فهرست مطالب
- 1. مرور کلی محصول
- 1.1 مزایای اصلی و بازار هدف
- 2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی
- 2.1 محدودههای حداکثر مطلق
- 2.2 مشخصات الکترواپتیکی و انتقال
- 2.3 مشخصات سوئیچینگ
- 3. تحلیل منحنیهای عملکرد
- 3.1 ولتاژ مستقیم در مقابل دما (شکل 1)
- 3.2 ولتاژ خروجی در مقابل جریان خروجی (شکلهای 2 و 4)
- 3.3 جریان تغذیه در مقابل دما (شکل 6)
- 4. اطلاعات مکانیکی و بستهبندی
- 4.1 پیکربندی و عملکرد پایهها
- 4.2 نکته حیاتی کاربرد
- 5. دستورالعملهای لحیمکاری و مونتاژ
- 6. ملاحظات طراحی کاربرد
- 6.1 مدار کاربرد معمول
- 6.2 محاسبات طراحی و مصالحهها
- 7. مقایسه فنی و جایگاهیابی
- 8. پرسشهای متداول (بر اساس پارامترهای فنی)
- 9. مثال کاربرد عملی
- 10. اصل عملکرد
- 11. روندهای صنعت
1. مرور کلی محصول
سری ELS3150-G خانوادهای از فوتوکوپلرهای درایور گیت با عملکرد بالا و بستهبندی 6 پایه Single-Dual In-line Package (SDIP) است که برای درایوینگ گیت ایزوله، قوی و قابل اعتماد IGBTها و MOSFETهای قدرت طراحی شدهاند. این قطعه یک دیود نورافشان مادون قرمز (LED) را که به صورت نوری به یک IC یکپارچه حاوی مرحله خروجی قدرت کوپل شده، ادغام میکند. یک ویژگی کلیدی معماری، شیلد داخلی است که سطح تضمینشده بالایی از مصونیت در برابر نویز گذرای حالت مشترک را فراهم میکند و آن را برای محیطهای سخت الکترونیک قدرت که نویز سوئیچینگ شایع است، مناسب میسازد.
عملکرد اصلی این قطعه، فراهمآوری ایزولاسیون الکتریکی و انتقال سیگنال بین مدار کنترل کمولتاژ (میکروکنترلر، DSP) و گیت پرقدرت و پربار سوئیچ قدرت است. این قطعه یک سیگنال ورودی سطح منطقی را به یک خروجی درایور گیت با جریان بالا تبدیل میکند که قادر است ظرفیت گیت قابل توجه IGBTها و MOSFETهای مدرن را به سرعت شارژ و دشارژ کند؛ امری که برای به حداقل رساندن تلفات سوئیچینگ و اطمینان از عملکرد ایمن حیاتی است.
1.1 مزایای اصلی و بازار هدف
سری ELS3150-G چندین مزیت متمایز برای کاربردهای تبدیل توان و درایو موتور ارائه میدهد. قابلیت ولتاژ خروجی ریل-به-ریل آن اطمینان میدهد که سیگنال درایو گیت از کل نوسان ولتاژ بین ریلهای تغذیه VCC و VEE استفاده میکند و حداکثر اوردرایو گیت را برای کمترین Rds(on) در MOSFETها یا ولتاژ اشباع کاهشیافته در IGBTها فراهم میآورد. عملکرد تضمینشده در گستره دمایی وسیع 40- تا 110+ درجه سانتیگراد، قابلیت اطمینان در محیطهای صنعتی و خودرویی که تحت تغییرات حرارتی گسترده هستند را تضمین میکند.
مصونیت گذرای حالت مشترک (CMTI) بالا معادل 15± کیلوولت بر میکروثانیه این قطعه، یک پارامتر حیاتی است. در پیکربندیهای پل مانند اینورترها، سوئیچینگ یک قطعه، یک dv/dt بالا در سراسر سد ایزولاسیون درایور قطعه مکمل القا میکند. CMTI بالا از ایجاد این نویز برای ایجاد تحریک کاذب یا شرایط شورت-ترو جلوگیری میکند. ولتاژ ایزولاسیون 5000 ولتrmsیک حاشیه ایمنی قوی برای کاربردهای با ولتاژ متوسط فراهم میکند. انطباق با استانداردهای ایمنی بینالمللی (UL, cUL, VDE و غیره) و مقررات زیستمحیطی (RoHS, Halogen-Free) استفاده از آن را در محصولات نهایی عرضه شده در بازار جهانی، از درایوهای موتور صنعتی و منبع تغذیه بدون وقفه (UPS) گرفته تا لوازم خانگی مانند بخاریهای فندار تسهیل میکند.
