Select Language

دیتاشیت سری EL8171-G فتوكوپلر - بسته‌بندی 4-پین DIP - ایزولاسیون 5000Vrms - CTR 100-350% - سند فنی انگلیسی

برگه اطلاعات فنی دقیق برای فتوكوپلر ترانزیستور نوری با ورودی پایین سری EL8171-G با بسته‌بندی 4-پین DIP، دارای ولتاژ ایزولاسیون بالا، محدوده CTR گسترده و مطابقت با استاندارد عاری از هالوژن.
smdled.org | PDF Size: 0.7 MB
امتیاز: 4.5
امتیاز شما
شما قبلاً به این سند امتیاز داده‌اید
جلد سند PDF - دیتاشیت سری EL8171-G فتوكوپلر - بسته‌بندی 4-پین DIP - ایزولاسیون 5000Vrms - CTR 100-350% - سند فنی انگلیسی

1. مرور کلی محصول

سری EL8171-G خانواده‌ای از فتوسوپل‌های ترانزیستوری نوری (اپتوکوپلر) با جریان ورودی پایین و کاربرد عمومی را نشان می‌دهد. هر دستگاه یک دیود مادون قرمز گسیل‌کننده را که از نظر نوری به یک آشکارساز ترانزیستور نوری سیلیکونی کوپل شده است، یکپارچه کرده و درون یک بسته‌بندی دو خطی 4 پین (DIP) محصور شده است. استفاده از ترکیب سبز نشان‌دهنده انطباق با استانداردهای محیط‌زیستی بدون هالوژن است. عملکرد اصلی این قطعه، ایجاد ایزولاسیون الکتریکی و انتقال سیگنال بین دو مدار با پتانسیل‌ها یا امپدانس‌های مختلف است و در نتیجه از انتشار حلقه‌های زمینی، اسپایک‌های ولتاژ و نویز در سراسر مانع ایزولاسیون جلوگیری می‌کند.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

سری EL8171-G برای قابلیت اطمینان و ایمنی در کاربردهای صنعتی و مصرفی طراحی شده است. مزایای کلیدی آن شامل ولتاژ ایزوله‌سازی بالا معادل 5000Vrms است که محافظت قوی در برابر گذرای‌های ولتاژ بالا را تضمین می‌کند. محدوده نسبت انتقال جریان (CTR) از 100% تا 350% در جریان ورودی پایین (0.5mA) حساسیت خوبی ارائه می‌دهد و امکان انتقال کارآمد سیگنال با حداقل نیازهای درایو را فراهم می‌کند. انطباق با استانداردهای ایمنی بین‌المللی (UL, cUL, VDE) و دستورالعمل‌های محیط زیستی (RoHS, Halogen-Free, REACH) آن را برای بازارهای جهانی مناسب می‌سازد. کاربردهای هدف شامل کنترلرهای منطقی برنامه‌پذیر (PLCs)، لوازم سیستم، تجهیزات مخابراتی، ابزارهای اندازه‌گیری و لوازم خانگی مختلف مانند بخاری‌های فن‌دار می‌شود، جایی که ایزوله‌سازی قابل اطمینان سیگنال حیاتی است.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

این بخش یک تحلیل عینی از ویژگی‌های الکتریکی، نوری و حرارتی دستگاه را همان‌گونه که در دیتاشیت تعریف شده است، ارائه می‌دهد.

2.1 Absolute Maximum Ratings

Absolute Maximum Ratings محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. اینها شرایط کاری نیستند.

2.2 Electro-Optical Characteristics

این پارامترها تحت شرایط معمول (Ta=25°C) اندازه‌گیری شده و عملکرد دستگاه را تعریف می‌کنند.

