دیتاشیت سری 6N135، 6N136، EL450x - کوپلر نوری ترانزیستوری پرسرعت 1 مگابیت بر ثانیه، بسته‌بندی DIP-8، ولتاژ ایزولاسیون 5000 ولت RMS

1. مرور کلی محصول

6N135، 6N136، EL4502 و EL4503 خانواده‌ای از کوپلرهای نوری خروجی ترانزیستوری پرسرعت (آپتوایزولاتور) هستند که برای کاربردهای نیازمند ایزولاسیون سریع سیگنال دیجیتال طراحی شده‌اند. هر قطعه یک دیود نورافشان مادون قرمز (LED) را که به صورت نوری به یک ترانزیستور فوتودتکتور پرسرعت کوپل شده، در خود ادغام کرده است. مزیت اصلی این سری در پیکربندی اختصاصی پایه‌های آن نهفته است که بایاس فوتودیود داخلی و کلکتور ترانزیستور خروجی را از هم جدا می‌کند. این انتخاب معماری، ظرفیت خازنی بیس-کلکتور ترانزیستور ورودی را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد و امکان سرعت سوئیچینگ تا 1 مگابیت بر ثانیه (1Mbit/s) را فراهم می‌آورد که این سرعت، چندین مرتبه از کوپلرهای مبتنی بر فوتوترانزیستور معمولی سریع‌تر است.

این قطعات در بسته‌بندی استاندارد دو ردیفه 8 پایه (DIP) ارائه می‌شوند و با گزینه‌هایی برای فاصله پایه‌های عریض و پیکربندی نصب سطحی در دسترس هستند. عملکرد آنها در محدوده دمایی وسیعی مشخص شده و با استانداردهای ایمنی بین‌المللی اصلی مطابقت دارند که آنها را برای کاربردهای صنعتی، مخابراتی و الکترونیک قدرت مناسب می‌سازد.

2. تفسیر عمیق و عینی پارامترهای فنی

2.1 ریتینگ‌های حداکثر مطلق

ریتینگ‌های حداکثر مطلق، محدوده‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آنها ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. عملکرد مداوم قطعه در این محدوده‌ها یا نزدیک به آنها توصیه نمی‌شود. ریتینگ‌های کلیدی شامل موارد زیر است:

• جریان مستقیم ورودی (I_F): 25 میلی‌آمپر پیوسته. جریان مستقیم پیک (I_FP) برای پالس‌هایی با سیکل وظیفه 50% و عرض پالس 1 میلی‌ثانیه، 50 میلی‌آمپر ریت شده است.
• ولتاژ معکوس (V_R): حداکثر 5 ولت در دو سر LED ورودی.
• ولتاژ خروجی (V_O): محدوده از 0.5- ولت تا 20+ ولت در پایه خروجی.
• ولتاژ تغذیه (V_CC): محدوده از 0.5- ولت تا 30+ ولت برای منبع تغذیه سمت خروجی.
• ولتاژ ایزولاسیون (V_ISO): 5000 ولت_rmsبه مدت 1 دقیقه. این یک پارامتر ایمنی حیاتی است که با اتصال کوتاه پایه‌های سمت ورودی (1-4) به یکدیگر و پایه‌های سمت خروجی (5-8) به یکدیگر تست می‌شود.
• دمای عملیاتی (T_OPR): 55- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس. این محدوده وسیع، عملکرد مطمئن در محیط‌های سخت را تضمین می‌کند.
• تلفات توان کل (P_TOT): 200 میلی‌وات، که ترکیبی از محدودیت‌های توان ورودی و خروجی است.

2.2 مشخصات الکتریکی و انتقال

این پارامترها در محدوده دمای عملیاتی 0 تا 70 درجه سلسیوس تضمین می‌شوند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. آنها عملکرد قطعه را در شرایط عملیاتی عادی تعریف می‌کنند.

