فهرست
- 1. مرور کلی محصول
- 1.1 کاربردهای هدف
- 2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی
- 2.1 مقادیر حداکثر مطلق
- 2.2 مشخصات نوری-الکتریکی
- 2.2.1 ویژگیهای ورودی (LED)
- 2.2.2 ویژگیهای خروجی (فتوترانزیستور)
- 2.2.3 مشخصههای انتقال
- 3. تحلیل منحنی عملکرد
- 3.1 رابطهی نسبت انتقال جریان (CTR) با جریان مستقیم (IF)
- 3.2 رابطه CTR با دما
- 3.3 رابطه جریان کلکتور با ولتاژ کلکتور-امیتر
- 4. اطلاعات مکانیکی و بستهبندی
- 4.1 پیکربندی پایهها
- 4.2 ابعاد بستهبندی و چیدمان PCB
- 5. راهنمای جوشکاری و مونتاژ
- 6. اطلاعات بستهبندی و سفارش
- 6.1 قوانین نامگذاری مدل
- 6.2 گزینههای بستهبندی
- 6.3 شناسه دستگاه
- 7. ملاحظات طراحی برنامه
- 7.1 راهاندازی LED ورودی
- 7.2 طراحی مدار خروجی
- 7.3 استفاده از پایه بیس
- 7.4 اطمینان از ایزولاسیون قابل اعتماد
- 8. راهنمای مقایسه فنی و انتخاب فناوری
- 9. پرسشهای متداول (FAQ)
- 9.1 تفاوت بین سریهای EL20X و EL21X چیست؟
- 9.2 دما چگونه بر عملکرد تأثیر میگذارد؟
- 9.3 آیا این قطعه را میتوان برای جداسازی سیگنالهای آنالوگ استفاده کرد؟
- کاربرد گزینه "V" در مدل 9.4 چیست؟
- 10. نمونهای از طراحی عملی
- 11. اصول عملکرد
- 12. روندهای فناوری
1. مرور کلی محصول
خانواده محصولات کوپلر نوری EL20X و EL21X بر اساس فتوترانزیستور هستند و در بستهبندی استاندارد 8 پین SOP ارائه میشوند. این قطعات با استفاده از یک دیود ساطعکننده نور مادون قرمز (LED) برای انتقال سیگنال به یک آشکارساز فتوترانزیستور، ایزولاسیون الکتریکی بین دو مدار را فراهم میکنند. عملکرد اصلی آنها انتقال سیگنالهای الکتریکی در سراسر مانع ایزوله، بدون اتصال الکتریکی مستقیم است تا از انتشار ولتاژ بالا یا نویز از یک مدار به مدار دیگر جلوگیری شود.
مزیت اصلی این سری در ترکیب اندازه فشرده و مطابق با استاندارد صنعتی بستهبندی SO-8 با قابلیت ایزولاسیون قدرتمند آن است. ویژگیهای کلیدی شامل ولتاژ ایزوله بالا تا 3750 ولتrms، محدوده دمای کاری گسترده از 55- درجه سانتیگراد تا 110+ درجه سانتیگراد و ولتاژ شکست کلکتور-امیتر (BV) بالا معادل 80 ولت میباشد.مدیر عامل اجرایی). این قطعه سطوح مختلفی از نسبت انتقال جریان (CTR) ارائه میدهد و به طراحان این امکان را میدهد تا بر اساس نیازهای بهره کاربرد خاص خود، مدل بهینه را انتخاب کنند. مطابقت با استانداردهای زیستمحیطی و ایمنی، مانند عاری از هالوژن، عاری از سرب، مطابق با استاندارد RoHS و داشتن گواهینامه UL/cUL، آن را برای طیف گستردهای از کاربردهای تجاری و صنعتی مناسب میسازد.
1.1 کاربردهای هدف
این کوپلرهای نوری به طور خاص برای وظایف ایزولاسیون و سوئیچینگ عمومی در سیستمهای الکترونیکی طراحی شدهاند. حوزههای کاربردی معمول شامل:
- مدار کنترل فیدبک:ایزوله کردن سیگنال فیدبک در منبع تغذیه سوئیچینگ (SMPS) برای حفظ تنظیم ولتاژ و محافظت از IC کنترل.
- رابط سیستم:کوپل کردن سیگنالهای دیجیتال یا آنالوگ بین مدارهایی با پتانسیلهای زمین یا سطوح ولتاژ متفاوت، به عنوان مثال در رابط بین میکروکنترلر و درایور موتور یا ماژولهای I/O صنعتی.