2.2.1 ویژگی‌های ورودی

2.2.2 ویژگی‌های خروجی

2.2.3 مشخصه‌های انتقال

3. تحلیل منحنی عملکرد

در حالی که گزیده PDF ارائه‌شده به منحنی‌های معمولی اشاره می‌کند اما آن‌ها را نمایش نمی‌دهد، منحنی‌های عملکرد استاندارد فتوكوپلر معمولاً شامل موارد زیر می‌شوند:

طراحان باید به این منحنی‌ها (در صورت موجود بودن) مراجعه کنند تا رفتار دستگاه را تحت شرایط غیراستانداردی که در جدول پوشش داده نشده است، درک کنند.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

دستگاه در چندین نوع بسته‌بندی 4-pin DIP ارائه می‌شود تا فرآیندهای مونتاژ مختلف را پشتیبانی کند.

4.1 پیکربندی پین و قطبیت

پیکربندی استاندارد پایه‌ها به این صورت است: 1. آند، 2. کاتد (LED ورودی)، 3. امیتر، 4. کلکتور (فتوترانزیستور خروجی). رعایت قطبیت صحیح در طراحی PCB و مونتاژ الزامی است.

4.2 ابعاد بسته‌بندی

دیتاشیت، نقشه‌های دقیق مکانیکی را برای چهار گزینه فرم پایه ارائه می‌دهد:

ابعاد حیاتی شامل اندازه بدنه، فاصله پایه‌ها، ارتفاع فاصله از سطح و ردپای کلی می‌شود. رعایت این ابعاد برای طراحی صحیح الگوی زمین PCB ضروری است.

4.3 طرح‌بندی پد توصیه‌شده

برای گزینه‌های نصب سطحی S و S1، طرح‌های پد توصیه‌شده جداگانه ارائه شده‌اند. دیتاشیت اشاره می‌کند که این طرح‌ها صرفاً برای مرجع هستند و ممکن است بر اساس فرآیندهای خاص ساخت PCB و نیازهای حرارتی نیاز به اصلاح داشته باشند. طراحی پد بر قابلیت اطمینان اتصال لحیم‌کاری و خودترازی در طول فرآیند ریفلو تأثیر می‌گذارد.

4.4 نشانه‌گذاری دستگاه

روی بسته‌بندی کدی به این شرح حک شده است: "EL" (کد سازنده)، "8171" (شماره دستگاه)، "G" (سبز/عاری از هالوژن)، به دنبال آن یک کد یک رقمی سال (Y)، یک کد دو رقمی هفته (WW) و در صورت وجود، حرف اختیاری "V" برای نسخه‌های تأییدشده توسط VDE. این امر امکان ردیابی تاریخ تولید و نوع دستگاه را فراهم می‌کند.

5. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

مشخصات حداکثر مطلق، دمای لحیم‌کاری (TSOL) را 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 ثانیه تعیین می‌کند. این یک پارامتر حیاتی برای فرآیندهای لحیم‌کاری بازجریانی یا موجی است.

6. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

6.1 ساختار کد سفارش

شماره قطعه از الگوی زیر پیروی می‌کند: EL8171X(Z)-VG

6.2 مشخصات بسته‌بندی

این دستگاه در لوله‌های عمده (100 عدد برای قطعات نصب‌سوراخ) یا روی نوار و قرقره برای مونتاژ خودکار SMD موجود است. برگه اطلاعات شامل ابعاد دقیق نوار (عرض، اندازه حفره، فاصله) و مشخصات قرقره برای گزینه‌های مختلف نوار S و S1 (TA, TB, TU, TD) است که با مقادیر مختلف در هر قرقره (1000 یا 1500 عدد) مطابقت دارند.

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 مدارهای کاربردی متداول

EL8171-G معمولاً در موارد زیر استفاده میشود:

7.2 ملاحظات و ملاحظات طراحی

8. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با فتوكوپلرهای پایه، سری EL8171-G چندین ویژگی متمایزکننده ارائه می‌دهد:

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

Q1: چگونه مقدار مقاومت ورودی را انتخاب کنم؟
A1: جریان مستقیم مطلوب خود (IF) را تعیین کنید، که معمولاً بین 1mA تا 10mA برای سرعت و CTR مناسب است. از حداکثر ولتاژ مستقیم (VF_max = 1.4V) از دیتاشیت و ولتاژ تغذیه خود (Vcc) برای محاسبه حداقل مقدار مقاومت استفاده کنید: R_min = (Vcc - VF_max) / IF. یک مقدار مقاومت استاندارد معادل یا بزرگ‌تر از این مقدار انتخاب کنید تا اطمینان حاصل شود که IF هرگز превы نمی‌شود.

