EL815 Siri Photodarlington Photocoupler Lembaran Data - Pakej DIP 4-Pin - Pengasingan 5000Vrms - CTR 600-7500% - Suhu Operasi -55 hingga +110°C - Dokumen Teknikal Bahasa Melayu

1. Gambaran Keseluruhan Produk

Siri EL815 mewakili keluarga photocoupler photodarlington berprestasi tinggi (optocoupler) yang dibungkus dalam pakej Dual In-line (DIP) 4-pin yang padat. Fungsi teras peranti ini adalah untuk menyediakan pengasingan elektrik dan penghantaran isyarat antara dua litar yang mempunyai potensi atau impedans yang berbeza. Ia mencapainya dengan menggunakan diod pemancar cahaya inframerah (LED) di bahagian input, yang digandingkan secara optik kepada transistor photodarlington di bahagian output. Reka bentuk ini memastikan pengasingan galvanik lengkap, menghalang gelung bumi dan melindungi litar sensitif daripada lonjakan voltan atau hingar yang berasal dari litar lain.

Konfigurasi photodarlington menyediakan nisbah pemindahan arus (CTR) yang sangat tinggi, menjadikannya sangat sensitif dan sesuai untuk aplikasi di mana arus input kecil perlu mengawal arus output yang lebih besar. Kelebihan utama siri ini ialah pematuhannya terhadap pelbagai piawaian keselamatan dan alam sekitar antarabangsa, termasuk keperluan bebas halogen, RoHS, dan EU REACH, menjadikannya sesuai untuk pasaran global dan reka bentuk yang peka terhadap alam sekitar.

2. Selaman Mendalam Parameter Teknikal

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Penarafan ini mentakrifkan had di mana kerosakan kekal pada peranti mungkin berlaku. Ia tidak bertujuan untuk operasi biasa.

• Arus Hadapan Input (I_F): 60 mA (DC). Ini adalah arus berterusan maksimum yang boleh didorong melalui LED inframerah input.
• Arus Hadapan Puncak (I_FP): 1 A untuk 1 µs denyut. LED boleh menahan denyut arus tinggi yang pendek, yang berguna untuk keadaan pensuisan atau sementara tertentu.
• Voltan Songsang Input (V_R): 6 V. Voltan pincang songsang maksimum yang boleh dikenakan merentasi LED input.
• Voltan Pengumpul-Pemancar (V_CEO): 35 V. Voltan maksimum yang boleh dikekalkan antara pengumpul dan pemancar transistor photodarlington output apabila tapak terbuka.
• Arus Pengumpul (I_C): 80 mA. Arus berterusan maksimum yang boleh disedut oleh transistor output.
• Pelesapan Kuasa Jumlah (P_TOT): 200 mW. Kuasa gabungan maksimum yang boleh dilesapkan oleh bahagian input dan output peranti.
• Voltan Pengasingan (V_ISO): 5000 V_rmsselama 1 minit. Parameter kritikal ini menentukan keupayaan pengasingan voltan tinggi antara bahagian input dan output, diuji dengan pin 1-2 dipintas dan pin 3-4 dipintas.
• Suhu Operasi (T_OPR): -55°C hingga +110°C. Julat suhu ambien di mana peranti ditentukan untuk beroperasi.

2.2 Ciri-Ciri Elektro-Optik

Parameter ini diukur di bawah keadaan ujian yang ditentukan (biasanya T_a= 25°C) dan mentakrifkan prestasi peranti.

2.2.1 Ciri-Ciri Input

• Voltan Hadapan (V_F): Biasa 1.2V, maksimum 1.4V pada I_F= 20 mA. Ini adalah penurunan voltan merentasi LED inframerah apabila didorong.
• Arus Songsang (I_R): Maksimum 10 µA pada V_R= 4V. Arus bocor kecil apabila LED dipincang songsang.

2.2.2 Ciri-Ciri Output

• Arus Gelap Pengumpul-Pemancar (I_CEO): Maksimum 1 µA pada V_CE= 10V, I_F= 0mA. Arus bocor transistor output apabila LED input dimatikan.
• Voltan Ketepuan Pengumpul-Pemancar (V_CE(sat)): Biasa 0.8V, maksimum 1.0V pada I_F= 20mA, I_C= 5mA. Voltan merentasi transistor output apabila ia dihidupkan sepenuhnya (tepu). Nilai yang lebih rendah adalah diingini untuk mengurangkan kehilangan kuasa.

