دیتاشیت سری ELT304X/306X/308X - فوتوکوپلر درایور تریاک با عبور از صفر، بسته‌بندی DIP 4 پایه - ایزولاسیون 5000 ولت RMS

1. مرور کلی محصول

سری‌های ELT304X، ELT306X و ELT308X، فوتوکوپلرهایی در بسته‌بندی دو ردیفه (DIP) 4 پایه هستند که به عنوان درایورهای تریاک با 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 سوئیچینگ ایمن و کارآمد بارهای AC را ممکن می‌سازند.

هر قطعه در این سری از یک دیود نورگسیل مادون قرمز (LED) از جنس آرسنید گالیم (GaAs) تشکیل شده که از نظر نوری به یک فوتوتریاک مونولیتیک سیلیکونی کوپل شده است. مدار مجتمع تشخیص عبور از صفر تضمین می‌کند که تریاک خروجی تنها زمانی فعال شود که ولتاژ خط AC نزدیک به صفر ولت باشد. این ویژگی برای به حداقل رساندن تداخل الکترومغناطیسی (EMI)، کاهش جریان‌های هجومی و افزایش طول عمر بارهای متصل شده مانند موتورها، سلونوئیدها و لامپ‌ها حیاتی است.

مزیت اصلی این سری در قابلیت ایزولاسیون بالا (5000 ولت_RMS) بین ورودی و خروجی آن نهفته است که ایمنی کاربر و قابلیت اطمینان سیستم را تضمین می‌کند. این سری با ولتاژ بلاکینگ پیک خود متمایز می‌شود: 400 ولت برای ELT304X، 600 ولت برای ELT306X و 800 ولت برای ELT308X که آن‌ها را برای طیف وسیعی از کاربردهای ولتاژ برق شهر از 110 ولت AC تا 380 ولت AC مناسب می‌سازد. این قطعات برای استفاده همراه با یک تریاک قدرت گسسته خارجی به منظور مدیریت جریان‌های بار بالاتر در نظر گرفته شده‌اند.

1.1 ویژگی‌های کلیدی و انطباق‌ها

• انطباق بدون هالوژن:برم (Br) < 900 ppm، کلر (Cl) < 900 ppm، Br+Cl < 1500 ppm.
• ولتاژ ایزولاسیون بالا:5000 ولت_RMSبین ورودی و خروجی.
• عبور از ولتاژ صفر:EMI و استرس روی بارها را کاهش می‌دهد.
• تأییدیه‌های نظارتی:UL، cUL (پرونده E214129)، VDE، SEMKO، NEMKO، DEMKO، FIMKO و CQC.
• انطباق محیطی:مطابق با RoHS و مقررات REACH اتحادیه اروپا.

1.2 کاربردهای هدف

این فوتوکوپلرها برای کاربردهای صنعتی و مصرفی مستحکم که نیازمند سوئیچینگ AC ایزوله هستند طراحی شده‌اند:

• کنترل‌های سلونوئید و شیر
• کنترل‌های روشنایی و دیمرها
• سوئیچ‌های قدرت استاتیک
• درایورها و استارترهای موتور AC
• کنتاکتورهای الکترومغناطیسی (E.M.)
• کنترل‌های دما (مثلاً در هیترها)
• رله‌های حالت جامد
• لوازم خانگی مصرفی

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 حداکثر مقادیر مجاز مطلق

تنش‌های فراتر از این محدودیت‌ها ممکن است باعث آسیب دائمی به قطعه شود. تمام پارامترها در دمای محیط (T_a) 25 درجه سلسیوس مشخص شده‌اند.

2.1.1 ورودی (سمت LED)

• جریان مستقیم (I_F):60 میلی‌آمپر (حداکثر جریان پیوسته از طریق LED).
• ولتاژ معکوس (V_R):6 ولت (حداکثر ولتاژ بایاس معکوس دو سر LED).
• اتلاف توان (P_D):100 میلی‌وات.

2.1.2 خروجی (سمت تریاک)

• ولتاژ ترمینال در حالت خاموش (V_DRM):حداکثر ولتاژ تکراری که خروجی در حالت خاموش می‌تواند بلاک کند. این عامل تفاوت کلیدی است: 400 ولت برای ELT304X، 600 ولت برای ELT306X، 800 ولت برای ELT308X.
• جریان پیک سورژ تکراری (I_TSM):1 آمپر (قابلیت جریان پیک غیرتکراری).
• اتلاف توان (P_C):300 میلی‌وات (سمت خروجی).

