Dokumen Teknikal EL354N-G Series Photocoupler - Pakej 4-Pin SOP - Input AC - Penebatan 3750Vrms

1. Gambaran Keseluruhan Produk

Siri EL354N-G mewakili keluarga photocoupler phototransistor yang padat dan berprestasi tinggi, direka khas untuk aplikasi input AC. Peranti ini direkabentuk untuk menyediakan penebatan elektrik dan penghantaran isyarat yang boleh dipercayai dalam persekitaran di mana kekutuban input mungkin tidak diketahui atau berselang-seli. Teras peranti terdiri daripada dua diod pemancar inframerah yang disambung secara selari songsang, digandingkan secara optik kepada pengesan phototransistor silikon. Konfigurasi unik ini membolehkan peranti bertindak balas terhadap aliran arus dalam mana-mana arah melalui LED input, menjadikannya sesuai secara semula jadi untuk aplikasi pemantauan dan penderiaan isyarat AC di mana kekutuban DC tidak tetap.

Dibungkus dalam pakej 4-pin Small Outline Package (SOP) yang menjimatkan ruang, photocoupler ini adalah ideal untuk reka bentuk papan litar bercetak (PCB) moden berketumpatan tinggi. Falsafah reka bentuk utama di sebalik siri ini adalah pematuhan kepada piawaian alam sekitar dan keselamatan global. Peranti ini bebas halogen, mematuhi had ketat untuk bromin (Br<900 ppm), klorin (Cl<900 ppm), dan jumlah gabungannya (Br+Cl<1500 ppm). Tambahan pula, mereka mengekalkan pematuhan dengan arahan RoHS (Sekatan Bahan Berbahaya) dan peraturan EU REACH, memastikan mereka memenuhi keperluan alam sekitar kontemporari untuk komponen elektronik.

1.1 Kelebihan Teras dan Sasaran Pasaran

Kelebihan utama siri EL354N-G terletak pada gabungan keupayaan input AC, penebatan tinggi, dan faktor bentuk padat. Voltan penebatan tinggi 3750 V_rmsantara input dan output menyediakan halangan keselamatan yang kukuh, melindungi litar kawalan voltan rendah sensitif daripada talian utama voltan tinggi atau talian industri yang bising. Ini menjadikannya sangat diperlukan dalam aplikasi yang memerlukan penebatan galvanik.

Pasaran sasaran untuk komponen ini adalah pelbagai, merangkumi automasi industri, telekomunikasi, dan pengurusan kuasa. Kawasan aplikasi utama termasuk pemantauan talian AC dalam bekalan kuasa dan perkakas, menyediakan penebatan input dalam pengawal logik boleh aturcara (PLC), antara muka dalam litar talian telefon, dan berfungsi sebagai penderia untuk isyarat DC dengan kekutuban tidak diketahui. Kelulusan peranti daripada agensi keselamatan antarabangsa utama—termasuk UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO, dan CQC—memudahkan penggunaannya dalam produk akhir yang ditujukan untuk pasaran global, memudahkan proses pensijilan untuk pengeluar peralatan.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

Pemahaman menyeluruh tentang had dan ciri prestasi peranti adalah penting untuk reka bentuk litar yang boleh dipercayai. Parameter menentukan ruang operasi dan memastikan komponen digunakan dalam kawasan operasi selamatnya (SOA).

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Penarafan Maksimum Mutlak menentukan had tekanan di mana kerosakan kekal pada peranti mungkin berlaku. Ini bukan keadaan operasi.

• Arus Hadapan Input (I_F): ±50 mA (DC). Penarafan ini terpakai untuk arus dalam mana-mana arah melalui diod input.
• Arus Hadapan Puncak (I_FP): 1 A untuk denyutan 1 µs. Ini membolehkan peranti menahan lonjakan arus ringkas.
• Pelesapan Kuasa: Jumlah pelesapan kuasa peranti (P_TOT) tidak boleh melebihi 200 mW. Bahagian input (P_D) dinilai untuk 70 mW dengan faktor penyahkadaratan 3.7 mW/°C melebihi suhu ambien 90°C (T_a). Bahagian output (P_C) dinilai untuk 150 mW, penyahkadaratan melebihi 70°C T_a.
• Penarafan Voltan: Voltan pemungut-pemancar (V_CEO) ialah 80 V, manakala voltan pemancar-pemungut (V_ECO) ialah 6 V. Ketidaksimetrian adalah disebabkan oleh struktur phototransistor.
• Voltan Penebatan (V_ISO): 3750 V_rmsselama 1 minit pada kelembapan relatif 40-60%. Ini adalah parameter keselamatan kritikal.
• Julat Suhu: Suhu operasi (T_OPR) merangkumi dari -55°C hingga +100°C. Suhu penyimpanan (T_STG) julat dari -55°C hingga +125°C.
• Suhu Pateri: Peranti boleh menahan suhu pateri puncak (T_SOL) 260°C selama 10 saat, yang serasi dengan proses reflow bebas plumbum.