2.2.3 Ciri-Ciri Pemindahan

• Nisbah Pemindahan Arus (CTR): 600% (Min) hingga 7500% (Maks) pada I_F= 1mA, V_CE= 2V. Ini adalah parameter paling penting untuk photocoupler, ditakrifkan sebagai (I_C/ I_F) * 100%. Julat yang sangat luas menunjukkan peranti tersedia dalam pelbagai gred kepekaan. CTR tinggi membolehkan pemindahan isyarat yang cekap dengan arus dorongan input yang minimum.
• Rintangan Pengasingan (R_IO): Minimum 5 x 10¹⁰Ω pada V_IO= 500V DC. Ini menunjukkan rintangan DC yang sangat tinggi antara bahagian yang diasingkan.
• Masa Naik (t_r): Biasa 60 µs, maksimum 300 µs. Masa Jatuh (t_f): Biasa 53 µs, maksimum 250 µs. Parameter ini, bersama dengan frekuensi potong (f_c) biasanya 6 kHz, mentakrifkan kelajuan pensuisan peranti. Struktur photodarlington secara semula jadi mempunyai masa pensuisan yang lebih perlahan berbanding phototransistor atau coupler foto-IC, menjadikannya lebih sesuai untuk aplikasi DC dan AC frekuensi rendah berbanding pengasingan digital berkelajuan tinggi.

3. Analisis Lengkung Prestasi

Lembaran data termasuk lengkung ciri biasa yang penting untuk memahami tingkah laku peranti di bawah keadaan bukan standard. Walaupun graf khusus tidak dihasilkan semula dalam teks, implikasinya adalah kritikal untuk reka bentuk.

• CTR vs. Arus Hadapan (I_F): Biasanya, CTR berkurangan apabila arus hadapan meningkat. Pereka bentuk mesti merujuk lengkung ini untuk memilih titik operasi optimum untuk arus output dan kecekapan pemindahan yang diperlukan.
• CTR vs. Suhu Ambien (T_a): CTR bergantung pada suhu, biasanya berkurangan pada suhu melampau. Lengkung ini penting untuk memastikan operasi yang boleh dipercayai merentasi julat -55°C hingga +110°C yang ditentukan. Reka bentuk untuk persekitaran yang keras mesti menyahkadar prestasi berdasarkan data ini.
• Arus Pengumpul vs. Voltan Pengumpul-Pemancar (I_C-V_CE): Lengkung output ini, diparameterkan oleh arus input yang berbeza (I_F), menunjukkan kawasan operasi (ketepuan, aktif) photodarlington. Ia digunakan untuk menentukan garis beban dan memastikan peranti beroperasi dalam had selamat dan berfungsi.
• Bentuk Gelombang Masa Pensuisan: Litar ujian dan gambarajah bentuk gelombang menggambarkan bagaimana masa naik (t_r), masa jatuh (t_f), kelewatan hidup (t_on), dan kelewatan mati (t_off) diukur. Memahami ini membantu dalam mereka bentuk litar masa dan meramalkan integriti isyarat.

4. Maklumat Mekanikal dan Pakej

4.1 Dimensi Pakej

EL815 ditawarkan dalam tiga pilihan bentuk pin utama, setiap satu dengan lukisan mekanikal terperinci yang menentukan semua dimensi kritikal dalam milimeter.

• Jenis DIP Standard: Pakej lubang tembus klasik dengan jarak pin standard.
• Jenis Pilihan M: Mempunyai selekoh pin yang lebar, menyediakan jarak pin 0.4 inci (lebih kurang 10.16mm), yang boleh memberi manfaat untuk keperluan jarak rengangan dan jarak bebas pada PCB.
• Jenis Pilihan S1: Bentuk pin peranti permukaan (SMD) dengan profil rendah. Ini adalah varian pakej SMD.

Semua pakej mengekalkan jarak rengangan lebih besar daripada 7.62 mm, yang menyumbang kepada penarafan voltan pengasingan tinggi.

4.2 Pengenalpastian dan Penandaan Polarity

Konfigurasi pin adalah standard untuk photocoupler DIP 4-pin:

1. Anod (positif LED Input)
2. Katod (negatif LED Input)
3. Pemancar (pemancar transistor Output)
4. Pengumpul (pengumpul transistor Output)

Peranti ditandakan di bahagian atas dengan "EL" (menandakan siri), "815" (nombor peranti), diikuti dengan kod tahun 1 digit (Y), kod minggu 2 digit (WW), dan pilihan "V" untuk versi yang diluluskan VDE.

