5-Pin SOP हाई-स्पीड 10Mbit/s लॉजिक गेट फोटोकपलर ELM453H-G सीरीज़ डेटाशीट - पैकेज 5-Pin SOP - आइसोलेशन वोल्टेज 3750Vrms - अंग्रेजी तकनीकी दस्तावेज़

1. उत्पाद अवलोकन

ELM453H-G Series उच्च-गति, लॉजिक गेट फोटोकपलर (ऑप्टो-आइसोलेटर) के एक परिवार का प्रतिनिधित्व करती है, जो मांग वाले डिजिटल अलगाव अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन की गई है। ये उपकरण विश्वसनीय सिग्नल ट्रांसमिशन प्रदान करते हुए इनपुट और आउटपुट सर्किट के बीच उच्च विद्युत अलगाव बनाए रखने के लिए इंजीनियर किए गए हैं। मूल कार्य एक अवरक्त एलईडी का उपयोग करके एक अलगाव बाधा के पार डिजिटल लॉजिक सिग्नल स्थानांतरित करना है, जो एक उच्च-गति फोटोडिटेक्टर और ट्रांजिस्टर एम्पलीफायर से प्रकाशीय रूप से युग्मित है।

इस घटक के लिए प्राथमिक बाजार में औद्योगिक स्वचालन, मोटर ड्राइव सिस्टम, फील्डबस संचार नेटवर्क और बिजली आपूर्ति नियंत्रण शामिल हैं, जहां शोर प्रतिरक्षा और सुरक्षा अलगाव महत्वपूर्ण हैं। इसके मुख्य लाभ पारंपरिक फोटोट्रांजिस्टर कपलर की तुलना में इसके बढ़ी हुई गति प्रदर्शन से उत्पन्न होते हैं, जो एक अलग फोटोडायोड बायस कनेक्शन के माध्यम से प्राप्त किया जाता है जो बेस-कलेक्टर कैपेसिटेंस को कम करता है।

2. तकनीकी पैरामीटर गहन विश्लेषण

यह खंड डेटाशीट में निर्दिष्ट प्रमुख विद्युत और प्रकाशिक मापदंडों का एक वस्तुनिष्ठ विश्लेषण प्रदान करता है।

2.1 पूर्ण अधिकतम रेटिंग्स

ये रेटिंग्स तनाव की उन सीमाओं को परिभाषित करती हैं जिनके परे स्थायी क्षति हो सकती है। प्रमुख सीमाओं में शामिल हैं:

• इनपुट फॉरवर्ड करंट (I_F): अधिकतम 25 mA. इससे अधिक होने पर इनपुट LED का क्षरण या विनाश हो सकता है।
• आइसोलेशन वोल्टेज (V_ISO): 3750 V_rms for 1 minute. This is a critical safety rating certifying the dielectric strength of the internal isolation barrier, tested with pins 1 & 3 shorted on one side and pins 4, 5 & 6 shorted on the other.
• ऑपरेटिंग तापमान (T_OPR): -40 से +125 °C. यह विस्तृत सीमा कठोर औद्योगिक वातावरण में विश्वसनीय संचालन सुनिश्चित करती है।
• सोल्डरिंग तापमान (T_SOL): 260 °C for 10 seconds, compliant with typical lead-free reflow profiles.

2.2 विद्युत विशेषताएँ

निर्दिष्ट परीक्षण स्थितियों के तहत गारंटीकृत प्रदर्शन पैरामीटर।

2.2.1 Input Characteristics

• Forward Voltage (V_F)आमतौर पर 1.4V, I=16mA पर अधिकतम 1.8V।_Fइसका उपयोग LED ड्राइवर सर्किट के लिए आवश्यक करंट-लिमिटिंग रेसिस्टर की गणना करने के लिए किया जाता है।
• इनपुट कैपेसिटेंस (C_IN)आमतौर पर 70 pF। इनपुट साइड पर बेहतर उच्च-आवृत्ति प्रदर्शन के लिए कम धारिता योगदान दे सकती है।

