دیتاشیت سری EL045X و EL050X - فوتوکوپلر ترانزیستوری پرسرعت 1 مگابیت بر ثانیه در بسته‌بندی SOP-8 پین

1. مرور کلی محصول

سری‌های EL045X و EL050X فوتوکوپلرهای (اپتوکوپلرهای) پرسرعت با خروجی ترانزیستوری هستند که برای ایزولاسیون سیگنال در مدارهای الکترونیکی پرچالش طراحی شده‌اند. هر قطعه یک دیود نورافشان مادون قرمز (LED) را که به صورت نوری به یک ترانزیستور فوتودتکتور پرسرعت کوپل شده است، یکپارچه می‌کند. یک ویژگی کلیدی معماری، اتصال جداگانه ارائه شده برای بایاس فوتودیود و کلکتور ترانزیستور خروجی است. این طراحی با کاهش ظرفیت بیس-کلکتور ترانزیستور ورودی در مقایسه با کوپلرهای فوتوترانزیستوری مرسوم، سرعت سوئیچینگ را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد. قطعات در یک بسته‌بندی فشرده 8 پایه Small Outline Package (SOP) که منطبق بر ابعاد استاندارد SO-8 است، قرار گرفته‌اند و آن‌ها را برای کاربردهای با محدودیت فضا مناسب می‌سازد.

مزیت اصلی این سری در ترکیب قابلیت انتقال داده پرسرعت (تا 1 مگابیت بر ثانیه) و ایزولاسیون الکتریکی قوی آن نهفته است. آن‌ها ایمنی گذرای حالت مشترک (CMTI) بالایی ارائه می‌دهند، به ویژه نوع EL0453 که حداقل 15 کیلوولت بر میکروثانیه را تضمین می‌کند و آن‌ها را برای محیط‌های پرنویز مانند درایوهای موتور و منبع تغذیه سوئیچینگ ایده‌آل می‌سازد. این سری با محدوده دمای کاری وسیع، مطابقت با استانداردهای بین‌المللی ایمنی و محیطی (UL, cUL, VDE, RoHS, Halogen Free, REACH) و در دسترس بودن در گریدهای مختلف نسبت انتقال جریان (CTR) برای پاسخگویی به نیازهای کاربردی متنوع مشخص می‌شود.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 حداکثر مقادیر مجاز مطلق

این مقادیر محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. کارکرد مداوم قطعه در این محدودیت‌ها یا نزدیک به آن توصیه نمی‌شود.

• ورودی (سمت LED):حداکثر جریان مستقیم پیوسته (I_F) 25 میلی‌آمپر است. می‌تواند یک جریان مستقیم پیک (I_FP) 50 میلی‌آمپر را در شرایط پالسی (چرخه کاری 50%، عرض پالس 1 میلی‌ثانیه) تحمل کند. یک جریان گذرای پیک بسیار بالا (I_Ftrans) 1 آمپر برای پالس‌های بسیار کوتاه (≤ 1 میکروثانیه، 300 پالس بر ثانیه) مجاز است. حداکثر ولتاژ معکوس (V_R) 5 ولت است.
• خروجی (سمت دتکتور):جریان خروجی متوسط (I_O(AVG)) نباید از 8 میلی‌آمپر تجاوز کند، با محدودیت جریان خروجی پیک (I_O(PK)) 16 میلی‌آمپر. ولتاژ خروجی (V_O) می‌تواند از 0.5- ولت تا 20+ ولت متغیر باشد و ولتاژ تغذیه (V_CC) از 0.5- ولت تا 30+ ولت.
• ایزولاسیون و حرارتی:قطعات یک ولتاژ ایزولاسیون بالا (V_ISO) معادل 3750 ولت_rms(تست شده به مدت 1 دقیقه) ارائه می‌دهند. محدوده دمای کاری (T_OPR) به طور استثنایی وسیع است، از 55- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد. حداکثر دمای لحیم‌کاری 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 ثانیه است.

