فهرست مطالب
- 1. مرور کلی محصول
- 1.1 مزایای اصلی
- 1.2 کاربردهای هدف
- 2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی
- 2.1 مقادیر حداکثر مطلق
- 2.2 ویژگیهای نوری-الکتریکی
- 2.2.1 ویژگیهای ورودی
- 2.2.2 ویژگیهای خروجی
- 2.2.3 ویژگیهای انتقال
- 3. توضیح سیستم درجهبندی
- 4. تحلیل منحنی عملکرد
- 5. اطلاعات مکانیکی و بستهبندی
- 5.1 پیکربندی پایهها
- 5.2 ابعاد بستهبندی و چیدمان PCB
- 6. راهنمای لحیمکاری و مونتاژ
- 6.1 منحنی دمایی لحیم کاری بازجریانی
- 6.2 ملاحظات
- 7. اطلاعات بستهبندی و سفارش
- 7.1 قوانین نامگذاری مدل
- 7.2 مشخصات بستهبندی
- 7.3 نشانگذاری قطعه
- 8. ملاحظات طراحی کاربرد
- 8.1 طراحی مدار ورودی
- 8.2 طراحی مدار خروجی
- ) به اندازه کافی پایین باشد تا به عنوان منطق '0' شناسایی شود.
- جداسازی، چیدمان PCB بسیار حیاتی است. روی برد مدار، فاصله خزشی و فاصله الکتریکی کافی بین مسیرها و پدهای مسی مرتبط با سمت ورودی (پینهای 1 و 2) و سمت خروجی (پینهای 3 و 4) حفظ شود. این معمولاً به معنای ایجاد شکاف فیزیکی یا فاصله زیاد روی PCB در زیر بدنه قطعه است. از موازی و نزدیک بودن مسیرهای ورودی و خروجی به یکدیگر خودداری کنید.
- مزیت آن در مقایسه با سایر اپتوکوپلرهای ورودی AC، ترکیبی از ولتاژ ایزوله بالا، بستهبندی فشرده SSOP و دسترسی به چندین رده CTR است.
- A: این مقاومت بسیار بالا، جریان نشتی در سراسر مانع ایزولهسازی را به حداقل میرساند. این امر برای ایمنی (جلوگیری از جریان خطرناک بین مدارهای ایزوله) و همچنین یکپارچگی سیگنال در کاربردهای اندازهگیری دقیق حیاتی است.
- (حدود 0.2V)، این ولتاژ به عنوان منطق '0' خوانده میشود. در صورت عدم وجود جریان متناوب، فتوترانزیستور قطع میشود و مقاومت pull-up ولتاژ کلکتور را به 3.3V (منطق '1') میکشد. به دلیل عبور از صفر در 50/60 هرتز، نرمافزار ممکن است نیاز به حذف نویز از این سیگنال داشته باشد.
- EL3H4-G بر اساس اصل کوپلینگ نوری کار میکند. سیگنال الکتریکی اعمال شده به سمت ورودی، باعث میشود LED مادون قرمز نوری متناسب با جریان ساطع کند. این نور از سد عایق شفاف درون پکیج عبور میکند. در سمت خروجی، نور به ناحیه بیس فتوترانزیستور سیلیکونی میتابد و جفتهای الکترون-حفره تولید میکند. این جریان نوری به عنوان جریان بیس عمل کرده و ترانزیستور را برای هدایت جریان کلکتور بزرگتری هدایت میکند، بنابراین سیگنال ورودی در سمت خروجی ایزوله تکثیر میشود. پیکربندی LED موازی معکوس، امکان جریان یافتن و نورافشانی در هر دو قطبیت سیگنال ورودی AC را فراهم میکند.
1. مرور کلی محصول
سری EL3H4-G دستهای از کوپلرهای نوری فتوترانزیستوری با ورودی AC هستند که بهطور خاص برای کاربردهایی طراحی شدهاند که نیاز به ایزولاسیون الکتریکی و انتقال سیگنال از منابع DC با قطبیت نامشخص یا AC دارند. این قطعه در یک بستهبندی کوچک سطحنشین 4 پین با فرمفاکتور جمعوجور (SSOP) ارائه میشود که برای طراحیهای PCB با محدودیت فضا بسیار مناسب است.
جزء اصلی آن از دو دیود نورافشان مادون قرمز (LED) تشکیل شده است که به صورت موازی معکوس به هم متصل شدهاند. این پیکربندی به ورودی اجازه میدهد تا سیگنال AC را بپذیرد، زیرا در هر نیمسیکل از شکل موج ورودی، یکی از دیودها هدایت میکند. نور مادون قرمز ساطع شده از طریق کوپلینگ نوری به یک فتوترانزیستور سیلیکونی منتقل میشود و در نتیجه یک سیگنال خروجی ایزوله فراهم میکند. کل مجموعه در یک ترکیب سبز و بدون هالوژن محصور شده است.
