انتخاب زبان

دیتاشیت فوتوکوپلر فوتوترانزیستور 6 پین DIP - سری‌های 4N2X، 4N3X، H11AX - ولتاژ ایزولاسیون 5000 ولت RMS - دمای کاری 55- تا 110+ درجه سانتی‌گراد - سند فنی فارسی

دیتاشیت کامل فنی برای سری فوتوکوپلرهای فوتوترانزیستور 6 پین DIP (4N2X، 4N3X، H11AX). شامل مقادیر حداکثر مطلق، مشخصات الکترواپتیکال، پارامترهای انتقال، ابعاد پکیج و اطلاعات سفارش.
smdled.org | PDF Size: 0.9 MB
امتیاز: 4.5/5
امتیاز شما
شما قبلاً به این سند امتیاز داده اید
جلد سند PDF - دیتاشیت فوتوکوپلر فوتوترانزیستور 6 پین DIP - سری‌های 4N2X، 4N3X، H11AX - ولتاژ ایزولاسیون 5000 ولت RMS - دمای کاری 55- تا 110+ درجه سانتی‌گراد - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

سری‌های 4N2X، 4N3X و H11AX خانواده‌ای از فوتوکوپلرهای فوتوترانزیستور با پکیج دو ردیفه 6 پین (DIP) هستند (که به نام‌های آپتوکوپلر یا آپتو-ایزولاتور نیز شناخته می‌شوند). هر قطعه شامل یک دیود ساطع‌کننده نور مادون قرمز آرسنید گالیم (LED) است که از نظر نوری به یک آشکارساز فوتوترانزیستور سیلیکونی کوپل شده است. این پیکربندی، ایزولاسیون الکتریکی کامل بین مدارهای ورودی و خروجی را فراهم می‌کند و آن‌ها را به قطعاتی ضروری برای ایمنی، مصونیت در برابر نویز و تغییر سطح ولتاژ در سیستم‌های الکترونیکی تبدیل می‌کند.

عملکرد اصلی، انتقال سیگنال از طریق نور است که ارتباط الکتریکی مستقیم را حذف می‌کند. جریان ورودی، LED مادون قرمز را تحریک می‌کند که نور متناسب با جریان ساطع می‌کند. این نور بر روی ناحیه بیس فوتوترانزیستور می‌تابد و یک جریان بیس ایجاد کرده و اجازه می‌دهد جریان کلکتور-امیتر جاری شود، در نتیجه سیگنال ورودی در سمت خروجی ایزوله بازتولید می‌شود.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

این فوتوکوپلرها برای کاربردهایی طراحی شده‌اند که نیازمند ایزولاسیون قابل اعتماد سیگنال هستند. مزایای کلیدی آن‌ها شامل ولتاژ ایزولاسیون بالا به میزان 5000 ولتRMS است که برای محافظت از مدارهای کنترل کم‌ولتاژ (مانند میکروپروسسورها) در برابر بخش‌های اصلی فشار قوی یا درایو موتور حیاتی است. فاصله خزشی گسترده‌تر از 7.62 میلی‌متر، ایمنی و قابلیت اطمینان را در محیط‌های با ولتاژ بالا بیشتر افزایش می‌دهد. با محدوده دمای کاری 55- تا 110+ درجه سانتی‌گراد، برای کاربردهای صنعتی، خودرویی و محیط‌های سخت مناسب هستند.

پکیج DIP فشرده در انواع استاندارد، با فاصله پایه عریض (0.4 اینچ) و نصب سطحی (SMD) موجود است که انعطاف‌پذیری برای فرآیندهای مونتاژ سوراخ‌دار و خودکار را ارائه می‌دهد. این قطعات دارای تأییدیه از آژانس‌های ایمنی بین‌المللی اصلی از جمله UL، cUL، VDE، SEMKO، NEMKO، DEMKO، FIMKO و CQC هستند که استفاده از آن‌ها را در تجهیزات بازاریابی شده جهانی که باید با استانداردهای ایمنی سختگیرانه مطابقت داشته باشند، تسهیل می‌کند.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

دیتاشیت مشخصات الکتریکی و نوری جامعی را ارائه می‌دهد که برای طراحی صحیح مدار و تضمین قابلیت اطمینان بسیار مهم هستند.

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

این مقادیر محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. آن‌ها برای عملکرد عادی در نظر گرفته نشده‌اند.

