دیتاشیت سری EL303X/304X/306X/308X - درایور تریاک با تشخیص عبور از صفر، بسته‌بندی DIP 6 پایه - ولتاژ 250 تا 800 ولت - ایزولاسیون 5000 ولت RMS

1. مرور کلی محصول

سری‌های EL303X، EL304X، EL306X و EL308X خانواده‌ای از اپتوکوپلرهای 6 پایه با بسته‌بندی دو ردیفه (DIP) هستند که به‌طور خاص به عنوان درایور تریاک با تشخیص عبور از صفر طراحی شده‌اند. این قطعات به عنوان رابطی حیاتی بین مدارهای کنترل منطقی با ولتاژ پایین و خطوط برق AC با ولتاژ بالا عمل می‌کنند و امکان کلیدزنی ایمن و کارآمد بارهای AC را فراهم می‌کنند. عملکرد اصلی، ایجاد ایزولاسیون گالوانیکی در عین راه‌اندازی یک تریاک قدرت خارجی در نقطه عبور از صفر شکل موج ولتاژ AC است که در نتیجه، تداخل الکترومغناطیسی (EMI) و جریان هجومی به حداقل می‌رسد.

این سری عمدتاً بر اساس قابلیت ولتاژ بلاکینگ اوج خود متمایز می‌شود که از 250 ولت برای EL303X تا 800 ولت برای EL308X متغیر است و آن را برای طیف وسیعی از ولتاژهای خط از 110VAC تا 380VAC مناسب می‌سازد. یک ویژگی کلیدی، مدار مجتمع تشخیص عبور از صفر است که تضمین می‌کند تریاک خروجی تنها زمانی راه‌اندازی شود که ولتاژ خط AC نزدیک به صفر ولت باشد. این قطعه معمولاً به عنوان جزء اصلی در رله‌های حالت جامد (SSR)، کنترل‌کننده‌های موتور و انواع کنترل‌های صنعتی و لوازم خانگی مصرفی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

2. تفسیر عمیق و عینی 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. عملکرد تحت این شرایط تضمین نمی‌شود.

• جریان مستقیم ورودی (IF):حداکثر جریان پیوسته از طریق LED مادون قرمز 60 میلی‌آمپر است. تجاوز از این مقدار می‌تواند LED را تخریب یا نابود کند.
• ولتاژ معکوس ورودی (VR):LED می‌تواند بایاس معکوس تا 6 ولت را تحمل کند.
• اتلاف توان ورودی/خروجی:سمت ورودی (PD) برای 100 میلی‌وات و سمت خروجی (PC) برای 300 میلی‌وات درجه‌بندی شده است، با ضرایب کاهش توان مشخص شده در دمای محیط بالای 85 درجه سانتی‌گراد. اتلاف توان کل قطعه (PTOT) 330 میلی‌وات است.
• ولتاژ ترمینال خروجی در حالت خاموش (VDRM):این پارامتر تمایزدهنده حیاتی است. EL303X: 250V، EL304X: 400V، EL306X: 600V، EL308X: 800V. قطعه باید با درجه VDRM بالاتر از ولتاژ اوج خطی که قرار است بلاک کند، انتخاب شود.
• ولتاژ ایزولاسیون (VISO):5000 ولت RMS به مدت 1 دقیقه. این مشخص‌کننده استحکام دی‌الکتریک بین سمت ورودی و خروجی است که ایمنی و انطباق با استانداردهای نظارتی را تضمین می‌کند.

2.2 مشخصات الکترواپتیکال

این پارامترها عملکرد قطعه را تحت شرایط کاری نرمال در دمای 25 درجه سانتی‌گراد تعریف می‌کنند.

2.2.1 مشخصات ورودی

• ولتاژ مستقیم (VF):حداکثر 1.5 ولت در IF=30mA. از این مقدار برای محاسبه مقاومت محدودکننده جریان مورد نیاز در مدار درایور LED استفاده می‌شود.
• جریان نشتی معکوس (IR):حداکثر 10 میکروآمپر در VR=6V که نشان‌دهنده نشتی بسیار کم در بایاس معکوس است.