1.1 مزایای اصلی
- قابلیت ورودی AC:پیکربندی LEDهای موازی معکوس امکان اتصال مستقیم به منبع سیگنال AC را بدون نیاز به مدار یکسوساز خارجی فراهم میکند.
- ولتاژ ایزولاسیون بالا:ولتاژ ایزولاسیون ایمنی نامی 3750 V را بین سمت ورودی و خروجی تأمین میکند.مقدار مؤثر، که برای محافظت از مدارهای حساس در برابر گذرای ولتاژ بالا حیاتی است.
- شکلبندی فشرده:بستهبندی SSOP فضای کمی اشغال میکند و انتخاب ایدهآلی برای مونتاژ الکترونیکی با چگالی بالا در عصر حاضر است.
- انطباق زیستمحیطی:این قطعه فاقد هالوژن است و با دستورالعملهای زیستمحیطی مرتبط مانند RoHS و REACH مطابقت دارد.
- گواهیهای ایمنی:این محصول توسط سازمانهای اصلی ایمنی بینالمللی از جمله UL، cUL، VDE، SEMKO، NEMKO، DEMKO، FIMKO و CQC تأیید شده است.
1.2 کاربردهای هدف
این کوپلر نوری برای کاربردهای صنعتی و ارتباطی متنوعی طراحی شده است که نیاز به ایزولاسیون قابل اعتماد و تشخیص سیگنال AC دارند.
- نظارت بر خطوط جریان متناوب:تشخیص وجود یا عدم وجود ولتاژ برق شهری جریان متناوب در منابع تغذیه، لوازم الکتریکی و تجهیزات صنعتی.
- کنترلکننده منطقی برنامهپذیر (PLC):کانالهای ورودی دیجیتال برای ایزوله کردن سیگنالهای AC از سنسورها و سوئیچها.
- رابط خط تلفن:ایزوله کردن مدارهای تشخیص زنگ یا برداشتن گوشی در تجهیزات مخابراتی.
- تشخیص DC با قطبیت نامشخص:رابط با سیگنال DC با قطبیت غیرثابت یا از پیش نامعلوم.
2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی
2.1 مقادیر حداکثر مطلق
مقادیر حداکثر مطلق محدودههای تنشی را تعریف میکنند که میتوانند منجر به آسیب دائمی قطعه شوند. این مقادیر برای شرایط کار عادی قابل اعمال نیستند.
- جریان ورودی مستقیم (IF):±50 میلیآمپر (پیوسته). علامت ± نشاندهنده قابلیت AC/دوطرفه است.
- جریان اوج رو به جلو (IFM):1 آمپر در مدت زمان پالس کوتاه 10 میکروثانیه. این مقدار نامی برای تحمل جریان موجگذر کوتاهمدت مهم است.
- ولتاژ کلکتور-امیتر (VCEO):80 V. این حداکثر ولتاژی است که میتوان بین دو سر فوتوترانزیستور خروجی اعمال کرد.
- اتلاف توان کل (PTOT):200 mW. این حداکثر توان کلی است که دستگاه میتواند از سمت ورودی و خروجی تلف کند.
- ولتاژ ایزوله (VISO):3750 Vمقدار مؤثر، به مدت یک دقیقه. این مقدار نامی تحمل ولتاژ بالا یک پارامتر ایمنی حیاتی است.
- دمای کاری (TOPR):از ۵۵- درجه سانتیگراد تا ۱۰۰+ درجه سانتیگراد. محدوده وسیع، عملکرد قابل اطمینان در محیطهای سخت را تضمین میکند.
- دمای لحیمکاری (TSOL):260°C برای مدت 10 ثانیه، مطابق با پروفیل دمایی معمول لحیمکاری بدون سرب است.
2.2 ویژگیهای نوری-الکتریکی
این پارامترها عملکرد الکتریکی و نوری قطعه را تحت شرایط آزمایش مشخصشده (معمولاً در Ta= 25°C) تعریف میکنند.
2.2.1 ویژگیهای ورودی
- ولتاژ مستقیم (VF):مقدار معمول 1.2V، حداکثر 1.4V در جریان مستقیم ±20 mA. این افت ولتاژ پایین برای مدارهای کممصرف مفید است.
- ظرفیت خازن ورودی (Cدر):مقدار معمول 50 pF، حداکثر مقدار 250 pF. این پارامتر بر پاسخ فرکانس بالا در ورودی تأثیر میگذارد.
2.2.2 ویژگیهای خروجی
- جریان تاریک کلکتور-امیتر (ICEO):در VCE=20V و IFدر VCE=0، حداکثر 100 nA. این جریان نشتی ترانزیستور فوتونی در حالت بدون نور است.