2.2 مشخصات الکترواپتیکال

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

2.3 مشخصات انتقال

این پارامترها بازده کوپلینگ و عملکرد سوئیچینگ بین ورودی و خروجی را توصیف می‌کنند.

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

در حالی که PDF متن جایگزین برای "منحنی‌های مشخصات الکترواپتیکال معمولی" را نشان می‌دهد، چنین منحنی‌هایی برای فوتوکوپلرها استاندارد هستند و معمولاً شامل موارد زیر می‌شوند:

طراحان باید این منحنی‌ها را از دیتاشیت کامل برای بهینه‌سازی پارامترهایی مانند جریان LED، مقاومت بار و دمای کاری برای نیازهای سرعت و خروجی خاص خود مشورت کنند.

4. اطلاعات مکانیکی و پکیج

این قطعات در چندین نوع پکیج 6 پین DIP ارائه می‌شوند تا نیازهای مونتاژ مختلف را برآورده کنند.

4.1 ابعاد و انواع پکیج

دیتاشیت شامل نقشه‌های مکانیکی دقیق برای هر گزینه است. ابعاد کلیدی شامل طول کلی، عرض، فاصله پایه‌ها و ابعاد پایه‌ها می‌شود.

همه پکیج‌ها دارای بدنه قالب‌گیری شده‌ای هستند که عایق‌بندی لازم را فراهم می‌کند. پیکربندی پایه‌ها استاندارد است: پایه 1 (آند)، پایه 2 (کاتد)، پایه 3 (NC)، پایه 4 (امیتر)، پایه 5 (کلکتور)، پایه 6 (بیس). پایه بیس (6) اغلب بدون اتصال رها می‌شود اما می‌تواند در برخی مدارها برای بهبود پهنای باند یا کنترل بایاس استفاده شود.

5. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

مقادیر حداکثر مطلق دمای لحیم‌کاری (TSOL) را 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 ثانیه مشخص می‌کنند. این یک مقدار معمول برای فرآیندهای لحیم‌کاری موجی یا ریفلو است. برای گزینه‌های SMD (S، S1)، پروفایل‌های ریفلو استاندارد مادون قرمز یا همرفتی با دمای پیک حدود 260 درجه سانتی‌گراد قابل اعمال است. بسیار مهم است که از تجاوز از این محدودیت زمان-دما برای جلوگیری از آسیب به پکیج پلاستیکی و اتصالات سیم داخلی اجتناب شود. قطعات باید در شرایطی در محدوده دمای ذخیره‌سازی (55- تا 125+ درجه سانتی‌گراد) و در بسته‌بندی حساس به رطوبت در صورت مشخص شده برای قطعات SMD نگهداری شوند تا از "پف کردن" در حین ریفلو جلوگیری شود.

6. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

سیستم شماره‌گذاری قطعات به وضوح تعریف شده است:4NXXY(Z)-VیاH11AXY(Z)-V.

این سیستم انعطاف‌پذیر امکان خریداری نوع مکانیکی دقیق مورد نیاز برای تولید را فراهم می‌کند.

7. توصیه‌های کاربردی

7.1 مدارهای کاربردی متداول

همانطور که در دیتاشیت فهرست شده است، کاربردهای اصلی شامل موارد زیر می‌شوند:

7.2 ملاحظات طراحی و بهترین روش‌ها

8. مقایسه فنی و راهنمای انتخاب

سه سری (4N2X، 4N3X، H11AX) طیفی از عملکرد را برای برآوردن نیازهای مختلف ارائه می‌دهند:

9. پرسش‌های متداول (FAQ)

س: هدف پایه بیس (پایه 6) چیست؟

ج: پایه بیس دسترسی به ناحیه بیس فوتوترانزیستور را فراهم می‌کند. رها کردن آن باز (بدون اتصال) استاندارد است. اتصال یک مقاومت از بیس به امیتر می‌تواند با ارائه مسیری برای حذف بار ذخیره شده، سرعت سوئیچینگ را بهبود بخشد. در برخی طراحی‌ها، می‌توان از آن برای پیش‌بایاس یا اتصال شبکه افزایش سرعت استفاده کرد.

س: چگونه قابلیت اطمینان بلندمدت را تضمین کنم؟

ج: LED را در محدوده مقادیر حداکثر مطلق آن، ترجیحاً با کاهش درجه، به کار ببرید. دمای اتصال را با رعایت منحنی‌های کاهش توان پایین نگه دارید. از فاصله‌های خزشی/هوایی کافی روی PCB خود، به ویژه برای مانع ایزولاسیون با ولتاژ بالا، استفاده کنید که با قابلیت 7.62 میلی‌متری پکیج مطابقت داشته یا از آن فراتر رود.

