Dokumen Teknikal EL2514-G Photocoupler - Pakej 4-Pin DIP - Pengasingan 5000Vrms - CTR 50-200%

1. Gambaran Keseluruhan Produk

Siri EL2514-G mewakili keluarga fotokopel fototransistor 4-pin Dual In-line Package (DIP) berprestasi tinggi. Peranti ini direka untuk menyediakan pengasingan elektrik dan penghantaran isyarat yang boleh dipercayai antara dua litar. Komponen terasnya ialah diod pemancar inframerah yang digandingkan secara optik dengan pengesan fototransistor silikon. Ciri reka bentuk utama EL2514-G ialah pengoptimumannya untuk kelajuan pensuisan yang agak tinggi, boleh dicapai walaupun dengan perintang beban dalam julat kilohm. Ini menjadikannya sesuai untuk aplikasi yang memerlukan kedua-dua pengasingan dan lebar jalur sederhana.

Siri ini dicirikan oleh pematuhannya terhadap piawaian alam sekitar dan keselamatan yang ketat. Ia dikilangkan sebagai produk bebas halogen, mematuhi had tertentu untuk kandungan bromin (Br) dan klorin (Cl). Tambahan pula, ia membawa kelulusan daripada agensi keselamatan antarabangsa utama termasuk UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO, dan CQC, memastikan kesesuaiannya untuk pasaran global dan aplikasi yang dikawal selia.

2. Penerangan Mendalam Parameter Teknikal

2.1 Had Maksimum Mutlak

Peranti ini direka untuk beroperasi dengan boleh dipercayai dalam had yang ditetapkan. Melebihi Had Maksimum Mutlak ini boleh menyebabkan kerosakan kekal. Penarafan utama termasuk: arus hadapan berterusan (I_F) 50 mA untuk LED input, arus hadapan puncak (I_FP) 0.5 A untuk denyutan 1µs, dan voltan songsang (V_R) 6 V. Di bahagian output, arus pengumpul (I_C) dinilai pada 20 mA, dengan voltan pengumpul-pemancar (V_CEO) 40 V. Jumlah penyebaran kuasa (P_TOT) untuk peranti ialah 200 mW. Parameter keselamatan kritikal ialah voltan pengasingan (V_ISO) 5000 V_rms, diuji selama 1 minit di bawah keadaan kelembapan tertentu (40-60% RH) dengan pin input dan output dipintaskan secara berasingan. Julat suhu operasi adalah luas, dari -55°C hingga +110°C.

2.2 Ciri-ciri Elektro-Optik

Parameter ini menentukan prestasi peranti di bawah keadaan operasi biasa pada 25°C.

2.2.1 Ciri-ciri Input (Bahagian LED)

• Voltan Hadapan (V_F):Biasanya 1.2 V, dengan maksimum 1.4 V apabila didorong pada I_F= 20 mA. Ini adalah penting untuk mereka bentuk bekalan voltan litar pemacu.
• Arus Songsang (I_R):Maksimum 10 µA pada V_R= 4V, menunjukkan ciri-ciri diod yang baik.
• Kapasitan Input (C_in):Julat dari biasa 30 pF hingga maksimum 250 pF. Kapasitan ini boleh menjejaskan keupayaan pemanduan frekuensi tinggi.

2.2.2 Ciri-ciri Output (Bahagian Fototransistor)

• Arus Gelap Pengumpul-Pemancar (I_CEO):Maksimum 100 nA pada V_CE= 10V dengan LED dimatikan. Arus bocor rendah ini adalah penting untuk mencapai keadaan "mati" yang baik.
• Voltan Pecahan Pengumpul-Pemancar (BV_CEO):Minimum 40 V, diukur pada I_C= 0.1 mA.
• Voltan Pecahan Pemancar-Pengumpul (BV_ECO):Minimum 0.45 V, yang agak rendah dan menunjukkan ketidaksimetrian fototransistor.