2.2.2 Output & Transfer Characteristics

• लो-लेवल आउटपुट वोल्टेज (V_OL): I पर अधिकतम 0.4V_F=16mA, I_O=3mA, V_CC=4.5V. यह लोड के तहत आउटपुट लॉजिक '0' स्तर को परिभाषित करता है।
• Current Transfer Ratio (CTR): समान परीक्षण स्थितियों में न्यूनतम 20%. CTR आउटपुट ट्रांजिस्टर करंट और इनपुट LED करंट का अनुपात है। एक न्यूनतम गारंटी पर्याप्त आउटपुट ड्राइव क्षमता सुनिश्चित करती है।
• उच्च-स्तरीय आउटपुट करंट (I_OH): एलईडी बंद होने पर बहुत कम लीकेज करंट (25°C पर अधिकतम 5 µA), जो एक साफ लॉजिक '1' आउटपुट सुनिश्चित करता है।

2.3 Switching Characteristics

ये पैरामीटर डिवाइस की गति और शोर प्रतिरक्षा को परिभाषित करते हैं, जो डेटा संचरण के लिए महत्वपूर्ण हैं।

• Propagation Delay (T_PHL, T_PLH): Typical 0.35 µs (low) and 0.45 µs (high), with a maximum of 1.0 µs. This allows for signal transmission rates up to 1Mbit/s, though the title suggests 10Mbit/s capability for the logic gate version.
• कॉमन मोड ट्रांजिएंट इम्यूनिटी (CM_H, CM_L): न्यूनतम 10 kV/µs. यह एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है जो आइसोलेशन बैरियर के दोनों ओर समान रूप से दिखाई देने वाले तेज वोल्टेज ट्रांजिएंट (शोर) को अस्वीकार करने की डिवाइस की क्षमता को दर्शाता है। उच्च CMTI मोटर ड्राइव जैसे शोर वाले वातावरण में गलत आउटपुट स्विचिंग को रोकता है।

3. प्रदर्शन वक्र विश्लेषण

डेटाशीट में विशिष्ट इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल विशेषता वक्रों का संदर्भ दिया गया है। प्रदान किए गए पाठ में ये वक्र प्रदर्शित नहीं हैं, लेकिन ये वक्र आमतौर पर डिज़ाइन के लिए महत्वपूर्ण संबंधों को दर्शाते हैं:

• Current Transfer Ratio (CTR) vs. Forward Current (I_F): यह दर्शाता है कि दक्षता ड्राइव करंट के साथ कैसे बदलती है, जो ऑपरेटिंग पॉइंट को अनुकूलित करने में सहायता करती है।
• CTR vs. Ambient Temperature (T_A): तापमान बढ़ने के साथ CTR में कमी को दर्शाता है, जो उच्च-तापमान संचालन के लिए आवश्यक है।
• Propagation Delay vs. Load Resistor (R_L): स्विचिंग गति और आउटपुट ड्राइव क्षमता के बीच समझौता दिखाता है।
• Forward Voltage vs. Temperatureइनपुट सर्किट के थर्मल प्रबंधन के लिए महत्वपूर्ण।

मजबूत सर्किट डिजाइन के लिए इन गैर-रैखिक संबंधों को समझने के लिए डिजाइनरों को पूर्ण डेटाशीट ग्राफ़ से परामर्श लेना चाहिए।

4. Mechanical & Package Information

4.1 Package Dimension

डिवाइस एक मानक 5-पिन Small Outline Package (SOP) में रखा गया है। विस्तृत यांत्रिक चित्र लंबाई, चौड़ाई, ऊंचाई, लीड पिच और स्टैंडऑफ के सटीक आयाम प्रदान करता है। यह जानकारी PCB फुटप्रिंट डिजाइन और उचित क्लीयरेंस सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण है।

4.2 अनुशंसित पैड लेआउट

एक सुझाया गया सतह-माउंट पैड लेआउट प्रदान किया गया है। डेटाशीट सही ढंग से नोट करती है कि यह एक संदर्भ डिज़ाइन है और इसे व्यक्तिगत विनिर्माण प्रक्रियाओं (जैसे, सोल्डर पेस्ट प्रकार, रीफ्लो प्रोफाइल) के आधार पर संशोधित किया जाना चाहिए। अंतिम पैड डिज़ाइन के लिए IPC मानकों का पालन करने की अनुशंसा की जाती है।