س: آیا می‌توانم از این برای ایزولاسیون سیگنال AC استفاده کنم؟

ج: بله، اما LED ورودی دارای درجه ولتاژ معکوس پایینی (6 ولت) است. برای ایزوله کردن یک سیگنال AC، باید LED را در برابر بایاس معکوس محافظت کنید، معمولاً با قرار دادن یک دیود استاندارد به صورت موازی معکوس در سراسر ورودی LED، یا با استفاده از پیکربندی پل یکسوکننده قبل از LED.

س: چرا CTR به عنوان یک مقدار حداقل مشخص شده است؟

ج: CTR به دلیل تلرانس‌های ساخت در بازده LED و بهره فوتوترانزیستور، تغییرات گسترده‌ای دارد. دیتاشیت یک CTR حداقل تحت شرایط مشخص شده را تضمین می‌کند. طراحی باید بر اساس این مقدار حداقل باشد تا عملکرد مدار در تمام واحدهای تولیدی و در طول دما تضمین شود.

10. مثال عملی طراحی

سناریو:ایزوله کردن یک سیگنال دیجیتال 24 ولتی از خروجی یک PLC به ورودی میکروکنترلر 3.3 ولتی.

  1. انتخاب قطعه:یک قطعه همه‌کاره مانند 4N25 (حداقل CTR 20%) انتخاب کنید. سرعت آن برای I/O دیجیتال کافی است.
  2. مدار ورودی:خروجی PLC 24 ولت است. هدف IF= 10mA. VF≈ 1.2V. Rlimit= (24V - 1.2V) / 0.01A = 2280Ω. از یک مقاومت استاندارد 2.2 کیلواهم استفاده کنید. یک دیود محافظت معکوس در سراسر ورودی LED اضافه کنید.
  3. مدار خروجی:VCC میکروکنترلر = 3.3V. RL= 1kΩ را انتخاب کنید. هنگامی که فوتوترانزیستور خاموش است، خروجی به بالا به 3.3 ولت کشیده می‌شود (منطق 1). هنگامی که روشن است، با فرض IC= CTR * IF= 0.2 * 10mA = 2mA، ولتاژ خروجی VCE(sat) خواهد بود (حداکثر 0.5 ولت)، که یک منطق 0 محکم است. مقاومت pull-up 1 کیلواهم تعادل خوبی از سرعت و مصرف جریان برای این کاربرد فراهم می‌کند.

11. اصل عملکرد

یک فوتوکوپلر بر اساس اصل تبدیل الکترواپتیکال-الکتریکی عمل می‌کند. یک سیگنال الکتریکی به سمت ورودی اعمال می‌شود و باعث جاری شدن جریان از طریق یک LED مادون قرمز می‌شود. این جریان مستقیماً با شدت نور ساطع شده متناسب است. نور از یک شکاف عایق شفاف (معمولاً پلاستیک قالب‌گیری شده) عبور می‌کند و به ماده نیمه‌هادی یک آشکارساز نوری - در این مورد، اتصال بیس-کلکتور یک فوتوترانزیستور NPN - برخورد می‌کند. فوتون‌ها جفت‌های الکترون-حفره ایجاد می‌کنند و یک جریان بیس تولید می‌کنند. این جریان بیس تولید شده توسط نور سپس توسط بهره جریان ترانزیستور (hFE) تقویت می‌شود و منجر به یک جریان کلکتور بزرگتر می‌شود که سیگنال ورودی اصلی را در مدار خروجی ایزوله شده الکتریکی بازتولید می‌کند. عدم کامل اتصال گالوانیکی چیزی است که ایزولاسیون ولتاژ بالا و مصونیت در برابر نویز را فراهم می‌کند.

