ELM4XXA श्रृंखला सॉलिड स्टेट रिले डेटाशीट - 4-पिन SOP पैकेज - 400V/600V लोड वोल्टेज - 120mA/50mA लोड करंट - हिंदी तकनीकी दस्तावेज़

1. उत्पाद अवलोकन

ELM4XXA श्रृंखला कॉम्पैक्ट 4-पिन स्मॉल आउटलाइन पैकेज (SOP) में निर्मित, सिंगल-चैनल, नॉर्मली ओपन (1 फॉर्म A) सॉलिड-स्टेट रिले (SSR) की एक श्रृंखला है। ये उपकरण उन स्थान-सीमित अनुप्रयोगों में इलेक्ट्रोमैकेनिकल रिले (EMR) के स्थान पर उपयोग के लिए डिज़ाइन किए गए हैं जहाँ उच्च विश्वसनीयता, तीव्र स्विचिंग और कम बिजली की खपत की आवश्यकता होती है। इसकी मूल तकनीक में एक AlGaAs इन्फ्रारेड LED शामिल है, जो एक फोटोवोल्टिक डायोड ऐरे से ऑप्टिकली कपल्ड है, जो आउटपुट MOSFET को ड्राइव करता है, जिससे कम वोल्टेज नियंत्रण सर्किट और उच्च वोल्टेज लोड सर्किट के बीच विद्युत इन्सुलेशन प्रदान किया जाता है।

1.1 मुख्य लाभ एवं लक्षित बाजार

ELM4XXA श्रृंखला के मुख्य लाभ इसकी ठोस-अवस्था संरचना से प्राप्त होते हैं। प्रमुख फायदों में शामिल हैं: शांत संचालन, संपर्क रहित बाउंस, लंबी सेवा जीवन, और सदमे एवं कंपन प्रतिरोध। कम एलईडी ऑपरेटिंग करंट माइक्रोकंट्रोलर या लॉजिक गेट जैसे नियंत्रण सर्किट पर भार को कम करता है। यह श्रृंखला आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है जहां लघुकरण, उच्च ऊर्जा दक्षता और उच्च विश्वसनीयता महत्वपूर्ण है।

लक्षित अनुप्रयोग:यह रिले श्रृंखला विशेष रूप से दूरसंचार स्विचिंग उपकरण, मापन और परीक्षण उपकरण, फैक्ट्री ऑटोमेशन (FA) और ऑफिस ऑटोमेशन (OA) उपकरण, औद्योगिक नियंत्रण प्रणालियों और सुरक्षा प्रणालियों के लिए डिज़ाइन की गई है।

2. गहन तकनीकी मापदंड विश्लेषण

ELM4XXA श्रृंखला का प्रदर्शन विद्युत, प्रकाशिक और तापीय मापदंडों के एक व्यापक सेट द्वारा परिभाषित किया गया है। सही सर्किट डिज़ाइन और विश्वसनीय संचालन के लिए इन विशिष्टताओं को समझना महत्वपूर्ण है।

2.1 पूर्ण अधिकतम रेटिंग

ये रेटिंग उन तनाव सीमाओं को परिभाषित करती हैं जो डिवाइस को स्थायी क्षति पहुँचा सकती हैं। इन स्थितियों में संचालन की गारंटी नहीं है।

• इनपुट (LED साइड):अधिकतम फॉरवर्ड करंट (I_F) 50 mA DC है। पल्स स्थितियों (100 Hz, ड्यूटी साइकिल 0.1%) में, 1 A का पीक फॉरवर्ड करंट (I_FP). अधिकतम रिवर्स वोल्टेज (V_R) 5 V है।
• आउटपुट (MOSFET साइड):ब्रेकडाउन वोल्टेज (V_Lदो मुख्य मॉडलों के बीच अंतर किया गया है: ELM440A 400 V के लिए और ELM460A 600 V के लिए। तदनुसार, अधिकतम निरंतर भार धारा (I_L) 400V संस्करण के लिए 120 mA और 600V संस्करण के लिए 50 mA है। अधिक पल्स भार धारा को कम समय (एकल 100 ms) के लिए पारित करने की अनुमति है।
• इन्सुलेशन:यह उपकरण 3750 V तक प्रदान करता है_rms(1 मिनट) का उच्च विद्युत पृथक्करण वोल्टेज (V_iso), सुनिश्चित करें कि इनपुट और आउटपुट के बीच सुरक्षा और शोर प्रतिरोध हो।
• थर्मल विशेषताएँ:कार्य परिवेश तापमान सीमा -40°C से +85°C है। डिवाइस की कुल बिजली खपत (P_T) 550 mW से अधिक नहीं होनी चाहिए।