2.2 Ciri Elektro-Optik

Parameter ini menentukan prestasi peranti di bawah keadaan operasi biasa pada 25°C, melainkan dinyatakan sebaliknya.

2.2.1 Ciri Input

• Voltan Hadapan (V_F): Biasanya 1.2 V, dengan maksimum 1.4 V pada arus hadapan (I_F) ±20 mA. Kejatuhan voltan rendah ini bermanfaat untuk litar kuasa rendah.
• Kapasitans Input (C_in): Julat dari 50 pF (tipikal) hingga 250 pF (maks) pada 1 kHz. Parameter ini memberi kesan kepada tindak balas frekuensi tinggi dan potensi hingar gandingan.

2.2.2 Ciri Output

• Arus Gelap (I_CEO): Arus bocor dari pemungut ke pemancar apabila LED input dimatikan (I_F=0) dan V_CE=20V adalah maksimum 100 nA. Arus gelap rendah adalah penting untuk nisbah isyarat-kepada-hingar yang baik dalam keadaan mati.
• Voltan Pecahan: BV_CEOadalah minimum 80 V, dan BV_ECOadalah minimum 7 V. Ini menentukan voltan songsang maksimum yang boleh dikekalkan.

2.2.3 Ciri Pemindahan

Parameter ini menerangkan kecekapan gandingan dan kelajuan antara input dan output.

• Nisbah Pemindahan Arus (CTR): Ini adalah nisbah arus pemungut output (I_C) kepada arus hadapan input (I_F), dinyatakan sebagai peratusan. Ia adalah parameter utama untuk gandaan. EL354N standard mempunyai julat CTR 20% hingga 300% pada I_F= ±1mA, V_CE= 5V. Varian EL354NA menawarkan bin yang lebih ketat dan tinggi dengan julat CTR 50% hingga 150% di bawah keadaan yang sama. Pembinaran ini membolehkan pereka memilih peranti untuk gandaan yang lebih konsisten dalam pengeluaran.
• Voltan Tepu (V_CE(sat)): Biasanya 0.1 V, maksimum 0.2 V apabila I_F=±20mA dan I_C=1mA. Voltan tepu rendah meminimumkan kehilangan kuasa apabila transistor output hidup sepenuhnya.
• Rintangan Penebatan (R_IO): Minimum 5×10¹⁰Ω, tipikal 10¹¹Ω pada 500 V DC. Rintangan yang sangat tinggi ini adalah asas kepada fungsi penebatan.
• Frekuensi Potong (f_c): Biasanya 80 kHz (-3dB point) di bawah keadaan ujian yang ditentukan. Ini menentukan frekuensi isyarat berguna maksimum.
• Kapasitans Terapung (C_IO): Biasanya 0.6 pF, maksimum 1.0 pF pada 1 MHz. Ini adalah kapasitans parasit merentasi halangan penebatan, yang boleh menggandingkan hingar frekuensi tinggi.
• Kelajuan Pensuisan: Kedua-dua masa naik (t_r) dan masa turun (t_f) ditetapkan sebagai maksimum 18 µs. Kelajuan sederhana ini sesuai untuk pemantauan frekuensi talian (50/60 Hz) dan banyak isyarat kawalan industri, tetapi tidak sesuai untuk komunikasi digital berkelajuan tinggi.

3. Analisis Lengkung Prestasi

Walaupun datasheet merujuk kepada lengkung ciri elektro-optik tipikal, plot khusus mereka (cth., CTR vs. Suhu, CTR vs. Arus Hadapan) adalah penting untuk reka bentuk terperinci. Lengkung ini biasanya menunjukkan bahawa CTR berkurangan dengan peningkatan suhu ambien dan mungkin mempunyai hubungan tidak linear dengan arus hadapan. Pereka mesti merujuk graf ini untuk menyahkadar prestasi dengan sewajarnya untuk persekitaran operasi khusus mereka, memastikan litar mengekalkan gandaan yang mencukupi merentasi julat suhu yang dimaksudkan. Hubungan antara arus output dan arus hadapan juga kritikal untuk menentukan arus pacuan yang diperlukan untuk mencapai keadaan output yang dikehendaki, terutamanya apabila beroperasi berhampiran had spesifikasi CTR.