2.2.3 Ciri-ciri Pemindahan

• Nisbah Pemindahan Arus (CTR):Ini adalah metrik prestasi teras, ditakrifkan sebagai (I_C/ I_F) * 100%. Untuk EL2514-G, CTR julat dari 50% hingga 200% di bawah keadaan ujian piawai I_F= 5 mA dan V_CE= 5V. Julat luas ini memerlukan reka bentuk litar yang betul untuk menampung variasi unit ke unit.
• Voltan Ketepuan Pengumpul-Pemancar (V_CE(sat)):Maksimum 0.35 V pada I_F= 5 mA dan I_C= 0.4 mA. Voltan ketepuan rendah adalah diingini untuk mencapai tahap output logik-rendah yang kuat.
• Rintangan Pengasingan (R_IO):Minimum 5 x 10¹⁰Ω pada 500 V_DC, memastikan pengasingan DC yang sangat baik.
• Kapasitan Terapung (C_IO):Biasanya 0.6 pF, dengan maksimum 1.0 pF. Kapasitan rendah ini menyumbang kepada imuniti sementara mod sepunya yang tinggi.
• Masa Pensuisan:Kedua-dua masa hidupkan (t_on) dan masa matikan (t_off) mempunyai spesifikasi maksimum 25 µs di bawah keadaan ujian V_CC= 5V, I_F= 5 mA, dan R_L= 5 kΩ. Ini menentukan kelajuan peranti untuk penghantaran isyarat digital.

3. Analisis Lengkung Prestasi

Dokumen data merujuk kepada lengkung ciri elektro-optik biasa. Walaupun graf khusus tidak terperinci dalam teks yang disediakan, lengkung sedemikian biasanya menggambarkan hubungan antara parameter utama. Pereka bentuk harus menjangkakan untuk melihat lengkung yang menggambarkan:

• CTR vs. Arus Hadapan (I_F):Menunjukkan bagaimana nisbah pemindahan arus berubah dengan arus pemacu LED yang berbeza.
• CTR vs. Suhu Persekitaran (T_A):Menggambarkan pergantungan suhu CTR, yang biasanya berkurangan apabila suhu meningkat.
• Arus Pengumpul (I_C) vs. Voltan Pengumpul-Pemancar (V_CE):Keluarga lengkung untuk arus LED yang berbeza, menunjukkan ciri-ciri output fototransistor.
• Bentuk Gelombang Pensuisan:Litar ujian dan bentuk gelombang berkaitan disediakan (Rajah 7) untuk menentukan keadaan untuk mengukur t_ondan t_off. Ini biasanya melibatkan penjana denyut memandu LED dan osiloskop memantau output fototransistor merentasi perintang beban.

Menganalisis lengkung ini adalah penting untuk mengoptimumkan prestasi litar merentasi julat suhu dan arus operasi yang dimaksudkan.

4. Maklumat Mekanikal dan Pakej

4.1 Pilihan Pakej dan Dimensi

EL2514-G ditawarkan dalam beberapa varian pakej DIP 4-pin untuk menyesuaikan proses pemasangan yang berbeza:

• DIP Standard:Pakej lubang melalui klasik.
• Pilihan M:Mempunyai ciri "lenturan plumbum lebar" menyediakan jarak plumbum 0.4 inci (lebih kurang 10.16mm), yang mungkin berguna untuk susun atur PCB tertentu atau keperluan jarak rengangan.
• Pilihan S1:Bentuk plumbum permukaan-mount (SMD) dengan profil rendah. Ia ditawarkan dengan dua pilihan pita-dan-gelendong (TU, TD), membungkus 1500 unit setiap gelendong.
• Pilihan S2:Bentuk plumbum permukaan-mount lain, juga profil rendah, dengan pilihan pita-dan-gelendong membungkus 2000 unit setiap gelendong.

Lukisan berdimensi terperinci disediakan untuk setiap jenis pakej, termasuk ukuran kritikal seperti saiz badan, panjang plumbum, jarak plumbum, dan ketinggian jarak. Jarak rengangan antara bahagian input dan output ditentukan lebih besar daripada 7.62 mm, menyumbang kepada penarafan pengasingan tinggi.

4.2 Konfigurasi Pin dan Polarity

Peranti menggunakan pinout DIP 4-pin standard:

1. Anod (input LED)
2. Katod (input LED)
3. Pemancar (output fototransistor)
4. Pengumpul (output fototransistor)

Orientasi yang betul adalah kritikal. Tanda peranti termasuk kod "EL2514GYWWV", di mana EL bermaksud pengilang, 2514 ialah nombor peranti, G menandakan bebas halogen, Y ialah kod satu digit tahun, WW ialah kod dua digit minggu, dan V menunjukkan kelulusan VDE pilihan.