2.2 Electro-Optical Characteristics

ये पैरामीटर T_A= 25°C पर निर्दिष्ट हैं, जो सामान्य परिस्थितियों में डिवाइस के संचालन व्यवहार को परिभाषित करते हैं।

• इनपुट विशेषताएँ:LED फॉरवर्ड वोल्टेज (V_F) I_F= 10 mA पर टाइपिकल 1.18V, अधिकतम 1.5V है। यह कम V_Fबिजली की खपत को कम करने में मदद करता है।
• आउटपुट विशेषताएँ:एक महत्वपूर्ण पैरामीटर चालू-अवस्था प्रतिरोध (R_d(ON)ELM440A के लिए, विशिष्ट मान 20 Ω (अधिकतम 30 Ω) है; ELM460A के लिए, विशिष्ट मान 40 Ω (अधिकतम 70 Ω) है। यह प्रतिरोध सीधे रिले के चालू होने पर वोल्टेज ड्रॉप और शक्ति हानि को प्रभावित करता है। बंद अवस्था रिसाव धारा (I_leak) 1 μA से कम होने की गारंटी देता है, जिससे रिले के बंद होने पर शक्ति हानि को न्यूनतम किया जाता है।
• ट्रांसमिशन विशेषताएँ:ये इनपुट और आउटपुट के बीच संबंध को परिभाषित करती हैं। अधिकतम लोड पर आउटपुट MOSFET को पूरी तरह से सक्रिय करने के लिए आवश्यक LED चालू धारा (I_F(on)) बहुत कम है, जिसका विशिष्ट मान 1 mA (अधिकतम 5 mA) है। LED बंद धारा (I_F(off)) आउटपुट को ऑफ (I_L≤ 1 μA) सुनिश्चित करने के लिए अधिकतम इनपुट करंट है, जिसका विशिष्ट मान 0.6 mA है।
• स्विचिंग गति:टर्न-ऑन समय (T_on) और टर्न-ऑफ समय (T_बंद) सभी उप-मिलीसेकंड सीमा के भीतर हैं। मानक परीक्षण स्थितियों के तहत (I_F=10mA, I_L=MAX, R_L=200Ω), T_onTypical value is 0.1 ms, T_बंदTypical value is 0.2 ms. This is much faster than most EMRs.

3. प्रदर्शन वक्र विश्लेषण

डेटाशीट में कई चार्ट प्रदान किए गए हैं जो दर्शाते हैं कि कैसे महत्वपूर्ण पैरामीटर ऑपरेटिंग स्थितियों के साथ बदलते हैं, जो डेरेटिंग और मजबूत डिजाइन के लिए महत्वपूर्ण है।

3.1 थर्मल डिरेटिंग

चित्र 1: लोड करंट बनाम परिवेश तापमान आरेखयह दिखाता है कि परिवेश तापमान बढ़ने के साथ, अधिकतम निरंतर लोड करंट के लिए डीरेटिंग की आवश्यकता होती है। ELM440A और ELM460A दोनों को ही 25°C पर रेटेड मान से लोड करंट को रैखिक रूप से कम करना होता है, जो लगभग 100-120°C पर शून्य तक पहुंच जाता है। यह वक्र यह सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण है कि उच्च तापमान पर डिवाइस की कुल बिजली खपत (I_L²* R_d(ON)) सीमा से अधिक न हो।

