6-Pin DIP जीरो-क्रॉसिंग ट्रायक ड्राइवर फोटोकपलर EL303X/304X/306X/308X सीरीज डेटाशीट - वोल्टेज 250V-800V - आइसोलेशन 5000Vrms - अंग्रेजी तकनीकी दस्तावेज

1. उत्पाद अवलोकन

EL303X, EL304X, EL306X, और EL308X श्रृंखलाएँ 6-पिन ड्यूल इन-लाइन पैकेज (DIP) फोटोकपलर के परिवार हैं, जिन्हें विशेष रूप से ज़ीरो-क्रॉसिंग ट्रायक ड्राइवर के रूप में डिज़ाइन किया गया है। ये उपकरण कम वोल्टेज लॉजिक नियंत्रण सर्किट और उच्च वोल्टेज AC पावर लाइनों के बीच एक महत्वपूर्ण इंटरफेस के रूप में कार्य करते हैं, जो AC लोड के सुरक्षित और कुशल स्विचिंग को सक्षम बनाते हैं। मूल कार्य गैल्वेनिक अलगाव प्रदान करते हुए AC वोल्टेज वेवफॉर्म के ज़ीरो-क्रॉसिंग बिंदु पर एक बाहरी पावर ट्रायक को ट्रिगर करना है, जिससे विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप (EMI) और इनरश करंट को कम से कम किया जा सके।

यह श्रृंखला मुख्य रूप से अपनी पीक ब्लॉकिंग वोल्टेज क्षमता से अलग है, जो EL303X के लिए 250V से लेकर EL308X के लिए 800V तक है, जिससे यह 110VAC से 380VAC तक की लाइन वोल्टेज की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए उपयुक्त है। एक प्रमुख विशेषता एकीकृत जीरो-क्रॉसिंग डिटेक्शन सर्किट है, जो सुनिश्चित करता है कि आउटपुट ट्रायक केवल तभी ट्रिगर हो जब AC लाइन वोल्टेज शून्य वोल्ट के निकट हो। यह उपकाम आमतौर पर सॉलिड-स्टेट रिले (SSR), मोटर नियंत्रकों और विभिन्न औद्योगिक एवं उपभोक्ता उपकरण नियंत्रणों में मुख्य घटक के रूप में प्रयुक्त होता है।

2. तकनीकी मापदंड गहन उद्देश्य व्याख्या

2.1 पूर्ण अधिकतम रेटिंग्स

ये रेटिंग्स उन तनाव सीमाओं को परिभाषित करती हैं जिनके परे डिवाइस को स्थायी क्षति हो सकती है। इन स्थितियों में संचालन की गारंटी नहीं है।

• Input Forward Current (IF): इन्फ्रारेड एलईडी के माध्यम से अधिकतम निरंतर धारा 60 एमए है। इससे अधिक होने पर एलईडी का क्षरण या विनाश हो सकता है।
• इनपुट रिवर्स वोल्टेज (VR): एलईडी 6V तक के रिवर्स बायस को सहन कर सकती है।
• इनपुट/आउटपुट पावर डिसिपेशन: इनपुट साइड (PD) की रेटिंग 100 mW है, और आउटपुट साइड (PC) की 300 mW है, जिसमें 85°C से अधिक के परिवेश तापमान पर निर्दिष्ट डिरेटिंग फैक्टर लागू होते हैं। डिवाइस का कुल डिसिपेशन (PTOT) 330 mW है।
• ऑफ-स्टेट आउटपुट टर्मिनल वोल्टेज (VDRM): यह महत्वपूर्ण अंतर करने वाला पैरामीटर है। EL303X: 250V, EL304X: 400V, EL306X: 600V, EL308X: 800V। डिवाइस का चयन एक VDRM रेटिंग के साथ किया जाना चाहिए जो उस पीक लाइन वोल्टेज से अधिक हो, जिसे यह ब्लॉक करेगा।
• इंसुलेशन वोल्टेज (VISO): 1 मिनट के लिए 5000 Vrms। यह इनपुट और आउटपुट पक्षों के बीच डाइइलेक्ट्रिक सामर्थ्य निर्दिष्ट करता है, जो सुरक्षा और नियामक मानकों के अनुपालन को सुनिश्चित करता है।