4.3 Susun Atur Pad PCB yang Disyorkan

Untuk pilihan permukaan-mount (S1 dan S2), dokumen data menyediakan susun atur pad yang dicadangkan. Ini adalah reka bentuk rujukan yang bertujuan untuk memastikan pateri yang boleh dipercayai dan kestabilan mekanikal. Dokumentasi secara eksplisit menyatakan bahawa dimensi ini harus diubah suai berdasarkan proses pembuatan dan keperluan individu, seperti jumlah pes pateri dan pertimbangan pelepasan haba.

5. Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

Peranti ini dinilai untuk suhu pateri (T_SOL) 260°C untuk maksimum 10 saat. Ini adalah konsisten dengan profil pateri refluks bebas plumbum biasa. Untuk pateri gelombang pakej lubang melalui, amalan industri standard harus diikuti, berhati-hati untuk tidak melebihi suhu badan pakej maksimum. Julat suhu penyimpanan ialah -55°C hingga +125°C. Adalah disyorkan untuk menyimpan peranti dalam pembungkusan sensitif kelembapan jika bertujuan untuk pemasangan SMD dan mengikuti prosedur pembakaran yang sesuai jika tahap pendedahan kelembapan terlampaui.

6. Maklumat Pembungkusan dan Pesanan

Kod pesanan mengikut corak: EL2514X(Y)-VG.

• X:Pilihan bentuk plumbum (S1, S2, M, atau tiada untuk DIP Standard).
• Y:Pilihan pita dan gelendong (TU, TD, atau tiada untuk pembungkusan tiub).
• V:Menandakan kelulusan keselamatan VDE (pilihan).
• G:Menunjukkan pembinaan bebas halogen.

Kuantiti pembungkusan berbeza: 100 unit setiap tiub untuk pilihan lubang melalui, dan 1500 atau 2000 unit setiap gelendong untuk pilihan SMD pita-dan-gelendong. Spesifikasi pita dan gelendong terperinci, termasuk dimensi poket (A0, B0), lebar pita (W), pic (P0), dan diameter hab gelendong, disediakan untuk pengaturcaraan mesin pick-and-place automatik.

7. Cadangan Aplikasi

7.1 Senario Aplikasi Biasa

EL2514-G sangat sesuai untuk aplikasi yang memerlukan pengasingan galvanik, imuniti bunyi, atau anjakan aras. Aplikasi khusus yang disebut termasuk:

• Pengawal Logik Boleh Atur Cara (PLC):Untuk mengasingkan modul I/O digital dari unit pemprosesan pusat dan peranti lapangan.
• Perkakas Sistem & Alat Pengukur:Mengasingkan isyarat penderia atau talian komunikasi dalam peralatan industri.
• Meter Elektrik Elektronik:Menyediakan pengasingan dalam litar pengukuran untuk keselamatan dan penolakan bunyi.
• Peralatan Telekomunikasi:Pengasingan isyarat dalam talian data atau gelung suapan bekalan kuasa.
• Bekalan Kuasa:Biasanya digunakan dalam gelung suapan bekalan kuasa mod pensuisan (SMPS) untuk mengasingkan isyarat suapan sisi sekunder dari pengawal sisi primer, meningkatkan keselamatan dan kestabilan.

7.2 Pertimbangan Reka Bentuk

• Variasi CTR:Reka litar penerima (contohnya, ambang pembanding, nilai perintang tarik-naik) untuk berfungsi dengan boleh dipercayai merentasi julat CTR penuh 50-200%.
• Kelajuan vs. Beban:Kelajuan pensuisan ditentukan dengan beban 5 kΩ. Menggunakan perintang beban yang lebih kecil secara amnya akan meningkatkan kelajuan pensuisan tetapi mengurangkan ayunan output dan meningkatkan penggunaan kuasa. Perintang yang lebih besar melambatkan tindak balas, terutamanya masa matikan, disebabkan oleh masa penyimpanan fototransistor.
• Had Arus LED:Sentiasa gunakan perintang siri untuk menghadkan arus hadapan (I_F) kepada julat operasi yang disyorkan (5-7 mA biasa) atau di bawah had maksimum mutlak. Ini memastikan kebolehpercayaan jangka panjang dan CTR yang stabil.
• Imuniti Bunyi:Walaupun fotokopel menyediakan penolakan mod sepunya yang sangat baik, pastikan susun atur PCB yang betul dengan memisahkan jejak input dan output dan menggunakan kapasitor pintasan berhampiran pin peranti untuk menindas bunyi frekuensi tinggi.