4.3 Susun Atur Pad SMD yang Disyorkan

Untuk pilihan S1 (pemasangan permukaan), lembaran data menyediakan gambarajah susun atur pad yang dicadangkan. Dimensi diberikan sebagai rujukan, dan nota menyatakan dengan jelas bahawa pereka bentuk harus mengubah suai dimensi pad berdasarkan proses pembuatan PCB khusus mereka dan keperluan kebolehpercayaan.

5. Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

Penarafan Maksimum Mutlak menentukan suhu pateri (T_SOL) 260°C selama 10 saat. Ini adalah parameter kritikal untuk proses pateri aliran semula.

• Pateri Aliran Semula: Untuk pemasangan SMD (pilihan S1), profil aliran semula bebas plumbum standard dengan suhu puncak tidak melebihi 260°C untuk masa yang ditentukan harus digunakan. Profil mesti dikawal untuk mengelakkan kejutan terma.
• Pateri Gelombang/Tangan: Untuk pakej lubang tembus (Standard dan pilihan M), teknik pateri gelombang atau tangan standard boleh digunakan, tetapi penjagaan harus diambil untuk mengehadkan masa pendedahan badan peranti kepada suhu tinggi.
• Keadaan Penyimpanan: Julat suhu penyimpanan ditentukan sebagai -55°C hingga +125°C. Peranti harus disimpan dalam persekitaran kering, anti-statik. Untuk bahagian SMD yang dibekalkan dalam pita dan gegelung, gegelung harus disimpan dalam beg penghalang kelembapan asal dengan bahan pengering jika peranti sensitif kelembapan (walaupun tidak dinyatakan secara eksplisit sebagai berpenarafan MSL dalam lembaran data ini).

6. Maklumat Pembungkusan dan Pesanan

6.1 Struktur Kod Pesanan

Nombor bahagian mengikut format:EL815X(Z)-V

• X: Pilihan bentuk pin.
  • Tiada: Standard DIP-4 (100 unit/tube).
  • M: Selekoh pin lebar, jarak 0.4" (100 unit/tube).
  • S1: Bentuk pin pemasangan permukaan, profil rendah.
• Z: Pilihan pita dan gegelung (hanya terpakai dengan S1).
  • TA, TB, TU, TD: Spesifikasi pita dan gegelung berbeza yang mempengaruhi kuantiti pembungkusan dan arah suapan.
• V: Akhiran pilihan yang menandakan kelulusan keselamatan VDE.

6.2 Spesifikasi Pita dan Gegelung

Lukisan dan jadual dimensi terperinci disediakan untuk pita (pita pembawa, pita penutup) dan gegelung. Dimensi utama termasuk saiz poket (A, B), diameter lubang (D0), jarak komponen (P0), lebar pita (W), dan dimensi hab gegelung. Pilihan TA dan TB berbeza dalam arah suapan dari gegelung, yang mesti dikonfigurasikan dengan betul dalam peralatan pick-and-place automatik.

7. Cadangan Aplikasi

7.1 Litar Aplikasi Biasa

Lembaran data menyenaraikan beberapa bidang aplikasi: telefon/pertukaran telefon, pengawal urutan, perkakas sistem, alat pengukur, dan penghantaran isyarat antara litar potensi/impedans yang berbeza. CTR tinggi dan voltan pengasingan menjadikannya sangat sesuai untuk:

• Pengasingan I/O Mikropengawal: Melindungi mikropengawal voltan rendah daripada isyarat kawalan industri voltan tinggi atau bising.
• Penderiaan Talian AC: Menggunakan photocoupler untuk memberikan maklum balas terpencil daripada triac atau geganti yang memandu beban AC.
• Penghapusan Gelung Bumi: Memecahkan gelung bumi dalam rantaian isyarat analog antara penderia dan sistem pemerolehan data.
• Terjemahan Aras Logik dengan Pengasingan: Antara muka litar logik yang beroperasi pada aras voltan yang berbeza sambil mengekalkan pengasingan.