2.2.2 مشخصات خروجی

• جریان بلاکینگ اوج (IDRM):جریان نشتی بسیار کم (حداکثر 500-100 نانوآمپر) زمانی که خروجی در حالت خاموش و در VDRM نامی قرار دارد. نشتی کمتر برای بازده توان بهتر است.
• ولتاژ اوج در حالت روشن (VTM):حداکثر 3 ولت زمانی که تریاک خروجی جریان اوج 100 میلی‌آمپر را هدایت می‌کند. این مقدار نشان‌دهنده تلفات هدایت است.
• نرخ بحرانی افزایش ولتاژ حالت خاموش (dv/dt):حداقل 1000-600 ولت بر میکروثانیه. این پارامتر نشان‌دهنده مصونیت قطعه در برابر راه‌اندازی ناخواسته ناشی از ترانزینت‌های سریع ولتاژ روی خط AC است. مقادیر بالاتر بهتر هستند.
• ولتاژ مهار (VINH):حداکثر 20 ولت. اگر ولتاژ دو سر پایه‌های خروجی از این مقدار تجاوز کند، مدار عبور از صفر از راه‌اندازی جلوگیری می‌کند، حتی اگر LED روشن باشد.

2.3 مشخصات انتقال

این پارامترها رابطه بین جریان LED ورودی و راه‌اندازی تریاک خروجی را تعریف می‌کنند.

• جریان راه‌اندازی LED (IFT):این حداکثر جریان مورد نیاز برای تضمین روشن شدن تریاک خروجی است. این سری در سه درجه حساسیت ارائه می‌شود: 15 میلی‌آمپر (ELxx1)، 10 میلی‌آمپر (ELxx2) و 5 میلی‌آمپر (ELxx3). IFT پایین‌تر امکان استفاده از مدار درایور ضعیف‌تر را فراهم می‌کند.
• جریان نگهدارنده (IH):مقدار معمول 280 میکروآمپر است. پس از راه‌اندازی، تریاک خروجی تا زمانی که جریان عبوری از آن از این مقدار بیشتر باشد، روشن باقی می‌ماند. این برای اطمینان از رفتار قفل‌شوندگی با بارهای سلفی مهم است.

جریان کاری توصیه شده LED بین حداکثر IFT برای درجه انتخاب شده و حداکثر مطلق IF برابر 60 میلی‌آمپر قرار دارد. کار کردن بالاتر از IFT راه‌اندازی مطمئن را تضمین می‌کند، اما پایین‌تر از 60 میلی‌آمپر قابلیت اطمینان بلندمدت را تضمین می‌کند.

3. توضیح سیستم درجه‌بندی

خانواده محصول از یک سیستم درجه‌بندی واضح بر اساس دو پارامتر کلیدی استفاده می‌کند:

1. درجه ولتاژ (رقم اول بعد از 'EL'):این درجه‌بندی اولیه است.
   • EL303X:ولتاژ بلاکینگ 250 ولت.
   • EL304X:ولتاژ بلاکینگ 400 ولت.
   • EL306X:ولتاژ بلاکینگ 600 ولت.
   • EL308X:ولتاژ بلاکینگ 800 ولت.
2. درجه حساسیت (رقم آخر شماره قطعه، 'X'):این مورد نیاز جریان راه‌اندازی LED را تعریف می‌کند.
   • درجه '1':حداکثر جریان راه‌اندازی (IFT) = 15 میلی‌آمپر. کم‌ترین حساسیت.
   • درجه '2':حداکثر جریان راه‌اندازی (IFT) = 10 میلی‌آمپر.
   • درجه '3':حداکثر جریان راه‌اندازی (IFT) = 5 میلی‌آمپر. بیشترین حساسیت.

به عنوان مثال، یک EL3062 یک اپتوکوپلر با درجه ولتاژ 600 ولت و حداکثر جریان راه‌اندازی 10 میلی‌آمپر است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به منحنی‌های عملکرد معمول اشاره می‌کند که برای درک رفتار قطعه تحت شرایط غیراستاندارد (مانند تغییرات دما) ضروری هستند. در حالی که نمودارهای خاص در متن ارائه شده جزئیات ندارند، منحنی‌های معمول برای چنین قطعاتی شامل موارد زیر است:

• جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (IF-VF):رابطه غیرخطی LED ورودی را نشان می‌دهد که برای طراحی درایور حیاتی است.
• جریان راه‌اندازی در مقابل دما (IFT در مقابل Ta):جریان LED مورد نیاز برای راه‌اندازی خروجی معمولاً با کاهش دما افزایش می‌یابد. این برای طراحی سیستم‌های قابل اطمینان که در محیط‌های سرد کار می‌کنند، حیاتی است.
• ولتاژ حالت روشن در مقابل جریان حالت روشن (VTM-ITM):مشخصات هدایت تریاک خروجی را نشان می‌دهد.