2.2 इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल विशेषताएँ

ये पैरामीटर 25°C पर सामान्य संचालन स्थितियों में डिवाइस के प्रदर्शन को परिभाषित करते हैं।

2.2.1 Input Characteristics

• Forward Voltage (VF): IF=30mA पर अधिकतम 1.5V। LED ड्राइवर सर्किट के लिए आवश्यक करंट-लिमिटिंग रेसिस्टर की गणना करने के लिए इसका उपयोग किया जाता है।
• Reverse Leakage Current (IR): VR=6V पर अधिकतम 10 µA, जो रिवर्स बायस में बहुत कम लीकेज दर्शाता है।

2.2.2 आउटपुट विशेषताएँ

• Peak Blocking Current (IDRM): जब आउटपुट रेटेड VDRM पर ऑफ-स्टेट में होता है तो बहुत कम लीकेज करंट (अधिकतम 100-500 nA)। कम लीकेज पावर दक्षता के लिए बेहतर होता है।
• पीक ऑन-स्टेट वोल्टेज (VTM): जब आउटपुट ट्रायक 100 mA पीक करंट का संचालन कर रहा हो तो अधिकतम 3V। यह कंडक्शन लॉस को दर्शाता है।
• क्रिटिकल रेट ऑफ राइज ऑफ ऑफ-स्टेट वोल्टेज (dv/dt): न्यूनतम 600-1000 V/µs। यह पैरामीटर AC लाइन पर तीव्र वोल्टेज परिवर्तनों के कारण होने वाली गलत ट्रिगरिंग के प्रति डिवाइस की प्रतिरक्षा को दर्शाता है। उच्च मान बेहतर होते हैं।
• निरोध वोल्टेज (VINH): अधिकतम 20V। यदि आउटपुट टर्मिनलों के बीच वोल्टेज इस मान से अधिक हो जाती है, तो शून्य-क्रॉसिंग सर्किट ट्रिगरिंग को रोक देता है, भले ही LED चालू हो।

2.3 ट्रांसफर विशेषताएँ

ये पैरामीटर इनपुट LED करंट और आउटपुट triac ट्रिगरिंग के बीच संबंध को परिभाषित करते हैं।

• LED Trigger Current (IFT): यह आउटपुट ट्रायक के ऑन होने की गारंटी के लिए आवश्यक अधिकतम करंट है। यह श्रृंखला तीन संवेदनशीलता ग्रेड में पेश की जाती है: 15 mA (ELxx1), 10 mA (ELxx2), और 5 mA (ELxx3)। कम IFT एक कमजोर ड्राइवर सर्किट के उपयोग की अनुमति देता है।
• होल्डिंग करंट (IH): टाइपिकल वैल्यू 280 µA है। एक बार ट्रिगर होने के बाद, आउटपुट ट्रायक तब तक ऑन रहेगा जब तक उससे गुजरने वाला करंट इस वैल्यू से अधिक है। इंडक्टिव लोड के साथ लैचिंग व्यवहार सुनिश्चित करने के लिए यह महत्वपूर्ण है।

अनुशंसित ऑपरेटिंग एलईडी करंट चयनित ग्रेड के लिए अधिकतम IFT और 60 mA के पूर्ण अधिकतम IF के बीच होता है। IFT से ऊपर संचालन विश्वसनीय ट्रिगरिंग सुनिश्चित करता है, लेकिन 60 mA से नीचे संचालन दीर्घकालिक विश्वसनीयता सुनिश्चित करता है।

3. Grading System Explanation

उत्पाद परिवार दो प्रमुख मापदंडों पर आधारित एक स्पष्ट ग्रेडिंग सिस्टम का उपयोग करता है:

1. वोल्टेज रेटिंग ('EL' के बाद पहला अंक): यह प्राथमिक ग्रेडिंग है।
   • EL303X: 250V अवरोधक वोल्टेज।
   • EL304X: 400V अवरोधक वोल्टेज।
   • EL306X: 600V अवरोधन वोल्टेज।
   • EL308X: 800V ब्लॉकिंग वोल्टेज।
2. संवेदनशीलता ग्रेड (पार्ट नंबर का अंतिम अंक, 'X'): यह LED ट्रिगर करंट की आवश्यकता को परिभाषित करता है।
   • ग्रेड '1': अधिकतम ट्रिगर करंट (IFT) = 15 mA. सबसे कम संवेदनशील।
   • ग्रेड '2': अधिकतम ट्रिगर करंट (IFT) = 10 mA.
   • ग्रेड '3': अधिकतम ट्रिगर करंट (IFT) = 5 mA. सबसे संवेदनशील।

उदाहरण के लिए, EL3062 एक 600V-रेटेड फोटोकपलर है जिसका अधिकतम ट्रिगर करंट 10 mA है।

4. Performance Curve Analysis

The datasheet references typical performance curves, which are essential for understanding device behavior under non-standard conditions (e.g., temperature variations). While specific graphs are not detailed in the provided text, typical curves for such devices include:

• Forward Current vs. Forward Voltage (IF-VF): यह इनपुट LED के गैर-रैखिक संबंध को दर्शाता है, जो ड्राइवर डिज़ाइन के लिए महत्वपूर्ण है।
• Trigger Current vs. Temperature (IFT vs. Ta): आउटपुट को ट्रिगर करने के लिए आवश्यक LED करंट आमतौर पर तापमान कम होने के साथ बढ़ता है। यह ठंडे वातावरण में संचालित होने वाली विश्वसनीय प्रणालियों को डिजाइन करने के लिए महत्वपूर्ण है।
• On-State Voltage vs. On-State Current (VTM-ITM): आउटपुट ट्रायक के चालन विशेषताओं को दर्शाता है।

डिज़ाइनरों को अपने विशिष्ट ऑपरेटिंग तापमान सीमा के लिए पैरामीटर्स को उचित रूप से डीरेट करने के लिए पूर्ण डेटाशीट ग्राफ़ से परामर्श लेना चाहिए।

5. स्कीमैटिक और पिन कॉन्फ़िगरेशन

आंतरिक स्कीमैटिक एक इन्फ्रारेड GaAs LED दिखाता है जो सिलिकॉन चिप से प्रकाशीय रूप से युग्मित है, जिसमें फोटोसेंसिटिव ट्रायक और ज़ीरो-क्रॉसिंग डिटेक्शन सर्किटरी शामिल है।

Pinout (6-Pin DIP):

1. एनोड: इनपुट एलईडी का सकारात्मक टर्मिनल।
2. कैथोड: इनपुट एलईडी का नेगेटिव टर्मिनल।
3. नो कनेक्शन (एनसी): यह पिन आंतरिक रूप से अनकनेक्टेड है।
4. मुख्य टर्मिनल 2 (MT2): आउटपुट ट्रायक के मुख्य टर्मिनलों में से एक।
5. सब्सट्रेट: आंतरिक कनेक्शन। बाहरी रूप से कनेक्ट न करें।
6. मुख्य टर्मिनल 1 (MT1): आउटपुट ट्रायक का दूसरा मुख्य टर्मिनल। यह आमतौर पर गेट ट्रिगर सिग्नल के लिए संदर्भ बिंदु होता है।

आउटपुट (पिन 4 और 6) को एक बाहरी, उच्च-शक्ति वाले ट्रायक के गेट के साथ श्रृंखला में जोड़ने के लिए डिज़ाइन किया गया है जो वास्तव में लोड करंट को स्विच करता है।

6. मापन पद्धति: स्थिर dv/dt

डेटाशीट ऑफ-स्टेट वोल्टेज के क्रिटिकल रेट ऑफ राइज (dv/dt) को मापने के लिए एक विस्तृत परीक्षण सर्किट और प्रक्रिया प्रदान करती है। यह परीक्षण डिवाइस की नॉइज़ इम्यूनिटी को मात्रात्मक रूप से निर्धारित करने के लिए महत्वपूर्ण है।

परीक्षण सर्किट: एक उच्च-वोल्टेज पल्स स्रोत श्रृंखला आरसी नेटवर्क (आरटेस्ट, सीटेस्ट) के माध्यम से डिवाइस अंडर टेस्ट (डीयूटी) आउटपुट से जुड़ा हुआ है। एलईडी बंद है (आईएफ=0)।