8. Perbandingan dan Penentuan Kedudukan Teknikal

EL2514-G membezakan dirinya dalam pasaran melalui gabungan atribut utama. Voltan pengasingan tinggi (5000 Vrms) dan jarak rengangan panjang menjadikannya calon kuat untuk aplikasi dengan keperluan keselamatan yang ketat. Pembinaan bebas halogen menangani peraturan alam sekitar dan keutamaan pelanggan untuk elektronik "hijau". Portfolio kelulusan yang luas (UL, VDE, dll.) mengurangkan halangan kelayakan untuk produk akhir yang mensasarkan pasaran global. Walaupun kelajuan pensuisannya (25 µs) sesuai untuk banyak aplikasi pengasingan digital dan suapan bekalan kuasa, ia tidak diposisikan sebagai pengganding kelajuan ultra-tinggi untuk komunikasi data; aplikasi tersebut memerlukan peranti dengan masa pensuisan julat nanosaat. Oleh itu, EL2514-G paling baik dilihat sebagai fotokopel kegunaan am yang teguh, dioptimumkan untuk kebolehpercayaan, pematuhan keselamatan, dan prestasi sederhana.

9. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

S: Apakah maksud julat CTR 50-200% untuk reka bentuk litar saya?

J: Ia bermaksud arus output boleh serendah separuh arus input atau setinggi dua kali gandanya. Litar anda mesti berfungsi dengan betul pada kedua-dua ekstrem. Untuk antara muka digital, ini menjejaskan pilihan perintang tarik-naik dan ambang input get atau mikropengawal berikutnya.

S: Bolehkah saya memandu LED dengan sumber voltan secara langsung?

J: Tidak. LED ialah peranti berasaskan arus. Anda mesti sentiasa menggunakan perintang had arus secara bersiri dengan LED untuk menetapkan I_Fyang dikehendaki dan mencegah kerosakan daripada arus berlebihan, walaupun bekalan voltan anda sepadan dengan V_F.

S: Voltan pengasingan ialah 5000 Vrms. Adakah ini bermakna saya boleh menggunakan 5000V antara input dan output secara berterusan?

J: Tidak. Ini adalah voltan tahan yang diuji selama satu minit di bawah keadaan terkawal. Voltan kerja berterusan dalam aplikasi harus jauh lebih rendah, seperti yang ditakrifkan oleh piawaian keselamatan yang berkaitan untuk peralatan akhir.

S: Apakah perbezaan antara Pilihan S1 dan S2?

J: Perbezaan utama ialah dalam jejak pakej dan dimensi pita. S2 sedikit lebih besar dalam lebar badan (dimensi B0) dan menggunakan pita yang lebih lebar (24mm berbanding 16mm untuk S1), membenarkan lebih banyak unit setiap gelendong (2000 berbanding 1500). Pilihan bergantung pada kekangan ruang PCB anda dan keserasian feeder barisan pemasangan.

10. Kes Reka Bentuk Praktikal

Senario: Mengasingkan Isyarat Digital dari Mikropengawal ke Bahagian Voltan Tinggi.

Mikropengawal (logik 3.3V) perlu menghantar isyarat HIDUP/MATI kepada litar yang beroperasi pada potensi voltan tinggi yang berbeza dan bising. EL2514-G boleh digunakan untuk pengasingan.



