EL3120 श्रृंखला गेट ड्राइव ऑप्टोकपलर डेटाशीट - 8-पिन DIP पैकेज - 2.5A आउटपुट करंट - 5000Vrms इंसुलेशन वोल्टेज - हिंदी तकनीकी दस्तावेज़

1. उत्पाद अवलोकन

EL3120 श्रृंखला एक उच्च-प्रदर्शन, उच्च-गति गेट ड्राइव ऑप्टोकपलर है, जो विशेष रूप से पावर इलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों में IGBT और पावर MOSFET ड्राइविंग के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह एक इन्फ्रारेड लाइट एमिटिंग डायोड (LED) को एक उच्च-लाभ, उच्च-गति फोटोडिटेक्टर के साथ एक कॉम्पैक्ट 8-पिन डुअल इन-लाइन पैकेज (DIP) में एकीकृत करता है। इस उपकरण का मुख्य कार्य कम वोल्टेज नियंत्रण सर्किट और उच्च वोल्टेज पावर स्विच के बीच विद्युत अलगाव और सिग्नल संचरण प्रदान करना है, जिससे पावर कन्वर्जन सिस्टम का सुरक्षित और विश्वसनीय संचालन सुनिश्चित होता है।

इस घटक का मुख्य लाभ इसकी उच्च आउटपुट ड्राइव क्षमता और मजबूत इन्सुलेशन प्रदर्शन के संयोजन में निहित है। 2.5A की पीक आउटपुट धारा के साथ, यह कई मध्यम-शक्ति IGBT और MOSFET गेट्स को सीधे ड्राइव कर सकता है, बिना किसी अतिरिक्त बफर स्टेज के। इसकी आंतरिक शील्डिंग परत ±25 kV/µs तक की उत्कृष्ट कॉमन-मोड ट्रांजिएंट इम्यूनिटी (CMTI) प्रदान करती है, जो शोरग्रस्त बिजली वातावरण में स्थिर संचालन सुनिश्चित करती है। यह उपकरण -40°C से +110°C के व्यापक ऑपरेटिंग तापमान रेंज में स्थिर प्रदर्शन की गारंटी देने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जो औद्योगिक और ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है।

लक्षित बाजार में मोटर ड्राइवर, अनइंटरप्टिबल पावर सप्लाई (UPS), सोलर इन्वर्टर और औद्योगिक स्वचालन उपकरण जैसी पावर इलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों के डिजाइनर शामिल हैं। प्रमुख अंतरराष्ट्रीय सुरक्षा मानक निकायों (UL, cUL, VDE, आदि) से इसकी प्रमाणन प्राप्ति, उन अंतिम उत्पादों में इसके उपयोग को सुविधाजनक बनाती है जिनके लिए अनुपालन और प्रमाणन आवश्यक है।

2. गहन तकनीकी मापदंड विश्लेषण

2.1 पूर्ण अधिकतम रेटिंग

पूर्ण अधिकतम रेटिंग उन तनाव सीमाओं को परिभाषित करती है जो डिवाइस को स्थायी क्षति पहुंचा सकती हैं। इनपुट साइड (LED) के लिए, अधिकतम निरंतर फॉरवर्ड करंट (I_F) 25 mA है, और अत्यंत छोटे पल्स (≤1µs, 300 pps) के लिए, इसका पल्स फॉरवर्ड करंट (I_FP) की क्षमता 1 A है। अधिकतम रिवर्स वोल्टेज (V_R) 5V है। आउटपुट साइड पर, हाई लेवल (I_OPH) और निम्न स्तर (I_OPL) अवस्था का पीक आउटपुट करंट 2.5A है। आउटपुट वोल्टेज (V_OV के सापेक्ष_EE30V से अधिक नहीं होना चाहिए। पावर सप्लाई वोल्टेज रेंज (V_CC- V_EE) 15V से 30V तक निर्धारित किया गया है। यह डिवाइस इनपुट और आउटपुट पक्ष के बीच एक मिनट के लिए 5000 V का सामना कर सकता है।_ISOrms_{का आइसोलेशन वोल्टेज (V})। कुल पावर खपत (P_T) 300 mW तक सीमित है।

