل التيار المناسب لتيار التشغيل لديك والتيار المخرج المطلوب. تسمح نسبة نقل التيار الأعلى باستخدام I_Fأقل لنفس المخرج، مما يقلل من طاقة المدخل.
• المفاضلة بين السرعة والتيار:عادة ما تتحسن سرعة التبديل (t_r, t_f) مع ارتفاع I_Fوانخفاض R_L، لكن هذا يزيد من استهلاك الطاقة. توفر دائرة الاختبار (I_Fpulse, V_CE=2 فولت، I_C=2 مللي أمبير، R_L=100 أوم) مرجعًا للأداء المتوقع.
• مقاومة الضوضاء:تعتبر مقاومة العزل المرتفعة (R_IO) وسعة العزل المنخفضة (C_IO) أساسيتين لرفض الضوضاء المشتركة. تأكد من تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة السليم لتجنب مشاكل الزحف والمسافة التي قد تؤثر على جهد العزل المصنف.
• اعتبارات الحرارة:لا تتجاوز إجمالي تبديد طاقة الجهاز (P_TOT= 200 ملي واط). الطاقة هي مجموع طاقة الصمام الثنائي الباعث للضوء للمدخل (I_F*V_F) وطاقة المقرار للمخرج (I_C*V_CE).

9. المقارنة التقنية والتمييز

مقارنةً بضوئيات العزل القياسية DIP-4 أو DIP-6، تقدم سلسلة ELD3H7/ELQ3H7 مزايا كبيرة:

• تقليل الحجم:تحتل حزمة SSOP أقل من 25% من مساحة اللوحة لحزمة DIP-8 القياسية لجهاز ذي قناتين، مما يتيح التصغير.
• تكامل متعدد القنوات:توفر قناتين و4 قنوات في حزم فردية يقلل من عدد المكونات ويوفر مساحة على اللوحة في تطبيقات العزل المتعددة.
• الارتفاع:ارتفاع 2.0 مم حاسم للتصميمات فائقة النحافة.
• الأداء:يحافظ على جهد عزل مرتفع ونطاق واسع لنسبة نقل التيار على الرغم من الحجم الصغير، وهو عامل تمييز رئيسي عن العديد من البدائل المصغرة.

10. الأسئلة الشائعة

10.1 ما هو أقصى معدل بيانات يمكن تحقيقه باستخدام هذه الضوئيات؟

بناءً على أوقات الصعود/الهبوط النموذجية البالغة 5 ميكروثانية و3 ميكروثانية، فإن أقصى معدل بيانات عملي لإشارة رقمية نظيفة هو تقريبًا 1/(t_r+t_f) ≈ 125 كيلو هرتز. للتشغيل الموثوق، يوصى بهدف تصميم محافظ يتراوح بين 50-100 كيلو هرتز.

10.2 كيف أختار نطاق نسبة نقل التيار الصحيح لتطبيقي؟

إذا كان تصميمك يتطلب تيار مخرج أدنى مضمون (I_C) مع تيار مدخل محدد (I_F)، احسب الحد الأدنى المطلوب لنسبة نقل التيار: CTR_{min_req}= (I_C/ I_F) * 100%. اختر جهازًا يكون الحد الأدنى المضمون لنسبة نقل التيار لديه (مثل 50%) يلبي أو يتجاوز هذه القيمة. يوفر استخدام نطاق نسبة نقل التيار الأعلى هامش تصميم أكبر.

10.3 هل يمكن استخدام هذه الأجهزة لعزل الإشارات التناظرية؟

على الرغم من تصميمها أساسًا للعزل الرقمي، إلا أنه يمكن استخدامها في التطبيقات التناظرية منخفضة التردد ومنخفضة الدقة (مثل التغذية الراجعة في مصادر الطاقة المعزولة). ومع ذلك، فإن نسبة نقل التيار لها اعتماد قوي على درجة الحرارة وعدم خطية مع I_F، مما يجعلها غير مناسبة لنقل الإشارات التناظرية الدقيقة بدون دوائر معايرة أو تعويض واسعة النطاق. تعتبر ضوئيات العزل الخطية المتخصصة أكثر ملاءمة للعزل التناظري.

10.4 ما هو الغرض من تصنيف جهد العزل، وكيف يتم اختباره؟

يشير التصنيف 3750 فولت_RMS(لمدة دقيقة واحدة) إلى مواصفة أمان تشير إلى قوة العزل الكهربائي للعزل بين جانبي المدخل والمخرج. أثناء الاختبار، يتم توصيل جميع الأطراف على جانب الصمام الثنائي الباعث للضوء معًا، وجميع الأطراف على جانب المقرار معًا. يتم تطبيق جهد تيار متردد مرتفع بين هاتين المجموعتين. يضمن هذا التصنيف الحماية ضد الارتفاعات العابرة للجهد العالي التي قد تحدث في المعدات الصناعية أو المتصلة بالشبكة الكهربائية.