4.3 Polarity Identification & Device Marking

पिन कॉन्फ़िगरेशन:

1. एनोड (इनपुट LED +)
2. No Connection / Internal
3. कैथोड (इनपुट एलईडी -)
4. जीएनडी (आउटपुट ग्राउंड)
5. V_आउट (आउटपुट सिग्नल)
6. V_CC (आउटपुट सप्लाई वोल्टेज)

डिवाइस मार्किंग: पैकेज के शीर्ष पर "EL" (निर्माता कोड), "M453H" (डिवाइस नंबर), एक अंक का वर्ष कोड (Y), दो अंकों का सप्ताह कोड (WW), और VDE-अनुमोदित संस्करणों के लिए एक वैकल्पिक "V" अंकित होता है। इससे ट्रेसबिलिटी संभव होती है।

5. Soldering & Assembly Guidelines

रीफ्लो सोल्डरिंग: घटक की अधिकतम सोल्डरिंग तापमान रेटिंग 10 सेकंड के लिए 260°C है। यह मानक लीड-फ्री रीफ्लो प्रोफाइल (IPC/JEDEC J-STD-020) के अनुरूप है। पैकेज क्षति को रोकने के लिए शिखर तापमान और लिक्विडस से ऊपर के समय को नियंत्रित किया जाना चाहिए।

भंडारण स्थितियाँ: भंडारण तापमान सीमा -55 से +125 °C है। सतह-माउंट उपकरणों के लिए महत्वपूर्ण Moisture Sensitivity Level (MSL) जानकारी पूर्ण डेटाशीट या पैकेजिंग से सत्यापित की जानी चाहिए। यदि लागू हो, तो रीफ्लो से पहले नमी अवशोषित घटकों को बेक करने के लिए मानक सावधानियों का पालन किया जाना चाहिए।

6. Packaging & Ordering Information

6.1 ऑर्डरिंग पार्ट नंबर

पार्ट नंबर इस संरचना का अनुसरण करता है: ELM453H(Z)-VG

• Z: टेप और रील विकल्प। ट्यूब (100 इकाइयाँ) के लिए 'None', विभिन्न रील ओरिएंटेशन (3000 इकाइयाँ/रील) के लिए 'TA' या 'TB'।
• V: दर्शाता है कि VDE प्रमाणन शामिल है।
• G: हैलोजन-मुक्त सामग्री संरचना को इंगित करता है।

6.2 टेप और रील विनिर्देश

स्वचालित पिक-एंड-प्लेस असेंबली के लिए विस्तृत कैरियर टेप आयाम (चौड़ाई, पॉकेट आकार, पिच) और रील विशिष्टताएँ प्रदान की गई हैं। विकल्प TA और TB टेप के भीतर घटक के अभिविन्यास में भिन्न हैं, जो रील से फ़ीड दिशा को प्रभावित करते हैं।

7. अनुप्रयोग सुझाव

7.1 विशिष्ट अनुप्रयोग सर्किट

Line Receiver / Digital Signal Isolation: यह उपकरण औद्योगिक नेटवर्क में RS-485, CAN, या अन्य सीरियल डेटा लाइनों को अलग करने के लिए आदर्श है। उच्च CMTI ग्राउंड संभावित अंतर और शोर से सुरक्षा प्रदान करता है।

मोटर ड्राइव में गेट ड्राइव अलगाव: IGBTs या MOSFETs के लिए उच्च-वोल्टेज, शोरयुक्त गेट ड्राइवर सर्किट से कम-वोल्टेज नियंत्रण सिग्नल को अलग करने के लिए उपयोग किया जाता है। उच्च अलगाव वोल्टेज (3750Vrms) और गति यहां महत्वपूर्ण हैं।

लॉजिक ग्राउंड अलगाव: उपप्रणालियों के बीच डिजिटल ग्राउंड को अलग करना (जैसे, एक संवेदनशील एनालॉग सेंसर इंटरफ़ेस और एक शोरगुल वाले माइक्रोकंट्रोलर के बीच) ग्राउंड लूप और शोर युग्मन को रोकने के लिए।

