دیتاشیت سری EL050L فوتوکوپلر - بسته‌بندی SOP هشت پایه - تغذیه دوگانه 3.3V/5V - سرعت 1 مگابیت بر ثانیه - ایزولاسیون بالا - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

سری EL050L نمایانگر یک فوتوکوپلر ترانزیستوری (ایزولاتور نوری) با عملکرد و سرعت بالا است که برای کاربردهایی طراحی شده که نیازمند ایزولاسیون الکتریکی قوی و انتقال سریع سیگنال دیجیتال هستند. عملکرد اصلی این قطعه انتقال سیگنال‌های الکتریکی بین دو مدار ایزوله با استفاده از نور است، در نتیجه از حلقه‌های زمینی جلوگیری کرده، ولتاژهای بالا را مسدود نموده و انتقال نویز را کاهش می‌دهد.

در قلب این قطعه، یک دیود نورافشان مادون قرمز (LED) قرار دارد که به صورت نوری به یک آشکارساز نوری مجتمع پرسرعت با خروجی گیت منطقی کوپل شده است. این پیکربندی به آن اجازه می‌دهد به عنوان یک ایزولاتور دیجیتال عمل کند. این قطعه در یک بسته‌بندی کوچک SOP هشت پایه قرار دارد که آن را برای فرآیندهای مونتاژ مدرن فناوری نصب سطحی (SMT) مناسب می‌سازد.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

EL050L با چندین مزیت کلیدی طراحی شده که جایگاه آن در بازار را تعریف می‌کند:

• عملکرد پرسرعت:قادر به نرخ داده تا 1 مگابیت بر ثانیه (1Mbit/s) است که برای رابط‌های ارتباطی دیجیتال و سیگنال‌های کنترل سوئیچینگ سریع مناسب است.
• ایزولاسیون قوی:ولتاژ ایزولاسیون بالایی معادل 3750 ولت_rmsبین طرف ورودی و خروجی فراهم می‌کند که ایمنی و قابلیت اطمینان در محیط‌های با ولتاژ بالا را تضمین می‌نماید.
• مقاومت عالی در برابر نویز:دارای مقاومت گذرای حالت مشترک (CMTI) بالایی با حداقل 15 کیلوولت بر میکروثانیه است که به آن اجازه می‌دهد تا گذرای ولتاژ سریعی که در سراسر سد ایزولاسیون ظاهر می‌شود را دفع کند. این ویژگی در الکترونیک قدرت پرنویز مانند درایوهای موتور حیاتی است.
• ولتاژ تغذیه دوگانه:طرف خروجی با هر دو سیستم منطقی 3.3 ولت و 5 ولت سازگار است و انعطاف‌پذیری طراحی را ارائه می‌دهد.
• مطابقت زیست‌محیطی:این قطعه فاقد هالوژن و سرب بوده و مطابق با استانداردهای RoHS، REACH و استانداردهای ایمنی بین‌المللی مختلف (UL، cUL، VDE و غیره) است.

بازارهای هدف اصلی شامل اتوماسیون صنعتی، مدارهای فیدبک منبع تغذیه، سیستم‌های درایو موتور، ایزولاسیون رابط ارتباطی و هر کاربرد دیگری است که در آن تفاوت پتانسیل زمین یا نویز ولتاژ بالا مورد نگرانی است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

این بخش تفسیر دقیق و عینی از پارامترهای کلیدی الکتریکی و نوری مشخص شده در دیتاشیت را ارائه می‌دهد.

2.1 محدوده‌های حداکثر مطلق

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

• جریان مستقیم ورودی (I_F):25 میلی‌آمپر پیوسته. این مقدار حداکثر جریان DC عبوری از LED ورودی را محدود می‌کند.
• جریان مستقیم پیک (I_FP):50 میلی‌آمپر برای پالس‌هایی با چرخه کاری 50% و عرض پالس 1 میلی‌ثانیه. این امکان جریان راه‌اندازی لحظه‌ای بالاتر را برای دوره‌های کوتاه فراهم می‌کند.
• ولتاژ معکوس (V_R):5 ولت. LED ورودی نباید تحت بایاس معکوس فراتر از این مقدار قرار گیرد.
• ولتاژ خروجی (V_O) و ولتاژ تغذیه (V_CC):0.5- ولت تا 7+ ولت. پایه خروجی و پایه تغذیه باید نسبت به زمین خروجی (GND) در این محدوده ولتاژ باقی بمانند.
• ولتاژ ایزولاسیون (V_ISO):3750 ولت_rmsبه مدت 1 دقیقه. این ولتاژ تست hi-pot است که بین پایه‌های ورودی اتصال کوتاه شده (1-4) و پایه‌های خروجی اتصال کوتاه شده (5-8) اعمال می‌شود تا یکپارچگی سد ایزولاسیون تأیید گردد.
• دمای عملیاتی (T_OPR):40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد. تضمین می‌شود که قطعه در این محدوده دمای محیطی مشخصات الکتریکی خود را برآورده کند.