2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی
2.1 محدودههای حداکثر مطلق
این محدودهها، حدود تنش فراتر از آنهایی را تعریف میکنند که ممکن است منجر به آسیب دائمی به قطعه شود. این مقادیر برای عملکرد عادی در نظر گرفته نشدهاند.
- جریان مستقیم ورودی (IF): حداکثر 25 میلیآمپر DC. این مقدار جریان پیوسته از طریق LED ورودی را محدود میکند.
- جریان مستقیم پالسی (IFP): 1 آمپر برای پالسهای ≤1 میکروثانیه در 300 پالس بر ثانیه. این امکان پالسهای کوتاه و با جریان بالا را برای دستیابی به روشنشدن سریعتر LED و حداقل تاخیر انتشار فراهم میکند.
- ولتاژ تغذیه خروجی (VCC- VEE): 10 تا 30 ولت. این محدوده مجاز ولتاژ تغذیه درایور گیت را تعریف میکند. کار در انتهای بالاتر (مثلاً 15 تا 20 ولت) برای IGBTها معمول است، در حالی که ولتاژهای پایینتر (10 تا 12 ولت) برای MOSFETها رایج است.
- ولتاژ پیک خروجی (VO): 30 ولت. حداکثر ولتاژ مطلقی که میتواند روی پایه خروجی (پایه 5) نسبت به VEE(پایه 4) ظاهر شود.
- جریان پیک خروجی (IOPH/IOPL): 1.0± آمپر. این جریان پیک سورس (سمت بالا) و سینک (سمت پایین) است که مرحله خروجی میتواند تحویل دهد. این جریان برای دستیابی به سرعتهای سوئیچینگ سریع حیاتی است، زیرا مستقیماً ظرفیت گیت (Qg) را شارژ/دشارژ میکند.
- ولتاژ ایزولاسیون (VISO): 5000 ولتrmsبه مدت 1 دقیقه. این یک رتبهبندی ایمنی کلیدی برای سد ایزولاسیون گالوانیکی بین سمت ورودی و خروجی است.
- دمای عملکرد (TOPR): 40- تا 110+ درجه سانتیگراد. محدوده دمای محیطی که در آن قطعه تضمین میشود مشخصات منتشر شده خود را برآورده کند.
2.2 مشخصات الکترواپتیکی و انتقال
این پارامترها عملکرد قطعه را تحت شرایط عملیاتی عادی در گستره دمایی مشخص شده تعریف میکنند.
- ولتاژ مستقیم (VF): حداکثر 1.8 ولت در IF=10 میلیآمپر. این مقدار برای طراحی مقاومت محدودکننده جریان در سمت ورودی استفاده میشود.
- جریانهای تغذیه (ICCH, ICCL): معمولاً 1.4 تا 1.5 میلیآمپر، با حداکثر 3.2 میلیآمپر. این جریان بیبار IC سمت خروجی از منبع VCCاست که برای محاسبه اتلاف توان مهم است.
- قابلیت جریان خروجی (IOH, IOL): دیتاشیت حداقل جریانهای خروجی را تحت شرایط افت ولتاژ خاص مشخص میکند. به عنوان مثال، حداقل جریان سینک 1.0 آمپر را هنگامی که ولتاژ خروجی (VO) در VEE+4 ولت است، تضمین میکند. جریان پیک واقعی در یک مدار توسط امپدانس حلقه درایو گیت و VCC/VEE supply.
- سطوح ولتاژ خروجی (VOH, VOL): ولتاژ خروجی سطح بالا تضمین میشود که در فاصله 4 ولتی VCCهنگام سینک 1 آمپر، و در فاصله 0.5 ولتی VCCهنگام سینک 100 میلیآمپر باشد. به طور مشابه، خروجی سطح پایین در فاصله 4 ولتی VEEهنگام سورس 1 آمپر است. این "افت ولتاژها" به دلیل مقاومت روشن ترانزیستورهای خروجی است.