- ولتاژ شکست کلکتور-امیتر (BVCEO):حداقل 80V. این تضمین میکند که خروجی میتواند سطوح منطقی یا ولتاژ متوسط معمول را تحمل کند.
- ولتاژ اشباع کلکتور-امیتر (VCE(sat)):در IF=±20mA و IC=1mA، مقدار معمولی 0.1V و حداکثر 0.2V. ولتاژ اشباع پایین برای مرحله خروجی که ورودیهای منطقی را راهاندازی میکند مطلوب است.
2.2.3 ویژگیهای انتقال
این پارامترها کارایی و کیفیت انتقال سیگنال از ورودی به خروجی را تعریف میکنند.
- نسبت انتقال جریان (CTR):این نسبت جریان خروجی کلکتور (IC) به جریان ورودی فوروارد (IF) است که به صورت درصد بیان میشود. این یک پارامتر کلیدی برای بهره است. سری EL3H4-G سطوح مختلف CTR را ارائه میدهد:
- EL3H4:در IF= ±1 mA، VCE= 5V، حداقل CTR 20% تا حداکثر 300%.
- EL3H4A:حداقل CTR 50% تا حداکثر 150%.
- EL3H4B:حداقل CTR از 100% تا حداکثر 300%.
- تقارن CTR:با جریان مثبت IFنسبت CTR اندازهگیری شده با جریان منفی IFبه CTR اندازهگیری شده. محدوده مجاز بین 0.5 تا 2.0 است. مقادیر نزدیک به 1.0 نشاندهنده تقارن خوب پاسخ AC دو LED ورودی است.
- مقاومت ایزوله (RIO):حداقل 5×1010Ω، مقدار معمول آن در 500 ولت DC برابر با 10 است.11Ω. این مقاومت بسیار بالا برای حفظ یکپارچگی عایقبندی حیاتی است.
- ظرفیت شناور (CIO):مقدار معمولی 0.6 pF، حداکثر مقدار 1.0 pF. این ظرفیت پایین، کوپلینگ خازنی در سراسر مانع ایزوله را به حداقل میرساند که برای سرکوب نویز مد مشترک فرکانس بالا مهم است.
- زمانهای سوئیچینگ:تحت شرایط تست مشخصشده (Vr=2V, If=2mA، RCE=100Ω)، زمان صعود (tC) و زمان فرود (tL) حداکثر هر دو 18 µs هستند. این زمانها سرعت دستگاه و قابلیت استفاده آن برای سیگنالهای با فرکانسهای مختلف را تعریف میکنند.
3. توضیح سیستم درجهبندی
سری EL3H4-G از یک سیستم درجهبندی استفاده میکند که عمدتاً بر اساس نسبت انتقال جریان (CTR) است.
- درجه استاندارد (بدون پسوند):گستردهترین محدوده CTR (300%-20) را ارائه میدهد، مناسب برای کاربردهای عمومی که نیاز به بهره دقیق ندارند.
- کلاس A (پسوند 'A'):محدوده CTR متوسط و فشردهتر (150%-50) را ارائه میدهد که عملکرد آن قابل پیشبینیتر است.
- کلاس B (پسوند 'B'):محدوده CTR بالا و فشرده (100-300٪) را ارائه میدهد که برای کاربردهایی که به حساسیت و بهره بالا نیاز دارند، مانند تشخیص سیگنالهای ضعیف، بسیار مناسب است.
این درجهبندی به سازندگان اجازه میدهد تا طراحی خود را برای دستیابی به یکنواختی بهینهسازی کنند، یا قطعات را برای نیازهای حساسیت خاص انتخاب نمایند.
4. تحلیل منحنی عملکرد
دیتاشیت به منحنیهای مشخصه نوری-الکتریکی معمول ارجاع میدهد. اگرچه در متن ارائهشده جزئیات نمودارهای خاص شرح داده نشده است، اما معمولاً شامل موارد زیر میشوند که برای طراحی حیاتی هستند:
- CTR در مقابل جریان مستقیم (IF):نشان میدهد که نسبت انتقال چگونه با سطح جریان ورودی تغییر میکند. در I بسیار بالاFدر این حالت، CTR معمولاً به دلیل کاهش بازدهی LED کاهش مییابد.
- CTR در مقابل دما:وابستگی حساسیت قطعه به دما را نشان میدهد. CTR معمولاً با افزایش دما کاهش مییابد.
- ولتاژ مستقیم (VF) در مقابل جریان مستقیم (IF):منحنی مشخصه جریان-ولتاژ دیود.