3.2 ऑन-रेजिस्टेंस और स्विचिंग टाइम में परिवर्तन

चित्र 2: चालू प्रतिरोध और परिवेश तापमान के बीच संबंध आरेखR दर्शाता है_d(ON)तापमान बढ़ने के साथ बढ़ता है। ELM460A के लिए, R_d(ON)25°C से 100°C तक 50% से अधिक बढ़ सकता है। उच्च तापमान पर वोल्टेज ड्रॉप की गणना में इसे ध्यान में रखना चाहिए।

चित्र 3: स्विचिंग समय बनाम परिवेश तापमान ग्राफदर्शाता है कि T_onऔर T_बंददोनों तापमान में कमी के साथ मामूली रूप से बढ़ जाते हैं, खासकर 0°C से नीचे। ठंडे वातावरण में संचालित होने वाले सर्किट डिजाइनरों को इस बात का ध्यान रखना चाहिए कि स्विचिंग गति थोड़ी धीमी हो जाएगी।

3.3 इनपुट/आउटपुट संबंध

चित्र 4 और 5: स्विचिंग समय बनाम LED फॉरवर्ड करंट ग्राफयह दर्शाता है कि LED ड्राइव करंट (I_F) में वृद्धि करने से टर्न-ऑन और टर्न-ऑफ समय में उल्लेखनीय कमी आती है। यह डिजाइनर को स्विचिंग गति और इनपुट पावर खपत के बीच संतुलन बनाने की अनुमति देता है। 10 mA के बजाय 20-30 mA से LED को ड्राइव करने पर, स्विचिंग समय को आधे से भी अधिक कम किया जा सकता है।

चित्र 6 और चित्र 7: सामान्यीकृत LED ऑपरेटिंग करंट बनाम तापमान संबंध आरेखआउटपुट को चालू करने के लिए आवश्यक I_F(on)तापमान बढ़ने के साथ घट जाती है, जबकि इसे बंद करने वाला I_F(off)तो बढ़ जाता है। मार्जिन डिज़ाइन में उच्च तापमान पर कार्य विंडो के संकीर्ण होने की स्थिति पर विचार करना चाहिए।

4. यांत्रिक एवं पैकेजिंग जानकारी

4.1 पिन कॉन्फ़िगरेशन और स्कीमैटिक

यह डिवाइस मानक 4-पिन SOP पैकेज में आता है।

• पिन 1: LED एनोड
• पिन 2: LED कैथोड
• पिन 3 और 4: MOSFET आउटपुट (स्रोत और ड्रेन कनेक्शन; आंतरिक सर्किट दर्शाता है कि ये कनेक्शन डिवाइस को एक SPST स्विच बनाते हैं)।

स्कीमैटिक ने आर्किटेक्चर की पुष्टि की: एक इन्फ्रारेड LED फोटोवोल्टिक सेल ऐरे को ड्राइव करता है, जो आउटपुट MOSFET के गेट को बायस करने के लिए वोल्टेज उत्पन्न करता है, जिससे इसे चालू किया जाता है।

4.2 पैकेज आयाम और मार्किंग

पैकेज बॉडी का आयाम लगभग 4.59mm x 3.81mm है, और ऊंचाई 1.73mm (अधिकतम) है। लीड पिच 2.54mm है। विश्वसनीय सोल्डरिंग और यांत्रिक स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए अनुशंसित PCB पैड लेआउट (पैड पैटर्न) प्रदान किया गया है। डिवाइस के शीर्ष पर कोड मार्क किया गया है, जो निर्माता लोगो, पार्ट नंबर (उदाहरण के लिए M440A), निर्माण वर्ष/सप्ताह, और VDE प्रमाणित संस्करण के लिए वैकल्पिक "V" मार्क को इंगित करता है।