2.2 مشخصات الکتریکی و انتقالی

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

• مشخصات ورودی:ولتاژ مستقیم معمولی (V_F) LED در جریان مستقیم (I_F) 16 میلی‌آمپر، 1.45 ولت است، با حداکثر 1.8 ولت. ولتاژ مستقیم دارای ضریب دمایی منفی تقریبی 1.9- میلی‌ولت بر درجه سانتی‌گراد است.
• مشخصات خروجی:پارامترهای کلیدی شامل جریان خروجی منطقی High (I_OH) است که بسیار پایین است (سطح نشتی، معمولاً 0.001 میکروآمپر در V_CC=5.5 ولت)، و جریان‌های تغذیه در حالت منطقی Low (I_CCL, ~140 میکروآمپر) و منطقی High (I_CCH, ~0.01 میکروآمپر).
• نسبت انتقال جریان (CTR):این یک پارامتر حیاتی است که بازدهی اپتوکوپلر را تعریف می‌کند. این سری در گریدهای مختلف CTR ارائه می‌شود:
  • EL0500:حداقل CTR 7%، حداکثر 50% (تست معمول: I_F=16mA, V_O=0.4V).
  • EL0501 / EL0452 / EL0453:حداقل CTR 19%، حداکثر 50% (تست معمول: I_F=16mA, V_O=0.4V).
  یک CTR تضمین شده پایین‌تر در شرایط خاص (مثلاً 5% برای EL0500، 15% برای سایرین در V_O=0.5V) نیز مشخص شده است که عملکرد را در شرایط کمتر ایده‌آل تضمین می‌کند.
• ولتاژ خروجی منطقی Low (V_OL):حداکثر ولتاژ در خروجی هنگامی که قطعه در حالت "ON" قرار دارد. معمولاً 0.18 ولت است و بسته به جریان بار (I_O) تضمین می‌شود که زیر 0.4 ولت یا 0.5 ولت باشد.

2.3 مشخصات سوئیچینگ

اندازه‌گیری شده تحت شرایط استاندارد (I_F=16mA, V_CC=5V, T_A=0 to 70°C)، این پارامترها سرعت قطعه را تعریف می‌کنند.

• تأخیر انتشار:
  • EL0500:زمان تأخیر انتشار به منطقی Low (t_PHL) و به منطقی High (t_PLH) حداکثر 2.0 میکروثانیه با مقاومت بار (R_L) 4.1 کیلواهم است.
  • EL0501 / EL0452 / EL0453:سوئیچینگ سریع‌تر با t_PHLو t_PLHحداکثر 1.0 میکروثانیه با استفاده از مقاومت بار 1.9 کیلواهم.
• ایمنی گذرای حالت مشترک (CMTI):این پارامتر توانایی قطعه در رد کردن گذراهای ولتاژ سریع بین زمین‌های ورودی و خروجی آن را اندازه‌گیری می‌کند. این یک پارامتر حیاتی برای ایمنی در برابر نویز در سیستم‌های ایزوله است.
  • EL0453:عملکرد برتر باحداقلCMTI معادل 15,000 ولت بر میکروثانیه در ولتاژ حالت مشترک (V_CM) 1500 ولت پیک تو پیک ارائه می‌دهد.
  • EL0500 / EL0501 / EL0452:دارایمقدار معمولیCMTI معادل 1,000 ولت بر میکروثانیه در V_CM=10V p-p هستند.
  CMTI به طور جداگانه برای خروجی نگه‌داشته شده در حالت منطقی High (CM_H) و منطقی Low (CM_L) مشخص شده است.

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به منحنی‌های مشخصه الکترواپتیکی معمولی ارجاع می‌دهد. در حالی که نمودارهای خاص در متن ارائه نشده‌اند، منحنی‌های استاندارد برای چنین قطعاتی معمولاً شامل موارد زیر است:

• نسبت انتقال جریان (CTR) در مقابل جریان مستقیم (I_F):نشان می‌دهد که بازدهی چگونه با جریان راه‌اندازی LED تغییر می‌کند، معمولاً در یک I_F.
• خاص به اوج می‌رسد._ACTR در مقابل دمای محیط (T):
• وابستگی دمایی بازدهی کوپلینگ را نشان می‌دهد که عموماً با افزایش دما کاهش می‌یابد._Lتأخیر انتشار در مقابل مقاومت بار (R):
• نشان می‌دهد که سرعت سوئیچینگ چگونه تحت تأثیر بار خروجی قرار می‌گیرد._Fولتاژ مستقیم (V_F) در مقابل جریان مستقیم (I):
• منحنی I-V استاندارد برای LED ورودی.ولتاژ اشباع خروجی در مقابل جریان خروجی:

رابطه بین ولتاژ کلکتور-امیتر و جریان را هنگامی که فوتوترانزیستور در حالت اشباع است نشان می‌دهد.