2.2 ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक विशेषताएँ

यह खंड निर्दिष्ट तापमान सीमा (T_A= -40°C से 110°C) के भीतर सामान्य संचालन स्थितियों में डिवाइस के प्रदर्शन का विस्तृत विवरण देता है।

इनपुट विशेषताएँ:इनपुट LED का फॉरवर्ड वोल्टेज (V_F) फॉरवर्ड करंट (I_F) 10mA पर अधिकतम 1.8V है। रिवर्स लीकेज करंट 5V रिवर्स वोल्टेज पर मापा जाता है।

आउटपुट विशेषताएँ:आउटपुट IC की स्थिर सप्लाई करंट निर्दिष्ट करता है। जब इनपुट LED चालू हो (I_CCH=10mA) हो, तो उच्च स्तर सप्लाई करंट (I_F) टाइपिकल वैल्यू 1.4 mA (मैक्सिमम 3.2 mA) है। जब इनपुट LED बंद होता है, तो लो-लेवल सप्लाई करंट (I_CCL) टाइपिकल वैल्यू 1.5 mA (मैक्सिमम 3.2 mA) है।

ट्रांसमिशन कैरेक्टरिस्टिक्स:ये गेट ड्राइव अनुप्रयोगों में सबसे महत्वपूर्ण पैरामीटर हैं। उच्च-स्तरीय आउटपुट करंट (I_OH) वह करंट है जिसे डिवाइस गेट वोल्टेज को उच्च खींचते समय सिंक कर सकता है। जब आउटपुट वोल्टेज (V_O) V से कम_CC3V (V से कम_CC-3V) होने पर, इसका न्यूनतम मान -2.5A निर्धारित किया गया है। लो-लेवल आउटपुट करंट (I_OL) यह वह धारा है जो डिवाइस गेट वोल्टेज को नीचे खींचते समय प्रदान कर सकता है, जब V_OV_EEसे 3V (V_EE+3V) अधिक हो, तो इसका न्यूनतम मान 2.5A निर्धारित किया गया है। संबंधित आउटपुट वोल्टेज ड्रॉप (V_OHऔर V_OL), जो डिवाइस की रेल-टू-रेल आउटपुट स्विंग क्षमता को दर्शाता है। इनपुट थ्रेशोल्ड करंट (I_FLH) आउटपुट को हाई लेवल पर स्विच करने के लिए आवश्यक अधिकतम LED करंट है, जिसे अधिकतम 5 mA निर्दिष्ट किया गया है। अंडर-वोल्टेज लॉकआउट (UVLO) थ्रेशोल्ड यह सुनिश्चित करता है कि आपूर्ति वोल्टेज बहुत कम होने पर आउटपुट एक सुरक्षित स्थिति में रहे, जिसका विशिष्ट थ्रेशोल्ड लगभग 11-12.5V है।

2.3 स्विचिंग विशेषताएँ

उच्च-आवृत्ति स्विचिंग अनुप्रयोगों के लिए गतिशील प्रदर्शन महत्वपूर्ण है। इनपुट से आउटपुट तक प्रसार विलंब समय (t_PLHऔर t_PHL) अधिकतम 300 ns, विशिष्ट मान लगभग 150 ns है। पल्स चौड़ाई विरूपण (|t_PHL– t_PLH|) अधिकतम 100 ns है, जो चालू और बंद विलंब के बीच अच्छी समरूपता को दर्शाता है। आउटपुट वृद्धि समय (t_R) और गिरावट (t_F) समय का विशिष्ट मान 80 ns है। कॉमन-मोड ट्रांजिएंट इम्युनिटी (CMTI) एक आइसोलेशन डिवाइस का एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है, जो अलगाव बैरियर के पार वोल्टेज के अधिकतम परिवर्तन दर को निर्दिष्ट करता है जिसे डिवाइस आउटपुट में त्रुटिपूर्ण स्विचिंग किए बिना सहन कर सकता है। EL3120 लॉजिक हाई और लॉजिक लो दोनों अवस्थाओं में 25 kV/µs की CMTI की गारंटी देता है।