5. सोल्डरिंग और असेंबली गाइड

यह उपकरण रिफ्लो सोल्डरिंग प्रक्रिया का उपयोग करके सतह माउंट असेंबली के लिए डिज़ाइन किया गया है। सोल्डरिंग तापमान का पूर्ण अधिकतम रेटिंग 260°C, 10 सेकंड के लिए है। यह एक विशिष्ट लीड-फ्री (Pb-free) रिफ्लो प्रोफ़ाइल के अनुरूप है। डिज़ाइनरों को टॉम्बस्टोनिंग को रोकने और उचित सोल्डर जोड़ बनाने के लिए अनुशंसित पैड लेआउट का पालन करना चाहिए। यह उपकरण हेलोजन-मुक्त, लीड-फ्री और RoHS निर्देशों का अनुपालन करता है, जो पर्यावरण-जागरूक विनिर्माण के लिए उपयुक्त है।

6. ऑर्डर जानकारी और पैकेजिंग

पार्ट नंबर निम्नलिखित संरचना का पालन करता है: ELM4XXA(X)-VG।

• 4XXA:पार्ट नंबर कोर (400V के लिए 440A, 600V के लिए 460A)।
• (X):रील पैकेजिंग विकल्प। 'TA' या 'TB' विभिन्न रील विनिर्देशों को दर्शाता है। यदि छोड़ दिया जाता है, तो यह 100 टुकड़े/ट्यूब के ट्यूब पैकेज के रूप में आपूर्ति की जाती है।
• -V:एक वैकल्पिक प्रत्यय, यह दर्शाता है कि यह इकाई VDE प्रमाणित है।
• -G:यह हैलोजन-मुक्त आवश्यकता को पूरा करने का संकेत देता है।

मानक SMD संस्करण (ट्यूब पैकिंग) में 100 यूनिट शामिल हैं। रील टेप विकल्प प्रति रील 3000 यूनिट शामिल करता है।

7. अनुप्रयोग सुझाव और डिजाइन विचार

7.1 विशिष्ट अनुप्रयोग परिदृश्य

ELM4XXA मध्यम वोल्टेज, कम धारा संकेतों या भारों को स्विच करने के लिए आदर्श है। उदाहरणों में शामिल हैं:

• परीक्षण उपकरणों में एनालॉग या डिजिटल सिग्नल लाइनों को अलग करना।
• औद्योगिक नियंत्रण में हीटिंग तत्वों या छोटे सोलेनॉइड को स्विच करना।
• पावर सप्लाई या मोटर ड्राइवर में अलगाव नियंत्रण इनपुट प्रदान करना।
• सुरक्षा पैनलों में कम वोल्टेज लॉजिक और उच्च वोल्टेज परिधीय सर्किट के बीच इंटरफेस के रूप में कार्य करना।

7.2 प्रमुख डिज़ाइन विचार

• इनपुट ड्राइवर सर्किट:LED के साथ हमेशा करंट को सीमित करने के लिए एक रेसिस्टर श्रृंखला में जोड़ा जाना चाहिए। इसका मान (पावर सप्लाई वोल्टेज - V_F) / आवश्यक I_Fके रूप में गणना की जाती है। विश्वसनीय शटडाउन सुनिश्चित करने के लिए, कंट्रोल सर्किट को LED कैथोड को एनोड वोल्टेज के बहुत करीब एक स्तर पर खींचना चाहिए, जिससे किसी भी लीकेज करंट को कम से कम किया जा सके जो आउटपुट को अनजाने में चालू कर सकता है।
• आउटपुट लोड विचार:यह रिले DC लोड स्विचिंग के लिए डिज़ाइन किया गया है। AC लोड के लिए, अतिरिक्त सुरक्षा (जैसे स्नबर नेटवर्क) की आवश्यकता होती है, और वोल्टेज रेटिंग पीक वोल्टेज को संदर्भित करती है, न कि RMS मान को। लोड करंट को अपेक्षित अधिकतम परिवेश तापमान के आधार पर, चित्र 1 के अनुसार डेरेट किया जाना चाहिए। चालू अवस्था में बिजली अपव्यय (I_L²* R_d(ON)) को कार्य तापमान पर (चित्र 2 में R_d(ON)का उपयोग करके) गणना की जानी चाहिए, यह सुनिश्चित करने के लिए कि यह P_{out से अधिक न हो।}.
• 。थर्मल प्रबंधन:
• हालांकि पैकेज छोटा है, लेकिन यह सुनिश्चित करना कि पिन के आसपास (विशेष रूप से पिन 3 और 4) पर्याप्त PCB कॉपर एरिया है, हीट डिसिपेशन में मदद करता है और करंट हैंडलिंग क्षमता तथा सेवा जीवन को बढ़ाता है।वोल्टेज मार्जिन:_Lविश्वसनीय दीर्घकालिक संचालन के लिए, आउटपुट पर लागू स्थिर वोल्टेज (V) को रेटेड ब्रेकडाउन वोल्टेज (400V या 600V) से आरामदायक मार्जिन नीचे रखा जाना चाहिए।