• ولتاژ مستقیم (V_F): به طور معمول 1.45 ولت در I_F= 16 میلی‌آمپر. این پارامتر برای طراحی مدار محدودکننده جریان سمت ورودی مهم است.
• نسبت انتقال جریان (CTR): این نسبت جریان کلکتور ترانزیستور خروجی به جریان مستقیم LED ورودی است که به صورت درصد بیان می‌شود. 6N135 حداقل CTR برابر با 7% دارد (در شرایط معمولی)، در حالی که 6N136، EL4502 و EL4503 حداقل 19% را دارند. این پارامتر مستقیماً بر جریان درایو مورد نیاز برای یک جریان خروجی مشخص تأثیر می‌گذارد.
• ولتاژ خروجی منطقی صفر (V_OL): ولتاژ در پایه خروجی هنگامی که قطعه در حالت "روشن" قرار دارد. برای 6N135، تضمین می‌شود که در I_F=16mA و I_O=1.1mA کمتر از 0.4V (حداکثر) باشد. برای 6N136/EL450x، در I_O=3mA کمتر از 0.4V است. مقدار پایین V_OLبرای سیگنال‌های منطقی صفر تمیز حیاتی است.
• جریان‌های تغذیه (I_CCL, I_CCH): I_CCLجریانی است که از V_CCکشیده می‌شود وقتی خروجی در سطح پایین است (LED روشن)، به طور معمول 140 میکروآمپر. I_CCHجریانی است که وقتی خروجی در سطح بالا است (LED خاموش)، به طور معمول 0.01 میکروآمپر، که نشان‌دهنده مصرف توان بسیار کم در حالت بیکار است.

3. مشخصات سوئیچینگ

این پارامترها سرعت قطعه را که وجه تمایز اصلی آن است، کمّی می‌کنند. تست‌ها در I_F=16mA و V_CC=5V انجام می‌شوند.

• تأخیر انتشار (t_PHL, t_PLH): این تأخیر زمانی بین لبه سیگنال ورودی و پاسخ خروجی متناظر است.
  • 6N135: t_PHL(به پایین) به طور معمول 0.35 میکروثانیه (حداکثر 2.0 میکروثانیه)؛ t_PLH(به بالا) به طور معمول 0.5 میکروثانیه (حداکثر 2.0 میکروثانیه) با R_L=4.1kΩ است.
  • 6N136/EL450x: t_PHLبه طور معمول 0.35 میکروثانیه (حداکثر 1.0 میکروثانیه)؛ t_PLHبه طور معمول 0.3 میکروثانیه (حداکثر 1.0 میکروثانیه) با R_L=1.9kΩ است.
  این تأخیرهای انتشار سریع، انتقال داده قابل اطمینان در 1Mbit/s را ممکن می‌سازند.
• ایمنی در برابر اغتشاش حالت مشترک (CM_H, CM_L): این پارامتر توانایی قطعه در رد کردن ترانزی‌نت‌های ولتاژ سریع (نویز) که به طور یکسان در دو سمت ورودی و خروجی موانع ایزولاسیون ظاهر می‌شوند را اندازه‌گیری می‌کند. واحد آن ولت بر میکروثانیه (V/µs) است.
  • 6N135/6N136/EL4502: حداقل 1000 V/µs برای هر دو حالت بالا و پایین.
  • EL4503: به طور قابل توجهی بالاتر، با مقدار معمولی 20000 V/µs و حداقل 15000 V/µs، که آن را برای محیط‌های بسیار پرنویز مانند درایورهای موتور ایده‌آل می‌سازد.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 پیکربندی پایه‌ها

این قطعات از بسته‌بندی DIP 8 پایه استفاده می‌کنند. پیکربندی پایه‌ها بین 6N135/6N136 و EL4502/EL4503 کمی متفاوت است، عمدتاً در عملکرد پایه 7.

برای 6N135 / 6N136:

1. بدون اتصال (NC)
2. آند (آند LED ورودی)
3. کاتد (کاتد LED ورودی)
4. بدون اتصال (NC)
5. زمین (زمین سمت خروجی، GND)
6. ولتاژ خروجی (V_OUT)
7. ولتاژ بایاس (V_B) - این پایه یک اتصال جداگانه برای بایاس فوتودیود داخلی فراهم می‌کند که کلید دستیابی به سرعت بالا است.
8. ولتاژ تغذیه (V_CC)

برای EL4502 / EL4503:

1. بدون اتصال (NC)
2. آند (آند LED ورودی)
3. کاتد (کاتد LED ورودی)
4. بدون اتصال (NC)
5. زمین (زمین سمت خروجی، GND)
6. ولتاژ خروجی (V_OUT)
7. بدون اتصال (NC) - توجه: پایه 7 در این واریانت‌ها متصل نیست.
8. ولتاژ تغذیه (V_CC)