3. Performance Curve Analysis

डेटाशीट कुछ विशिष्ट विशेषता वक्र प्रदान करती है, जो विभिन्न परिस्थितियों में डिवाइस के व्यवहार की गहरी समझ प्राप्त करने में सहायक होती है।

फॉरवर्ड वोल्टेज बनाम तापमान संबंध (चित्र 1):यह वक्र दर्शाता है कि इनपुट LED का फॉरवर्ड वोल्टेज (V_F) परिवेश के तापमान में वृद्धि के साथ घटता है, जो एक सेमीकंडक्टर डायोड की विशिष्ट विशेषता है। डिजाइनरों को LED ड्राइवर सर्किट डिजाइन करते समय इस बात का ध्यान रखना चाहिए, ताकि पूरे तापमान सीमा में पर्याप्त धारा सुनिश्चित की जा सके।

आउटपुट वोल्टेज बनाम आउटपुट करंट संबंध (चित्र 2 और चित्र 4):ये ग्राफ़ हाई-साइड (सिंक करंट) और लो-साइड (सोर्स करंट) ऑपरेशन के दौरान आउटपुट वोल्टेज ड्रॉप बनाम आउटपुट करंट को दर्शाते हैं। वे दिखाते हैं कि आउटपुट करंट में वृद्धि और तापमान में कमी के साथ वोल्टेज ड्रॉप बढ़ता है। ड्राइवर में बिजली अपव्यय की गणना करने और यह सुनिश्चित करने के लिए कि गेट को पूर्ण अपेक्षित वोल्टेज स्विंग प्राप्त हो, यह जानकारी महत्वपूर्ण है।

सप्लाई करंट बनाम तापमान संबंध (चित्र 6):यह वक्र दर्शाता है कि स्थैतिक बिजली धारा (I_CCHऔर I_CCLसहित) तापमान के साथ मध्यम रूप से बढ़ती है, जो सिस्टम बिजली बजट गणना के लिए महत्वपूर्ण है।

4. Mechanical and Packaging Information

4.1 पिन कॉन्फ़िगरेशन एवं कार्य

यह डिवाइस मानक 8-पिन DIP पैकेज में आता है। पिन व्यवस्था इस प्रकार है:

• पिन 1: कोई कनेक्शन नहीं (NC)
• पिन 2: इनपुट LED का एनोड (A)
• पिन 3: इनपुट LED का कैथोड (K)
• पिन 4: कोई कनेक्शन नहीं (NC)
• पिन 5: V_EE(आउटपुट स्टेज नेगेटिव पावर सप्लाई/ग्राउंड)
• पिन 6: V_OUT(गेट ड्राइव आउटपुट)
• पिन 7: V_OUT(गेट ड्राइव आउटपुट, आंतरिक रूप से पिन 6 से जुड़ा हुआ)
• पिन 8: V_CC(आउटपुट स्टेज का सकारात्मक पावर स्रोत)

सर्किट आरेख आंतरिक कनेक्शन दिखाता है: फोटोडिटेक्टर एक पुश-पुल आउटपुट स्टेज को चलाता है, जो V_CCऔर V_EEके बीच। डेटाशीट स्पष्ट रूप से निर्दिष्ट करती है कि पिन 8 (V_CC) और पिन 5 (V_EE) के बीच एक 0.1 µF बायपास कैपेसिटर जोड़ना आवश्यक है, ताकि स्थिर संचालन सुनिश्चित हो और पावर नॉइज़ न्यूनतम हो।

5. सोल्डरिंग एवं असेंबली मार्गदर्शिका

Absolute Maximum Ratings specify the soldering temperature (T_SOL) as 260°C for 10 seconds. This is a typical value for lead-free soldering processes. Designers should follow the through-hole component soldering guidelines of the IPC standard. The device should be stored within the specified storage temperature range of -55°C to +125°C in a dry environment to prevent moisture absorption, which can lead to popcorn effect during reflow soldering (although this is primarily an issue for SMD components).