- سوئیچ عمومی:جایگزینی رلههای مکانیکی برای دستیابی به کلیدزنی سیگنال حالت جامد بیصدا.
- مدار نظارت و تشخیص:برای کاربردهایی که جداسازی در آنها حیاتی است، مانند نظارت ایمنی، تشخیص خطا یا تست خط.
2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی
این بخش به تفسیر دقیق و عینی پارامترهای کلیدی الکتریکی و نوری مشخصشده در دیتاشیت میپردازد.
2.1 مقادیر حداکثر مطلق
این مقادیر نامی محدودیتهای تنشی را تعریف میکنند که میتوانند منجر به آسیب دائمی دستگاه شوند. عملکرد در این شرایط تضمین نمیشود.
- جریان مستقیم ورودی (IF):60 mA (پیوسته). برای پالسهای بسیار کوتاه (10 µs)، جریان مستقیم اوج (IFM) 1 A است که مربوط به شرایط جریان هجومی در طول دوره روشنشدن است.
- ولتاژ معکوس ورودی (VR):6 V. ولتاژ شکست معکوس LED ورودی نسبتاً پایین است؛ در طراحی مدار باید دقت شود تا از اعمال بایاس معکوس اجتناب شود.
- ولتاژ کلکتور-امیتر خروجی (Vمدیر عامل اجرایی):80 V. این حداکثر ولتاژی است که ترانزیستور فوتو میتواند بین کلکتور و امیتر در حالت بیس باز (بدون ورودی نوری) تحمل کند.
- اتلاف توان کل (PTOT):240 mW. این حداکثر توان کل قابل اتلاف توسط LED ورودی و ترانزیستور خروجی است. محدودیتهای جداگانه برای ورودی (PD) و خروجی (PC) به ترتیب 90 mW و 150 mW هستند.
- ولتاژ ایزوله (VISO):3750 Vrmsبه مدت یک دقیقه. این یک پارامتر ایمنی حیاتی است که با اعمال این ولتاژ AC بین تمام پایههای ورودی اتصال کوتاه شده (1-4) و تمام پایههای خروجی اتصال کوتاه شده (5-8) آزمایش میشود. این آزمون استحکام دیالکتریک عایقبندی داخلی را اثبات میکند.
- دماهای کاری و ذخیرهسازی:55- درجه سانتیگراد تا 110+ درجه سانتیگراد (کاری)، 55- درجه سانتیگراد تا 125+ درجه سانتیگراد (ذخیرهسازی). این محدوده وسیع، قابلیت اطمینان در محیطهای سخت را تضمین میکند.
2.2 مشخصات نوری-الکتریکی
این پارامترها تحت شرایط آزمایش استاندارد اندازهگیری میشوند (مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد، Ta=25°C) و عملکرد دستگاه را تعریف میکنند.
2.2.1 ویژگیهای ورودی (LED)
- ولتاژ مستقیم (VF):مقدار معمول 1.3 ولت، حداکثر 1.5 ولت در IF= 10 میلیآمپر. این برای محاسبه مقاومت محدودکننده جریان مورد نیاز در مدار راهاندازی LED استفاده میشود.
- جریان معکوس (IR):در VR= 6 ولت حداکثر 100 میکروآمپر، نشاندهنده جریان نشتی LED در حالت خاموش است.
2.2.2 ویژگیهای خروجی (فتوترانزیستور)
- جریان تاریک کلکتور-امیتر (Iمدیر عامل اجرایی):در VCE= 10V، IF= 0mA حداکثر 50 nA. این جریان نشتی فوتوترانزیستور در هنگام عدم تابش نور است و برای تعیین سطح سیگنال حالت "خاموش" مهم میباشد.
- ولتاژ اشباع کلکتور-امیتر (VCE(sat)):در IF= 10mA، IC= 2mA حداکثر 0.4V است. هنگامی که دستگاه به عنوان سوئیچ استفاده میشود، ولتاژ اشباع پایین به حداقلسازی افت ولتاژ و تلفات توان کمک میکند.
2.2.3 مشخصههای انتقال
حساسترین پارامتر کوپلر نوری نسبت انتقال جریان (CTR) است.
- تعریف:CTR = (IC/ IF) * 100%، که در آن ICجریان کلکتور فتوترانزیستور است، IFجریان مستقیم LED است. این نشاندهنده بازده تبدیل جریان ورودی به جریان خروجی است.
- سیستم درجهبندی:این سری به رتبههای CTR خاصی تقسیم میشود تا یکپارچگی طراحی تضمین شود.