Q2: مدار من در بین دسته‌های مختلف قطعات به طور یکسان کار نمی‌کند. چرا؟
A2: محتمل‌ترین دلیل، تلرانس گسترده CTR (100-350%) است. مداری که برای کار با یک واحد با CTR بالا طراحی شده ممکن است با یک واحد با CTR پایین کار نکند. طراحی خود را مرور کنید تا اطمینان حاصل شود که در حداقل CTR مشخص شده به درستی عمل می‌کند. این ممکن است شامل کاهش بار روی خروجی یا افزایش جریان ورودی درایو باشد.

Q3: آیا می‌توانم از این برای ایزوله کردن سیگنال آنالوگ استفاده کنم؟
A3: اگرچه ممکن است، اما به دلیل CTR غیرخطی و تغییرات آن با دما و جریان، چالش‌برانگیز است. برای جداسازی خطی آنالوگ، استفاده از اپتوکوپلرهای خطی اختصاصی یا تقویت‌کننده‌های ایزوله توصیه می‌شود. این دستگاه بیشتر برای سوئیچینگ دیجیتال روشن/خاموش مناسب است.

Q4: تفاوت بین گزینه‌های S و S1 چیست؟
A4: تفاوت اصلی در ارتفاع پروفایل بسته‌بندی است. گزینه S1 ارتفاع بدنه کمتری نسبت به گزینه S دارد. این موضوع برای طراحی‌هایی با محدودیت‌های فضای عمودی دقیق مهم است. همیشه برای ابعاد دقیق، نقشه‌های مکانیکی را بررسی کنید.

10. مطالعه موردی طراحی عملی

سناریو: ایزوله کردن پین GPIO میکروکنترلر 3.3 ولتی برای کنترل سیم پیچ رله 12 ولتی با مقاومت 400Ω.

مراحل طراحی:

  1. سمت ورودی: GPIO میکروکنترلر 3.3 ولت است. جریان هدف (IF) = 5 میلی‌آمپر برای تعادل مناسب سرعت و توان.
    VF_typ = 1.2V, VF_max = 1.4V.
    R_in_min = (3.3V - 1.4V) / 0.005A = 380Ω. یک مقاومت استاندارد 470Ω انتخاب کنید.
    IF_typ واقعی = (3.3V - 1.2V) / 470Ω ≈ 4.5mA.
  2. Output Side: سیم پیچ رله برای تحریک به 12 ولت / 400 اهم = 30 میلی‌آمپر نیاز دارد. حداکثر جریان اپتوکوپلر 50 میلی‌آمپر است، بنابراین در محدوده مجاز قرار دارد.
    در حداقل CTR (100%)، جریان خروجی IC_min = IF * CTR_min = 4.5mA * 1.0 = 4.5mA. این برای راه‌اندازی رله 30 میلی‌آمپری کافی نیست.
    راه‌حل: از فوتوکوپلر برای راه‌اندازی یک ترانزیستور (مانند BJT یا MOSFET) استفاده کنید که سپس سیم پیچ رله را راه‌اندازی می‌کند. خروجی فوتوکوپلر اکنون فقط نیاز به تأمین جریان بیس برای ترانزیستور دارد که بسیار کمتر است (مثلاً 1-2mA).
  3. خروجی تجدید نظر شده: با یک ترانزیستور، IC هدف از فوتوکوپلر = 2mA.
    در حداقل CTR، IF_min مورد نیاز = IC / CTR_min = 2mA / 1.0 = 2mA. درایو 4.5mA ما کافی است.
    یک مقاومت کششی RL از کلکتور به 12 ولت انتخاب کنید. هنگامی که روشن است، VCE(sat) ~0.2V است، بنابراین ولتاژ دو سر RL حدود ~11.8V است. برای IC=2mA، RL = 11.8V / 0.002A = 5.9kΩ. یک مقاومت 5.6kΩ یا 6.2kΩ مناسب خواهد بود.
  4. بررسی توان: Input power: P_in = VF * IF ≈ 1.2V * 0.0045A = 5.4mW (< 20mW limit). Output power when on: P_c = VCE(sat) * IC ≈ 0.2V * 0.002A = 0.4mW (< 150mW limit). Total power is well within the 170mW limit.