7.2 Pertimbangan Reka Bentuk

• Had Arus Input: Perintang siri mesti sentiasa digunakan dengan LED input untuk menghadkan arus hadapan (I_F) kepada nilai yang dikehendaki, dikira sebagai (Voltan Bekalan - V_F) / I_F.
• Pembebanan Output: Photodarlington output bertindak sebagai sink arus. Perintang tarik-naik biasanya disambungkan dari pengumpul ke voltan bekalan positif (V_CC). Nilai perintang ini dan beban akan menentukan ayunan voltan output dan kelajuan pensuisan.
• Pertukaran Kelajuan vs. Kepekaan: CTR tinggi datang dengan kos kelajuan pensuisan yang lebih perlahan. Peranti ini tidak sesuai untuk komunikasi frekuensi tinggi (contohnya, pengasing digital untuk USB, SPI > 10 kHz). Ia sesuai untuk pengesanan keadaan, isyarat kawalan perlahan, dan penyegerakan talian kuasa AC (50/60 Hz).
• Pertimbangan Terma:** Walaupun pelesapan kuasa rendah, beroperasi pada suhu simpang maksimum (disimpulkan dari T_OPRhingga 110°C) mungkin memerlukan penyahkadaran arus maksimum yang dibenarkan atau pelesapan kuasa.

8. Perbandingan dan Pembezaan Teknikal

Siri EL815, sebagai coupler photodarlington, menduduki niche tertentu berbanding jenis optocoupler lain:

• vs. Coupler Phototransistor Standard: Coupler photodarlington menawarkan CTR yang jauh lebih tinggi (sering 10-100x lebih tinggi) tetapi jauh lebih perlahan. Pilih phototransistor untuk kelajuan sederhana (puluhan kHz) dan photodarlington untuk kepekaan maksimum dengan arus input rendah pada frekuensi rendah.
• vs. Coupler Foto-IC (Output Logik): Coupler foto-IC mempunyai output digital (pensuisan bersih) dan boleh menjadi sangat pantas (julat MBd), tetapi mereka mempunyai fungsi pemindahan arus tetap, sering lebih rendah, dan memerlukan voltan bekalan khusus di bahagian output. EL815 menyediakan output arus analog dan boleh beroperasi merentasi julat voltan output yang luas (sehingga V_CEO).
• vs. Photodarlington Lain: Pembeza utama EL815 ialah pengasingan 5000V_rmstingginya, julat suhu operasi yang luas (-55°C hingga +110°C), dan pematuhan dengan kelulusan keselamatan antarabangsa utama (UL, VDE, cUL, SEMKO, dll.). Pembahagian CTR yang luas (600-7500%) membolehkan sumber bahagian yang disesuaikan untuk keperluan kepekaan khusus.

9. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

S: Apakah tujuan voltan pengasingan tinggi (5000Vrms)?

J: Ia memastikan operasi yang boleh dipercayai dan keselamatan dalam aplikasi di mana litar terpencil mempunyai perbezaan potensi yang besar, seperti dalam bekalan kuasa luar talian, kawalan motor industri, atau peralatan perubatan. Ia melindungi daripada transien voltan tinggi dan menghalang kerosakan.

S: Litar saya perlu bersuis pada 1 kHz. Adakah EL815 sesuai?

J: Ya, sememangnya. Dengan frekuensi potong biasa (f_c) 6 kHz dan masa naik/jatuh dalam puluhan mikrosaat, EL815 boleh mengendalikan pensuisan pada 1 kHz dengan selesa. Bentuk gelombang output akan bulat, bukan segi empat, tetapi untuk kawalan hidup/mati pada frekuensi ini, ia adalah mencukupi.

S: Bagaimana saya memilih gred CTR yang betul?

J: Pilih CTR minimum yang memastikan transistor output anda tepu (hidup sepenuhnya) dengan arus input terancang terburuk (terendah) anda. Contohnya, jika reka bentuk anda mendorong I_F= 1mA dan anda perlukan I_C> 5mA untuk menepukan beban, anda perlukan CTR > 500%. Memilih bahagian dari bin CTR yang lebih tinggi memberikan margin reka bentuk yang lebih banyak. Sentiasa rujuk lengkung CTR vs. suhu untuk keadaan operasi anda.

S: Bolehkah saya menggunakan ini untuk pengasingan isyarat analog?

J: Walaupun mungkin, ia tidak ideal. CTR photodarlington adalah tidak linear dan berbeza dengan ketara dengan suhu dan arus hadapan. Untuk pengasingan analog ketepatan, optocoupler linear khusus atau penguat pengasingan disyorkan. EL815 paling sesuai untuk pengasingan digital (hidup/mati) atau analog ketepatan rendah.

10. Kajian Kes Reka Bentuk Praktikal

Senario: Input Digital Terpencil untuk Modul PLC 24V.