- سری EL20X (در IF=10mA CTR استاندارد):EL205 (40-80%)، EL206 (63-125%)، EL207 (100-200%)، EL208 (160-320%).
- سری EL21X (در IF=10mA حداقل CTR):EL211(>20%)、EL212(>50%)、EL213(>100%)。
- CTR جریان پایین (در IF=1mA):مدلهای مختلفی (EL215، EL216، EL217) برای کار در جریانهای پایینتر LED مشخص شدهاند که نشان میدهد CTR به I وابسته است.F.
- سرعت سوئیچینگ:تحت شرایط آزمایش مشخصشده (V=10V، I=2mA، R=100Ω)، زمان روشنشدن معمولی (tonr) و زمان خاموششدن (tfoffCC) هر کدام ۳.۰ میکروثانیه است، زمان افزایش (tC) 1.6 µs است، زمان افت (tL) 2.2 µs است. این پارامترها حداکثر فرکانس سیگنال قابل انتقال را محدود میکنند.
- پارامترهای ایزولاسیون:مقاومت ایزولاسیون (RIO) مقدار معمول 10 است11Ω، ظرفیت خازنی ورودی و خروجی (CIO) مقدار معمول آن 0.5 pF است. ظرفیت خازنی پایین برای حفظ ایمنی بالا در برابر اغتشاشات حالت مشترک (CMTI) در محیطهای پرنویز حیاتی است.
3. تحلیل منحنی عملکرد
اگرچه گزیده PDF ارائه شده به منحنیهای مشخصه معمولی اشاره کرده اما آنها را نمایش نداده است، کاربرد کلی و تأثیر آن بر طراحی به شرح زیر توضیح داده شده است.
3.1 نسبت انتقال جریان (CTR) در مقابل جریان مستقیم (IF)
منحنی معمولی نشان میدهد که CTR ثابت نیست. معمولاً در یک I خاصFبه اوج خود میرسد (معمولاً در محدوده 1 تا 10 میلیآمپر برای چنین دستگاههایی) و در جریانهای پایینتر و بالاتر کاهش مییابد. طراح باید به این منحنی مراجعه کند تا نقطه کار بهینهای را انتخاب کند که بهره و خطی بودن کافی را برای کاربردش فراهم کند.
3.2 رابطه CTR با دما
CTR دارای ضریب دمایی منفی است؛ با افزایش دمای محیط کاهش مییابد. این ویژگی برای طراحیهایی که در محدوده دمایی کامل ۵۵- درجه سانتیگراد تا ۱۱۰+ درجه سانتیگراد کار میکنند، حیاتی است. طراحی مدار باید اطمینان حاصل کند که حتی در بالاترین دمای پیشبینی شده (جایی که CTR حداقل است) نیز به درستی کار میکند (به عنوان مثال، دارای نوسان خروجی یا توانایی سوئیچینگ کافی باشد).
3.3 رابطه جریان کلکتور با ولتاژ کلکتور-امیتر
این مجموعه منحنیها با پارامترهای مختلف IFمقادیر، مشخصههای خروجی فتوترانزیستور را نشان میدهد. این نمودار ناحیه اشباع (VCEپایین، ICعمدتاً توسط IFکنترل) و ناحیه فعال/خطی. این برای طراحی تقویتکننده جداساز خطی یا اطمینان از اشباع کامل قطعه هنگام استفاده به عنوان کلید حیاتی است.
4. اطلاعات مکانیکی و بستهبندی
4.1 پیکربندی پایهها
آرایش پایههای بستهبندی SOP با 8 پایه به شرح زیر است:پایه 1:آند،پایه 2:کاتد،پایههای 3، 4، 8:بدون اتصال (NC)،پایه 5:امیتر،پایه 6:کلکتور،پایه 7:بیس. پایه بیس به خارج هدایت شده است که انعطافپذیری طراحی را فراهم میکند. میتوان آن را شناور گذاشت تا بالاترین حساسیت حاصل شود، از طریق یک مقاومت به امیتر متصل کرد تا حساسیت کاهش و سرعت سوئیچینگ افزایش یابد، یا در پیکربندیهای خاص برای فیدبک استفاده نمود.
4.2 ابعاد بستهبندی و چیدمان PCB
این قطعه مطابق با ابعاد استاندارد بستهبندی SO-8 است. برگه اطلاعات شامل نقشههای مکانیکی دقیق با واحد اندازهگیری میلیمتر است. همچنین چیدمان پیشنهادی پدهای مونتاژ سطحی ارائه شده است. پیروی از این الگوی پد برای دستیابی به اتصالات لحیمکاری قابل اعتماد و جلوگیری از مشکلاتی مانند "ایستادن قطعه" در طول فرآیند ریفلو ضروری است. شکل بستهبندی، سازگاری با تجهیزات نصب خودکار را تضمین میکند.