प्रक्रिया: रेटेड वीडीआरएम के बराबर शिखर मान (वीपीईएके) वाला एक पल्स लगाया जाता है। आरसी नेटवर्क के समय स्थिरांक (τ = आर*सी) को बदलने के लिए प्रतिरोध आरटेस्ट को बदला जाता है, जिससे डीयूटी पर लगाए गए वोल्टेज रैंप की ढलान (डीवी/डीटी) बदल जाती है। डीयूटी के गलत तरीके से ट्रिगर होने तक ढलान को बढ़ाया जाता है। फिर ट्रिगरिंग बस रुकने तक ढलान को कम किया जाता है। इस सीमा पर डीवी/डीटी मान की गणना 0.632 * वीपीईएके / τआरसी के रूप में की जाती है।

इस मापे गए मान को न्यूनतम डीवी/डीटी विशिष्टता (उदाहरण के लिए, EL308X के लिए 600 वी/µs) को पूरा करना चाहिए या उससे अधिक होना चाहिए।

7. अनुप्रयोग सुझाव

7.1 विशिष्ट अनुप्रयोग परिदृश्य

• सॉलिड-स्टेट रिले (एसएसआर): प्राथमिक अनुप्रयोग, हीटर, लैंप और सोलेनॉइड जैसे एसी लोड के लिए अलगाव और जीरो-क्रॉसिंग स्विचिंग प्रदान करना।
• औद्योगिक नियंत्रण: PLC आउटपुट को मोटर स्टार्टर, कॉन्टैक्टर और वाल्व एक्चुएटर के साथ इंटरफेस करने के लिए।
• उपभोक्ता उपकरण: सुरक्षित AC स्विचिंग के लिए स्मार्ट सॉकेट, डिमर और उपकरण नियंत्रण बोर्ड में उपयोग किया जाता है।
• तापमान नियंत्रण: थर्मोस्टैट और ओवन में हीटिंग तत्वों को स्विच करना।

7.2 डिज़ाइन संबंधी विचार

1. वोल्टेज चयन: शिखर एसी लाइन वोल्टेज से ऊपर एक सुरक्षा मार्जिन के साथ VDRM रेटिंग चुनें। 240VAC लाइन (शिखर ~340V) के लिए, EL304X (400V) न्यूनतम है, लेकिन ट्रांजिएंट्स के लिए EL306X (600V) बेहतर मार्जिन प्रदान करता है।
2. एलईडी ड्राइवर सर्किट: श्रृंखला रोकनेवाला की गणना करें: R = (Vcc - VF) / I_F_operating। सुनिश्चित करें कि I_F_operating अधिकतम IFT (आपके चुने गए ग्रेड के लिए) और 60mA के बीच है। ग्रेड 1 और 2 के लिए एक सामान्य संचालन धारा 10-20 mA है।
3. Snubber Circuits: जबकि फोटोकपलर का स्वयं का dv/dt रेटिंग अच्छा होता है, बाहरी पावर ट्रायक को प्रेरक भारों से वोल्टेज स्पाइक्स को दबाने और गलत ट्रिगरिंग या क्षति को रोकने के लिए इसके टर्मिनलों पर एक RC स्नबर नेटवर्क की आवश्यकता हो सकती है।
4. Heat Dissipation: पावर डेरेटिंग कर्व्स का पालन करें। आउटपुट पावर डिसिपेशन (PC) मुख्य रूप से ऑन-स्टेट वोल्टेज (VTM) को बाहरी ट्रायक के गेट करंट से गुणा करने पर प्राप्त होता है। अधिकतम परिवेश तापमान पर कुल डिवाइस डिसिपेशन (PTOT) को सीमा के भीतर रखना सुनिश्चित करें।

8. तकनीकी तुलना और विभेदन

गैर-जीरो-क्रॉसिंग प्रकारों या बेसिक ऑप्टो-ट्रायक्स की तुलना में इस जीरो-क्रॉसिंग ट्रायक ड्राइवर फोटोकपलर श्रृंखला के प्रमुख लाभ हैं:

• कम EMI: शून्य-क्रॉसिंग बिंदु पर स्विच करके, अचानक धारा परिवर्तन (di/dt) न्यूनतम हो जाता है, जिससे चालित और विकिरित विद्युतचुंबकीय हस्तक्षेप में भारी कमी आती है।
• कम इनरश करंट: प्रतिरोधक भार जैसे तापदीप्त लैंप या हीटिंग तत्वों को स्विच करते समय उच्च इनरश करंट को रोकता है, जिससे उनका जीवनकाल बढ़ जाता है।
• एकीकृत समाधान: अलग-अलग ज़ीरो-क्रॉसिंग सर्किट की तुलना में डिज़ाइन को सरल बनाते हुए, अलगाव, पहचान और ट्रिगरिंग कार्यों को एक विश्वसनीय 6-पिन पैकेज में जोड़ता है।
• वोल्टेज रेंज: ब्लॉकिंग वोल्टेज की विस्तृत श्रृंखला (250V से 800V) एक ही उत्पाद परिवार में अधिकांश वैश्विक AC मेन्स अनुप्रयोगों को कवर करती है।
• नियामक अनुपालन: ये उपकरण प्रमुख अंतरराष्ट्रीय सुरक्षा एजेंसियों (UL, cUL, VDE, आदि) से अनुमोदन प्राप्त करते हैं, जिससे अंतिम-उत्पाद प्रमाणीकरण सरल हो जाता है।

9. तकनीकी मापदंडों पर आधारित सामान्य प्रश्न

1. प्र: क्या मैं EL303X (250V) को 120VAC लाइन पर उपयोग कर सकता हूँ?
   उ: हाँ। 120VAC का शिखर वोल्टेज ~170V होता है, जो 250V रेटिंग से कम है। हालाँकि, लाइन सर्ज के विरुद्ध विश्वसनीयता के लिए, EL304X जैसे उच्च रेटेड पार्ट की अक्सर सिफारिश की जाती है।
2. Q: "सब्सट्रेट (कनेक्ट न करें)" पिन का उद्देश्य क्या है?
   A: यह पिन सिलिकॉन डाई के लिए एक आंतरिक कनेक्शन है। इसे बाहरी रूप से अनकनेक्टेड छोड़ना महत्वपूर्ण है। इसे कनेक्ट करने से आंतरिक सर्किट शॉर्ट हो सकते हैं और डिवाइस नष्ट हो सकता है।
3. Q: मैं संवेदनशीलता ग्रेड 1, 2, और 3 के बीच कैसे चयन करूं?
   A: ग्रेड 3 (5mA) एक उच्च-मूल्य वाले करंट-लिमिटिंग रेसिस्टर या एक कमजोर ड्राइवर IC (जैसे, एक माइक्रोकंट्रोलर से) के उपयोग की अनुमति देता है, जिससे बिजली की बचत होती है और ड्राइवर घटक पर तनाव कम होता है। ग्रेड 1 (15mA) का चयन तब किया जा सकता है जब ड्राइविंग सर्किट मजबूत हो और ड्राइवर की लागत कम चिंता का विषय हो, या ऐसे अनुप्रयोगों के लिए जिन्हें इनपुट साइड पर उच्च नॉइज़ इम्यूनिटी की आवश्यकता हो।
4. Q: आउटपुट करंट रेटिंग (IT(RMS)) केवल 100mA है। क्या यह 10A लोड स्विच कर सकता है?
   A: नहीं। यह डिवाइस एक ड्राइवर100mA का आउटपुट एक बाहरी, बहुत बड़े पावर ट्रायक या थाइरिस्टर (जैसे, 10A या 40A TRIAC) के गेट को ट्रिगर करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। बाहरी घटक पूर्ण लोड करंट को संभालता है।

10. व्यावहारिक डिज़ाइन केस

Scenario: 5V माइक्रोकंट्रोलर से 240VAC, 5A प्रतिरोधक हीटिंग एलिमेंट को स्विच करने के लिए एक सॉलिड-स्टेट रिले डिजाइन करना।