طراحان باید برای کاهش مناسب پارامترها برای محدوده دمای کاری خاص خود، به نمودارهای کامل دیتاشیت مراجعه کنند.

5. شماتیک و پیکربندی پایه‌ها

شماتیک داخلی یک LED مادون قرمز GaAs را نشان می‌دهد که از نظر نوری به یک تراشه سیلیکونی حاوی تریاک حساس به نور و مدار تشخیص عبور از صفر کوپل شده است.

پیک‌اوت (DIP 6 پایه):

1. آند:ترمینال مثبت LED ورودی.
2. کاتد:ترمینال منفی LED ورودی.
3. بدون اتصال (NC):این پایه به صورت داخلی متصل نیست.
4. ترمینال اصلی 2 (MT2):یکی از ترمینال‌های اصلی تریاک خروجی.
5. سابستریت:اتصال داخلی.به صورت خارجی متصل نشود.
6. ترمینال اصلی 1 (MT1):ترمینال اصلی دیگر تریاک خروجی. این معمولاً نقطه مرجع برای سیگنال راه‌اندازی گیت است.

خروجی (پایه‌های 4 و 6) به گونه‌ای طراحی شده است که به صورت سری با گیت یک تریاک قدرت خارجی و با توان بالاتر که در واقع جریان بار را کلیدزنی می‌کند، متصل شود.

6. روش اندازه‌گیری: dv/dt استاتیک

دیتاشیت یک مدار تست و روش‌کاری دقیق برای اندازه‌گیری نرخ بحرانی افزایش ولتاژ حالت خاموش (dv/dt) ارائه می‌دهد. این تست برای کمّی‌سازی مصونیت نویز قطعه حیاتی است.

مدار تست:یک منبع پالس با ولتاژ بالا از طریق یک شبکه سری RC (RTEST, CTEST) به خروجی قطعه تحت تست (DUT) متصل می‌شود. LED خاموش است (IF=0).

روش‌کاری:یک پالس با مقدار اوج (VPEAK) برابر با VDRM نامی اعمال می‌شود. مقاومت RTEST برای تغییر ثابت زمانی (τ = R*C) شبکه RC تغییر می‌کند که به نوبه خود شیب (dv/dt) رامپ ولتاژ اعمال شده به DUT را تغییر می‌دهد. شیب افزایش می‌یابد تا زمانی که DUT به صورت ناخواسته راه‌اندازی شود. سپس شیب کاهش می‌یابد تا زمانی که راه‌اندازی متوقف شود. مقدار dv/dt در این آستانه به صورت 0.632 * VPEAK / τRC محاسبه می‌شود.

این مقدار اندازه‌گیری شده باید حداقل مشخصه dv/dt (مثلاً 600 ولت بر میکروثانیه برای EL308X) را برآورده کند یا از آن فراتر رود.

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی متداول

• رله‌های حالت جامد (SSR):کاربرد اصلی، ارائه ایزولاسیون و کلیدزنی عبور از صفر برای بارهای AC مانند هیترها، لامپ‌ها و سلونوئیدها.
• کنترل‌های صنعتی:برای واسط‌سازی خروجی‌های PLC با استارترهای موتور، کنتاکتورها و عمل‌گرهای شیر.
• لوازم خانگی مصرفی:در پریزهای هوشمند، دیمرها و بردهای کنترل لوازم خانگی برای کلیدزنی ایمن AC استفاده می‌شود.
• کنترل‌کننده‌های دما:کلیدزنی المنت‌های گرمایشی در ترموستات‌ها و فرها.