- جریان کلکتور خروجی (IC) در مقابل ولتاژ کلکتور-امیتر (VCE):ترانزیستور نوری در سطوح مختلف نور ورودی (IFویژگیهای خروجی تحت شرایط ( ).
- زمانهای روشن/خاموش در مقابل مقاومت بار (RL):نشان میدهد که زمانهای افزایش و کاهش چگونه تحت تأثیر مقاومت بار انتخابشده در خروجی قرار میگیرند.
طراحان باید به این منحنیها مراجعه کنند تا رفتار قطعه را در شرایط غیراستاندارد درک کرده و پارامترهایی مانند جریان ورودی و مقاومت بار را برای سرعت و دامنه خروجی مورد نظر بهینهسازی کنند.
5. اطلاعات مکانیکی و بستهبندی
5.1 پیکربندی پایهها
بستهبندی 4-pin SSOP دارای آرایش پایههای زیر است:
- پین 1:آند یک LED / کاتد LED دیگر (به دلیل اتصال موازی معکوس).
- پین 2:کاتد LED اول / آند LED دوم.
- پایه 3:امیتر ترانزیستور نوری.
- پایه 4:کلکتور ترانزیستور نوری.
این پیکربندی به این معنی است که ورودی AC بین پایههای 1 و 2 اعمال میشود و خروجی از پایههای 3 و 4 گرفته میشود (معمولاً با پایه 3 به عنوان پایه مشترک/زمین).
5.2 ابعاد بستهبندی و چیدمان PCB
دیتاشیت شامل نقشههای مکانیکی دقیق بستهبندی SSOP است. ابعاد کلیدی شامل ابعاد بدنه، فاصله پایهها و ارتفاع از برد میشود. همچنین یک چیدمان پیشنهادی برای پدهای نصب سطحی ارائه شده است که صرفاً برای مرجع است و باید با توجه به فرآیند ساخت PCB خاص و الزامات حرارتی اصلاح شود. طراحی صحیح پد برای اتصال لحیمکاری قابل اعتماد و استحکام مکانیکی حیاتی است.
6. راهنمای لحیمکاری و مونتاژ
6.1 منحنی دمایی لحیم کاری بازجریانی
این قطعه با فرآیند ریفلو بدون سرب سازگار است. پروفیل دمای حداکثر بدنه توصیه شده بر اساس استاندارد IPC/JEDEC J-STD-020D است:
- پیشگرمایش:افزایش دما از 150 درجه سانتیگراد به 200 درجه سانتیگراد در مدت 60 تا 120 ثانیه.
- زمان بالای دمای خط مایع (TL=217°C):60 تا 100 ثانیه.
- دمای اوج (TP):حداکثر 260 درجه سانتیگراد.
- زمان در محدوده دمای اوج ±5 درجه سانتیگراد:حداکثر 30 ثانیه.
- حداکثر تعداد چرخههای لحیمکاری مجدد: 3.
رعایت این پروفیل دمایی از آسیب حرارتی به پکیج پلاستیکی و اتصالات سیم داخلی جلوگیری میکند.
6.2 ملاحظات
- در طول فرآیندهای جابجایی و لحیمکاری، از قرارگیری قطعه در معرض دماهای فراتر از حداکثر مقادیر مجاز مطلق اجتناب کنید.
- اطمینان حاصل کنید که آلودگی بین ورودی و خروجی بستهبندی (مانند فلاکس، براده) به مانع عایق آسیب نرساند.
- در طول فرآیند پردازش، اقدامات احتیاطی استاندارد ESD (تخلیه الکترواستاتیک) را رعایت کنید، زیرا LED و ترانزیستور داخلی به الکتریسیته ساکن حساس هستند.
7. اطلاعات بستهبندی و سفارش
7.1 قوانین نامگذاری مدل
شماره قطعه از فرمت زیر پیروی میکند:EL3H4(Y)(Z)-VG
- EL3H4:شماره قطعه پایه.
- Y:رتبه CTR (A، B یا در صورت استاندارد خالی بگذارید).
- Z:گزینههای بستهبندی ریلی (TA، TB، EA، EB یا خالی برای بستهبندی تیوبی). نوارهای TA/TB شامل 5000 واحد هستند؛ نوارهای EA/EB شامل 1000 واحد میباشند. تفاوت بین گزینههای A و B معمولاً به عرض ریلی یا جهت تغذیه مربوط میشود.
- V:پسوند اختیاری، نشاندهنده این است که قطعه دارای گواهینامه VDE است.
- G:نشاندهنده مواد بدون هالوژن است.
مثال: EL3H4A-TA-VG یک قطعه درجه 'A' است که در نوار TA با واحدهای 5000 عددی عرضه میشود، دارای گواهینامه VDE و بدون هالوژن است.