5. راهنمای جوشکاری و مونتاژ
حداکثر مطلق دمای لحیمکاری 260 درجه سانتیگراد به مدت 10 ثانیه است. این مقدار نامی معمول برای فرآیند بازجوش بدون سرب است. باید از دستورالعملهای استاندارد IPC/JEDEC J-STD-020 در مورد سطح حساسیت رطوبتی (MSL) و پروفیل بازجوش پیروی کرد. قطعه باید تا زمان استفاده در کیسه ضد رطوبت اصلی خود نگهداری شود. اگر در معرض رطوبت محیطی بیش از سطح MSL خود قرار گیرد، قبل از لحیمکاری نیاز به پخت (بیکینگ) دارد تا از آسیب "پاپ کورن" در حین عملیات بازجوش جلوگیری شود.
6. اطلاعات بستهبندی و سفارش
6.1 قوانین نامگذاری مدل
مدل از فرمت زیر پیروی میکند:EL2XX(Y)-V
- XX:مدلها (05، 06، 07، 08، 11، 12، 13، 15، 16، 17). سطح CTR را تعریف میکند.
- Y:گزینه بستهبندی ریلی (TA، TB، یا بدون نشانه به معنای بستهبندی تیوبی).
- V:پسوند اختیاری، نشاندهنده گواهی ایمنی VDE است.
6.2 گزینههای بستهبندی
- بستهبندی لولهای:100 عدد در هر لوله. مناسب برای نمونهسازی یا مونتاژ دستی در مقادیر کم.
- بستهبندی ریل نوار:هر رول 2000 عددی. طراحی شده برای خطوط مونتاژ خودکار با حجم بالا. برگه اطلاعات شامل مشخصات دقیق رول و نوار (ابعاد حفره، عرض نوار، قطر رول) میباشد.
6.3 شناسه دستگاه
روی بدنه قطعه، کد "EL" (کد سازنده)، شماره مدل (مانند 207)، کد یک رقمی سال (Y) و کد دو رقمی هفته (WW) حک شده است. برای نسخههای دارای گواهی VDE، ممکن است حرف اختیاری "V" نیز وجود داشته باشد. این شناسه امکان ردیابی و تأیید قطعه را فراهم میکند.
7. ملاحظات طراحی برنامه
7.1 راهاندازی LED ورودی
برای راهاندازی LED باید از مقاومت محدودکننده جریان استفاده کرد. مقدار مقاومت به صورت R محاسبه میشود.محدودیت= (VDRIVE- VF) / IF. با استفاده از حداکثر V از دیتاشیتF, تا اطمینان حاصل شود که حداقل I مورد نیاز تحت همه شرایط قابل دستیابی است.F. برای سوئیچهای دیجیتال، با در نظر گرفتن سرعت سوئیچینگ دستگاه، اطمینان حاصل کنید که مدار درایو میتواند I لازم را تأمین کند.Fبرای دستیابی به حالت خروجی مورد نظر در مدت زمان تعیینشده.
7.2 طراحی مدار خروجی
متصل به کلکتور و VLمقاومت بار (RCC) دامنه ولتاژ خروجی و سرعت سوئیچینگ را تعیین میکند. R کوچکترLسرعت سوئیچینگ سریعتری را فراهم میکند (به دلیل ثابت زمانی RC کوچکتر)، اما منجر به دامنه ولتاژ خروجی کوچکتر و مصرف توان بالاتر میشود. R بزرگترLدامنه بزرگتر اما سرعت کمتری را فراهم میکند. I انتخاب شدهFو CTR باید تضمین کند که ترانزیستور فوتو در حالت اشباع قادر به جذب جریان کافی برای پایین کشیدن ولتاژ خروجی به زیر آستانه منطقی سطح پایین مدار گیرنده باشد.
7.3 استفاده از پایه بیس
رها کردن پایه بیس (پایه 7) بالاترین CTR و حساسیت را فراهم میکند. اتصال یک مقاومت (معمولاً در محدوده 100 کیلواهم تا 1 مگااهم) بین پایه بیس و امیتر (پایه 5)، بخشی از جریان فوتونی بیس را شنت میکند، بهره مؤثر (CTR) را کاهش میدهد، اما سرعت سوئیچینگ را به ویژه زمان خاموششدن (toff). این یک مصالحه رایج در کاربردهای ایزولاسیون دیجیتال پرسرعت است.