7.2 ملاحظات طراحی

1. انتخاب ولتاژ:یک درجه VDRM با حاشیه ایمنی بالاتر از ولتاژ اوج خط AC انتخاب کنید. برای خط 240VAC (اوج ~340V)، یک EL304X (400V) حداقل است، اما یک EL306X (600V) حاشیه بهتری برای ترانزینت‌ها فراهم می‌کند.
2. مدار درایور LED:مقاومت سری را محاسبه کنید: R = (Vcc - VF) / I_F_operating. اطمینان حاصل کنید که I_F_operating بین حداکثر IFT (برای درجه انتخاب شده شما) و 60mA است. یک جریان کاری معمول برای درجات 1 و 2، 20-10 میلی‌آمپر است.
3. مدارهای اسنابر:در حالی که خود اپتوکوپلر درجه dv/dt خوبی دارد، تریاک قدرت خارجی ممکن است به یک شبکه RC اسنابر در دو سر پایه‌های خود برای سرکوب اسپایک‌های ولتاژ ناشی از بارهای سلفی نیاز داشته باشد تا از راه‌اندازی ناخواسته یا آسیب جلوگیری کند.
4. اتلاف حرارت:به منحنی‌های کاهش توان پایبند باشید. اتلاف توان خروجی (PC) عمدتاً از حاصلضرب ولتاژ حالت روشن (VTM) در جریان گیت تریاک خارجی ناشی می‌شود. اطمینان حاصل کنید که اتلاف توان کل قطعه (PTOT) در حداکثر دمای محیط در محدوده مجاز است.

8. مقایسه و تمایز فنی

مزایای کلیدی این سری درایور تریاک نوری با تشخیص عبور از صفر در مقایسه با انواع بدون تشخیص عبور از صفر یا اپتوتریاک‌های پایه عبارتند از:

• EMI کاهش یافته:با کلیدزنی در نقطه عبور از صفر، تغییر ناگهانی جریان (di/dt) به حداقل می‌رسد که به طور چشمگیری تداخل الکترومغناطیسی هدایت شده و تشعشعی را کاهش می‌دهد.
• جریان هجومی پایین‌تر:از جریان‌های هجومی بالا هنگام کلیدزنی بارهای مقاومتی مانند لامپ‌های رشته‌ای یا المنت‌های گرمایشی جلوگیری می‌کند و عمر آن‌ها را افزایش می‌دهد.
• راه‌حل مجتمع:عملکردهای ایزولاسیون، تشخیص و راه‌اندازی را در یک بسته 6 پایه قابل اطمینان ترکیب می‌کند و طراحی را در مقایسه با مدارهای عبور از صفر گسسته ساده می‌سازد.
• محدوده ولتاژ:محدوده وسیع ولتاژهای بلاکینگ (250 تا 800 ولت) بیشتر کاربردهای برق اصلی AC جهانی را در یک خانواده محصول پوشش می‌دهد.
• انطباق نظارتی:این قطعات تأییدیه‌های آژانس‌های ایمنی بین‌المللی اصلی (UL, cUL, VDE و غیره) را دارند که صدور گواهینامه محصول نهایی را ساده می‌سازد.

9. پرسش‌های متداول مبتنی بر پارامترهای فنی

1. س: آیا می‌توانم از EL303X (250V) روی خط 120VAC استفاده کنم؟
   
   ج: بله. ولتاژ اوج 120VAC حدود 170V است که پایین‌تر از درجه 250 ولت است. با این حال، برای قابلیت اطمینان در برابر موج‌های خط، اغلب یک قطعه با درجه بالاتر مانند EL304X توصیه می‌شود.
2. س: هدف پایه "سابستریت (متصل نشود)" چیست؟
   
   ج: این پایه یک اتصال داخلی برای تراشه سیلیکونی است. اتصال ندادن آن به صورت خارجی حیاتی است. اتصال آن می‌تواند مدارهای داخلی را اتصال کوتاه کرده و قطعه را نابود کند.
3. س: چگونه بین درجات حساسیت 1، 2 و 3 انتخاب کنم؟
   
   ج: درجه 3 (5mA) امکان استفاده از یک مقاومت محدودکننده جریان با مقدار بالاتر یا یک IC درایور ضعیف‌تر (مثلاً از یک میکروکنترلر) را فراهم می‌کند که باعث صرفه‌جویی در توان و کاهش تنش روی اجزای درایور می‌شود. درجه 1 (15mA) ممکن است در صورتی انتخاب شود که مدار درایور قوی باشد و هزینه درایور کمتر مورد توجه باشد، یا برای کاربردهایی که نیاز به مصونیت نویز بالاتر در سمت ورودی دارند.
4. س: درجه جریان خروجی (IT(RMS)) فقط 100mA است. آیا می‌تواند یک بار 10 آمپری را کلیدزنی کند؟
   
   ج: خیر. این قطعه یکدرایوراست. خروجی 100mA برای راه‌اندازی گیت یک تریاک قدرت خارجی و بسیار بزرگتر (مثلاً یک تریاک 10 یا 40 آمپری) طراحی شده است. قطعه خارجی جریان بار کامل را مدیریت می‌کند.