विशेष रूप से वोल्टेज ट्रांजिएंट्स की उपस्थिति वाले वातावरण में।

8. तकनीकी तुलना एवं विभेदीकरण

पारंपरिक इलेक्ट्रोमैकेनिकल रिले (EMR) की तुलना में, ELM4XXA लंबी अपेक्षित आयु (अरबों चक्र बनाम लाखों चक्र), तेज़ स्विचिंग गति, शांत संचालन और बेहतर शॉक/कंपन प्रतिरोध प्रदान करता है। ट्रांजिस्टर आउटपुट वाले अन्य SSR या ऑप्टोकपलर की तुलना में, इसका MOSFET आउटपुट कम ऑन-रेजिस्टेंस प्रदान करता है और न्यूनतम ऑफसेट वोल्टेज के साथ AC और DC दोनों लोड स्विच कर सकता है। 4-पिन SOP पैकेज इस वोल्टेज और करंट रेटिंग वाले SSR में उपलब्ध सबसे छोटे पैकेजों में से एक है, जो महत्वपूर्ण स्थान बचाता है। प्रमुख अंतरराष्ट्रीय सुरक्षा एजेंसियों (UL, cUL, VDE, आदि) के प्रमाणन को शामिल करने से वैश्विक बाजार के लिए अंतिम उत्पाद प्रमाणीकरण सरल हो जाता है।

9. सामान्य प्रश्न (तकनीकी मापदंडों पर आधारित)

9.1 क्या यह रिले AC लोड स्विच कर सकती है?

आउटपुट MOSFET में बॉडी डायोड होता है। मानक कॉन्फ़िगरेशन में, यह डिवाइस मुख्य रूप से DC लोड स्विचिंग के लिए है। AC स्विचिंग के लिए, दो डिवाइसों को बैक-टू-बैक (सोर्स से सोर्स) जोड़ा जा सकता है, या द्विदिश धारा को बाहरी सर्किट द्वारा प्रबंधित किया जाना चाहिए। वोल्टेज रेटिंग AC वेवफॉर्म के पीक वोल्टेज पर लागू होती है।

9.2 600V संस्करण (ELM460A) का लोड करंट 400V संस्करण (ELM440A) से कम क्यों है?_{उच्च वोल्टेज वाले MOSFET में आमतौर पर उच्च विशिष्ट चालू-अवस्था प्रतिरोध (R}ds(on)_{* क्षेत्र) होता है। एक ही छोटे पैकेज में फिट होने के लिए, 600V रेटेड MOSFET चिप का R}d(ON)²(40-70 Ω बनाम 20-30 Ω) अधिक होगा। दिए गए करंट के लिए, 600V भाग की बिजली खपत (I

R) अधिक है। जंक्शन तापमान को सुरक्षित सीमा के भीतर रखने और विश्वसनीयता बनाए रखने के लिए, अधिकतम निरंतर धारा को कम करना आवश्यक है।

9.3 रिले को पूरी तरह से बंद कैसे सुनिश्चित करें?_{सुनिश्चित करें कि नियंत्रण सर्किट इनपुट LED से प्रवाहित होने वाली धारा को अधिकतम I तक कम कर दे।}F(off)