این منحنی‌ها برای طراحان جهت بهینه‌سازی عملکرد مدار، انتخاب نقاط کاری مناسب و درک رفتار قطعه در شرایط غیراستاندارد ضروری هستند.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 پیکربندی و عملکرد پایه‌ها

• قطعه از بسته‌بندی SOP 8 پایه استفاده می‌کند. دو پیکربندی اصلی پایه‌ها مربوط به شماره قطعات مختلف وجود دارد:
  1. برای EL0500 / EL0501:
  2. 1. بدون اتصال (NC)
  2. آند (LED +)3. کاتد (LED -)4. بدون اتصال (NC)5. زمین (GND)_OUT)6. خروجی (V_B7. ولتاژ بایاس (V) - این پایه کلیدی برای افزایش سرعت است._CC)
• 8. ولتاژ تغذیه (V
  1. برای EL0452 / EL0453:
  2. 1. بدون اتصال (NC)
  2. آند (LED +)3. کاتد (LED -)4. بدون اتصال (NC)5. زمین (GND)_OUT)6. خروجی (V7. بدون اتصال (NC)_CC)

8. ولتاژ تغذیه (V_Bوجود پایه V

5. راهنمای کاربردی

5.1 مدارهای کاربردی متداول

دیتاشیت شامل مدارهای تست مرجع برای اندازه‌گیری زمان سوئیچینگ و ایمنی گذرای حالت مشترک (شکل‌های 8 و 9) است. این مدارها به عنوان راهنمایی برای پیاده‌سازی عمل می‌کنند:

• مدار تست زمان سوئیچینگ:معمولاً شامل راه‌اندازی LED ورودی با یک مولد پالس از طریق یک مقاومت محدودکننده جریان است. خروجی به V_CCاز طریق یک مقاومت pull-up (R_L= 4.1kΩ یا 1.9kΩ مطابق مشخصات) متصل شده و با یک اسیلوسکوپ مانیتور می‌شود. تأخیر انتشار بین نقاط 50% شکل موج‌های ورودی و خروجی اندازه‌گیری می‌شود.
• مدار تست ایمنی گذرا:شامل اعمال یک پالس حالت مشترک با ولتاژ بالا و افزایش سریع (V_CM) بین پایه‌های ورودی اتصال کوتاه شده (1-4) و پایه‌های خروجی اتصال کوتاه شده (5-8) است. حالت خروجی مانیتور می‌شود تا اطمینان حاصل شود که به دلیل گذرا به اشتباه تغییر حالت نمی‌دهد.

5.2 ملاحظات طراحی

• محدود کردن جریان LED:باید از یک مقاومت خارجی به صورت سری با LED ورودی برای تنظیم جریان مستقیم (I_F) استفاده شود. مقدار آن بر اساس ولتاژ تغذیه، ولتاژ مستقیم LED (V_F) و I_Fمورد نظر (اغلب 16 میلی‌آمپر برای سرعت/CTR بهینه) محاسبه می‌شود.
• مقاومت بار خروجی (R_L):انتخاب مقاومت pull-up بر سرعت سوئیچینگ، مصرف توان و سطوح منطقی تأثیر می‌گذارد. یک R_Lکوچک‌تر زمان‌های افزایش سریع‌تری فراهم می‌کند اما اتلاف توان را هنگامی که خروجی در حالت Low است افزایش می‌دهد. دیتاشیت شرایط تست را با R_L=4.1kΩ برای EL0500 و 1.9kΩ برای سایرین مشخص می‌کند.
• ایمنی در برابر نویز:برای کاربردها در محیط‌های پرنویز الکتریکی (درایوهای موتور، کنترل‌های صنعتی)، انتخاب نوع EL0453 به دلیل CMTI تضمین شده بالای آن حیاتی است. همچنین چیدمان PCB مناسب، با ردهای کوتاه و خازن‌های دکاپلینگ نزدیک به پایه‌های قطعه ضروری است.
• تخریب CTR:مانند همه اپتوکوپلرها، CTR این قطعات به تدریج در طول زمان کاهش می‌یابد، به ویژه هنگامی که در دماهای بالا و جریان‌های LED بالا کار می‌کنند. طراحی باید حاشیه کافی برای اطمینان از عملکرد مدار در طول عمر مورد نظر محصول در نظر بگیرد.