2.1.3 ریتینگ‌های کلی دستگاه

• اتلاف توان کل (P_TOT):330 میلی‌وات (مجموع اتلاف ورودی و خروجی).
• ولتاژ ایزولاسیون (V_ISO):5000 ولت_RMSبه مدت 1 دقیقه در رطوبت نسبی 40-60%. پایه‌های 1 و 2 و همچنین پایه‌های 3 و 4 برای این تست به یکدیگر اتصال کوتاه می‌شوند.
• دمای کاری (T_OPR):55- درجه سلسیوس تا +100 درجه سلسیوس.
• دمای ذخیره‌سازی (T_STG):55- درجه سلسیوس تا +125 درجه سلسیوس.
• دمای لحیم‌کاری (T_SOL):260 درجه سلسیوس به مدت 10 ثانیه (موج یا ریفلو).

2.2 مشخصات الکترواپتیکی

این پارامترها عملکرد عملیاتی را در T_a= 25 درجه سلسیوس تعریف می‌کنند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد.

2.2.1 مشخصات ورودی (LED)

• ولتاژ مستقیم (V_F):حداکثر 1.5 ولت در I_F= 30 میلی‌آمپر. این ولتاژ پایین برای درایو مستقیم از بسیاری از مدارهای منطقی یا میکروکنترلرها با یک مقاومت محدودکننده جریان ساده مناسب است.
• جریان نشتی معکوس (I_R):حداکثر 10 میکروآمپر در V_R= 6 ولت.

2.2.2 مشخصات خروجی (فوتوتریاک)

• جریان بلاکینگ پیک (I_DRM):جریان نشتی زمانی که خروجی در ولتاژ نامی خود V_DRMخاموش است. حداکثر 100 نانوآمپر برای ELT304X، 500 نانوآمپر برای ELT306X/ELT308X با I_F=0 میلی‌آمپر.
• ولتاژ پیک در حالت روشن (V_TM):حداکثر 3 ولت هنگام عبور جریان پیک (I_TM) 100 میلی‌آمپر و LED با جریان تریگر نامی خود (I_FT) درایو شده است. این افت ولتاژ هنگام هدایت، در دستگاه حرارت ایجاد می‌کند.
• نرخ بحرانی افزایش ولتاژ حالت خاموش (dv/dt):حداقل 1000 ولت/میکروثانیه برای ELT304X/306X، 600 ولت/میکروثانیه برای ELT308X. این پارامتر نشان‌دهنده مصونیت دستگاه در برابر تریگر کاذب ناشی از ترانزینت‌های ولتاژ با افزایش سریع روی خط AC است.
• ولتاژ مهار (V_INH):حداکثر 20 ولت. این ولتاژ بین MT1-MT2 است که بالاتر از آن، مدار عبور از صفر از فعال شدن دستگاه جلوگیری می‌کند، حتی اگر LED روشن باشد. این امر سوئیچینگ را تنها در نزدیکی نقطه عبور از صفر تضمین می‌کند.
• نشتی در حالت مهار شده (I_DRM2):حداکثر 500 میکروآمپر زمانی که LED روشن است (I_F= I نامی_FT) اما ولتاژ خروجی زیر پنجره عبور از صفر است (در V نامی_DRM).

2.2.3 مشخصات انتقال

• جریان تریگر LED (I_FT):حداکثر جریان LED مورد نیاز برای تریگر قابل اطمینان تریاک خروجی با ولتاژ ترمینال اصلی 3 ولت. این پارامتر حساسیت کلیدی است و درجه‌بندی شده است:
  • درجه 1 (مثلاً ELT3041):حداکثر 15 میلی‌آمپر
  • درجه 2 (مثلاً ELT3042):حداکثر 10 میلی‌آمپر
  • درجه 3 (مثلاً ELT3043):حداکثر 5 میلی‌آمپر
  یک درجه I_FTپایین‌تر نشان‌دهنده حساسیت بالاتر است و نیاز به جریان درایو کمتری از مدار کنترل دارد.
• جریان نگهدارنده (I_H):معمولاً 280 میکروآمپر. این حداقل جریان از طریق تریاک خروجی است که برای نگه داشتن آن در حالت روشن پس از تریگر شدن لازم است. بار خارجی و مدار گیت تریاک اصلی باید اطمینان حاصل کنند که این جریان در طول نیم‌سیکل هدایت حفظ می‌شود.