7.2 डिज़ाइन विचार

• इनपुट करंट सीमित करना: LED के आगे की धारा (I) सेट करने के लिए एक बाहरी प्रतिरोधक का उपयोग किया जाना चाहिए।_F), आमतौर पर गारंटीकृत मापदंडों के लिए लगभग 16mA। प्रतिरोधक का मान R है।_LIMIT = (V_DRIVE - V_F) / I_F.
• आउटपुट पुल-अप रेसिस्टर: एक पुल-अप रेसिस्टर (R_L) आउटपुट (पिन 5 से V_CC) पर आवश्यक है। इसका मान स्विचिंग गति (कम R_L = तेज, लेकिन अधिक धारा) और लॉजिक हाई स्तर को प्रभावित करता है। परीक्षण स्थिति में 1.9 kΩ का उपयोग किया जाता है।
• पावर सप्लाई डिकपलिंग: पिन 4 (GND) और 6 (V) के निकट एक 0.1 µF सिरेमिक कैपेसिटर लगाएं_CC) ताकि स्थिर संचालन सुनिश्चित हो और स्विचिंग नॉइज़ कम से कम हो।
• क्रीपेज और क्लीयरेंस: पीसीबी पर, उच्च वोल्टेज अलगाव रेटिंग बनाए रखने के लिए इनपुट और आउटपुट सर्किट (ट्रेस और घटकों सहित) के बीच पर्याप्त क्रीपेज और क्लीयरेंस दूरी बनाए रखें। प्रासंगिक सुरक्षा मानकों (जैसे, IEC 61010-1) का पालन करें।

8. Technical Comparison & Differentiation

The ELM453H-G का मानक फोटोट्रांजिस्टर कपलर से प्राथमिक अंतर यह है कि इसकी गतिएक अलग बेस कनेक्शन (एकीकृत फोटोडायोड के माध्यम से) प्रदान करके आउटपुट ट्रांजिस्टर को बायस करने से, यह मिलर कैपेसिटेंस प्रभाव को काफी कम कर देता है जो पारंपरिक फोटोट्रांजिस्टर को धीमा कर देता है। यह इसे 1Mbit/s से 10Mbit/s रेंज में डिजिटल डेटा ट्रांसमिशन के लिए उपयुक्त बनाता है, जबकि मानक उपकरण अक्सर 100 kbit/s से नीचे सीमित होते हैं।

इसके अलावा, अंतरराष्ट्रीय सुरक्षा प्रमाणपत्रों (UL, cUL, VDE, SEMKO, आदि) का इसका व्यापक सूट और हैलोजन-मुक्त, RoHS, और REACH विनियमों के अनुपालन के कारण, यह सख्त पर्यावरणीय और सुरक्षा आवश्यकताओं वाले वैश्विक बाजारों के लिए एक पसंदीदा विकल्प बन जाता है।

9. अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न (तकनीकी मापदंडों के आधार पर)

प्रश्न: यह फोटोकपलर अधिकतम कितनी डेटा दर का समर्थन कर सकता है?
उत्तर: 1.0 µs के अधिकतम प्रसार विलंब के आधार पर, यह उपकरण विश्वसनीय रूप से कम से कम 1 Mbit/s की डेटा दरों का समर्थन कर सकता है। शीर्षक में 10 Mbit/s का संदर्भ अनुकूलित प्रदर्शन या एक विशिष्ट संस्करण का सुझाव देता है; वास्तविक अधिकतम दर सर्किट डिजाइन (R_L, I_F) और महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों के लिए स्कोप मापन के साथ सत्यापित किया जाना चाहिए।