2.2 مشخصات الکتریکی و انتقال

این پارامترها در محدوده دمای عملیاتی 0 تا 70 درجه سانتی‌گراد تضمین می‌شوند مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد.

مشخصات ورودی:

• ولتاژ مستقیم (V_F):معمولاً 1.45 ولت، با حداکثر 1.8 ولت در جریان مستقیم (I_F) 16 میلی‌آمپر. این افت ولتاژ دو سر LED هنگام هدایت است.
• ضریب دمایی V_F:تقریباً 1.9- میلی‌ولت بر درجه سانتی‌گراد. ولتاژ مستقیم LED با افزایش دما کاهش می‌یابد که یک مشخصه معمول دیودهای نیمه‌هادی است.

مشخصات خروجی:

• جریان خروجی منطقی بالا (I_OH):جریان نشتی بسیار پایین (حداکثر 0.5 میکروآمپر) هنگامی که ورودی خاموش است (I_F=0). این نشان‌دهنده وضعیت "خاموش" خوب است.
• جریان‌های تغذیه: I_CCL(حالت منطقی پایین، ورودی روشن) معمولاً 100 میکروآمپر است، در حالی که I_CCH(حالت منطقی بالا، ورودی خاموش) بسیار پایین‌تر و معمولاً 0.01 میکروآمپر است. این مقادیر مصرف توان بی‌بار مرحله خروجی را تعیین می‌کنند.

مشخصات انتقال:

• نسبت انتقال جریان (CTR):برای EL050L، CTR تحت شرایط تست استاندارد (I_F=16mA، V_O=0.4V، V_CC=3.3V، T_A=25°C) بین 7% تا 50% مشخص شده است. CTR نسبت جریان کلکتور ترانزیستور خروجی به جریان مستقیم LED ورودی است. حداقل CTR معادل 5% تحت شرایط کمی متفاوت (V_O=0.5V) تضمین می‌شود. این پارامتر برای اطمینان از اینکه خروجی می‌تواند جریان کافی برای پایین کشیدن ولتاژ خروجی سینک کند، حیاتی است.
• ولتاژ خروجی منطقی پایین (V_OL):معمولاً 0.12 ولت، با حداکثر 0.4 ولت هنگامی که I_F=16mA و خروجی در حال سینک کردن 3 میلی‌آمپر است. این ولتاژ اشباع پایین برای سیگنالینگ منطقی پایین تمیز ضروری است.

2.3 مشخصات سوئیچینگ

این پارامترها عملکرد دینامیک فوتوکوپلر را تعریف می‌کنند که برای کاربردهای پرسرعت حیاتی است. تست‌ها در I_F=16mA و V_CC=3.3V انجام می‌شوند.

• زمان‌های تاخیر انتشار:
  • T_PHL(به منطقی پایین):حداکثر 2.0 میکروثانیه با مقاومت بار 4.1 کیلواهم (R_L). سوئیچینگ سریع‌تر (حداکثر 0.9 میکروثانیه) با بار کوچکتر 1.9 کیلواهم حاصل می‌شود. این تاخیر از روشن شدن LED ورودی تا افت ولتاژ خروجی به سطح منطقی پایین است.
  • T_PLH(به منطقی بالا):به طور مشابه، حداکثر 2.0 میکروثانیه (4.1kΩ) و 0.9 میکروثانیه (1.9kΩ). این تاخیر از خاموش شدن LED ورودی تا افزایش ولتاژ خروجی به سطح منطقی بالا است.
• مقاومت گذرای حالت مشترک (CMTI):یک معیار کلیدی استحکام. قطعه تست شده تا حداقل 1000 ولت بر میکروثانیه (معمولی) از نرخ تغییر ولتاژ حالت مشترک (dV_CM/dt) را در حالی که حالت منطقی خروجی صحیح، چه بالا و چه پایین، را حفظ می‌کند، تحمل نماید. تست از یک پالس حالت مشترک با دامنه 10 ولت استفاده می‌کند. CMTI بالا از راه‌اندازی نادرست ناشی از اسپایک‌های نویز در سراسر سد ایزولاسیون جلوگیری می‌کند.