6. مقایسه فنی و راهنمای انتخاب

سری EL045X/EL050X گزینه‌هایی را ارائه می‌دهد که برای نیازهای مختلف سفارشی شده‌اند:

• EL0500 در مقابل EL0501 / EL0452 / EL0453:تفاوت اصلی در نسبت انتقال جریان (CTR) است. EL0500 حداقل CTR پایین‌تری دارد (7% در مقابل 19%)، که آن را برای کاربردهایی که جریان راه‌اندازی ورودی می‌تواند بالاتر باشد مناسب می‌سازد. سایرین حساسیت بالاتری ارائه می‌دهند.
• EL0453 در مقابل سایرین:EL0453 به دلیلحداقل تضمین شدهایمنی گذرای حالت مشترک 15 کیلوولت بر میکروثانیه متمایز می‌شود. این آن را به انتخاب ترجیحی برای کاربردهای ایزولاسیون پرنویز مانند حلقه‌های فیدبک منبع تغذیه سوئیچینگ یا درایوهای گیت اینورتر درایو موتور، که در آن اسپایک‌های ولتاژ رایج هستند، تبدیل می‌کند. سایر انواع یک CMTI معمولی 1000 ولت بر میکروثانیه را مشخص می‌کنند.
• پیکربندی پایه‌ها:EL0500/01 دارای یک پایه V_Bفعال (7) هستند، در حالی که EL0452/43 آن را به عنوان NC دارند. این بازتاب‌دهنده تفاوت‌های معماری داخلی برای بهینه‌سازی سرعت است.

خلاصه انتخاب:برای بالاترین ایمنی در برابر نویز، EL0453 را انتخاب کنید. برای حساسیت بالاتر و سرعت استاندارد، EL0501/EL0452 را انتخاب کنید. برای کاربردهای حساس به هزینه که CTR پایین‌تر قابل قبول است و جریان راه‌اندازی محدودیتی ندارد، EL0500 را انتخاب کنید.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

قطعات در گزینه‌های بسته‌بندی مختلف برای پاسخگویی به نیازهای تولید در دسترس هستند.

• بسته‌بندی استاندارد:100 عدد در هر تیوب.
• گزینه‌های نوار و قرقره:در انواع قرقره TA یا TB، حاوی 2000 عدد در هر قرقره در دسترس است. این برای مونتاژ سطحی خودکار مناسب است.
• گزینه VDE:قطعات می‌توانند با گواهینامه VDE (که با پسوند "-V" نشان داده می‌شود) سفارش داده شوند.
• شماره‌گذاری قطعه:شماره قطعه از فرمت زیر پیروی می‌کند: EL050X(Z)-V یا EL045X(Z)-V، که در آن:
  • X = شماره قطعه (0,1 برای EL050x; 2,3 برای EL045x).
  • Z = گزینه نوار و قرقره (TA, TB، یا خالی برای تیوب).
  • -V = گواهینامه اختیاری VDE.
  مثال: EL0453(TA)-V نشان‌دهنده یک قطعه EL0453 در بسته‌بندی نوار و قرقره TA با تأییدیه VDE است.

8. اصل عملکرد

قطعه بر اساس اصل کوپلینگ نوری برای ایزولاسیون الکتریکی عمل می‌کند. یک سیگنال الکتریکی اعمال شده به سمت ورودی باعث می‌شود LED مادون قرمز نوری متناسب با جریان ساطع کند. این نور از یک شکاف عایق (معمولاً یک دی‌الکتریک شفاف) عبور کرده و به فوتودتکتور در سمت خروجی برخورد می‌کند. در این سری، دتکتور یک دیود حساس به نور است که به بیس یک ترانزیستور پرسرعت متصل شده است. پایه بایاس جداگانه (V_Bدر برخی انواع) امکان بایاس پیشین فوتودیود را فراهم می‌کند که ظرفیت پیوند آن را به حداقل می‌رساند. هنگامی که نور به فوتودیود برخورد می‌کند، جریانی تولید می‌کند که مستقیماً بیس ترانزیستور را راه‌اندازی کرده و آن را روشن می‌کند. این طراحی از ظرفیت میلر بزرگ مرتبط با پیوند بیس-کلکتور یک فوتوترانزیستور استاندارد اجتناب می‌کند و سرعت‌های سوئیچینگ بسیار بالاتری - تا 1 مگابیت بر ثانیه - را ممکن می‌سازد. مسیر نوری ایزولاسیون گالوانیکی را فراهم می‌کند، ولتاژهای بالا (تا 3750 ولت_rms) را مسدود کرده و نویز حالت مشترک بین مدارهای ورودی و خروجی را رد می‌کند.