5. پیشنهادات کاربردی

5.1 سناریوهای کاربردی متداول

• دریافت‌کننده‌های خطی و تجهیزات مخابراتی: ایزوله کردن خطوط داده دیجیتال (مانند RS-232، RS-485) برای جلوگیری از حلقه‌های زمین و محافظت از مدارات حساس در برابر موج‌های گذرا.
• ایزولاسیون ترانزیستور قدرت در درایورهای موتور و منابع تغذیه سوئیچینگ (SMPS): ارائه سیگنال‌های درایو گیت به MOSFET/IGBTهای قدرت سمت بالا در حالی که ایزولاسیون گالوانیک حفظ می‌شود. ایمنی بالا در برابر اغتشاش حالت مشترک (به ویژه در EL4503) در اینجا حیاتی است.
• ایزولاسیون زمین منطقی پرسرعت: شکستن حلقه‌های زمین بین زیرسیستم‌های دیجیتالی که در پتانسیل‌های مختلف کار می‌کنند و جلوگیری از کوپلینگ نویز.
• جایگزینی برای کوپلرهای فوتوترانزیستوری کم‌سرعت: ارتقاء طراحی‌های موجود برای نرخ داده بالاتر بدون تغییرات عمده در مدار.
• لوازم خانگی و کنترل‌های صنعتی: ایزوله کردن میکروکنترلرهای رابط کاربر از مراحل قدرت.

5.2 ملاحظات طراحی

• محدود کردن جریان ورودی: باید از یک مقاومت خارجی به صورت سری با LED ورودی استفاده شود تا جریان مستقیم (I_F) را به مقدار مطلوب، معمولاً حدود 16 میلی‌آمپر برای سرعت و CTR بهینه، محدود کند. مقدار مقاومت به صورت (ولتاژ تغذیه - V_F) / I_F.
• محاسبه می‌شود.مقاومت پول‌آپ خروجی_L: یک مقاومت پول‌آپ (R_OUT) بین V_CC(پایه 6) و V_L(پایه 8) مورد نیاز است. مقدار آن هم بر سرعت سوئیچینگ و هم بر قابلیت جریان خروجی تأثیر می‌گذارد. دیتاشیت شرایط تست را با R
• =4.1kΩ برای 6N135 و 1.9kΩ برای 6N136/EL450x مشخص می‌کند. مقادیر کمتر سرعت را افزایش می‌دهند اما تلفات توان را نیز افزایش می‌دهند.خازن‌های بای‌پس_CC: یک خازن سرامیکی 0.1 میکروفاراد را نزدیک به پایه‌های V
• و GND در سمت خروجی قرار دهید تا نویز فرکانس بالا دکپل شود.لایه‌بندی برای CMR بالا

: برای حفظ حذف حالت مشترک بالا، ظرفیت خازنی پارازیتی بین سمت ورودی و خروجی در لایه‌بندی برد مدار را به حداقل برسانید. ردپاها در دو طرف مانع ایزولاسیون را به خوبی از هم جدا نگه دارید.

6. مقایسه فنی و راهنمای انتخاب

• تفاوت‌های اصلی درون این سری در نسبت انتقال جریان (CTR) و حذف حالت مشترک (CMR) است.6N135 در مقابل 6N136/EL4502
• : 6N135 حداقل CTR پایین‌تری دارد (7% در مقابل 19%). این بدان معناست که ممکن است برای دستیابی به همان نوسان جریان خروجی، به جریان ورودی کمی بالاتری نیاز داشته باشد. 6N136/EL450x حاشیه بهتری ارائه می‌دهد.EL4503 در مقابل سایرین
• : EL4503 با ایمنی استثنایی بالا در برابر اغتشاش حالت مشترک (حداقل 15000 V/µs) متمایز می‌شود. این ویژگی آن را به انتخاب ترجیحی برای کاربردهای با نویز الکتریکی بسیار بالا، مانند درایورهای فرکانس متغیر (VFD) یا کنترل‌کننده‌های موتور صنعتی، که در آنها اسپایک‌های ولتاژ سریع (dV/dt) رایج است، تبدیل می‌کند.:
  • خلاصه انتخاب
  • برای ایزولاسیون پرسرعت عمومی با CTR خوب: 6N136 یا EL4502 را انتخاب کنید.
  • اگر هزینه عامل اصلی است و CTR پایین‌تر قابل قبول است: 6N135 ممکن است کافی باشد.

برای سخت‌ترین محیط‌های الکترونیک قدرت با نویز بالا: EL4503 به طور خاص برای این نقش طراحی شده است.

7. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: مزیت اصلی این کوپلر نوری نسبت به یک 4N35 استاندارد چیست؟_Bج: سرعت. معماری پایه بایاس اختصاصی (V

در 6N135/136) ظرفیت داخلی را کاهش می‌دهد و امکان عملکرد در 1Mbit/s را فراهم می‌کند، در حالی که یک کوپلر فوتوترانزیستوری استاندارد مانند 4N35 معمولاً به زیر 100 kbit/s محدود می‌شود.