Langkah-langkah Reka Bentuk:

1. Bahagian Input:Sambungkan pin GPIO mikropengawal ke anod fotokopel melalui perintang had arus (R_limit). Kira R_limit= (V_{CC_MCU}- V_F) / I_F. Untuk V_{CC_MCU}=3.3V, V_F~1.2V, dan mensasarkan I_F=5mA, R_limit= (3.3-1.2)/0.005 = 420Ω. Gunakan perintang standard 470Ω. Sambungkan katod ke bumi.
2. Bahagian Output:Sambungkan pengumpul kepada perintang tarik-naik (R_L) pada bekalan voltan tinggi terpencil (contohnya, 12V). Pemancar disambungkan ke bumi terpencil. Nilai R_Lmenjejaskan kelajuan dan arus. Menggunakan keadaan ujian dokumen data 5kΩ memberikan masa pensuisan yang ditentukan. Isyarat dari nod pengumpul kemudian boleh memandu get MOSFET atau input logik lain di bahagian terpencil.
3. Susun Atur:Pisahkan secara fizikal bahagian input dan output pada PCB. Kekalkan jarak rengangan >7.62mm mengikut keupayaan pakej. Letakkan kapasitor pintasan kecil (contohnya, 0.1µF) antara bekalan dan bumi pada kedua-dua belah pengganding, dekat dengan pin peranti.

Persediaan ini menghalang gelung bumi, menyekat bunyi, dan melindungi mikropengawal daripada transien voltan di bahagian voltan tinggi.

11. Prinsip Operasi

Fotokopel, atau optokopel, ialah peranti yang memindahkan isyarat elektrik antara dua litar terpencil menggunakan cahaya. Dalam EL2514-G, arus elektrik yang digunakan pada pin input (1 dan 2) menyebabkan Diod Pemancar Cahaya (LED) inframerah memancarkan foton. Foton ini bergerak merentasi jurang penebat lutsinar (biasanya diperbuat daripada sebatian acuan) dan memukul kawasan asas fototransistor silikon di bahagian output (pin 3 dan 4). Cahaya masuk menjana pasangan elektron-lubang dalam asas, bertindak secara berkesan sebagai arus asas. Arus asas fotogenerasi ini kemudiannya dikuatkan oleh gandaan transistor, menghasilkan arus pengumpul (I_C) yang berkadar dengan arus input LED (I_F). Nisbah I_C/I_Fialah Nisbah Pemindahan Arus (CTR). Aspek utama ialah satu-satunya sambungan antara input dan output ialah pancaran cahaya, menyediakan pengasingan galvanik.

12. Trend Teknologi

The photocoupler market continues to evolve. Trends influencing devices like the EL2514-G include:

• Peningkatan Integrasi:Menggabungkan pelbagai saluran pengasingan atau mengintegrasikan fungsi tambahan seperti pemandu get atau penguat ralat ke dalam satu pakej tunggal.
• Kelajuan Lebih Tinggi:Pembangunan pengganding menggunakan pengesan lebih pantas seperti fotodiod dengan penguat bersepadu untuk menyokong protokol komunikasi digital (USB, CAN, RS-485) pada kadar data Mbps.
• Kebolehpercayaan dan Jangka Hayat Dipertingkatkan:Fokus pada meningkatkan kestabilan jangka panjang CTR, yang boleh merosot dari masa ke masa disebabkan penuaan LED, terutamanya pada suhu dan arus tinggi.
• Pematuhan Alam Sekitar Lebih Ketat:Selain RoHS dan bebas halogen, terdapat perhatian yang semakin meningkat terhadap bahan seperti PFAS dan metrik kelestarian yang lebih luas dalam rantaian bekalan.
• Teknologi Pengasingan Alternatif:Walaupun fotokopel kekal dominan untuk banyak aplikasi, teknologi seperti pengasingan kapasitif (menggunakan halangan SiO₂) dan pengasingan magnetik (menggunakan transformer) bersaing dalam bidang yang memerlukan kelajuan sangat tinggi, penggunaan kuasa rendah, atau ketumpatan integrasi tinggi. Fotokopel mengekalkan kelebihan dalam kesederhanaan, imuniti sementara mod sepunya tinggi (CMTI), dan pensijilan keselamatan yang mantap.

EL2514-G, dengan fokusnya pada pensijilan keselamatan, pematuhan alam sekitar, dan prestasi teguh, menangani keperluan berterusan pasaran industri, kuasa, dan perkakas di mana trend ini sangat penting.