7.4 اطمینان از ایزولاسیون قابل اعتماد
برای حفظ ولتاژ ایزولاسیون نامی، چیدمان صحیح PCB حیاتی است. مطابق با استانداردهای ایمنی مرتبط (مانند IEC 60950، IEC 60601)، فاصله خزشی و فاصله الکتریکی کافی بین مسیرهای مسی سمت ورودی و خروجی روی PCB حفظ شود. موانع ایزولاسیون داخلی قطعه تأیید شدهاند، اما چیدمان PCB نباید به آن آسیب برساند.
8. راهنمای مقایسه فنی و انتخاب فناوری
سریهای EL20X/EL21X با ارائه ولتاژ ایزوله تا 3750V در بستهبندی استاندارد SO-8rmsمتمایز میشوند که بالاتر از بسیاری کوپلرهای نوری پایه با 4 پایه است. در مقایسه با ایزولاتورهای دیجیتال پیشرفتهتر (با استفاده از فناوری CMOS)، این کوپلرهای نوری فتوترانزیستوری معمولاً سرعت کمتر، CTR پایینتر و CTR تخریبشونده در طول زمان دارند. با این حال، آنها برای ایزوله کردن سیگنالهای DC و AC فرکانس پایین، قابلیت رد مد مشترک عالی، سادگی و استحکام ارائه میدهند. معیارهای کلیدی انتخاب عبارتند از: ولتاژ ایزوله مورد نیاز، CTR لازم در جریان کاری IFسرعت سوئیچینگ قابل قبول و محدوده دمای کاری.
9. پرسشهای متداول (FAQ)
9.1 تفاوت بین سریهای EL20X و EL21X چیست؟
سری EL20X (EL205-EL208) حداقل و حداکثر CTR را (یک محدوده "درجهبندی شده") مشخص میکند و کنترل پارامتری دقیقتری را ارائه میدهد. سری EL21X (EL211-EL213) تنها حداقل مقدار CTR را مشخص میکند که ممکن است منجر به توزیع گستردهتری از مقادیر واقعی شود، اما احتمالاً هزینه کمتری دارد.
9.2 دما چگونه بر عملکرد تأثیر میگذارد؟
CTR با افزایش دما کاهش مییابد. برای عملکرد مطمئن در کل محدوده دمایی، محاسبات طراحی باید از حداقل CTR مورد انتظار در بالاترین دمای کاری استفاده کنند. برگههای اطلاعاتی معمولاً منحنیهای کاهش ظرفیت یا ضریب دما را برای این منظور ارائه میدهند.
9.3 آیا این قطعه را میتوان برای جداسازی سیگنالهای آنالوگ استفاده کرد؟
بله، اما با محدودیت. پاسخ ترانزیستور فوتوسل غیرخطی است و CTR با تغییرات IFو دما تغییر میکند. برای جداسازی خطی آنالوگ، به مدار خارجی اضافی (تقویتکننده عملیاتی، فیدبک) برای خطیسازی پاسخ نیاز است، یا باید اپتوکوپلر خطی اختصاصی در نظر گرفته شود.
کاربرد گزینه "V" در مدل 9.4 چیست؟
پسوند "-V" نشاندهنده این است که این واحد خاص آزمایش و تأیید شده است که مطابق با استاندارد ایمنی VDE (انجمن مهندسان برق آلمان) برای عایقبندی تقویتشده است. این معمولاً برای محصولاتی است که به بازار اروپا فروخته میشوند.
10. نمونهای از طراحی عملی
صحنه:جداسازی یک پین GPIO میکروکنترلر 3.3V برای کنترل سیم پیچ رله 12V در یک مدار دیگر. سیم پیچ رله برای فعال شدن به 50mA نیاز دارد.
مراحل طراحی:
- انتخاب رابط:استفاده از کوپلر نوری به عنوان سوئیچ سمت پایین رله. میکروکنترلر سمت LED را راهاندازی میکند. ترانزیستور فوتوسنسیتیو جریان سیم پیچ رله را جذب خواهد کرد.
- انتخاب قطعه:انتخاب مدلی با CTR کافی. I مورد نیازC= 50mA. اگر هدف تأمین I از MCU باشدF= 5mA، حداقل CTR مورد نیاز = (50mA / 5mA)*100% = 1000%. ترانزیستور فوتوسنتیو استاندارد نمیتواند این مقدار را فراهم کند. بنابراین، اپتوکوپلر باید یک ترانزیستور کوچک ("ترانزیستور پشتیبان") را راهاندازی کند که سپس رله را به کار میاندازد. EL207 (CTR 100-200%) را برای بهرهبندی مناسب انتخاب کنید.