6. अनुप्रयोग सुझाव

6.1 Typical Application Circuit

इसका मुख्य अनुप्रयोग मोटर ड्राइवर, इन्वर्टर और UPS सिस्टम जैसे सर्किटों में IGBT और पावर MOSFET के लिए अलग गेट ड्राइवर के रूप में है। एक विशिष्ट अनुप्रयोग सर्किट में इनपुट पिन (2 और 3) को एक करंट-लिमिटिंग रेसिस्टर के माध्यम से माइक्रोकंट्रोलर या PWM कंट्रोलर से जोड़ना शामिल है। आउटपुट पिन (6 और 7) सीधे पावर स्विच के गेट से जुड़े होते हैं। स्विचिंग गति को नियंत्रित करने, रिंगिंग को कम करने और पीक करंट को सीमित करने के लिए लगभग हमेशा एक बाहरी गेट रेसिस्टर (R) की आवश्यकता होती है जो गेट के साथ श्रृंखला में जुड़ा होता है।_G) गेट के साथ श्रृंखला में, स्विचिंग गति को नियंत्रित करने, रिंगिंग को कम करने और पीक करंट को सीमित करने के लिए। R_Gइसका मान स्विचिंग हानि (जितनी जल्दी हो सके) और विद्युतचुम्बकीय हस्तक्षेप (EMI) तथा वोल्टेज ओवरशूट (जितना धीमा हो सके) के बीच संतुलन बनाने की आवश्यकता है।

6.2 Design Considerations

• इनपुट सर्किट:LED ड्राइव करंट अधिकतम इनपुट थ्रेशोल्ड करंट (5 mA) को पार करने और एक मार्जिन छोड़ने के लिए पर्याप्त होना चाहिए, आमतौर पर 10-16 mA का उपयोग किया जाता है। श्रृंखला प्रतिरोध की गणना के लिए सूत्र R है_IN= (V_CONTROL- V_F) / आई_F.
• आउटपुट सर्किट:आउटपुट स्टेज का बिजली आपूर्ति (V_CCसे V_EE) 15-30V सीमा में और अच्छी तरह से विनियमित होना चाहिए। 0.1 µF बायपास कैपेसिटर अनिवार्य है और डिवाइस पिन के जितना संभव हो उतना करीब रखा जाना चाहिए।
• गेट ड्राइव:2.5A का पीक आउटपुट करंट मध्यम गेट चार्ज वाले स्विचिंग डिवाइसों के लिए उपयुक्त है। बहुत बड़े IGBT के लिए, सत्यापित करें कि ड्राइवर वांछित स्विचिंग समय में आवश्यक चार्ज प्रदान कर सकता है। इसकी सोर्स और सिंक करंट क्षमता सममित है, जो एक लाभ है।
• इन्सुलेशन:लक्षित इन्सुलेशन वोल्टेज और संबंधित सुरक्षा मानकों के अनुसार, PCB लेआउट में इनपुट और आउटपुट पक्ष के बीच उचित क्रीपेज दूरी और विद्युत अंतराल बनाए रखें।
• थर्मल प्रबंधन:हालांकि पैकेज 300 mW का अपव्यय कर सकता है, वास्तविक बिजली अपव्यय की गणना बिजली वोल्टेज, बिजली धारा, आउटपुट धारा, ड्यूटी साइकिल और स्विचिंग आवृत्ति के आधार पर की जानी चाहिए ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि जंक्शन तापमान सीमा के भीतर बना रहे।