12. روندهای فناوری

فوتوکوپلرهای مبتنی بر فوتوترانزیستور مانند سری 4NXX نمایانگر یک فناوری ایزولاسیون بالغ و مقرون‌به‌صرفه هستند. روندهای فعلی در بازار آپتوکوپلر شامل توسعه دستگاه‌هایی با سرعت بالاتر (برای باس‌های ارتباطی دیجیتال مانند SPI، I2C که با ICهای طراحی شده خاص برای این منظور ایزوله می‌شوند)، یکپارچه‌سازی بالاتر (ترکیب چندین کانال یا افزودن عملکردهای اضافی مانند درایور گیت) و معیارهای قابلیت اطمینان بهبود یافته (عملکرد دمای بالاتر، طول عمر بیشتر) است. همچنین رشد فناوری‌های ایزولاسیون جایگزین مانند ایزولاتورهای خازنی و ایزولاتورهای مبتنی بر مقاومت مغناطیسی غول‌آسا (GMR) وجود دارد که می‌توانند مزایایی در اندازه، سرعت و مصرف توان برای کاربردهای خاص ارائه دهند. با این حال، فوتوکوپلرهای فوتوترانزیستوری به دلیل سادگی، قابلیت اطمینان اثبات شده و مصونیت عالی گذرای مد مشترک (CMTI) برای کاربردهای ایزولاسیون عمومی، حساس به هزینه و با ولتاژ بالا غالب باقی می‌مانند.

اصطلاحات مشخصات LED

توضیح کامل اصطلاحات فنی LED

عملکرد نوربرقی

اصطلاح واحد/نمایش توضیح ساده چرا مهم است
بازده نوری لومن/وات خروجی نور در هر وات برق، بالاتر به معنای صرفه‌جویی بیشتر انرژی است. مستقیماً درجه بازده انرژی و هزینه برق را تعیین می‌کند.
شار نوری لومن کل نور ساطع شده از منبع، معمولاً "روشنی" نامیده می‌شود. تعیین می‌کند که نور به اندازه کافی روشن است یا نه.
زاویه دید درجه، مثل 120 درجه زاویه‌ای که شدت نور به نصف کاهش می‌یابد، عرض پرتو را تعیین می‌کند. بر محدوده روشنایی و یکنواختی تأثیر می‌گذارد.
دمای رنگ کلوین، مثل 2700K/6500K گرمی/سردی نور، مقادیر پایین زرد/گرم، مقادیر بالا سفید/سرد. جو روشنایی و سناریوهای مناسب را تعیین می‌کند.
شاخص نمود رنگ بدون واحد، 100-0 توانایی ارائه دقیق رنگ‌های جسم، Ra≥80 خوب است. بر اصالت رنگ تأثیر می‌گذارد، در مکان‌های پرتقاضا مانند مراکز خرید، موزه‌ها استفاده می‌شود.
تلرانس رنگ مراحل بیضی مک‌آدام، مثل "5 مرحله" متریک سازگاری رنگ، مراحل کوچکتر به معنای رنگ سازگارتر است. رنگ یکنواخت را در سراسر همان دسته LEDها تضمین می‌کند.
طول موج غالب نانومتر، مثل 620 نانومتر (قرمز) طول موج متناظر با رنگ LEDهای رنگی. فام قرمز، زرد، سبز LEDهای تک‌رنگ را تعیین می‌کند.
توزیع طیفی منحنی طول موج در مقابل شدت توزیع شدت در طول موج‌ها را نشان می‌دهد. بر نمود رنگ و کیفیت رنگ تأثیر می‌گذارد.

پارامترهای الکتریکی

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.
جریان مستقیم If مقدار جریان برای عملکرد عادی LED. معمولاً درایو جریان ثابت، جریان روشنایی و طول عمر را تعیین می‌کند.
حداکثر جریان پالس Ifp جریان اوج قابل تحمل برای دوره‌های کوتاه، برای تاریکی یا فلاش استفاده می‌شود. عرض پالس و چرخه وظیفه باید به شدت کنترل شود تا از آسیب جلوگیری شود.
ولتاژ معکوس Vr حداکثر ولتاژ معکوسی که LED می‌تواند تحمل کند، فراتر از آن ممکن است باعث شکست شود. مدار باید از اتصال معکوس یا جهش ولتاژ جلوگیری کند.
مقاومت حرارتی Rth (°C/W) مقاومت در برابر انتقال حرارت از تراشه به لحیم، پایین‌تر بهتر است. مقاومت حرارتی بالا نیاز به اتلاف حرارت قوی‌تر دارد.
مقاومت ESD V (HBM)، مثل 1000V توانایی مقاومت در برابر تخلیه الکترواستاتیک، بالاتر به معنای کمتر آسیب‌پذیر است. اقدامات ضد استاتیک در تولید لازم است، به ویژه برای LEDهای حساس.