- مدار ورودی:MCU GPIO(3.3V)-> 限流电阻R1 -> EL207引脚1(阳极)和2(阴极)。R1 = (3.3V - 1.5V) / 0.005A = 360Ω(使用330Ω标准值)。
- مدار خروجی:12V电源 -> 继电器线圈 -> EL207的集电极(引脚6)。发射极(引脚5)接地。必须在继电器线圈两端反向并联一个续流二极管,以保护光敏三极管在关断时免受电压尖峰的影响。可以在引脚7添加一个基极-发射极电阻(例如1 MΩ)以改善关断速度。
- تأیید:در IFدر I = 5mA، حداقل CTR 100% میتواند IC= 5mA را تأمین کند. این برای اشباع یک BJT کوچک با بهره بالا (مانند 2N3904) کافی است، که سپس میتواند سیم پیچ رلهای با جریان 50mA را سوئیچ کند.
11. اصول عملکرد
اپتوکوپلر از دو جزء اصلی تشکیل شده است که در یک محفظه غیر شفاف بستهبندی شدهاند. در سمت ورودی، یک دیود ساطعکننده نور (LED) مادون قرمز از جنس آرسنید گالیم (GaAs)، جریان الکتریکی را به نور مادون قرمز تبدیل میکند. شدت این نور با جریان مستقیم (IF) عبوری از LED متناسب است. این نور از شکاف عایق شفاف (که معمولاً با ژل دیالکتریک پر شده است) عبور کرده و به یک فوتوترانزیستور سیلیکونی در سمت خروجی میتابد. ناحیه بیس فوتوترانزیستور به گونهای طراحی شده است که به این طول موج خاص نور حساس باشد. فوتونهای فرودی در پیوند بیس-کلکتور جفتهای الکترون-حفره تولید میکنند و یک جریان نوری را به عنوان جریان بیس تشکیل میدهند. سپس این جریان بیس نوری توسط بهره جریان ترانزیستور (hFE) تقویت شده و جریان کلکتور بزرگتری (IC). نسبت IC/IFنسبت انتقال جریان (CTR) است. نکته کلیدی این است که سیگنال از طریق نور منتقل میشود و ایزولاسیون الکتریکی را فراهم میکند که توسط ویژگیهای فیزیکی مواد عایق داخلی و فاصله بین LED و ترانزیستور تعیین میشود.
12. روندهای فناوری
کوپلرهای نوری مبتنی بر فوتوترانزیستور مانند EL20X/EL21X نمایانگر یک فناوری ایزولهسازی بالغ و قابل اعتماد هستند. روندهای فعلی در ایزولهسازی سیگنال شامل به کارگیری فزایندهای از ایزولاتورهای دیجیتال مبتنی بر فناوری CMOS و کوپلینگ RF یا خازنی است.ایزولاتور دیجیتال。这些在速度(高达数百Mbps)、功耗、尺寸和寿命(无LED退化)方面具有显著优势。然而,传统光电耦合器在需要极高隔离电压(>5kV)、优异的共模瞬态抗扰度(CMTI)、简单性以及直流和低频隔离的成本效益的应用中仍保持强势地位。光电耦合器技术本身也在不断发展,例如将光敏三极管与基极-发射极电阻集成以提高速度(如基极引脚的可用性所示),以及开发具有更高爬电距离/电气间隙的封装以满足加强绝缘要求。
شرح اصطلاحات مشخصات LED
توضیح کامل اصطلاحات فنی LED
1. شاخصهای کلیدی عملکرد نوری-الکتریکی
| اصطلاحات | واحد/نمایش | توضیح ساده و قابل فهم | چرا اهمیت دارد |
|---|---|---|---|
| Luminous Efficacy | lm/W (لومن بر وات) | شار نوری منتشر شده به ازای هر وات انرژی الکتریکی، هر چه بیشتر باشد، صرفهجویی در انرژی بیشتر است. | به طور مستقیم سطح بهرهوری انرژی چراغ و هزینه برق را تعیین میکند. |
| شار نوری (Luminous Flux) | lm (لومن) | کل نور ساطعشده از منبع نور، که معمولاً به آن «روشنی» گفته میشود. | تعیین میکند که آیا چراغ به اندازه کافی روشن است یا خیر. |
| زاویه تابش (Viewing Angle) | ° (درجه)، مانند 120° | زاویهای که در آن شدت نور به نصف کاهش مییابد و پهنای پرتو را تعیین میکند. | تأثیر بر محدوده و یکنواختی نور. |
| دمای رنگ (CCT) | K (کلوین)، مانند 2700K/6500K | گرمی یا سردی رنگ نور، مقادیر پایینتر متمایل به زرد/گرم، مقادیر بالاتر متمایل به سفید/سرد. | تعیینکنندهی فضای نورپردازی و کاربرد مناسب. |