- جریان آستانه ورودی (IFLH): حداکثر 5 میلیآمپر. این حداکثر جریان LED ورودی مورد نیاز برای تضمین سوئیچ خروجی به حالت بالا (با فرض اینکه VCCبالاتر از آستانه UVLO است) میباشد. طراحی مدار ورودی برای ارائه جریانی به طور قابل توجهی بالاتر از این مقدار (مثلاً 10 تا 16 میلیآمپر)، مصونیت در برابر نویز را تضمین کرده و تغییرات تاخیر انتشار را به حداقل میرساند.
- قفلشدگی در ولتاژ پایین (UVLO): خروجی غیرفعال میشود اگر ولتاژ تغذیه VCC-VEEزیر آستانه UVLO- (حداقل 5.5 ولت، معمولی 6.8 ولت، حداکثر 8 ولت) بیاید. هنگامی که تغذیه بالاتر از آستانه UVLO+ (حداقل 6.5 ولت، معمولی 7.8 ولت، حداکثر 9 ولت) برود، مجدداً فعال میشود. این ویژگی از درایو شدن قطعه قدرت در ناحیه خطی با ولتاژ گیت ناکافی جلوگیری میکند، که میتواند منجر به گرمایش بیش از حد و خرابی شود.
2.3 مشخصات سوئیچینگ
این پارامترها برای تعیین سرعت سوئیچینگ و زمانبندی در کاربرد حیاتی هستند.
- تاخیرهای انتشار (tPLH, tPHL): حداقل 60 نانوثانیه، معمولی 200 نانوثانیه، حداکثر 400 نانوثانیه. این زمان از لحظه رسیدن جریان LED ورودی به 50% مقدار نهایی خود تا رسیدن خروجی به 50% نوسان نهایی آن، برای هر دو گذار از پایین به بالا و از بالا به پایین است. تطابق بین tPLHو tPHLبرای جلوگیری از اعوجاج عرض پالس مهم است.
- اعوجاج عرض پالس (|tPHL– tPLH|): حداکثر 150 نانوثانیه. این تفاوت بین دو تاخیر انتشار است.
- انحراف تاخیر انتشار (tPSK): حداکثر 150 نانوثانیه. این تغییر در تاخیر انتشار بین واحدهای مختلف یک قطعه یکسان تحت شرایط یکسان است. برای کاربردهایی که از چندین درایور به صورت موازی یا در پیکربندی چند کاناله استفاده میکنند و همزمانی مورد نیاز است، حیاتی میباشد.
- زمانهای صعود/سقوط (tR, tF): معمولاً 80 نانوثانیه. این زمان گذار 10% تا 90% شکل موج ولتاژ خروجی است. زمانهای صعود/سقوط سریعتر، تلفات سوئیچینگ را کاهش میدهند اما میتوانند EMI را افزایش دهند.
- مصونیت گذرای حالت مشترک (CMTI): حداقل 15± کیلوولت بر میکروثانیه. این پارامتر توانایی قطعه در رد کردن گذراهای ولتاژ سریع ظاهر شده در سراسر سد ایزولاسیون بدون ایجاد گلیچ در خروجی را کمّی میکند. شرایط تست (VCM=1500 ولت) نویز دنیای واقعی در مدارهای سوئیچینگ ولتاژ بالا را شبیهسازی میکند.
3. تحلیل منحنیهای عملکرد
منحنیهای مشخصه ارائه شده، بینش ارزشمندی در مورد رفتار قطعه تحت شرایط مختلف ارائه میدهند.
3.1 ولتاژ مستقیم در مقابل دما (شکل 1)
ولتاژ مستقیم (VF) LED ورودی دارای ضریب دمایی منفی است و با افزایش دمای محیط کاهش مییابد. برای یک جریان ورودی ثابت، این به معنای کاهش جزئی اتلاف توان در LED در دماهای بالاتر است. طراحان باید اطمینان حاصل کنند که مقاومت محدودکننده جریان با استفاده از VFدر حداکثر دمای عملیاتی مورد انتظار محاسبه شود تا تضمین کند که جریان درایو کافی همیشه در دسترس است.