س: آیا می‌توانم از یک منبع تغذیه 5 ولت واحد برای هر دو سمت ورودی و خروجی استفاده کنم؟_CCج: از نظر الکتریکی بله، اما این هدف ایزولاسیون را نقض می‌کند. برای ایزولاسیون واقعی، سمت ورودی (LED) و سمت خروجی (دتکتور، V

, GND) باید از منابع تغذیه جداگانه و غیرمتصل یا از یک مبدل DC-DC ایزوله تغذیه شوند.

س: چرا دو مقدار توصیه شده متفاوت برای مقاومت پول‌آپ وجود دارد (4.1kΩ در مقابل 1.9kΩ)؟

ج: مشخصات CTR متفاوت قطعات، منجر به نقاط عملیاتی بهینه متفاوت می‌شود. 6N135 با CTR پایین‌تر، از یک مقاومت پول‌آپ بالاتر برای محدود کردن جریان خروجی با توجه به مشخصات ولتاژ خروجی پایین مشخص شده استفاده می‌کند، در حالی که همچنان به سرعت هدف دست می‌یابد. 6N136/EL450x با CTR بالاتر، می‌تواند از مقدار مقاومت کمتری استفاده کند که می‌تواند سرعت سوئیچینگ را بیشتر بهبود بخشد.

س: "فاقد سرب و مطابق با RoHS" برای فرآیند مونتاژ من چه معنایی دارد؟

ج: به این معنی است که قطعه بدون سرب (Pb) تولید شده و با دستورالعمل محدودیت مواد خطرناک مطابقت دارد. این امکان استفاده از آن را در محصولات فروخته شده در مناطق دارای این مقررات زیست‌محیطی فراهم می‌کند. ریتینگ دمای لحیم‌کاری (260 درجه سلسیوس به مدت 10 ثانیه) برای فرآیندهای لحیم‌کاری بدون سرب مشخص شده است.

8. معرفی اصول عملکرد_CCیک کوپلر نوری خروجی ترانزیستوری بر اساس اصل ایزولاسیون نوری عمل می‌کند. جریان الکتریکی اعمال شده به سمت ورودی، باعث می‌شود یک دیود نورافشان مادون قرمز (LED) نور ساطع کند. این نور از یک شکاف کوچک درون بسته عبور کرده و به ناحیه بیس یک فوتوترانزیستور در سمت خروجی برخورد می‌کند. فوتون‌های ورودی در بیس جفت‌های الکترون-حفره ایجاد می‌کنند که در عمل به عنوان جریان بیس عمل می‌کنند. این "جریان بیس نوری" ترانزیستور را روشن می‌کند و اجازه می‌دهد جریان کلکتور بسیار بزرگتری از V

به پایه خروجی جریان یابد، که از طریق ترانزیستور به سطح پایین کشیده می‌شود. هنگامی که جریان ورودی صفر است، LED خاموش است، نوری به ترانزیستور نمی‌خورد و در حالت خاموش باقی می‌ماند، که اجازه می‌دهد پایه خروجی توسط مقاومت خارجی به سطح بالا کشیده شود. کلید سرعت بالا در این سری، اتصال جداگانه برای فوتودیود داخلی است که بیس ترانزیستور را تغذیه می‌کند، که ظرفیت میلر را که معمولاً فوتوترانزیستورها را کند می‌کند، به حداقل می‌رساند.

9. اطلاعات بسته‌بندی و سفارشاین قطعات از یک طرح شماره‌گذاری قطعه خاص پیروی می‌کنند:6N13XY(Z)-Vیا.

• XEL450XY(Z)-V
• Y: شناسه شماره قطعه (5 یا 6 برای سری 6N؛ 2 یا 3 برای سری EL450).
  • : گزینه فرم پایه.
  • هیچ: DIP-8 استاندارد (فاصله ردیف 0.3 اینچ)، بسته‌بندی در تیوب‌های 45 عددی.
  • M: خم پایه عریض (فاصله 0.4 اینچ)، بسته‌بندی در تیوب‌های 45 عددی.
• ZS: فرم پایه نصب سطحی.
• V: گزینه نوار و قرقره (مثلاً TA). همراه با گزینه 'S' برای قطعات SMD استفاده می‌شود، معمولاً 1000 عدد در هر قرقره.