9. سناریوهای کاربردی

• حلقه‌های فیدبک منبع تغذیه سوئیچینگ (SMPS):ارائه فیدبک ولتاژ ایزوله از سمت ثانویه به کنترلر سمت اولیه، که نیازمند هم سرعت برای پایداری حلقه و هم CMTI بالا برای تحمل نویز سوئیچینگ است.
• ایزولاسیون اینورتر درایو موتور:ایزوله کردن سیگنال‌های درایو گیت برای IGBTها یا MOSFETها در درایوهای فرکانس متغیر. CMTI بالای EL0453 در اینجا برای جلوگیری از راه‌اندازی اشتباه ناشی از گذراهای dv/dt بالا ضروری است.
• رابط‌های ارتباطی صنعتی:عمل کردن به عنوان گیرنده خط برای شبکه‌های ایزوله RS-485، CAN یا Profibus، محافظت از مدارهای منطقی حساس در برابر حلقه‌های زمین و موج‌های گذرا.
• تجهیزات مخابراتی:ارائه ایزولاسیون سیگنال در کارت‌های خط یا ماژول‌های رابط.
• جایگزینی برای کوپلرهای فوتوترانزیستوری کم‌سرعت:ارتقاء طراحی‌های موجود برای دستیابی به نرخ داده بالاتر بدون تغییر ابعاد برد (سازگار با SO-8).
• کنترل لوازم خانگی:ایزوله کردن میکروکنترلرهای رابط کاربر از بخش‌های سوئیچینگ قدرت (مثلاً در ماشین‌های لباسشویی، کولرهای گازی).

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

س1: تفاوت اصلی بین EL0500 و EL0501 چیست؟

ج1: تفاوت اصلی در حداقل تضمین شده نسبت انتقال جریان (CTR) است. EL0500 حداقل CTR پایین‌تری (7% در شرایط مشخص شده) در مقایسه با EL0501 (19%) دارد. این بدان معناست که EL0501 حساسیت بیشتری دارد و می‌تواند با جریان LED ورودی کمی پایین‌تر برای دستیابی به همان خروجی کار کند، اما EL0500 ممکن است در مدارهای طراحی شده برای جریان‌های راه‌اندازی بالاتر کافی و مقرون به صرفه‌تر باشد.

س2: چه زمانی باید به طور خاص نوع EL0453 را انتخاب کنم؟

ج2: هنگامی باید EL0453 را انتخاب کنید که کاربرد شما در محیطی با نویز الکتریکی بسیار بالا و گذراهای ولتاژ سریع بین زمین‌های ایزوله شده عمل می‌کند.حداقل تضمین شدهایمنی گذرای حالت مشترک 15 کیلوولت بر میکروثانیه آن برای عملکرد قابل اعتماد در درایوهای موتور، منابع تغذیه سوئیچینگ پرتوان یا سیستم‌های کنترل صنعتی که سایر انواع ممکن است دچار سوئیچینگ اشتباه شوند، ضروری می‌سازد.

س3: چگونه مقدار مقاومت محدودکننده جریان LED (R_series) را انتخاب کنم؟

ج3: از قانون اهم استفاده کنید: R_series= (V_supply- V_F) / I_F. V_Fولتاژ مستقیم LED است (برای حاشیه طراحی از حداکثر 1.8 ولت استفاده کنید). I_Fجریان کاری مورد نظر شماست (16 میلی‌آمپر یک شرط تست متداول برای عملکرد بهینه است). برای منبع تغذیه 5 ولت: R_series≈ (5V - 1.8V) / 0.016A ≈ 200 Ω. همیشه اتلاف توان در مقاومت را بررسی کنید.

س4: آیا می‌توانم از این فوتوکوپلرها برای ایزولاسیون سیگنال آنالوگ استفاده کنم؟

ج4: اگرچه ممکن است، اما آن‌ها عمدتاً برای ایزولاسیون سیگنال دیجیتال (روشن/خاموش) به دلیل خروجی ترانزیستوری و مشخصات CTR غیرخطی طراحی شده‌اند. برای ایزولاسیون آنالوگ خطی، یک اپتوکوپلر خطی اختصاصی یا یک تقویت‌کننده ایزوله انتخاب مناسب‌تری خواهد بود.

س5: هدف پایه V_Bروی EL0500/01 چیست؟

ج5: پایه V_Bبرای اعمال یک ولتاژ بایاس به فوتودیود داخلی استفاده می‌شود. بایاس مناسب فوتودیود ظرفیت پیوند آن را کاهش می‌دهد که یک عامل اصلی محدودکننده سرعت است. این شبکه بایاس خارجی است که عملکرد پرسرعت (1 مگابیت بر ثانیه) این قطعات را در مقایسه با کوپلرهای فوتوترانزیستوری ساده ممکن می‌سازد.