3. پیکربندی پایه‌ها و شرح عملکرد

قطعه از بسته‌بندی SOP هشت پایه استفاده می‌کند. آرایش پایه‌ها به شرح زیر است:

• پایه 1 و 4:بدون اتصال (NC). این پایه‌ها به صورت داخلی متصل نیستند و می‌توانند شناور رها شوند یا برای محافظت در چیدمان PCB به زمین متصل گردند.
• پایه 2:آند LED مادون قرمز ورودی.
• پایه 3:کاتد LED مادون قرمز ورودی.
• پایه 5:زمین (GND) برای مدار طرف خروجی.
• پایه 6:ولتاژ خروجی (V_OUT). این خروجی کلکتور باز آشکارساز نوری است. یک مقاومت pull-up خارجی به V_CCمورد نیاز است.
• پایه 7:ولتاژ استروب یا بایاس (V_B). بر اساس شرح ("خروجی قابل استروب")، این پایه احتمالاً راهی برای فعال یا غیرفعال کردن مرحله خروجی به منظور کاهش نویز یا مالتی‌پلکس کردن چند دستگاه فراهم می‌کند. دیتاشیت اطلاعات کاربردی دقیقی برای این پایه ارائه نمی‌دهد؛ توصیه می‌شود به یادداشت‌های کاربردی سازنده مراجعه شود.
• پایه 8:ولتاژ تغذیه (V_CC) برای طرف خروجی. 3.3 ولت یا 5 ولت را می‌پذیرد.

4. راهنمای کاربردی و ملاحظات طراحی

4.1 سناریوهای کاربردی متداول

• ایزولاسیون درایو گیت در درایوهای موتور/اینورترها:ایزوله کردن سیگنال‌های PWM میکروکنترلر کم‌ولتاژ از مدارهای درایور گیت پرولتاژ و پرنویز برای IGBT یا MOSFET. CMTI بالا در اینجا حیاتی است.
• ایزولاسیون حلقه فیدبک در منابع تغذیه سوئیچینگ (SMPS):ارائه فیدبک ولتاژ/جریان ایزوله از طرف ثانویه (خروجی) به کنترلر طرف اولیه، برای تضمین ایمنی و تنظیم.
• ایزولاسیون رابط ارتباطی:ایزوله کردن خطوط داده سریال (مانند RS-485، CAN، UART) برای شکستن حلقه‌های زمینی و محافظت از منطق حساس در برابر گذراها.
• تبدیل سطح منطقی و جداسازی زمین:رابط‌سازی بین سیستم‌هایی با پتانسیل زمین یا سطوح ولتاژ منطقی متفاوت (مانند LVTTL 3.3V به CMOS 5V).
• جایگزینی برای ترانسفورماتورهای پالس یا فوتوکوپلرهای ترانزیستوری کندتر:ارائه راه‌حلی کوچک‌تر، مجتمع‌تر و بالقوه قابل اطمینان‌تر با سرعت قابل مقایسه یا بهتر.

4.2 ملاحظات طراحی حیاتی

• مقاومت محدودکننده جریان ورودی:یک مقاومت سری باید همیشه با LED ورودی استفاده شود تا جریان مستقیم (I_F) را به یک مقدار ایمن، معمولاً بین 5 تا 16 میلی‌آمپر مطابق با شرایط تست دیتاشیت، محدود کند. مقدار مقاومت به صورت R_limit= (V_drive- V_F) / I_F.
• محاسبه می‌شود.مقاومت pull-up خروجی:_CCخروجی کلکتور باز روی پایه 6 نیاز به یک مقاومت pull-up خارجی به V_Lدارد. مقدار این مقاومت (R
  • ) یک مصالحه حیاتی است:_LRکوچکتر (مثلاً 1.9kΩ):_PLHزمان‌های افزایش سریع‌تر (T_OLپایین‌تر) و pull-up قوی‌تری فراهم می‌کند، اما اتلاف توان را هنگامی که خروجی پایین است (I_CC= V_L/R
  • ) افزایش می‌دهد. اطمینان حاصل کنید که قابلیت سینک جریان خروجی فراتر نرود._LRبزرگتر (مثلاً 4.1kΩ یا 10kΩ):
• مصرف توان را کاهش می‌دهد اما منجر به زمان‌های افزایش کندتر شده و ممکن است در برابر دریافت نویز آسیب‌پذیرتر باشد.دکاپلینگ منبع تغذیه:_CCیک خازن سرامیکی 0.1µF را نزدیک به پایه‌های 8 (V
• ) و 5 (GND) قرار دهید تا یک منبع جریان محلی با امپدانس پایین برای سوئیچینگ پرسرعت فراهم کرده و نویز را فیلتر کند.چیدمان PCB برای CMTI بالا:
• برای حفظ مقاومت گذرای حالت مشترک بالا، ظرفیت خازنی پارازیتی در سراسر سد ایزولاسیون را به حداقل برسانید. این به معنای جداسازی فیزیکی مسیرهای ورودی و خروجی روی PCB، اجتناب از موازی کشیدن آن‌ها و رعایت فواصل خزش و فاصله توصیه شده در استانداردهای ایمنی است._Bکاربرد پایه استروب (V):_CCاگر ویژگی قابل استروب مورد نیاز نیست، این پایه باید مطابق با توصیه سازنده، که اغلب اتصال به V