विशिष्टता (विशिष्ट मान 0.6 mA) से नीचे। व्यावहारिक रूप से, इसका अर्थ है LED के कैथोड को उसके एनोड वोल्टेज के बहुत करीब के स्तर तक चलाना, या पर्याप्त रूप से बड़ा श्रृंखला प्रतिरोधक का उपयोग करना, ताकि किसी भी अवशिष्ट वोल्टेज अंतर को उस सीमा से नीचे की धारा तक सीमित किया जा सके। इनपुट को फ्लोटिंग (खुला) न छोड़ें।

10. व्यावहारिक डिज़ाइन केस विश्लेषणपरिदृश्य:

60°C अधिकतम परिवेश तापमान वाले औद्योगिक नियंत्रक में 24V DC, 80mA सोलेनॉइड वाल्व के लिए एक लो-साइड स्विच डिज़ाइन करें। नियंत्रण सिग्नल माइक्रोकंट्रोलर के 3.3V से आता है।घटक चयन:

ELM440A (400V रेटेड) का चयन करें, क्योंकि इसकी धारा क्षमता अधिक है। 24V लोड इसके वोल्टेज रेटिंग सीमा के पूर्णतः भीतर है।थर्मल डेरेटिंग:

चित्र 1 के अनुसार, 60°C पर, ELM440A अपनी 120mA रेटिंग का लगभग 90-95% संभाल सकता है। 80mA रेटिंग का लगभग 67% है, जो स्वीकार्य है।इनपुट सर्किट डिज़ाइन:_Fमान लें V

= 1.2V। 10mA की ड्राइव करंट प्रदान करने के लिए त्वरित स्विचिंग सुनिश्चित करने हेतु, श्रेणीक्रम प्रतिरोध R = (3.3V - 1.2V) / 0.01A = 210 Ω है। मानक 200 Ω प्रतिरोधक का उपयोग किया जा सकता है। GPIO पिन यह करंट सीधे प्रदान कर सकता है।आउटपुट विश्लेषण:_{60°C पर, चित्र 2 के अनुसार, R}d(ON)²लगभग 22-23 Ω। बिजली की खपत P = (0.08A)_{* 23Ω = 0.147W। यह P से काफी कम है}out से अधिक न हो।

रेटेड मान 500mW। रिले पर वोल्टेज ड्रॉप = 0.08A * 23Ω = 1.84V, सोलेनॉइड के लिए 22.16V छोड़ता है।लेआउट:

अनुशंसित पैड लेआउट का पालन करें, और ड्रेन/सोर्स पिन (3 और 4) को बड़े कॉपर क्षेत्र से जोड़कर हीट डिसिपेशन में सहायता करें।

11. कार्य सिद्धांत

ELM4XXA ऑप्टिकल इंसुलेशन के सिद्धांत पर कार्य करता है। जब इनपुट AlGaAs इन्फ्रारेड LED को फॉरवर्ड करंट दिया जाता है, तो यह प्रकाश उत्सर्जित करता है। इस प्रकाश का पता आउटपुट साइड पर स्थित फोटोवोल्टाइक डायोड ऐरे द्वारा लगाया जाता है। यह ऐरे पर्याप्त उच्च ओपन-सर्किट वोल्टेज उत्पन्न करता है, जो आउटपुट स्विच बनाने वाले N-चैनल पावर MOSFET के गेट को पूरी तरह से एन्हांस करने के लिए पर्याप्त है। जब LED करंट हटा दिया जाता है, तो फोटोवोल्टाइक वोल्टेज क्षीण हो जाता है, MOSFET गेट आंतरिक पथ के माध्यम से डिस्चार्ज हो जाता है, जिससे आउटपुट स्विच बंद हो जाता है। यह तंत्र इनपुट और आउटपुट सर्किट के बीच हजारों वोल्ट का विद्युत इंसुलेशन प्रदान करता है, जो संवेदनशील नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स को लोड साइड के उच्च वोल्टेज ट्रांजिएंट से बचाता है।

12. प्रौद्योगिकी रुझान