4. Maklumat Mekanikal, Pakej dan Pemasangan

4.1 Dimensi Pakej dan Kekutuban

Peranti ini dibungkus dalam pakej 4-pin SOP. Konfigurasi pin adalah seperti berikut: Pin 1 ialah Anod/Katod, Pin 2 ialah Katod/Anod (untuk pasangan LED selari songsang), Pin 3 ialah Pemancar phototransistor, dan Pin 4 ialah Pemungut. Susunan pin ini adalah penting untuk susun atur PCB yang betul. Lukisan pakej menyediakan dimensi mekanikal tepat termasuk panjang badan, lebar, ketinggian, padang kaki, dan dimensi kaki, yang mesti dipatuhi untuk reka bentuk tapak kaki PCB yang tepat.

4.2 Susun Atur Pad PCB yang Disyorkan

Susun atur pad permukaan yang dicadangkan disediakan. Ditekankan bahawa ini adalah reka bentuk rujukan dan harus diubahsuai berdasarkan proses pembuatan individu, bahan PCB, dan keperluan terma. Matlamat reka bentuk pad adalah untuk memastikan pembentukan sendi pateri yang boleh dipercayai semasa reflow sambil menguruskan tekanan terma pada komponen.

4.3 Garis Panduan Pateri dan Reflow

Keadaan pateri reflow terperinci ditentukan, merujuk IPC/JEDEC J-STD-020D. Profil adalah kritikal untuk pemasangan bebas plumbum:

• Pra-panas: 150°C hingga 200°C selama 60-120 saat.
• Peningkatan: Maksimum 3°C/saat dari 200°C ke puncak.
• Masa Melebihi Cecair (217°C): 60-100 saat.
• Suhu Puncak: 260°C maksimum.
• Masa dalam 5°C Puncak: 30 saat maksimum.
• Kadar Penyejukan: Maksimum 6°C/saat.
• Masa Kitaran Jumlah: 25°C ke puncak dalam 8 minit maksimum.
• Laluan Reflow: Peranti boleh menahan maksimum 3 kitaran reflow.

Mematuhi profil ini menghalang kerosakan terma pada pakej plastik dan ikatan wayar dalaman.

5. Pesanan, Pembungkusan dan Penandaan

5.1 Sistem Penomboran Bahagian dan Pembinaran

Nombor bahagian mengikut struktur: EL354N(X)(Y)-VG.

• X: Pilihan Pangkat CTR. 'A' menandakan bin 50-150% (EL354NA). Tiada huruf menandakan bin standard 20-300% (EL354N).
• Y: Pilihan Pita dan Gegelung. 'TA' atau 'TB' menentukan jenis gegelung dan orientasi. Peninggalan menunjukkan pembungkusan tiub (100 unit).
• V: Akhiran pilihan menandakan kelulusan VDE disertakan.
• G: Menandakan pembinaan bebas halogen.

Pilihan pembungkusan termasuk tiub (100 unit) atau pita-dan-gegelung (3000 unit setiap gegelung untuk kedua-dua pilihan TA dan TB). Pilihan 'TA' dan 'TB' berbeza dalam orientasi komponen pada pita pembawa, yang mesti sepadan dengan keperluan feeder mesin pick-and-place.

5.2 Penandaan Peranti

Peranti ditanda pada permukaan atas dengan kod:EL 354N RYWWV.

• EL: Kod pengeluar.
• 354N: Nombor peranti asas.
• R: Pangkat CTR (cth., 'A' atau kosong).
• Y: Kod tahun 1 digit.
• WW: Kod minggu 2 digit.
• V: Kehadiran menandakan kelulusan VDE (pilihan).

5.3 Spesifikasi Pita dan Gegelung

Dimensi terperinci untuk pita pembawa timbul disediakan, termasuk dimensi poket (A, B, D0, D1), lebar pita (W), padang (P0), dan dimensi meterai pita penutup. Ini adalah perlu untuk menyediakan peralatan pemasangan automatik dengan betul.

6. Garis Panduan Aplikasi dan Pertimbangan Reka Bentuk

6.1 Litar Aplikasi Tipikal

Aplikasi utama adalah penderiaan voltan talian AC atau pengesanan persilangan sifar. Litar tipikal melibatkan menyambung pin input (1 & 2) secara bersiri dengan perintang had arus merentasi talian AC. Nilai perintang mesti dikira untuk menghadkan arus hadapan puncak (I_F) kepada nilai selamat di bawah 50 mA, dengan mengambil kira voltan AC puncak. Transistor output boleh disambung dalam konfigurasi pemancar sepunya (Pemancar ke bumi, Pemungut ditarik melalui perintang beban ke bekalan logik) untuk menyediakan isyarat digital yang bertukar dengan kitaran AC. Untuk penderiaan DC kekutuban tidak diketahui, peranti boleh diletakkan terus dalam talian penderiaan, kerana ia akan mengalirkan arus tanpa mengira arah arus.