یا شناور رها کردن است، متصل شود. دیتاشیت فاقد راهنمایی صریح است، بنابراین تأیید لازم است.

5. اطلاعات مکانیکی، بسته‌بندی و مونتاژ

5.1 ابعاد بسته‌بندی و نصب

قطعه در یک بسته‌بندی SOP هشت پایه قرار دارد. دیتاشیت شامل یک نقشه بسته‌بندی با ابعاد حیاتی (طول، عرض، ارتفاع، فاصله پایه‌ها و غیره) است. طراحان باید برای ایجاد ردپای PCB به این ابعاد پایبند باشند.

یک چیدمان پد توصیه شده برای نصب سطحی معمولاً ارائه می‌شود تا تشکیل اتصال لحیم قابل اطمینان در طول لحیم‌کاری ریفلو را تضمین کند. این چیدمان تخلیه حرارتی و فیله‌های لحیم مناسب را در نظر می‌گیرد.

• 5.2 لحیم‌کاری و جابجاییلحیم‌کاری ریفلو:_SOLقطعه می‌تواند حداکثر دمای لحیم‌کاری (T
• ) 260 درجه سانتی‌گراد را به مدت 10 ثانیه تحمل کند. پروفایل‌های ریفلو استاندارد بدون سرب (IPC/JEDEC J-STD-020) عموماً قابل اعمال هستند.حساسیت به رطوبت:
• بسته‌بندی‌های SOP معمولاً به رطوبت حساس هستند. اگر قطعه در بسته خشک عرضه شده است، در صورت تجاوز از محدودیت زمان قرارگیری در معرض هوا قبل از لحیم‌کاری، باید مطابق دستورالعمل سازنده پخته شود.شرایط نگهداری:

محدوده دمای نگهداری حداکثر مطلق 40- درجه سانتی‌گراد تا 125+ درجه سانتی‌گراد است. در محیط خشک و ضد استاتیک نگهداری شود.

6. اطلاعات سفارش و تفکیک مدلشماره قطعه از فرمت زیر پیروی می‌کند:

• EL050L(Z)-VEL050L:
• شماره قطعه پایه برای سری.(Z):
  • گزینه نوار و قرقره.
  • هیچ: بسته‌بندی در لوله‌های 100 عددی.
  • (TA): نوار و قرقره نوع TA، 2000 عدد در هر قرقره.
• (TB): نوار و قرقره نوع TB، 2000 عدد در هر قرقره.-V:

پسوند اختیاری که نشان می‌دهد قطعه مطابق با استانداردهای VDE گواهی شده است. اگر حذف شود، قطعه دارای تأییدیه‌های استاندارد (UL، cUL و غیره) است.

• مثال‌ها:EL050L:
• قطعه استاندارد در لوله.EL050L-V:
• قطعه دارای گواهی VDE در لوله.EL050L(TA)-V:

قطعه دارای گواهی VDE روی نوار و قرقره نوع TA.

7. مقایسه فنی و پرسش‌های متداول

• 7.1 مقایسه با سایر انواع ایزولاتوردر مقابل فوتوکوپلرهای ترانزیستوری سنتی:
• EL050L به دلیل مرحله خروجی گیت منطقی مجتمع خود که به طور فعال خروجی را راه‌اندازی می‌کند به جای اتکا به یک فوتوترانزیستور غیرفعال، به طور قابل توجهی سریع‌تر است (1Mbit/s در مقابل اغلب <100kbit/s).در مقابل ایزولاتورهای دیجیتال (بر پایه CMOS):
• ایزولاتورهای دیجیتال از کوپلینگ RF یا خازنی استفاده می‌کنند و می‌توانند سرعت بسیار بالاتر (مثلاً 100Mbit/s+) و مصرف توان کمتری را محقق کنند. با این حال، فوتوکوپلرهایی مانند EL050L عموماً ولتاژ ایزولاسیون ذاتی بالاتر و قابلیت اطمینان بلندمدت بیشتری به دلیل ایزولاسیون نوری گالوانیکی خود ارائه می‌دهند که در برابر میدان‌های مغناطیسی مصون است.در مقابل ترانسفورماتورهای پالس:

EL050L یک تبدیل سطح DC استاتیک را فراهم می‌کند، در حالی که ترانسفورماتورها فقط سیگنال‌های AC را عبور می‌دهند. همچنین کوچکتر است و به مدارهای درایور پیچیده برای شکل‌دهی سیگنال نیاز ندارد.