7.2 مشخصات بستهبندی
این قطعه میتواند به صورت لولهای (150 واحد) یا در قالب نوار عرضه شود. ابعاد دقیق نوار (ابعاد فرورفتگی، فاصله، عرض نوار) برای سازگاری با تجهیزات مونتاژ خودکار ارائه شده است.
7.3 نشانگذاری قطعه
کد بر روی سطح بالایی بستهبندی درج شده است:EL 3H4 RYWWV
- EL:کد سازنده.
- 3H4:شماره قطعه.
- R:رتبه CTR (A، B یا خالی).
- Y:کد سال 1 رقمی.
- WW:کد هفته دو رقمی.
- V:علامت تأیید VDE (در صورت وجود).
8. ملاحظات طراحی کاربرد
8.1 طراحی مدار ورودی
برای عملکرد AC، یک مقاومت محدودکننده جریان باید به صورت سری با پایههای ورودی (1 و 2) قرار گیرد. مقدار آن باید بر اساس ولتاژ ورودی پیک و جریان مستقیم مورد نیاز (IF) محاسبه شود تا اطمینان حاصل شود که IFمقدار نامی پیوسته بیش از 50 میلیآمپر نیست. به عنوان مثال، برای راهاندازی از خط 120 ولتمقدار مؤثربرای راهاندازی ورودی خط AC، مقاومت باید جریان پیک (≈170V / R) را محدود کند. ظرفیت نامی توان و ولتاژ این مقاومت باید در نظر گرفته شود.
8.2 طراحی مدار خروجی
ترانزیستور نوری خروجی را میتوان در پیکربندی امیتر مشترک (با مقاومت بار متصل به VCCو کلکتور، و امیتر زمینشده) یا به عنوان یک سوئیچ استفاده کرد. مقدار مقاومت بار (RL) بر موارد زیر تأثیر میگذارد:
دامنهی ولتاژ خروجی:برای I دادهشدهL، R بالاترC.
افت ولتاژ بزرگتری ایجاد میکند.سرعت کلیدزنی:Lمقاومت بالاترrثابت زمانی RC را افزایش داده و زمانهای صعود و نزول را کند میکند (مانند tf/tLمشخصات در R
=100Ω نشان داده شده است).اگر ورودی منطقی را راهاندازی میکنید، معمولاً به یک مقاومت pull-up نیاز دارید. اطمینان حاصل کنید که ولتاژ خروجی در حالت 'روشن' (VCE(sat)
) به اندازه کافی پایین باشد تا به عنوان منطق '0' شناسایی شود.
8.3 اطمینان از ایزولاسیون قابل اعتمادبرای حفظ 3750V مشخصشدهمقدار مؤثر
جداسازی، چیدمان PCB بسیار حیاتی است. روی برد مدار، فاصله خزشی و فاصله الکتریکی کافی بین مسیرها و پدهای مسی مرتبط با سمت ورودی (پینهای 1 و 2) و سمت خروجی (پینهای 3 و 4) حفظ شود. این معمولاً به معنای ایجاد شکاف فیزیکی یا فاصله زیاد روی PCB در زیر بدنه قطعه است. از موازی و نزدیک بودن مسیرهای ورودی و خروجی به یکدیگر خودداری کنید.
9. مقایسه و تمایز فنی
- ویژگیهای تمایز اصلی سری EL3H4-G در مقایسه با کوپلرهای نوری با ورودی DC استاندارد شامل موارد زیر است:ورودی AC داخلی:
- بدون نیاز به یکسوساز پل خارجی یا کوپلر نوری دوگانه برای پردازش سیگنال AC، که باعث صرفهجویی در فضای برد و تعداد قطعات میشود.تقارن CTR:
- یک پارامتر تعیینشده که پاسخ متعادل در هر دو نیمسیکل AC را تضمین میکند، موضوعی که برای دستگاههای با ورودی DC مسئلهساز نیست.ساختار بدون هالوژن:
برآوردهسازی الزامات سختگیرانه زیستمحیطی، که توسط همه مدلهای قدیمی اپتوکوپلر برآورده نمیشود.
مزیت آن در مقایسه با سایر اپتوکوپلرهای ورودی AC، ترکیبی از ولتاژ ایزوله بالا، بستهبندی فشرده SSOP و دسترسی به چندین رده CTR است.
10. پرسشهای متداول (بر اساس پارامترهای فنی)
Q1: آیا میتوانم از آن برای تشخیص مستقیم برق متناوب 230V استفاده کنم؟
A: بله، اما باید یک مقاومت محدودکننده جریان خارجی مناسب به صورت سری در ورودی قرار داده شود تا جریان مستقیم در محدوده 50mA حفظ شود. این مقاومت همچنین باید دارای رتبهبندی مناسب تحمل ولتاژ بالا و اتلاف توان باشد.