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به منحنی‌های مشخصه الکترواپتیکی معمول ارجاع می‌دهد. اگرچه نمودارهای خاص در متن ارائه شده بازتولید نشده‌اند، اما معمولاً شامل روابط زیر هستند که برای طراحی حیاتی می‌باشند:

• جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (I_F-V_F):مشخصه غیرخطی V_FLED ورودی را نشان می‌دهد که برای محاسبه مقاومت سری صحیح ضروری است.
• جریان تریگر در مقابل دما (I_FT-T_a): I_FTمعمولاً با کاهش دما افزایش می‌یابد. طراحان باید اطمینان حاصل کنند که مدار درایو LED جریان کافی را در حداقل دمای کاری مشخص شده (55- درجه سلسیوس) تأمین می‌کند.
• ولتاژ حالت روشن در مقابل جریان حالت روشن (V_TM-I_TM):اتلاف هدایت فوتوتریاک را نشان می‌دهد که به گرمایش داخلی کمک می‌کند.
• قابلیت dv/dt در مقابل دما:مقدار نامی dv/dt ممکن است در دماهای اتصال بالاتر کاهش یابد و بر مصونیت در برابر نویز در محیط‌های گرم تأثیر بگذارد.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 پیکربندی پایه‌ها و شماتیک

دستگاه دارای پیکربندی استاندارد DIP 4 پایه است:

1. آند (A):ترمینال مثبت LED ورودی.
2. کاتد (K):ترمینال منفی LED ورودی.
3. ترمینال (T1/MT2):ترمینال اصلی 2 فوتوتریاک خروجی.
4. ترمینال (T2/MT1):ترمینال اصلی 1 فوتوتریاک خروجی. این معمولاً نقطه مرجع برای خروجی است.

شماتیک داخلی نشان می‌دهد که LED بین پایه‌های 1 و 2 متصل شده است. فوتوتریاک بین پایه‌های 3 و 4 متصل شده و گیت آن به صورت داخلی توسط سیگنال نوری درایو می‌شود. مدار تشخیص عبور از صفر با فوتوتریاک مجتمع شده است.

4.2 ابعاد بسته‌بندی

دیتاشیت نقشه‌های مکانیکی دقیقی (بر حسب میلی‌متر) برای چهار گزینه بسته‌بندی ارائه می‌دهد:

• نوع DIP استاندارد:بسته‌بندی کلاسیک ترو-هول با فاصله ردیف 0.1 اینچ (2.54 میلی‌متر) و پایه‌های مستقیم.
• نوع گزینه M:"خم پایه عریض" با فاصله پایه 0.4 اینچ (10.16 میلی‌متر) برای نیازهای خاص چیدمان PCB.
• نوع گزینه S:فرم پایه نصب سطحی با پایه‌های بال پرستویی برای لحیم‌کاری ریفلو.
• نوع گزینه S1:فرم پایه نصب سطحی با طراحی بال پرستویی "کم‌پروفایل" که ارتفاع بسته‌بندی کمتری نسبت به نوع S ارائه می‌دهد.

ابعاد حیاتی شامل طول/عرض/ارتفاع بدنه، گام پایه، طول پایه و همسطح بودن (برای انواع SMD) می‌شود. طراحان باید برای طراحی ردپای PCB و فاصله‌گذاری به نقشه‌های دقیق مراجعه کنند.

5. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

بر اساس حداکثر مقادیر مجاز مطلق:

• لحیم‌کاری موجی یا ریفلو:حداکثر دمای لحیم‌کاری 260 درجه سلسیوس است و این دما نباید بیش از 10 ثانیه به پایه‌ها اعمال شود.
• ملاحظات ESD:اگرچه به صراحت ذکر نشده است، فوتوکوپلرها حاوی اجزای نیمه‌هادی حساس به الکتریسیته ساکن هستند. رعایت روش‌های استاندارد مدیریت ESD (استفاده از مچ‌بند زمین‌شده، فوم رسانا و غیره) در حین مونتاژ توصیه می‌شود.
• تمیزکاری:در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، از روش‌ها و حلال‌های سازگار با مواد بسته‌بندی اپوکسی استفاده کنید. برای توصیه‌های خاص با سازنده مشورت کنید.
• شرایط ذخیره‌سازی:در محیطی در محدوده دمای ذخیره‌سازی (55- درجه سلسیوس تا +125 درجه سلسیوس) و با رطوبت کم نگهداری کنید تا از جذب رطوبت جلوگیری شود، به ویژه برای بسته‌بندی‌های نصب سطحی که ممکن است در حین ریفلو نسبت به "پاپ کورن شدن" حساس باشند.

6. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

6.1 سیستم شماره‌گذاری مدل

شماره قطعه از فرمت زیر پیروی می‌کند:ELT30X(Y)(Z)-V

• X (شماره قطعه):4، 6 یا 8، نشان‌دهنده سری (400 ولت، 600 ولت، 800 ولت).
• Y (درجه حساسیت):1، 2 یا 3، متناظر با حداکثر I_FT(15 میلی‌آمپر، 10 میلی‌آمپر، 5 میلی‌آمپر).
• Y (گزینه فرم پایه):
  • هیچ:DIP-4 استاندارد (ترو-هول).
  • M:خم پایه عریض (فاصله 0.4 اینچ).
  • S:فرم پایه نصب سطحی استاندارد.
  • S1:فرم پایه نصب سطحی کم‌پروفایل.
• Z (گزینه نوار و قرقره):نوع قرقره و تعداد را مشخص می‌کند. گزینه‌ها شامل TA، TB (1000 واحد/قرقره)، TU، TD (1500 واحد/قرقره) یا هیچ (بسته‌بندی تیوب) می‌شود.
• V (گزینه ایمنی):نشان می‌دهد که تأییدیه ایمنی VDE شامل می‌شود.

مثال:ELT3062S(TA) یک دستگاه 600 ولتی، با حساسیت درجه 2 (حداکثر I_FT=10 میلی‌آمپر)، با پایه‌های SMD استاندارد، بسته‌بندی شده در نوار و قرقره TA (1000 واحد) است.

6.2 مشخصات بسته‌بندی

• بسته‌بندی تیوب:گزینه‌های DIP و M استاندارد معمولاً در تیوب‌های ضد استاتیک حاوی 100 واحد عرضه می‌شوند.
• نوار و قرقره:گزینه‌های نصب سطحی (S، S1) روی نوار و قرقره برای مونتاژ اتوماتیک پیک و پلیس موجود هستند. تعداد واحدهای قرقره 1000 واحد (TA، TB) یا 1500 واحد (TU، TD) است.

7. ملاحظات طراحی کاربرد

7.1 مدار کاربرد معمول

کاربرد اصلی، درایو یک تریاک قدرت خارجی است. یک مدار معمول شامل موارد زیر است:

1. سمت ورودی:یک مقاومت محدودکننده جریان (R_IN) به صورت سری با LED، متصل به میکروکنترلر یا خروجی منطقی. R_IN= (V_CC- V_F) / I_F. I_Fباید طوری انتخاب شود که بیشتر از I_FTدرجه انتخاب شده باشد، با حاشیه‌ای برای کاهش ریتینگ دما (مثلاً استفاده از 1.5 برابر I_FTحداکثر). ممکن است یک مقاومت کوچک به صورت سری یا یک خازن به موازات LED برای مصونیت بیشتر در برابر نویز اضافه شود.
2. سمت خروجی:خروجی فوتوکوپلر (پایه‌های 3 و 4) به صورت سری با گیت و MT1 تریاک قدرت خارجی متصل می‌شود. تقریباً همیشه یک مقاومت گیت (R_G، معمولاً 100-360 اهم) برای محدود کردن جریان پیک گیت، سرکوب نوسانات فرکانس بالا و بهبود قابلیت dv/dt کل مدار لازم است. ممکن است یک مقاومت (R_L، حدود 100-500 اهم) بین MT1 و MT2 فوتوکوپلر متصل شود تا اطمینان حاصل شود که جریان نگهدارنده (I_H) فراتر رفته است.
3. شبکه اسنابر:برای بارهای القایی (موتورها، سلونوئیدها)، یک شبکه اسنابر RC (یک مقاومت و خازن به صورت سری) در دو سر ترمینال‌های اصلیتریاک قدرت(نه فوتوکوپلر) برای محدود کردن نرخ افزایش ولتاژ (dv/dt) در حین خاموش‌شدن و جلوگیری از تریگر مجدد کاذب ضروری است.

7.2 نکات و احتیاط‌های طراحی

• تلفات حرارتی:اتلاف توان در فوتوکوپلر را محاسبه کنید (P_TOT= V_F*I_F+ V_TM*I_TM) و اطمینان حاصل کنید که از 330 میلی‌وات تجاوز نمی‌کند. جریان حالت روشن (I_TM) جریان گیت تریاک خارجی است، نه جریان بار.
• محدودیت‌های عبور از صفر:عملکرد عبور از صفر یک تأخیر در روشن‌شدن (در بدترین حالت تا نیم سیکل) ایجاد می‌کند. این برای کاربردهایی که نیازمند کنترل زاویه فاز (مانند دیمرینگ) هستند مناسب نیست. برای چنین کاربردهایی، یک فوتوکوپلر درایور تریاک فاز تصادفی بدون عبور از صفر مورد نیاز است.
• نوع بار:بارهای بسیار خازنی حتی در عبور از صفر نیز می‌توانند باعث جریان‌های هجومی بالا شوند. استفاده از محدودکننده جریان هجومی (ترمیستور NTC) یا مدار راه‌اندازی نرم را در نظر بگیرید.
• فاصله خزشی و هوایی ایزولاسیون:روی PCB، فاصله‌های خزشی و هوایی کافی (مثلاً >8 میلی‌متر برای 400 ولت AC) بین سمت ورودی (ولتاژ پایین) و خروجی (ولتاژ بالا) مدار را مطابق با استانداردهای ایمنی حفظ کنید، حتی اگر خود قطعه 5000 ولت_RMS isolation.