7. तकनीकी तुलना एवं विभेदीकरण

EL3120 अपने विशिष्ट कार्यों के संयोजन के साथ बाजार में अपनी स्थिति रखता है। इसकी 2.5A आउटपुट धारा इसे गेट ड्राइव ऑप्टोकपलर के मध्यम स्तर पर रखती है, जो उच्च धारा वाले अलग ड्राइव चरणों की लागत और जटिलता के बिना व्यापक अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है। गारंटीकृत 25 kV/µs CMTI एक मजबूत मूल्य है जो मोटर ड्राइवर जैसे चुनौतीपूर्ण वातावरण में मजबूत शोर प्रतिरक्षा प्रदान करता है। चौड़ा ऑपरेटिंग तापमान रेंज (-40°C से +110°C) कई वाणिज्यिक-ग्रेड उपकरणों से अधिक है, जो औद्योगिक और बाहरी अनुप्रयोगों के लिए विश्वसनीयता प्रदान करता है। रेल-टू-रेल आउटपुट वोल्टेज क्षमता गेट ड्राइव बिजली आपूर्ति वोल्टेज के प्रभावी उपयोग को सुनिश्चित करती है, स्विचिंग डिवाइस पर लागू गेट सिग्नल को अधिकतम करती है।

8. सामान्य प्रश्न (तकनीकी मापदंडों पर आधारित)

प्रश्न: क्या मैं आउटपुट स्टेज के लिए एकल 15V बिजली आपूर्ति का उपयोग कर सकता हूं?
उत्तर: हाँ, बिजली आपूर्ति वोल्टेज सीमा 15V से 30V तक है। 15V बिजली आपूर्ति न्यूनतम मान है और पूरी तरह से स्वीकार्य है, लेकिन उच्च वोल्टेज का उपयोग करने की तुलना में, इससे पावर स्विच के गेट ड्राइव वोल्टेज कम हो जाता है।

प्रश्न: दो आउटपुट पिन (6 और 7) क्यों हैं?
उत्तर: ये दोनों पिन आंतरिक रूप से जुड़े हुए हैं। यह डिज़ाइन गेट से जुड़े परजीवी प्रेरकत्व को कम करने, उच्च चरम धारा के लिए एक मजबूत धारा पथ प्रदान करने और लेआउट लचीलापन प्रदान करने में मदद करता है।

प्रश्न: डिवाइस के विश्वसनीय चालू (टर्न-ऑन) को कैसे सुनिश्चित करें?
उत्तर: निर्दिष्ट अधिकतम इनपुट थ्रेशोल्ड करंट (I_FLH= 5 mA) से काफी अधिक करंट के साथ इनपुट LED को ड्राइव करें। जैसा कि परीक्षण शर्तों में दिखाया गया है, 10-16 mA का उपयोग तापमान और डिवाइस भिन्नता की सीमा के भीतर एक अच्छा सुरक्षा मार्जिन प्रदान करता है।

प्रश्न: क्या बाहरी गेट रेसिस्टर आवश्यक है?
उत्तर: लगभग हमेशा आवश्यक होता है। हालांकि ड्राइवर सीधे जोड़ा जा सकता है, गेट रेसिस्टर (आमतौर पर 1-100 Ω के बीच) का उपयोग स्विचिंग गति को नियंत्रित करने, परजीवी दोलनों को दबाने और ड्राइव IC और पावर स्विच गेट द्वारा अनुभव किए जाने वाले पीक करंट को सीमित करने के लिए किया जाता है।