Q2: تفاوت بین کلاس استاندارد، کلاس A و کلاس B چیست؟
A: تفاوت در نسبت انتقال جریان (CTR) حداقل و حداکثر تضمینشده است. کلاس B دارای بالاترین حساسیت حداقل (100%) است و برای تشخیص سیگنالهای ضعیف مناسب است. کلاس A محدوده متوسطتر و قابل پیشبینیتری ارائه میدهد. کلاس استاندارد وسیعترین محدوده را دارد و برای مصارف عمومی با قیمت مقرونبهصرفه ارائه میشود.
Q3: سرعت این قطعه چقدر است؟ آیا میتوان از آن برای ارتباطات استفاده کرد؟
A: زمانهای افزایش/کاهش معمولی میتوانند تا 18 µs طول بکشند و پهنای باند به حدود چند ده کیلوهرتز محدود میشود. این برای تشخیص فرکانس برق AC (50/60 هرتز)، سیگنالهای دیجیتال کند یا تشخیص وضعیت در PLC مناسب است، اما برای ارتباطات دادهای پرسرعت مانند ایزولاتورهای دیجیتال مناسب نیست.
Q4: چرا مقاومت ایزوله اینقدر بالا است (10^11 Ω)؟
A: این مقاومت بسیار بالا، جریان نشتی در سراسر مانع ایزولهسازی را به حداقل میرساند. این امر برای ایمنی (جلوگیری از جریان خطرناک بین مدارهای ایزوله) و همچنین یکپارچگی سیگنال در کاربردهای اندازهگیری دقیق حیاتی است.
11. نمونههای طراحی عملی
سناریو: آشکارساز حضور خط AC ایزوله 120 ولت.هدف:
هنگامی که برق AC 120V وجود دارد، یک سیگنال منطقی سطح پایین 3.3V به میکروکنترلر ارائه میدهد.
1. مراحل طراحی:محاسبه مقاومت ورودی:برای 120Vمقدار مؤثرF، ولتاژ پیک حدود 170V است. برای محدود کردن Iدر سطح ایمن 10mA (بسیار کمتر از 50mA)، Rlimit
2. = 170V / 0.01A = 17kΩ. از مقاومت استاندارد 18kΩ، 1/2W یا با توان نامی بالاتر استفاده کنید.مدار خروجی:
3. با استفاده از یک مقاومت بالاکش (مثلاً 10kΩ) کلکتور ترانزیستور نوری (پین 4) را به منبع تغذیه 3.3V میکروکنترلر متصل کنید. امیتر (پین 3) را به زمین وصل کنید. گره کلکتور به یک پین ورودی دیجیتال روی میکروکنترلر متصل میشود.اصل کار:هنگامی که جریان متناوب وجود دارد، خروجی کوپلر نوری در هر نیمسیکل هدایت میشود و ولتاژ کلکتور را به نزدیکی V میکشد.CE(sat)
(حدود 0.2V)، این ولتاژ به عنوان منطق '0' خوانده میشود. در صورت عدم وجود جریان متناوب، فتوترانزیستور قطع میشود و مقاومت pull-up ولتاژ کلکتور را به 3.3V (منطق '1') میکشد. به دلیل عبور از صفر در 50/60 هرتز، نرمافزار ممکن است نیاز به حذف نویز از این سیگنال داشته باشد.
12. اصل کار
EL3H4-G بر اساس اصل کوپلینگ نوری کار میکند. سیگنال الکتریکی اعمال شده به سمت ورودی، باعث میشود LED مادون قرمز نوری متناسب با جریان ساطع کند. این نور از سد عایق شفاف درون پکیج عبور میکند. در سمت خروجی، نور به ناحیه بیس فتوترانزیستور سیلیکونی میتابد و جفتهای الکترون-حفره تولید میکند. این جریان نوری به عنوان جریان بیس عمل کرده و ترانزیستور را برای هدایت جریان کلکتور بزرگتری هدایت میکند، بنابراین سیگنال ورودی در سمت خروجی ایزوله تکثیر میشود. پیکربندی LED موازی معکوس، امکان جریان یافتن و نورافشانی در هر دو قطبیت سیگنال ورودی AC را فراهم میکند.