| شاخص نمود رنگ (CRI / Ra) | بدون واحد، 0–100 | توانایی منبع نور در بازتولید رنگ واقعی اجسام، Ra≥80 مطلوب است. | بر واقعیتنمایی رنگ تأثیر میگذارد و در مکانهای با الزامات بالا مانند مراکز خرید و گالریهای هنری استفاده میشود. |
| تلرانس رنگ (SDCM) | گامهای بیضی مکآدام، مانند "5-step" | شاخص کمی برای یکنواختی رنگ، هرچه تعداد گامها کمتر باشد، رنگ یکنواختتر است. | تضمین عدم تفاوت رنگ در بین چراغهای یک دسته. |
| طول موج غالب (Dominant Wavelength) | نانومتر (nm)، مانند 620nm (قرمز) | مقادیر طول موج متناظر با رنگهای LED رنگی. | تعیین کننده فام (Hue) LED های تکرنگ مانند قرمز، زرد و سبز. |
| Spectral Distribution | منحنی طول موج در مقابل شدت | توزیع شدت نور ساطعشده از LED را در طولموجهای مختلف نشان میدهد. | تأثیر بر نمایش رنگ و کیفیت رنگ. |
2. پارامترهای الکتریکی
| اصطلاحات | نماد | توضیح ساده و قابل فهم | ملاحظات طراحی |
|---|---|---|---|
| ولتاژ مستقیم (Forward Voltage) | Vf | حداقل ولتاژ مورد نیاز برای روشنشدن LED، مشابه «آستانه راهاندازی». | ولتاژ منبع تغذیه باید ≥Vf باشد؛ در صورت اتصال سری چند LED، ولتاژها جمع میشوند. |
| جریان مستقیم (Forward Current) | If | مقدار جریان برای روشنایی عادی LED. | معمولاً از درایو جریان ثابت استفاده میشود، جریان روشنایی و طول عمر را تعیین میکند. |
| حداکثر جریان پالس (Pulse Current) | Ifp | جریان اوج قابل تحمل در مدت زمان کوتاه، برای تنظیم نور یا فلش. | عرض پالس و نسبت چرخه کار باید به دقت کنترل شود، در غیر این صورت آسیب ناشی از گرمای بیش از حد رخ میدهد. |
| ولتاژ معکوس (Reverse Voltage) | Vr | حداکثر ولتاژ معکوس قابل تحمل توسط LED که در صورت تجاوز ممکن است باعث شکست شود. | در مدار باید از اتصال معکوس یا شوک ولتاژ جلوگیری شود. |
| مقاومت حرارتی (Thermal Resistance) | Rth (°C/W) | مقاومت در برابر انتقال حرارت از تراشه به نقطه لحیمکاری، هرچه مقدار آن کمتر باشد، دفع حرارت بهتر است. | مقاومت حرارتی بالا نیازمند طراحی خنککنندگی قویتر است، در غیر این صورت دمای اتصال افزایش مییابد. |
| تحمل تخلیه الکترواستاتیک (ESD Immunity) | V (HBM)، مانند 1000V | مقاومت در برابر تخلیه الکترواستاتیک، هرچه مقدار آن بالاتر باشد، آسیبپذیری در برابر الکتریسیته ساکن کمتر است. | در فرآیند تولید باید اقدامات ضد الکتریسیته ساکن بهویژه برای LEDهای با حساسیت بالا رعایت شود. |
سوم: مدیریت حرارت و قابلیت اطمینان
| اصطلاحات | شاخصهای کلیدی | توضیح ساده و قابل فهم | تأثیر |
|---|---|---|---|
| دمای پیوند (Junction Temperature) | Tj (°C) | دمای عملیاتی واقعی در داخل تراشه LED. | به ازای هر کاهش 10 درجه سانتیگراد، عمر ممکن است دو برابر شود؛ دمای بیش از حد بالا منجر به افت نور و جابجایی رنگ میشود. |
| افت نوری (Lumen Depreciation) | L70 / L80 (ساعت) | مدت زمان لازم برای کاهش روشنایی تا 70% یا 80% مقدار اولیه. | تعریف مستقیم "عمر مفید" LED. |
| نرخ حفظ لومن (Lumen Maintenance) | % (مانند 70%) | درصد روشنایی باقیمانده پس از مدتی استفاده. | نشاندهنده توانایی حفظ روشنایی پس از استفاده طولانیمدت. |