10. مورد عملی طراحی

سناریو:طراحی یک رله حالت جامد برای کلیدزنی یک المنت گرمایشی مقاومتی 5 آمپری و 240VAC از طریق یک میکروکنترلر 5 ولتی.

1. انتخاب اپتوکوپلر:EL3062 را انتخاب کنید. درجه 600 ولت حاشیه خوبی نسبت به اوج 340 ولت فراهم می‌کند. درجه 2 (IFT برابر 10mA) تعادل خوبی بین حساسیت و قابلیت درایور است.
2. درایور LED:پین میکروکنترلر (5V، حداکثر 20mA) LED را راه‌اندازی می‌کند. VF حدود 1.3V. R = (5V - 1.3V) / 0.015A = حدود 247 اهم. از یک مقاومت 220 اهمی استفاده کنید که منجر به IF حدود 17mA می‌شود، به خوبی بالاتر از IFT برابر 10mA و پایین‌تر از حداکثر 60mA.
3. تریاک قدرت خارجی:یک تریاک 600 ولتی و 10 آمپری به بالا انتخاب کنید (مثلاً BTA16-600). گیت آن را به پایه 6 (MT1) اپتوکوپلر متصل کنید. پایه 4 (MT2) اپتوکوپلر را به صورت سری با یک مقاومت 200-100 اهمی به خط AC (از طریق بار) متصل کنید. این مقاومت جریان گیت تریاک قدرت را محدود می‌کند.
4. اسنابر:یک مقاومت 100 اهمی و یک خازن 0.1µF را به صورت سری در دو سر پایه‌های اصلی (A1/A2) تریاک BTA16 اضافه کنید.
5. ایزولاسیون:ایزولاسیون 5000 ولت RMS اپتوکوپلر، مدار میکروکنترلر با ولتاژ پایین را به طور ایمن از برق اصلی AC خطرناک جدا می‌کند.

11. اصل عملکرد

قطعه بر اساس اصل کوپلینگ نوری عمل می‌کند. هنگامی که جریانی از LED مادون قرمز ورودی عبور می‌کند، فوتون ساطع می‌کند. این فوتون‌ها از یک شکاف ایزولاسیون عبور کرده و به یک تراشه سیلیکونی حساس به نور در سمت خروجی برخورد می‌کنند. این تراشه حاوی یک تریاک فعال‌شونده با نور و یک مدار تشخیص عبور از صفر است. مدار تشخیص، ولتاژ دو سر پایه‌های خروجی (MT1-MT2) را نظارت می‌کند. تنها زمانی که این ولتاژ زیر یک آستانه مشخص (معمولاً حدود 20 ولت، ولتاژ مهار VINH)وLED روشن باشد، مدار اجازه می‌دهد تریاک داخلی راه‌اندازی شود. این امر اطمینان می‌دهد که هدایت بسیار نزدیک به نقطه‌ای که موج سینوسی AC از صفر ولت عبور می‌کند، آغاز می‌شود. پس از راه‌اندازی، تریاک تا زمانی که جریان بار از جریان نگهدارنده آن (IH) بیشتر باشد، در حالت قفل‌شده روشن باقی می‌ماند، تا عبور بعدی جریان از صفر.

12. اطلاعات سفارش

شماره قطعه از فرمت زیر پیروی می‌کند: EL30XY(Z)-V

• X:سری ولتاژ (8,6,4,3).
• Y:درجه حساسیت (3,2,1).
• گزینه فرم پایه:
  • None/M:DIP سوراخ‌دار، بسته‌بندی تیوب.
  • S / S1:فرم پایه نصب سطحی. S1 یک نسخه با پروفایل پایین است.
• گزینه نوار و قرقره (Z):TA یا TB برای قطعات SMD، مشخص‌کننده نوع قرقره.
• V:نشان‌دهنده گنجانده شدن تأییدیه ایمنی VDE است.

مثال: EL3062S-TA-V یک قطعه نصب سطحی 600 ولتی، درجه 2، روی نوار و قرقره TA، با تأییدیه VDE است.