प्रश्न: मैं अपने डिज़ाइन में उच्च आइसोलेशन रेटिंग बनाए रखने की गारंटी कैसे दे सकता हूँ?
उत्तर: डिवाइस की आंतरिक संरचना ही आइसोलेशन प्रदान करती है। पीसीबी पर इसे बनाए रखने के लिए, आपको इनपुट साइड (पिन 1,2,3) और आउटपुट साइड (पिन 4,5,6) से जुड़े सभी संवाहक तत्वों (ट्रेस, पैड, घटकों) के बीच पर्याप्त भौतिक दूरी (क्रीपेज/क्लीयरेंस) सुनिश्चित करनी होगी। कार्य वोल्टेज के आधार पर प्रबलित इन्सुलेशन के लिए पीसीबी लेआउट दिशानिर्देशों का पालन करें।

प्रश्न: क्या मैं इसका उपयोग एनालॉग सिग्नल को आइसोलेट करने के लिए कर सकता हूँ?
A: हालांकि इसे एनालॉग सिग्नल ग्राउंड आइसोलेशन के लिए सूचीबद्ध किया गया है, यह मूल रूप से गैर-रैखिक CTR वाला एक डिजिटल (लॉजिक गेट) उपकरण है। यह रैखिक एनालॉग सिग्नल आइसोलेशन के लिए आदर्श नहीं है। उस उद्देश्य के लिए, एक समर्पित रैखिक ऑप्टोकपलर या एक आइसोलेशन एम्पलीफायर अधिक उपयुक्त होगा।

10. व्यावहारिक उपयोग का उदाहरण

Scenario: Isolated SPI Communication in a Motor Control Unit.
एक 3.3V नियंत्रण बोर्ड पर एक माइक्रोकंट्रोलर को SPI के माध्यम से एक उच्च-शक्ति मोटर चरण के पास स्थित ADC को कॉन्फ़िगरेशन डेटा भेजने की आवश्यकता है। ग्राउंड विभव शोरग्रस्त और भिन्न हैं। SPI क्लॉक (SCK) और चिप चयन (CS) लाइनों को अलग करने के लिए एक ELM453H-G का उपयोग किया जा सकता है। माइक्रोकंट्रोलर GPIO एक करंट-लिमिटिंग रेसिस्टर के माध्यम से LED को चलाता है। आउटपुट पिन (5) को एक 2.2kΩ रेसिस्टर के माध्यम से ADC की 5V आपूर्ति से पुल-अप किया जाता है, जो एक स्वच्छ, अलग लॉजिक सिग्नल प्रदान करता है। उच्च CMTI यह सुनिश्चित करता है कि SPI सिग्नल मोटर के स्विचिंग शोर से दूषित न हों।

11. संचालन सिद्धांत

डिवाइस ऑप्टिकल युग्मन के सिद्धांत पर कार्य करता है। इनपुट इन्फ्रारेड एमिटिंग डायोड (IRED) पर लगाया गया विद्युत प्रवाह इसे प्रकाश उत्सर्जित करने का कारण बनता है। यह प्रकाश एक पारदर्शी अलगाव अवरोध (आमतौर पर एक ढला हुआ सिलिकॉन या पॉलिमर) से होकर गुजरता है और एकीकृत डिटेक्टर चिप के भीतर एक फोटोडायोड पर पड़ता है। फोटोडायोड करंट को एक ट्रांजिस्टर चरण द्वारा प्रवर्धित और संसाधित किया जाता है ताकि एक संबंधित डिजिटल आउटपुट सिग्नल (सक्रिय होने पर ग्राउंड पर सिंकिंग करंट) उत्पन्न हो। पूर्ण विद्युत अलगाव प्राप्त होता है क्योंकि सिग्नल प्रकाश द्वारा स्थानांतरित किया जाता है, अवरोध के पार कोई विद्युत चालन पथ नहीं होता है।

12. उद्योग के रुझान

The trend in signal isolation is towards higher speeds, lower power consumption, smaller packages, and integration of multiple channels in a single package. While standalone photocouplers like the ELM453H-G remain vital for their robustness, high voltage capability, and simplicity, newer technologies like capacitive isolators and giant magnetoresistance (GMR) isolators are competing in applications requiring very high data rates (>100 Mbit/s) or enhanced reliability in extreme magnetic fields. However, optical coupling continues to dominate in applications requiring very high working voltage isolation, proven long-term reliability, and immunity to magnetic interference.