| تغییر رنگ (Color Shift) | Δu′v′ یا بیضیهای مکآدام | میزان تغییر رنگ در حین استفاده. | بر یکنواختی رنگ در صحنهی روشنایی تأثیر میگذارد. |
| Thermal Aging | کاهش عملکرد مواد | تخریب مواد بستهبندی ناشی از دمای بالا در طولانیمدت. | ممکن است منجر به کاهش روشنایی، تغییر رنگ یا خرابی مدار باز شود. |
چهار: بستهبندی و مواد
| اصطلاحات | انواع رایج | توضیح ساده و قابل فهم | ویژگیها و کاربردها |
|---|---|---|---|
| نوع بستهبندی | EMC, PPA, سرامیک | مواد پوششی که از تراشه محافظت کرده و رابطهای نوری و حرارتی را فراهم میکنند. | EMC مقاومت حرارتی خوب و هزینه کم دارد؛ سرامیک دارای اتلاف حرارت عالی و طول عمر طولانی است. |
| ساختار تراشه | نصب معمولی، نصب معکوس (Flip Chip) | روش چیدمان الکترودهای تراشه. | در روش Flip-Chip، خنکسازی بهتر و بازده نوری بالاتر است و برای توانهای بالا مناسب میباشد. |
| پوشش فسفر. | YAG، سیلیکات، نیترید | روی تراشه نور آبی پوشانده شده، بخشی از آن به نور زرد/قرمز تبدیل شده و با هم مخلوط میشوند تا نور سفید ایجاد شود. | فسفرهای مختلف بر بازده نوری، دمای رنگ و شاخص نمود رنگ تأثیر میگذارند. |
| طراحی لنز/اپتیک | صفحهای، میکرولنز، بازتاب کلی | ساختار نوری سطح بستهبندی، توزیع نور را کنترل میکند. | زاویه تابش و منحنی توزیع نور را تعیین میکند. |
پنجم: کنترل کیفیت و درجهبندی
| اصطلاحات | محتوای درجهبندی | توضیح ساده و قابل فهم | هدف |
|---|---|---|---|
| دستهبندی شار نوری | کد مانند 2G، 2H | گروهبندی بر اساس سطح روشنایی، هر گروه دارای حداقل/حداکثر مقدار لومن است. | اطمینان از یکنواختی روشنایی در یک دسته محصول. |
| Voltage binning | کدها مانند 6W، 6X | گروهبندی بر اساس محدوده ولتاژ مستقیم. | تسهیل تطابق منبع تغذیه درایو و افزایش بازدهی سیستم. |
| دستهبندی بر اساس تفکیک رنگ | 5-step MacAdam ellipse | گروهبندی بر اساس مختصات رنگی، اطمینان از قرارگیری رنگ در محدودهای بسیار کوچک. | تضمین یکنواختی رنگ، جلوگیری از ناهمگونی رنگ در داخل یک چراغ. |
| دستهبندی دمای رنگ | 2700K، 3000K و غیره | گروهبندی بر اساس دمای رنگ، هر گروه دارای محدوده مختصات مربوطه است. | پاسخگویی به نیازهای دمای رنگ در صحنههای مختلف. |
شش: آزمایش و گواهینامهدهی
| اصطلاحات | استاندارد/آزمون | توضیح ساده و قابل فهم | معنا |
|---|---|---|---|
| LM-80 | آزمایش حفظ لومن | روشنایی مداوم در شرایط دمای ثابت و ثبت دادههای کاهش روشنایی. | برای محاسبه عمر LED (در ترکیب با TM-21). |
| TM-21 | استاندارد برونیابی عمر | برآورد طول عمر در شرایط استفاده واقعی بر اساس دادههای LM-80. | ارائه پیشبینی علمی طول عمر. |
| استاندارد IESNA | استاندارد انجمن مهندسی روشنایی | شامل روشهای آزمون نوری، الکتریکی و حرارتی میشود. | مبنای آزمون پذیرفتهشده در صنعت. |
| RoHS / REACH | گواهینامهی محیط زیستی | اطمینان از عدم وجود مواد مضر (مانند سرب، جیوه) در محصول. | شرایط دسترسی برای ورود به بازارهای بینالمللی. |
| ENERGY STAR / DLC | گواهی بهرهوری انرژی | گواهی کارایی و عملکرد برای محصولات روشنایی. | معمولاً در پروژههای خرید دولتی و یارانهای برای افزایش رقابتپذیری بازار استفاده میشود. |