این مورد اهمیت در نظر گرفتن بدترین حالت CTR و استفاده از فتوكوپلر به عنوان یک رابط سطح منطقی به جای یک سوئیچ قدرت مستقیم برای بارهای بزرگتر را برجسته می‌کند.

11. اصل عملکرد

A photocoupler operates on the principle of optical coupling to achieve electrical isolation. In the EL8171-G, an electrical current applied to the input side (pins 1 & 2) causes the infrared Light Emitting Diode (LED) to emit light. This light travels across a transparent insulating gap within the package and strikes the base region of a silicon phototransistor on the output side (pins 3 & 4). The incident light generates electron-hole pairs in the base, effectively acting as a base current, which allows a much larger collector current to flow between pins 4 and 3. The key is that the signal is transferred by light (photons) through an electrical insulator, breaking the metallic/galvanic connection between the two circuits. This provides excellent noise immunity and protects sensitive circuitry from high voltages or ground potential differences on the other side.

12. روندهای صنعت

بازار اپتوکوپلر با چندین روند مشخص همچنان در حال تحول است. فشار قوی‌ای به سمت یکپارچه‌سازی بالاتر وجود دارد که کانال‌های ایزوله چندگانه را ترکیب کرده یا عملکردهای اضافی مانند ایزولاتورهای I2C یا درایورهای گیت را در یک پکیج واحد ادغام می‌کند. سرعت حوزه حیاتی دیگری است، با تقاضای رو به رشد برای ایزولاتورهای دیجیتالی که قادر به پشتیبانی از پروتکل‌های ارتباطی پرسرعت (دامنه Mbps تا Gbps) هستند، که به مراتب فراتر از قابلیت‌های کوپلرهای سنتی مبتنی بر فوتوترانزیستور مانند EL8171-G است. علاوه بر این، افزایش قابلیت اطمینان و استحکام از اهمیت بالایی برخوردار است که منجر به پیشرفت در فناوری مواد ایزوله (مانند ایزولاتورهای دیجیتالی مبتنی بر پلی‌ایمید یا SiO2) و درجه‌بندی دمای عملیاتی بالاتر شده است. در نهایت، تقاضا برای مینیاتوری‌سازی پایدار است و توسعه پکیج‌های نصب سطحی کوچکتر با درجه‌بندی ایزوله یکسان یا بهبودیافته را پیش می‌برد. دستگاه‌هایی مانند EL8171-G، با گزینه‌های SMD و انطباق بدون هالوژن، به روندهای زیست‌محیطی و اتوماسیون مونتاژ پاسخ می‌دهند، در حالی که فناوری هسته فوتوترانزیستور آن همچنان راه‌حلی مقرون‌به‌صرفه و قابل اطمینان برای میلیون‌ها کاربرد با سرعت متوسط و ایزوله‌سازی بالا باقی می‌ماند.