11. مثال تصميمي عملي

السيناريو:عزل إشارة رقمية 3.3 فولت من متحكم دقيق إلى نظام 5 فولت.

• جانب المدخل: V_{CC_input}= 3.3 فولت. الهدف I_F= 5 مللي أمبير لسرعة ونسبة نقل تيار جيدة. بافتراض V_F≈ 1.2 فولت، R_limit= (3.3 فولت - 1.2 فولت) / 0.005 أمبير = 420 أوم. استخدم مقاومة قياسية 430 أوم.
• جانب المخرج: V_{CC_output}= 5 فولت. اختر R_Lلتحديد I_Cوضبط مستويات المنطق. لنسبة نقل تيار 100% عند I_F=5 مللي أمبير، I_C≈ 5 مللي أمبير. عندما يكون المقرار في حالة التشغيل (مشبع)، V_CE≈ 0.1 فولت، لذا يكون المخرج منخفضًا (~0.1 فولت). عندما يكون مغلقًا، يتم سحب المخرج لأعلى إلى 5 فولت. الطاقة في R_Lعند التشغيل هي (5 فولت - 0.1 فولت) * 5 مللي أمبير ≈ 24.5 ملي واط، وهي ضمن التصنيفات بشكل جيد. مقاومة قياسية 1 كيلو أوم ستعطي I_C≈ (5 فولت - 0.1 فولت)/1 كيلو أوم = 4.9 مللي أمبير، وهو مقبول أيضًا.
• التخطيط:ضع الجهاز بالقرب من حاجز العزل على لوحة الدوائر المطبوعة. حافظ على مسافات الزحف والمسافة الموصى بها (راجع معايير الأمان مثل IEC 60950-1) بين مسارات النحاس للمدخل والمخرج، خاصة لتصنيف جهد العزل المرتفع.

12. مبدأ التشغيل

يعمل ضوئي العزل عن طريق تحويل إشارة كهربائية إلى ضوء، ونقلها عبر فجوة عازلة كهربائيًا، ثم تحويل الضوء مرة أخرى إلى إشارة كهربائية. في ELD3H7/ELQ3H7:

1. يتدفق تيار كهربائي (I_F) عبر الصمام الثنائي الباعث للأشعة تحت الحمراء، مما يجعله يصدر فوتونات.
2. تنتقل هذه الفوتونات عبر عازل كهربائي شفاف (مركب التشكيل) وتضرب منطقة القاعدة للمقرار الضوئي السيليكوني.
3. تولد طاقة الفوتون أزواج إلكترون-فجوة في القاعدة، مما يخلق بشكل فعال تيار قاعدة يشغل المقرار.
4. يوصل المقرار تيار مجمع (I_C) يتناسب مع شدة الضوء المستلم، وبالتالي مع I_Fالمدخل. ثابت التناسب هو نسبة نقل التيار.

النقطة الأساسية هي أن الاتصال الوحيد بين المدخل والمخرج هو بصري، مما يوفر العزل الكهربائي.

13. اتجاهات الصناعة والتطور

يتم توجيه اتجاه تكنولوجيا ضوئي العزل من خلال الطلب على سرعة أعلى، وحجم أصغر، واستهلاك طاقة أقل، وتكامل ميزات إضافية. بينما تتفوق ضوئيات العزل التقليدية القائمة على المقرار الضوئي مثل ELD3H7/ELQ3H7 في فعالية التكلفة، والمتانة، وجهد العزل المرتفع، إلا أن التقنيات الأحدث تظهر:

• ضوئيات العزل الرقمية عالية السرعة:تستخدم تكنولوجيا CMOS وصمامات ثنائية باعثة للضوء متكاملة لتحقيق معدلات بيانات تصل إلى عشرات أو مئات الميجابت في الثانية، مما يتجاوز بكثير الأجهزة القائمة على المقرار الضوئي.
• وظائف العزل المتكاملة:أجهزة تجمع بين العزل ووظائف مثل مشغلات البوابات المعزولة، محولات التناظري إلى الرقمي المعزولة، أو توصيل الطاقة المعزول.
• تعزيز السلامة والموثوقية:يركز التطوير المستمر على تحسين متانة مواد العزل، ومقاومة الارتفاعات العابرة، وتحقيق تصنيفات جهد عمل أعلى في حزم أصغر لتلبية معايير الأمان الدولية المتطورة.

تبقى ضوئيات العزل القائمة على المقرار الضوئي حلاً أساسيًا ومستخدمًا على نطاق واسع للعزل العام الحساس للتكلفة حيث تكون السرعة المعتدلة والموثوقية العالية في غاية الأهمية.