7.2 پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترها)

سوال: آیا می‌توانم LED ورودی را مستقیماً از یک پایه میکروکنترلر 5 ولت راه‌اندازی کنم؟_{پاسخ: خیر. شما باید از یک مقاومت محدودکننده جریان استفاده کنید. برای یک پایه MCU 5 ولتی، V}drive_F=5V. با فرض V_F≈1.5V و I_{مورد نظر =10mA، R}limit

= (5V - 1.5V) / 0.01A = 350Ω. یک مقاومت 330Ω یا 360Ω مناسب خواهد بود._Lسوال: چه مقدار مقاومت pull-up (R

) باید روی خروجی استفاده کنم؟_CCپاسخ: بستگی به نیازهای سرعت و توان شما دارد. برای حداکثر سرعت، از 1.9kΩ استفاده کنید (اگر V_OL=3.3V، I_IL≈1.7mA). برای توان پایین‌تر و سرعت متوسط، 4.7kΩ یا 10kΩ متداول است. تأیید کنید که آستانه منطقی پایین ورودی بار شما (V_OL) به طور ایمن بالاتر از V_OL.

فوتوکوپلر در I

انتخاب شده شما باشد._Fسوال: CTR محدوده وسیعی دارد (7% تا 50%). این چگونه بر طراحی من تأثیر می‌گذارد؟

پاسخ: شما باید برای بدترین حالت حداقل CTR (5% تحت شرایط خاص دیتاشیت) طراحی کنید تا اطمینان حاصل شود که خروجی همیشه می‌تواند جریان کافی برای رسیدن به یک ولتاژ منطقی پایین معتبر سینک کند. اگر حاشیه طراحی شما با حداقل CTR کافی نیست، ممکن است نیاز به افزایش جریان LED ورودی (I

) داشته باشید.

سوال: آیا رتبه ایزولاسیون 3750Vrms برای کاربرد صنعتی من کافی است؟

پاسخ: 3750Vrms یک رتبه استاندارد برای ایزولاسیون عملکردی در بسیاری از سیستم‌های کنترل صنعتی است. برای ایزولاسیون تقویت شده یا کاربردهای با ولتاژ شبکه بالاتر (مثلاً 480VAC سه فاز)، شما باید استانداردهای ایمنی خاص (IEC/UL 60747-5-5) را بررسی کنید تا اطمینان حاصل کنید که رتبه‌بندی‌های قطعه با ولتاژ کاری مورد نیاز، درجه آلودگی و معیارهای گروه مواد مطابقت دارد.

8. اصل عملکرد و روندهای فناوری

8.1 اصل عملکرد

EL050L بر اساس اصل اساسی تبدیل نوری-الکترونیکی عمل می‌کند. هنگامی که یک جریان مستقیم به LED مادون قرمز طرف ورودی (پایه‌های 2-3) اعمال می‌شود، فوتون ساطع می‌کند. این فوتون‌ها از یک سد ایزولاسیون شفاف (معمولاً یک ترکیب قالب‌گیری شده سیلیکون یا پلاستیک) عبور کرده و به ناحیه حساس به نور آشکارساز مجتمع در طرف خروجی برخورد می‌کنند. مدار آشکارساز، که شامل یک فوتودیود و یک مرحله تقویت (احتمالاً یک تقویت کننده ترانس‌امپدانس و یک مقایسه‌گر/گیت منطقی) است، سیگنال نور را دوباره به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند. ویژگی "قابل استروب" روی پایه 7 نشان‌دهنده یک ورودی کنترل اضافی به این مرحله خروجی است، احتمالاً برای گیت کردن خروجی به منظور کاهش توان یا فعال‌سازی اشتراک‌گذاری باس. مزیت کلیدی عدم کامل اتصال گالوانیکی (الکتریکی) بین دو طرف است که ایزولاسیون ولتاژ بالا و مقاومت در برابر نویز را فراهم می‌کند.