اصطلاحات مشخصات LED

توضیح کامل اصطلاحات فنی LED

عملکرد فوتوالکتریک

اصطلاح واحد/نمایش توضیح ساده چرا مهم است
کارایی نوری lm/W (لومن بر وات) خروجی نور به ازای هر وات برق، عدد بالاتر به معنای بهره‌وری انرژی بیشتر است. مستقیماً سطح بهره‌وری انرژی و هزینه برق را تعیین می‌کند.
شار نوری lm (lumens) کل نور ساطع شده از منبع، که معمولاً "روشنایی" نامیده می‌شود. تعیین می‌کند که آیا نور به اندازه کافی روشن است یا خیر.
زاویه دید ° (درجه)، به عنوان مثال، 120° زاویه‌ای که در آن شدت نور به نصف کاهش می‌یابد، عرض پرتو را تعیین می‌کند. بر محدوده و یکنواختی روشنایی تأثیر می‌گذارد.
CCT (دمای رنگ) K (کلوین)، مثال: 2700K/6500K گرمی/سردی نور، مقادیر پایین زرد/گرم، مقادیر بالا سفید/سرد. تعیین کننده جو نورپردازی و سناریوهای مناسب.
CRI / Ra بدون واحد، ۰ تا ۱۰۰ توانایی نمایش دقیق رنگ‌های اشیا، Ra≥۸۰ خوب است. بر اصالت رنگ تأثیر می‌گذارد، در مکان‌های پرتقاضا مانند مراکز خرید و موزه‌ها استفاده می‌شود.
SDCM مراحل بیضی مک‌آدام، به عنوان مثال، "5-step" معیار یکنواختی رنگ، مراحل کوچکتر به معنای یکنواختی رنگ بیشتر است. یکنواختی رنگ در سراسر یک دسته LED یکسان را تضمین می‌کند.
Dominant Wavelength نانومتر (nm)، به عنوان مثال، 620 نانومتر (قرمز) طول موج متناظر با رنگ LEDهای رنگی. تعیین کننده رنگ قرمز، زرد، سبز در LEDهای تک رنگ.
توزیع طیفی منحنی طول موج در مقابل شدت توزیع شدت را در طول‌موج‌های مختلف نشان می‌دهد. بر بازتولید رنگ و کیفیت تأثیر می‌گذارد.

Electrical Parameters

اصطلاح نماد توضیح ساده ملاحظات طراحی
ولتاژ مستقیم Vf حداقل ولتاژ برای روشن کردن LED، مانند "آستانه شروع". ولتاژ درایور باید ≥Vf باشد، ولتاژها برای LEDهای سری جمع می‌شوند.
Forward Current اگر مقدار جریان برای عملکرد عادی LED. Usually constant current drive, current determines brightness & lifespan.
حداکثر جریان پالس Ifp جریان اوج قابل تحمل برای دوره‌های کوتاه، مورد استفاده برای کم‌نور کردن یا چشمک زدن. Pulse width & duty cycle must be strictly controlled to avoid damage.
Reverse Voltage Vr حداکثر ولتاژ معکوسی که LED می‌تواند تحمل کند، فراتر از آن ممکن است باعث شکست شود. مدار باید از اتصال معکوس یا افزایش ناگهانی ولتاژ جلوگیری کند.
مقاومت حرارتی Rth (°C/W) مقاومت در برابر انتقال حرارت از چیپ به لحیم، هرچه کمتر بهتر است. مقاومت حرارتی بالا نیاز به دفع حرارت قوی‌تری دارد.
ایمنی در برابر تخلیه الکترواستاتیک V (HBM), e.g., 1000V توانایی مقاومت در برابر تخلیه الکترواستاتیک، مقدار بالاتر به معنای آسیب‌پذیری کمتر است. در فرآیند تولید نیاز به اقدامات ضد الکتریسیته ساکن است، به ویژه برای LED‌های حساس.