3.2 ولتاژ خروجی در مقابل جریان خروجی (شکلهای 2 و 4)
این منحنیها افت ولتاژ در سراسر ترانزیستور خروجی را به عنوان تابعی از جریان خروجی نشان میدهند. افت با افزایش جریان و دما افزایش مییابد. در خروجی 1 آمپر، افت سمت بالا (VCC-VOH) میتواند در دمای 40- درجه سانتیگراد بیش از 2.5 ولت باشد، و افت سمت پایین (VOL-VEE) میتواند در دمای 110+ درجه سانتیگراد بیش از 2.5 ولت باشد. این موضوع باید هنگام تعیین ولتاژ گیت اعمال شده واقعی به IGBT/MOSFET در نظر گرفته شود. به عنوان مثال، با VCCمعادل 15 ولت و VEEمعادل 5- ولت (مجموعاً 20 ولت)، تحویل 1 آمپر در دمای بالا ممکن است منجر به ولتاژ گیت بالا تنها حدود 12.5 ولت و ولتاژ گیت پایین حدود 2.5- ولت شود.
3.3 جریان تغذیه در مقابل دما (شکل 6)
جریان تغذیه (ICC) با دما افزایش مییابد. این برای محاسبه کل اتلاف توان قطعه مهم است، به ویژه هنگامی که چندین درایور روی یک برد واحد استفاده میشوند. اتلاف توان PD= (VCC- VEE) * ICC+ (IOH*VCEsat_H* Duty) + (IOL*VCEsat_L* (1-Duty)).
4. اطلاعات مکانیکی و بستهبندی
4.1 پیکربندی و عملکرد پایهها
قطعه از بستهبندی 6 پایه SDIP استفاده میکند. پایهبندی به شرح زیر است:
- پایه 1: آندLED ورودی.
- پایه 2: بدون اتصال (NC). داخلاً متصل نیست.
- پایه 3: کاتدLED ورودی.
- پایه 4: VEE. ریل تغذیه منفی برای مرحله خروجی. این میتواند زمین (0 ولت) یا یک ولتاژ منفی برای IGBTهایی که نیاز به بایاس خاموششدن منفی دارند، باشد.
- پایه 5: VOUT. پایه خروجی درایو گیت. این پایه مستقیماً به گیت IGBT یا MOSFET، معمولاً از طریق یک مقاومت گیت کوچک (Rg) متصل میشود.
- پایه 6: VCC. ریل تغذیه مثبت برای مرحله خروجی.
4.2 نکته حیاتی کاربرد
A یک خازن بایپس 0.1 میکروفاراد باید بین پایههای 4 (VEE) و 6 (VCC)) متصل شود و تا حد امکان از نظر فیزیکی نزدیک به پایههای فوتوکوپلر قرار گیرد. این خازن جریان فرکانس بالای مورد نیاز مرحله خروجی را در طول گذارهای سریع سوئیچینگ فراهم میکند. عدم استفاده از این خازن یا قرار دادن آن در فاصله زیاد میتواند منجر به رینگینگ بیش از حد در خروجی، افزایش تاخیر انتشار و احتمال خرابی ناشی از نوسان تغذیه شود.
5. دستورالعملهای لحیمکاری و مونتاژ
این قطعه دارای رتبهبندی حداکثر دمای لحیمکاری 260 درجه سانتیگراد به مدت 10 ثانیه است. این با پروفیلهای استاندارد لحیمکاری بدون سرب (Pb-free) سازگار است. باید احتیاطهای استاندارد در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD) رعایت شود، زیرا قطعه حاوی اجزای نیمههادی حساس است. شرایط نگهداری توصیه شده در محدوده دمای ذخیرهسازی مشخص شده 55- تا 125+ درجه سانتیگراد در یک محیط کمرطوبت و ضد استاتیک است.
6. ملاحظات طراحی کاربرد
6.1 مدار کاربرد معمول
یک مدار درایو گیت معمول شامل یک مقاومت محدودکننده جریان ورودی (Rin) است که به صورت سری با LED بین یک سیگنال کنترل (مثلاً 3.3 یا 5 ولت از میکروکنترلر) و زمین متصل شده است. مقدار مقاومت به صورت Rin= (Vcontrol- VF) / IFمحاسبه میشود. مقدار 10 تا 16 میلیآمپر برای IFتوصیه میشود. در سمت خروجی، تغذیههای VCCو VEEاز یک مبدل DC-DC ایزوله مشتق میشوند. پایه خروجی از طریق یک مقاومت کوچک (Rg، مثلاً 2 تا 10 اهم) که سرعت سوئیچینگ را کنترل کرده و رینگینگ را میراود، گیت را درایو میکند. یک مقاومت پایینکش اختیاری (مثلاً 10 کیلواهم) از گیت به سورس/امیتر ممکن است برای مصونیت بیشتر در برابر نویز هنگامی که درایور خاموش است، اضافه شود.