13. روندهای فناوری
کوپلرهای نوری مانند EL3H4-G نمایانگر یک فناوری ایزوله بالغ و قابل اعتماد هستند. روندهای فعلی در حوزه ایزوله کردن سیگنال شامل موارد زیر است:یکپارچهسازی:
ترکیب چندین کانال ایزوله یا ادغام عملکردهای اضافی (مانند درایور یا حفاظت) در یک پکیج واحد.سرعت بالاتر:
توسعه کوپلرهای نوری با زمانهای سوئیچینگ سریعتر برای کاربردهای ارتباطات دیجیتال، علیرغم اینکه معمولاً از فناوریهای مبتنی بر کوپلینگ خازنی یا مغناطیسی کندتر هستند.استانداردهای ایمنی تقویتشده:
تحول مستمر استانداردهای ایمنی بینالمللی (UL, VDE, IEC)، تقاضا برای ولتاژ کاری بالاتر، ایزولاسیون تقویتشده و شاخصهای قابلیت اطمینان بهبودیافته را پیش میبرد.علم مواد
توضیح جامع اصطلاحات مشخصات LED
توضیح کامل اصطلاحات فنی LED
شاخصهای کلیدی عملکرد نوری-الکتریکی
| اصطلاحات | واحد/نماد | توضیح ساده | چرا مهم است |
|---|---|---|---|
| کارایی نوری (Luminous Efficacy) | lm/W (لومن بر وات) | شار نوری منتشر شده به ازای هر وات انرژی الکتریکی، هرچه بالاتر باشد، انرژیکارآمدتر است. | به طور مستقیم سطح بهرهوری انرژی چراغ و هزینه برق را تعیین میکند. |
| شار نوری (Luminous Flux) | lm (لومن) | کل نور ساطعشده از یک منبع نور که معمولاً به آن «روشنایی» گفته میشود. | تعیین میکند که آیا یک 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، پهنای پرتو را تعیین میکند. | بر محدوده و یکنواختی روشنایی تأثیر میگذارد. |
| دمای رنگ (CCT) | کلوین (K)، مانند 2700K/6500K | گرمی یا سردی رنگ نور، مقادیر پایین متمایل به زرد/گرم، مقادیر بالا متمایل به سفید/سرد. | تعیین فضای روشنایی و کاربرد مناسب. |
| شاخص نمود رنگ (CRI / Ra) | بدون واحد، 0–100 | توانایی منبع نور در بازتولید رنگ واقعی اشیاء، Ra≥80 مطلوب است. | بر اصالت رنگ تأثیر میگذارد، برای مکانهای با الزامات بالا مانند مراکز خرید و گالریهای هنری استفاده میشود. |
| تلرانس رنگ (SDCM) | مراحل بیضی مک آدام، مانند "5-step" | شاخص کمی برای یکنواختی رنگ، هرچه تعداد مراحل کمتر باشد، یکنواختی رنگ بیشتر است. | اطمینان از عدم تفاوت رنگ در بین چراغهای یک دسته. |
| Dominant Wavelength (طول موج غالب) | nm (نانومتر)، مانند 620nm (قرمز) | مقادیر طول موج متناظر با رنگهای LED رنگی. | تعیین کننده فام (Hue) LED های تکرنگ مانند قرمز، زرد و سبز. |
| توزیع طیفی (Spectral Distribution) | منحنی طول موج در مقابل شدت | نمایش توزیع شدت نور ساطعشده از LED در طولموجهای مختلف. | تأثیر بر نمایش رنگ و کیفیت رنگ. |
2. پارامترهای الکتریکی
| اصطلاحات | نماد | توضیح ساده | 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) | اگر | مقدار جریان برای روشنایی عادی LED. | معمولاً از درایو جریان ثابت استفاده میشود، جریان تعیینکننده روشنایی و طول عمر است. |
| حداکثر جریان پالس (Pulse Current) | Ifp | جریان اوج قابل تحمل در مدت زمان کوتاه، برای تنظیم نور یا فلاش. | عرض پالس و نسبت چرخه کار باید به دقت کنترل شوند، در غیر این صورت آسیب ناشی از گرمای بیش از حد رخ میدهد. |
| Reverse Voltage | Vr | حداکثر ولتاژ معکوسی که LED میتواند تحمل کند، فراتر از آن ممکن است دچار شکست شود. | در مدار باید از اتصال معکوس یا شوک ولتاژ جلوگیری شود. |
| Thermal Resistance | Rth (°C/W) | مقاومت انتقال حرارت از تراشه به نقطه لحیمکاری، هرچه مقدار آن کمتر باشد، خنککنندگی بهتر است. | مقاومت حرارتی بالا نیازمند طراحی خنککننده قویتر است، در غیر این صورت دمای اتصال افزایش مییابد. |
| تحمل تخلیه الکترواستاتیک (ESD Immunity) | V (HBM)، مانند 1000V | مقاومت در برابر ضربه الکترواستاتیک، هرچه مقدار آن بالاتر باشد، آسیبپذیری در برابر الکتریسیته ساکن کمتر است. | در فرآیند تولید باید اقدامات ضد الکتریسیته ساکن به خوبی رعایت شود، به ویژه برای LEDهای با حساسیت بالا. |
3. مدیریت حرارتی و قابلیت اطمینان
| اصطلاحات | شاخصهای کلیدی | توضیح ساده | تأثیر |
|---|---|---|---|
| Junction Temperature | Tj (°C) | دمای عملیاتی واقعی در داخل تراشه LED. | با هر کاهش 10 درجه سانتیگراد، عمر مفید ممکن است دو برابر شود؛ دمای بیش از حد بالا باعث کاهش نور و تغییر رنگ میشود. |
| افت نور (Lumen Depreciation) | L70 / L80 (ساعت) | زمان مورد نیاز برای کاهش روشنایی به 70% یا 80% مقدار اولیه. | تعریف مستقیم "عمر مفید" LED. |
| نرخ حفظ لومن (Lumen Maintenance) | % (مانند 70%) | درصد روشنایی باقیمانده پس از مدتزمانی استفاده. | نشاندهنده توانایی حفظ روشنایی پس از استفاده طولانیمدت. |
| Color Shift | Δu′v′ یا بیضی مک آدام | میزان تغییر رنگ در حین استفاده. | بر یکنواختی رنگ صحنه روشنایی تأثیر میگذارد. |
| پیری حرارتی (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. |
چهارم: بستهبندی و مواد.