ایزولاسیون را فراهم می‌کند.

8. مقایسه فنی و راهنمای انتخابانتخاب ریتینگ ولتاژ صحیح (ELT304X در مقابل 306X در مقابل 308X):_DRMدستگاهی را انتخاب کنید که ریتینگ V

آن به طور قابل توجهی بالاتر از ولتاژ پیک خط AC شما باشد. برای 120 ولت AC (پیک ~170 ولت)، ELT304X با 400 ولت کافی است. برای 240 ولت AC (پیک ~340 ولت)، ELT306X با 600 ولت توصیه می‌شود. ELT308X با 800 ولت برای سیستم‌های 277 ولت AC/380 ولت AC یا کاربردهای دارای ترانزینت‌های ولتاژ بالا مناسب است.انتخاب درجه حساسیت (1، 2 یا 3):_FTدرجه 3 (حداکثر I

=5 میلی‌آمپر) بالاترین حساسیت را ارائه می‌دهد و امکان درایو مستقیم از پایه‌های GPIO میکروکنترلر با جریان پایین را فراهم می‌کند. درجه‌های 1 و 2 نیاز به جریان درایو بیشتری دارند اما ممکن است برای بهینه‌سازی هزینه یا در صورتی که مدار کنترل به راحتی می‌تواند جریان بالاتری تأمین کند انتخاب شوند.مزایا در مقابل انواع بدون عبور از صفر:

مزیت کلیدی کاهش چشمگیر تولید EMI است که عبور از مقررات سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) را آسان‌تر می‌کند. معامله این است که عدم توانایی در انجام دیمرینگ کنترل فاز است.

9. پرسش‌های متداول (FAQ)

س: آیا می‌توانم از این دستگاه برای سوئیچ مستقیم یک بار 10 آمپری استفاده کنم؟ج: خیر. خروجی این فوتوکوپلر برای درایو کردنگیت_TSMیک تریاک قدرت خارجی (مثلاً BT136، BTA16) طراحی شده است. تریاک خارجی جریان بار بالا را مدیریت می‌کند. I

فوتوکوپلر تنها 1 آمپر است.

س: چرا لامپ متصل شده من به طور نامنظم روشن/خاموش می‌شود؟_Fج: دلایل رایج شامل موارد زیر است: 1) جریان درایو LED ناکافی (بررسی کنید I_FT> I_Gبا حاشیه)، 2) مقاومت گیت (R

) وجود ندارد که باعث نوسان می‌شود، 3) شبکه اسنابر روی بارهای القایی وجود ندارد، 4) نویز بیش از حد روی خطوط کنترل ورودی.

س: هدف از مدار تست "dv/dt" که در دیتاشیت (شکل 10) توضیح داده شده چیست؟

ج: این مدار و روش توسط سازنده برای مشخص‌سازی و تضمین مصونیت دستگاه در برابر ترانزینت‌های ولتاژ سریع استفاده می‌شود. طراحان از مقدار حداقل dv/dt مشخص شده (مثلاً 1000 ولت/میکروثانیه) استفاده می‌کنند تا اطمینان حاصل کنند که طراحی شبکه اسنابر آن‌ها در کاربرد واقعی محافظت کافی را فراهم می‌کند.

س: چگونه این قطعه را با یک میکروکنترلر 3.3 ولتی اینترفیس کنم؟_FTج: با یک دستگاه درجه 3 (حداکثر I_IN=5 میلی‌آمپر)، اغلب امکان‌پذیر است. R_F= (3.3 ولت - V_F~1.2 ولت) / (I مورد نظر ~7 میلی‌آمپر) ≈ 300 اهم را محاسبه کنید. اطمینان حاصل کنید که پایه میکروکنترلر می‌تواند حدود 7 میلی‌آمپر را به طور پیوسته تأمین کند.

اصطلاحات مشخصات LED

توضیح کامل اصطلاحات فنی LED