9. व्यावहारिक अनुप्रयोग उदाहरण

परिदृश्य: मोटर ड्राइव के तीन-फेज इन्वर्टर में एक 600V IGBT को ड्राइव करना।माइक्रोकंट्रोलर 5V लॉजिक लेवल का PWM सिग्नल उत्पन्न करता है। लगभग 12 mA के LED करंट के लिए करंट-लिमिटिंग रेसिस्टर की गणना करें (उदाहरण के लिए, (5V - 1.5V)/12mA ≈ 290Ω)। आउटपुट साइड एक आइसोलेटेड 20V DC-DC कन्वर्टर द्वारा संचालित होती है। पिन 6 और 7 एक 10Ω गेट रेसिस्टर के माध्यम से IGBT के गेट से जुड़े होते हैं। एक 0.1 µF सिरेमिक कैपेसिटर सीधे पिन 8 और 5 के बीच जुड़ा होता है। UVLO फ़ंक्शन सुनिश्चित करता है कि यदि स्टार्ट-अप या फॉल्ट कंडीशन के दौरान 20V सप्लाई का वोल्टेज गिरता है, तो IGBT गेट को लो लेवल पर रखा जाता है, जिससे आंशिक चालन और अत्यधिक पावर डिसिपेशन रोका जाता है। उच्च CMTI यह सुनिश्चित करता है कि IGBT कलेक्टर पर तेज वोल्टेज परिवर्तन (dv/dt) आइसोलेशन बैरियर के माध्यम से ड्राइवर आउटपुट को गलत तरीके से ट्रिगर न करें।

10. कार्य सिद्धांत

EL3120 ऑप्टोकपलर सिद्धांत पर कार्य करता है। इनपुट साइड पर लगाया गया विद्युत सिग्नल इन्फ्रारेड LED को चमकने के लिए प्रेरित करता है। यह प्रकाश एक प्रकाशिक रूप से पारदर्शी आइसोलेशन बैरियर (आमतौर पर सिलिकॉन या इसी तरह की सामग्री से बना) से होकर गुजरता है। आउटपुट साइड पर, एक फोटोडिटेक्टर (एक मोनोलिथिक इंटीग्रेटेड सर्किट) इस प्रकाश को प्राप्त करता है और इसे वापस विद्युत सिग्नल में परिवर्तित करता है। इस IC में एक फोटोसेंसिटिव तत्व, एम्प्लिफिकेशन स्टेज और एक शक्तिशाली आउटपुट बफर शामिल होता है जो उच्च पीक करंट सोर्स और सिंक करने में सक्षम होता है। मुख्य लाभ यह है कि सिग्नल और पावर प्रकाश के माध्यम से प्रसारित होते हैं, जो उच्च वोल्टेज, ग्राउंड लूप्स और शोर को ब्लॉक करते हुए विद्युत आइसोलेशन प्रदान करता है।

11. उद्योग रुझान

गेट ड्राइव आइसोलेटर का बाजार लगातार विकसित हो रहा है। प्रवृत्तियों में आइसोलेटर IC में अधिक कार्यों का एकीकरण शामिल है, जैसे उन्नत सुरक्षा सुविधाएँ (डीसैचुरेशन डिटेक्शन, सॉफ्ट शटडाउन, मिलर क्लैंप), अन्य सिस्टम कार्यों के साथ उच्च स्तरीय एकीकरण, और वाइड बैंडगैप सेमीकंडक्टर्स (SiC और GaN) के लिए आवश्यक उच्च स्विचिंग आवृत्तियों के लिए समर्थन। साथ ही, उच्च विश्वसनीयता, लंबी सेवा जीवन और ऑटोमोटिव (AEC-Q100) और फंक्शनल सेफ्टी (ISO 26262) अनुप्रयोगों के लिए बढ़ी हुई सुरक्षा प्रमाणन को भी बढ़ावा दिया जा रहा है। पैकेज आकार भी उच्च शक्ति घनत्व डिजाइन को प्राप्त करने के लिए छोटे सतह माउंट प्रकारों की ओर प्रवृत्त हो रहे हैं, हालांकि DIP जैसे थ्रू-होल पैकेज अपनी मजबूती और प्रोटोटाइप बनाने में आसानी के कारण अभी भी लोकप्रिय हैं।