Pengawal Logik Boleh Atur Cara (PLC) perlu membaca isyarat penderia 24V DC sambil menyediakan pengasingan 4000V untuk keselamatan dan kekebalan hingar.

1. Reka Bentuk Litar: Output penderia 24V disambung secara bersiri dengan perintang had arus dan LED input EL815 (pin 1-2). Nilai perintang dikira untuk I_F≈ 5-10 mA pada 24V. Di bahagian output, pengumpul (pin 4) disambung melalui perintang tarik-naik 10kΩ ke bekalan logik 3.3V dalaman PLC. Pemancar (pin 3) disambung ke bumi dalaman PLC. Isyarat output diambil dari pengumpul.
2. Pemilihan Komponen: EL815 dengan gred CTR yang memastikan ketepuan pada I_F= 5mA dipilih. Pengasingan 5000V_rmsdan kelulusan keselamatan (UL, VDE) memenuhi piawaian industri. Pakej S1 (SMD) dipilih untuk pemasangan PCB ketumpatan tinggi.
3. Prestasi: Apabila penderia 24V aktif, LED hidup, menyebabkan photodarlington mengalir, menarik voltan output pengumpul rendah (ke V_CE(sat)≈ 0.8V), yang dibaca sebagai logik '0' oleh PLC. Apabila penderia dimatikan, photodarlington dimatikan, dan perintang tarik-naik menarik output ke 3.3V (logik '1'). Halangan pengasingan melindungi logik PLC sensitif daripada sebarang kerosakan atau transien pada talian penderia 24V.

11. Prinsip Operasi

EL815 beroperasi berdasarkan prinsip asas penukaran opto-elektronik. Isyarat elektrik yang dikenakan pada bahagian input menyebabkan arus (I_F) mengalir melalui Diod Pemancar Cahaya (LED) inframerah. LED ini memancarkan cahaya inframerah dengan keamatan berkadar dengan arus hadapan. Cahaya bergerak merentasi jurang pengasingan lutsinar dalam pakej dan mengenai kawasan tapak transistor photodarlington di bahagian output.

Photodarlington pada dasarnya adalah dua transistor dwikutub yang disambung dalam konfigurasi Darlington, di mana arus foto yang dijana dalam simpang tapak-pengumpul transistor pertama (bertindak sebagai fotodiod) dikuatkan oleh transistor kedua. Struktur ini memberikan gandaan arus yang sangat tinggi (h_FE), yang diterjemahkan kepada Nisbah Pemindahan Arus (CTR) tinggi yang diperhatikan. Arus pengumpul output (I_C) dengan itu dikawal oleh keamatan cahaya input, dan oleh itu oleh isyarat elektrik input, tanpa sebarang sambungan elektrik antara kedua-dua belah.

12. Trend Teknologi

Teknologi photocoupler terus berkembang. Walaupun peranti tradisional seperti EL815 kekal penting untuk aplikasi sensitif kos, pengasingan tinggi, dan CTR tinggi, beberapa trend ketara:

• Integrasi: Peranti yang lebih baru mengintegrasikan komponen tambahan seperti perintang tapak-pemancar pada transistor output untuk meningkatkan kestabilan suhu dan kelajuan pensuisan.
• Pengasingan Digital Berkelajuan Tinggi: Teknologi berdasarkan coupler RF, rintangan magnet gergasi (GMR), atau gandingan kapasitif mencabar optocoupler dalam pengasingan data berkelajuan tinggi (≥1 Mbps) kerana kelajuan, kestabilan, dan jangka hayat yang lebih baik.
• Pengecilan: Terdapat dorongan berterusan untuk pakej SMD yang lebih kecil (contohnya, SO-4, SO-5) dengan penarafan pengasingan yang sama atau lebih baik, didorong oleh keperluan ketumpatan PCB yang lebih tinggi.
• Kebolehpercayaan Dipertingkatkan: Fokus pada meningkatkan degradasi CTR jangka panjang, terutamanya di bawah keadaan tekanan suhu tinggi dan arus tinggi, untuk memenuhi permintaan aplikasi automotif dan industri dengan jangka hayat yang lebih panjang.

Walaupun trend ini, coupler photodarlington asas, seperti yang dicontohkan oleh siri EL815, mengekalkan kedudukan yang kukuh dalam pasaran kerana kesederhanaan, ketahanan, keupayaan pengasingan tinggi, dan prestasi cemerlang dalam domain frekuensi rendah-sederhana yang dimaksudkan.