6.2 محاسبات طراحی و مصالحهها
- انتخاب مقاومت گیت: یک Rgکوچکتر اجازه سوئیچینگ سریعتر (تلفات سوئیچینگ کمتر) را میدهد اما جریان پیک، EMI و خطر نوسان گیت را افزایش میدهد. قابلیت جریان پیک 1 آمپری درایور، حد پایینی را بر اساس ولتاژ تغذیه و آستانه گیت تعیین میکند.
- اتلاف توان: کل اتلاف توان باید محاسبه شده و در برابر رتبه حداکثر 300 میلیوات بررسی شود. اتلاف از LED ورودی (IF*VF)، جریان بیبار IC خروجی ((VCC-VEE)*ICC) و تلفات سوئیچینگ در مرحله خروجی ناشی میشود. در فرکانسهای سوئیچینگ بالا (حداکثر تا 50 کیلوهرتز)، تلفات سوئیچینگ قابل توجه میشوند.
- ملاحظات چیدمان: مساحت حلقههای مسیرهای جریان بالا را به حداقل برسانید: 1) مسیر از خازن بایپس (0.1 میکروفاراد) به پایههای VCC, VEEو VOUT. 2) حلقه درایو گیت از VOUTبه گیت قطعه قدرت، از طریق Rg، به سورس/امیتر قطعه قدرت و بازگشت به VEE. از ترکهای کوتاه و پهن یا یک صفحه زمین استفاده کنید.
7. مقایسه فنی و جایگاهیابی
سری ELS3150-G به عنوان یک فوتوکوپلر درایور گیت همهکاره و قوی جایگاهیابی شده است. در مقایسه با فوتوکوپلرهای پایه بدون مرحله خروجی اختصاصی، جریان خروجی به مراتب بالاتری (1 آمپر در مقابل محدوده میلیآمپر) ارائه میدهد که امکان درایو مستقیم قطعات با قدرت متوسط بدون نیاز به بافر خارجی را فراهم میکند. در مقایسه با برخی از ICهای درایور یکپارچه جدیدتر با سطح یکپارچگی بالاتر (مانند تشخیص اشباعزدایی، خاموششدن نرم)، یک عملکرد ایزولاسیون و درایوینگ اساسی و قابل اعتماد ارائه میدهد، که اغلب با هزینه کمتر و قابلیت اطمینان اثبات شده در میدان همراه است. تمایزهای کلیدی آن ترکیب درایو 1 آمپری، CMTI بالا، گستره دمایی وسیع و انطباق با استانداردهای ایمنی عمده بینالمللی است.
8. پرسشهای متداول (بر اساس پارامترهای فنی)
سوال: آیا میتوانم از یک منبع تغذیه 15+ ولت منفرد (VCC=15 ولت، VEE=0 ولت) برای درایو یک IGBT استفاده کنم؟
پاسخ: بله، این یک پیکربندی رایج است. خروجی بین تقریباً 0 ولت و تقریباً 15 ولت نوسان خواهد کرد. اطمینان حاصل کنید که رتبه ولتاژ گیت-امیتر IGBT بیش از حد نباشد و 15 ولت برای اشباع کامل IGBT کافی باشد (مشخصه VGEIGBT را بررسی کنید).
سوال: چرا تاخیر انتشار اندازهگیری شده من بیشتر از مقدار معمول 200 نانوثانیه است؟
پاسخ: تاخیر انتشار با یک بار خاص (Cg=10 نانوفاراد، Rg=10 اهم) تست میشود. اگر ظرفیت گیت شما بزرگتر باشد یا مقاومت گیت شما بزرگتر باشد، تاخیر افزایش مییابد. همچنین، اطمینان حاصل کنید که جریان ورودی IFحداقل 10 میلیآمپر باشد و خازن بایپس به درستی نصب شده باشد.
سوال: افت ولتاژ خروجی هنگام درایو 1 آمپر به نظر بالا میرسد. آیا این طبیعی است؟
پاسخ: بله، به شکلهای 2 و 4 مراجعه کنید. افت ولتاژ 2 تا 3 ولت در 1 آمپر معمول است، به ویژه در دمای شدید. این امر ولتاژ درایو گیت موثر را کاهش میدهد که باید در طراحی در نظر گرفته شود. اگر افت کمتر حیاتی است، استفاده از یک درایور با مرحله خروجی با Rds(on)پایینتر یا موازی کردن قطعات (با توجه به انحراف) را در نظر بگیرید.