1. फोटोकपलर चयन: EL3062 चुनें। 600V रेटिंग 340V पीक पर अच्छा मार्जिन प्रदान करती है। ग्रेड 2 (10mA IFT) संवेदनशीलता और ड्राइवर क्षमता के बीच एक अच्छा संतुलन है।
2. एलईडी ड्राइवर: माइक्रोकंट्रोलर पिन (5V, 20mA अधिकतम) एलईडी को चलाता है। VF ~1.3V. R = (5V - 1.3V) / 0.015A = ~247 ओम। 220 ओम रेसिस्टर का उपयोग करें, जिससे IF ~17mA प्राप्त होता है, जो 10mA IFT से काफी अधिक और 60mA अधिकतम से कम है।
3. एक्सटर्नल पावर ट्रायक: एक 600V, 10A+ ट्रायक चुनें (उदाहरण के लिए, BTA16-600)। इसके गेट को फोटोकपलर के पिन 6 (MT1) से कनेक्ट करें। फोटोकपलर के पिन 4 (MT2) को एक 100-200 ओम रेसिस्टर के साथ श्रृंखला में AC लाइन (लोड के माध्यम से) से कनेक्ट करें। यह रेसिस्टर पावर ट्रायक के गेट करंट को सीमित करता है।
4. स्नबर: BTA16 ट्रायक के मुख्य टर्मिनलों (A1/A2) के पार श्रृंखला में एक 100 ओम रेसिस्टर और 0.1µF कैपेसिटर जोड़ें।
5. इंसुलेशन: फोटोकपलर का 5000Vrms अलगाव निम्न-वोल्टेज माइक्रोकंट्रोलर सर्किट को खतरनाक AC मेन्स से सुरक्षित रूप से अलग करता है।

11. संचालन सिद्धांत

डिवाइस ऑप्टिकल कपलिंग के सिद्धांत पर कार्य करता है। जब इनपुट इन्फ्रारेड लाइट एमिटिंग डायोड (IR LED) के माध्यम से करंट प्रवाहित होता है, तो यह फोटॉन उत्सर्जित करता है। ये फोटॉन एक अलगाव अंतराल को पार करते हैं और आउटपुट साइड पर एक प्रकाश-संवेदनशील सिलिकॉन चिप से टकराते हैं। यह चिप एक लाइट-एक्टिवेटेड ट्रायक और एक जीरो-क्रॉसिंग डिटेक्शन सर्किट शामिल करती है। डिटेक्शन सर्किट आउटपुट टर्मिनलों (MT1-MT2) के बीच वोल्टेज की निगरानी करता है। केवल तभी जब यह वोल्टेज एक निश्चित सीमा (आमतौर पर लगभग 20V, इनहिबिट वोल्टेज VINH) से नीचे होता है और एलईडी प्रकाशित होने पर ही सर्किट आंतरिक ट्रायक को ट्रिगर करने की अनुमति देगा। यह सुनिश्चित करता है कि चालन उस बिंदु के बहुत करीब शुरू हो जाए जहां एसी साइन वेव शून्य वोल्ट को पार करती है। एक बार ट्रिगर होने के बाद, ट्रायक तब तक लैच ऑन रहता है जब तक लोड करंट उसकी होल्डिंग करंट (IH) से अधिक रहता है, अगले करंट जीरो-क्रॉसिंग तक।

12. ऑर्डरिंग जानकारी

पार्ट नंबर इस प्रारूप का अनुसरण करता है: EL30XY(Z)-V

• X: वोल्टेज श्रृंखला (3,4,6,8).
• Y: संवेदनशीलता ग्रेड (1,2,3).
• लीड फॉर्म विकल्प:
  • None/M: Through-hole DIP, tube packaging.
  • S / S1: सतह-माउंट लीड फॉर्म। S1 एक लो-प्रोफाइल संस्करण है।
• टेप और रील विकल्प (Z): SMD भागों के लिए TA या TB, रील प्रकार निर्दिष्ट करते हुए।
• V: इंगित करता है कि VDE सुरक्षा अनुमोदन शामिल है।

उदाहरण: EL3062S-TA-V एक 600V, Grade 2, सरफेस-माउंट डिवाइस है जो TA टेप और रील पर है, जिसमें VDE अनुमोदन है।