Thermal Management & Reliability

اصطلاح شاخص کلیدی توضیح ساده تأثیر
Junction Temperature Tj (°C) دمای عملیاتی واقعی درون تراشه LED. کاهش هر 10 درجه سانتی‌گراد ممکن است طول عمر را دو برابر کند؛ دمای بیش از حد بالا باعث افت نور و تغییر رنگ می‌شود.
افت لومن L70 / L80 (ساعت) زمان کاهش روشنایی تا 70% یا 80% مقدار اولیه. مستقیماً "عمر مفید" LED را تعریف می‌کند.
نگهداری لومن % (مثلاً 70%) درصد روشنایی حفظ‌شده پس از گذشت زمان. نشان‌دهنده حفظ روشنایی در استفاده بلندمدت.
Color Shift Δu′v′ یا بیضی مک‌آدام درجه تغییر رنگ در حین استفاده. بر یکنواختی رنگ در صحنه‌های نورپردازی تأثیر می‌گذارد.
Thermal Aging Material degradation تخریب ناشی از دمای بالا در طولانی‌مدت. ممکن است باعث کاهش روشنایی، تغییر رنگ یا خرابی مدار باز شود.

Packaging & Materials

اصطلاح انواع رایج توضیح ساده Features & Applications
نوع بسته‌بندی EMC, PPA, Ceramic ماده بدنه که تراشه را محافظت کرده و رابط نوری/حرارتی را فراهم می‌کند. EMC: مقاومت حرارتی خوب، هزینه کم؛ سرامیک: اتلاف حرارت بهتر، عمر طولانی‌تر.
Chip Structure جلو، Flip Chip آرایش الکترود تراشه. Flip Chip: اتلاف حرارت بهتر، کارایی بالاتر، برای توان بالا.
پوشش فسفر YAG, Silicate, Nitride تراشه‌های آبی را پوشش می‌دهد، برخی را به زرد/قرمز تبدیل می‌کند و با ترکیب به سفید می‌رسد. فسفرهای مختلف بر efficacy، CCT و CRI تأثیر می‌گذارند.
Lens/Optics تخت، میکرولنز، TIR ساختار نوری روی سطح که توزیع نور را کنترل می‌کند. زاویه دید و منحنی توزیع نور را تعیین می‌کند.

Quality Control & Binning

اصطلاح Binning Content توضیح ساده هدف
دسته‌بندی شار نوری Code e.g., 2G, 2H گروه‌بندی بر اساس روشنایی، هر گروه دارای مقادیر حداقل/حداکثر لومن است. یکنواختی روشنایی در یک دسته را تضمین می‌کند.
Voltage Bin Code e.g., 6W, 6X گروه‌بندی شده بر اساس محدوده ولتاژ مستقیم. تطبیق درایور را تسهیل می‌کند، راندمان سیستم را بهبود می‌بخشد.
Color Bin 5-step MacAdam ellipse گروه‌بندی بر اساس مختصات رنگی، تضمین محدوده‌ای فشرده. تضمین یکنواختی رنگ، جلوگیری از ناهمگونی رنگ در داخل چراغ.
CCT Bin 2700K, 3000K و غیره. بر اساس CCT گروه‌بندی شده، هر کدام محدوده مختصات مربوط به خود را دارند. نیازهای CCT صحنه‌های مختلف را برآورده می‌کند.

Testing & Certification

اصطلاح استاندارد/آزمون توضیح ساده اهمیت
LM-80 آزمون حفظ شار نوری روشنایی طولانی مدت در دمای ثابت، ثبت کاهش روشنایی. برای تخمین عمر LED (با TM-21) استفاده می‌شود.
TM-21 استاندارد تخمین عمر عمر را تحت شرایط واقعی بر اساس داده‌های LM-80 تخمین می‌زند. پیش‌بینی علمی عمر را فراهم می‌کند.
IESNA Illuminating Engineering Society روش‌های آزمون نوری، الکتریکی و حرارتی را پوشش می‌دهد. مبنای آزمون شناخته‌شده در صنعت.
RoHS / REACH گواهینامه‌ی محیط زیستی تضمین عدم وجود مواد مضر (سرب، جیوه). الزام دسترسی به بازار در سطح بین‌المللی.
ENERGY STAR / DLC گواهینامه بهره‌وری انرژی گواهینامه بهره‌وری انرژی و عملکرد روشنایی. مورد استفاده در تدارکات دولتی، برنامه‌های یارانه‌ای، رقابت‌پذیری را افزایش می‌دهد.