مدیریت حرارتی و قابلیت اطمینان

اصطلاح متریک کلیدی توضیح ساده تأثیر
دمای اتصال Tj (°C) دمای عملیاتی واقعی داخل تراشه LED. هر کاهش 10°C ممکن است طول عمر را دو برابر کند؛ خیلی زیاد باعث افت نور، تغییر رنگ می‌شود.
افت لومن L70 / L80 (ساعت) زمانی که روشنایی به 70% یا 80% مقدار اولیه کاهش یابد. مستقیماً "عمر خدمت" LED را تعریف می‌کند.
نگهداری لومن % (مثل 70%) درصد روشنایی باقی‌مانده پس از زمان. نشان‌دهنده حفظ روشنایی در طول استفاده بلندمدت است.
تغییر رنگ Δu′v′ یا بیضی مک‌آدام درجه تغییر رنگ در حین استفاده. بر یکنواختی رنگ در صحنه‌های روشنایی تأثیر می‌گذارد.
پیری حرارتی تخریب ماده تخریب ناشی از دمای بالا در بلندمدت. ممکن است باعث افت روشنایی، تغییر رنگ یا خرابی مدار باز شود.

بسته بندی و مواد

اصطلاح انواع رایج توضیح ساده ویژگی‌ها و کاربردها
نوع بسته‌بندی EMC، PPA، سرامیک ماده محفظه محافظ تراشه، ارائه رابط نوری/حرارتی. EMC: مقاومت حرارتی خوب، هزینه کم؛ سرامیک: اتلاف حرارت بهتر، عمر طولانی‌تر.
ساختار تراشه جلو، تراشه معکوس چینش الکترود تراشه. تراشه معکوس: اتلاف حرارت بهتر، کارایی بالاتر، برای توان بالا.
پوشش فسفر YAG، سیلیکات، نیترید تراشه آبی را می‌پوشاند، مقداری را به زرد/قرمز تبدیل می‌کند، به سفید مخلوط می‌کند. فسفرهای مختلف بر کارایی، CCT و CRI تأثیر می‌گذارند.
عدسی/اپتیک مسطح، میکروعدسی، TIR ساختار نوری روی سطح که توزیع نور را کنترل می‌کند. زاویه دید و منحنی توزیع نور را تعیین می‌کند.

کنترل کیفیت و دسته بندی

اصطلاح محتوای دسته‌بندی توضیح ساده هدف
دسته لومن کد مثل 2G، 2H گروه‌بندی بر اساس روشنایی، هر گروه مقادیر حداقل/حداکثر لومن دارد. روشنایی یکنواخت را در همان دسته تضمین می‌کند.
دسته ولتاژ کد مثل 6W، 6X گروه‌بندی بر اساس محدوده ولتاژ مستقیم. تسهیل تطبیق درایور، بهبود بازده سیستم.
دسته رنگ بیضی مک‌آدام 5 مرحله‌ای گروه‌بندی بر اساس مختصات رنگ، اطمینان از محدوده باریک. یکنواختی رنگ را تضمین می‌کند، از رنگ ناهموار در داخل وسایل جلوگیری می‌کند.
دسته CCT 2700K، 3000K و غیره گروه‌بندی بر اساس CCT، هر کدام محدوده مختصات مربوطه را دارد. الزامات CCT صحنه مختلف را برآورده می‌کند.

آزمون و گواهینامه

اصطلاح استاندارد/آزمون توضیح ساده اهمیت
LM-80 آزمون نگهداری لومن روشنایی بلندمدت در دمای ثابت، ثبت افت روشنایی. برای تخمین عمر LED استفاده می‌شود (با TM-21).
TM-21 استاندارد تخمین عمر عمر را تحت شرایط واقعی بر اساس داده‌های LM-80 تخمین می‌زند. پیش‌بینی علمی عمر ارائه می‌دهد.
IESNA انجمن مهندسی روشنایی روش‌های آزمون نوری، الکتریکی، حرارتی را پوشش می‌دهد. پایه آزمون شناخته شده صنعت.
RoHS / REACH گواهی محیط زیست اطمینان از عدم وجود مواد مضر (سرب، جیوه). شرط دسترسی به بازار در سطح بین‌المللی.
ENERGY STAR / DLC گواهی بازده انرژی گواهی بازده انرژی و عملکرد برای محصولات روشنایی. در خریدهای دولتی، برنامه‌های یارانه استفاده می‌شود، رقابت‌پذیری را افزایش می‌دهد.