| اصطلاحات | انواع رایج | توضیح ساده | ویژگیها و کاربردها |
|---|---|---|---|
| نوع بستهبندی | EMC, PPA, سرامیک | ماده پوششی که تراشه را محافظت کرده و رابطهای نوری و حرارتی فراهم میکند. | EMC مقاومت حرارتی خوب و هزینه کم دارد؛ سرامیک دارای اتلاف حرارتی عالی و عمر طولانی است. |
| ساختار چیپ | نصب معمولی، نصب معکوس (Flip Chip) | روش چیدمان الکترودهای تراشه. | نصب معکوس دارای خنککنندگی بهتر و بازده نوری بالاتر است و برای توانهای بالا مناسب میباشد. |
| پوشش فسفر | YAG، سیلیکات، نیترید | روی تراشه نور آبی پوشانده میشود، بخشی از آن به نور زرد/قرمز تبدیل شده و با هم ترکیب میشوند تا نور سفید تولید 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، کنترل توزیع نور. | تعیین زاویه تابش و منحنی توزیع نور. |
5. کنترل کیفیت و درجهبندی
| اصطلاحات | محتوای درجهبندی | توضیح ساده | هدف |
|---|---|---|---|
| طبقهبندی شار نوری | کدها مانند 2G، 2H | گروهبندی بر اساس سطح روشنایی، هر گروه دارای حداقل/حداکثر مقدار لومن است. | اطمینان از یکنواختی روشنایی در یک دسته محصول. |
| دستهبندی ولتاژ | کد مانند 6W، 6X | گروهبندی بر اساس محدوده ولتاژ مستقیم. | برای تطبیق آسانتر با منبع تغذیه درایو و افزایش بازدهی سیستم. |
| درجهبندی بر اساس رنگ. | بیضی MacAdam 5 مرحلهای | گروهبندی بر اساس مختصات رنگ، اطمینان از قرارگیری رنگ در محدودهای بسیار کوچک. | اطمینان از یکنواختی رنگ و جلوگیری از ناهمگونی رنگ در داخل یک چراغ. |
| دستهبندی دمای رنگ | 2700K, 3000K و غیره | بر اساس دمای رنگ گروهبندی شده، هر گروه دارای محدوده مختصات مربوطه است. | پاسخگوی نیازهای دمای رنگ در صحنههای مختلف. |
شش: آزمایش و گواهی
| اصطلاحات | استاندارد/آزمایش | توضیح ساده | معنا |
|---|---|---|---|
| LM-80 | آزمایش حفظ لومن | روشنایی مداوم در شرایط دمای ثابت، ثبت دادههای کاهش روشنایی. | برای محاسبه عمر LED (همراه با TM-21). |
| TM-21 | استاندارد برونیابی عمر | برآورد عمر در شرایط کاربردی واقعی بر اساس دادههای LM-80. | ارائه پیشبینی علمی عمر. |
| IESNA Standard | Illuminating Engineering Society Standard | شامل روشهای آزمون نوری، الکتریکی و حرارتی. | مبنای آزمون پذیرفتهشده در صنعت. |
| RoHS / REACH | گواهینامههای زیستمحیطی | اطمینان از عدم وجود مواد مضر (مانند سرب، جیوه) در محصول. | شرایط دسترسی به بازارهای بینالمللی. |
| ENERGY STAR / DLC | گواهی بهرهوری انرژی | گواهی بهرهوری انرژی و عملکرد برای محصولات روشنایی. | معمولاً در خریدهای دولتی و پروژههای یارانهای استفاده میشود تا رقابتپذیری بازار را افزایش دهد. |