9. مثال کاربرد عملی
سناریو: درایو یک IGBT با مشخصات 600 ولت/30 آمپر در یک پایه اینورتر تکفاز برای درایو موتور.
سیگنال کنترل از DSP (3.3 ولت) از طریق یک مقاومت 180 اهمی (IF≈ (3.3 ولت - 1.5 ولت) / 180 اهم ≈ 10 میلیآمپر) به ورودی فوتوکوپلر متصل میشود. سمت خروجی از یک مبدل فلایبک ایزوله برای تولید تغذیههای 15+ ولت (VCC) و 5- ولت (VEE) استفاده میکند که نوسان گیت 20 ولتی را فراهم میآورد. یک خازن سرامیکی 0.1 میکروفاراد مستقیماً بین پایههای 4 و 6 قرار میگیرد. خروجی (پایه 5) از طریق یک مقاومت گیت 4.7 اهمی برای کنترل dV/dt و کاهش EMI به گیت IGBT متصل میشود. ولتاژ خاموششدن منفی به جلوگیری از روشنشدن ناخواسته ناشی از ظرفیت میلر کمک میکند. رتبه CMTI بالا با وجود dv/dt بالای تولید شده هنگامی که IGBT مکمل در پایه سوئیچ میکند، عملکرد قابل اعتماد را تضمین میکند.
10. اصل عملکرد
این قطعه بر اساس اصل ایزولاسیون نوری عمل میکند. یک سیگنال الکتریکی اعمال شده به LED (پایههای 1 و 3) باعث میشود که نور مادون قرمز ساطع کند. این نور از یک سد ایزولاسیون نوری شفاف (معمولاً پلاستیک قالبگیری شده) عبور کرده و به یک آرایه فوتودیود یکپارچه شده در IC سمت خروجی برخورد میکند. فوتوکرنت تولید شده توسط مدار داخلی IC پردازش میشود تا یک مرحله خروجی توتِمپول متشکل از یک ترانزیستور سمت بالا و یک ترانزیستور سمت پایین را کنترل کند. این مرحله خروجی میتواند جریان را سورس و سینک کند تا بار خازنی ارائه شده توسط گیت قطعه قدرت را به سرعت شارژ و دشارژ کند. شیلد فلزی داخلی بین LED و IC آشکارساز، آنها را از نظر خازنی جدا میکند و به طور قابل توجهی مصونیت در برابر گذراهای ولتاژ حالت مشترک سریع را افزایش میدهد.
11. روندهای صنعت
تقاضا برای فوتوکوپلرهای درایور گیت در بخشهای اتوماسیون صنعتی، انرژی تجدیدپذیر و وسایل نقلیه الکتریکی، با نیاز به ایزولاسیون ولتاژ بالا قابل اعتماد، همچنان قوی باقی مانده است. روندهای کلیدی تأثیرگذار بر این دسته محصول عبارتند از: 1)یکپارچگی بالاتر: ادغام ویژگیهای حفاظتی پیشرفته مانند تشخیص اشباعزدایی، کلیپ میلر فعال و کانالهای بازخورد خطا در بسته ایزوله. 2)سرعت بالاتر و انحراف تاخیر کمتر: برای پشتیبانی از نیمههادیهای با گاف انرژی وسیع (SiC, GaN) با سوئیچینگ سریعتر. 3)معیارهای قابلیت اطمینان بهبودیافته: پیشبینی طول عمر عملیاتی طولانیتر، حداکثر دمای اتصال بالاتر و استحکام بهبودیافته در برابر تابش کیهانی برای کاربردهای خودرویی و هوافضا. 4)کوچکسازی بستهبندی: حرکت به سمت بستهبندیهای نصب سطحی کوچکتر (مانند SO-8) با رتبههای ایزولاسیون یکسان یا بهتر برای صرفهجویی در فضای برد. معماری اساسی ایزولاسیون نوری، همانطور که توسط ELS3150-G نشان داده شده است، به دلیل سادگی، مصونیت در برابر نویز و قابلیت اطمینان بلندمدت اثبات شده، همچنان یک راهحل مورد اعتماد و به طور گسترده پذیرفته شده است.
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. |