6.2 Faktor Reka Bentuk Kritikal

• Pembatasan Arus: Aspek paling kritikal dalam reka bentuk litar input. Perintang mesti menghadkan arus di bawah keadaan paling teruk (voltan talian maksimum, toleransi perintang minimum).
• Degradasi CTR: CTR boleh merosot dari masa ke masa, terutamanya pada suhu dan arus operasi tinggi. Reka bentuk harus menggabungkan margin (cth., gunakan CTR minimum dari datasheet dan kemudian gunakan faktor penyahkadaratan tambahan untuk jangka hayat).
• Kekebalan Hingar: Kapasitans parasit (C_IO) boleh menggandingkan transien frekuensi tinggi (seperti ESD atau EMI) merentasi halangan penebatan. Dalam persekitaran bising, penapisan tambahan di bahagian output atau penggunaan penapis digital yang lebih pantas dalam mikropengawal mungkin diperlukan.
• Had Kelajuan Pensuisan: Masa naik/turun 18 µs menghadkan peranti kepada aplikasi frekuensi rendah. Ia tidak sesuai untuk mengasingkan talian data digital berkelajuan tinggi.
• Pelesapan HabaPastikan jumlah pelesapan kuasa (kehilangan LED input + kehilangan transistor output) tidak melebihi 200 mW, dengan mengambil kira penyahkadaratan dengan suhu.

7. Perbandingan dan Pembezaan Teknikal

Pembeza utama EL354N-G adalah input LED selari songsang bersepadu, menghapuskan keperluan untuk penerus jambatan luaran atau litar kompleks untuk mengendalikan isyarat AC atau DC kekutuban tidak diketahui. Berbanding dengan photocoupler input DC standard, ini memudahkan BOM dan menjimatkan ruang papan. Dalam segmen photocoupler input AC, gabungan penebatan 3750Vrms, bahan bebas halogen, dan kelulusan keselamatan antarabangsa komprehensif (UL, VDE, dll.) dalam pakej SOP padat memberikan proposisi nilai yang kuat untuk aplikasi global sensitif kos tetapi kritikal keselamatan. Ketersediaan bin CTR yang lebih ketat (EL354NA) menawarkan kelebihan untuk reka bentuk yang memerlukan gandaan yang lebih konsisten tanpa penyusunan manual atau penentukuran.

8. Soalan Lazim (FAQ)

S: Bolehkah saya menggunakan peranti ini untuk mengesan talian utama 120VAC atau 230VAC secara langsung?

J: Ya, tetapi anda mesti menggunakan perintang had arus bersiri luaran. Kira nilainya berdasarkan voltan utama puncak (cth., 230VAC RMS mempunyai puncak ~325V) dan arus LED yang dikehendaki, memastikan arus puncak kekal jauh di bawah Penarafan Maksimum Mutlak 50 mA.

S: Apakah perbezaan antara EL354N dan EL354NA?

J: Perbezaannya adalah dalam pembinaran Nisbah Pemindahan Arus (CTR). EL354N mempunyai julat yang lebih luas (20-300%), manakala EL354NA mempunyai julat minimum yang lebih ketat dan tinggi (50-150%). Gunakan versi 'NA' untuk aplikasi yang memerlukan gandaan yang lebih konsisten dari unit ke unit.

S: Output adalah phototransistor. Bolehkah saya menggunakannya untuk memacu geganti secara langsung?

J: Ia tidak disyorkan. Pengendalian arus phototransistor adalah terhad (berkaitan dengan penarafan pelesapan kuasanya). Ia direka sebagai peranti peringkat isyarat. Untuk memacu geganti, gunakan output photocoupler untuk memacu transistor kuasa yang lebih besar atau get MOSFET.

S: Bagaimanakah saya memastikan penebatan yang boleh dipercayai dalam reka bentuk saya?

J: Kekalkan jarak rengan dan jarak bersih yang betul pada PCB antara litar input dan output mengikut piawaian keselamatan yang berkaitan (cth., IEC 60950-1, IEC 62368-1). Penarafan 3750Vrms komponen itu sendiri mesti disokong oleh jarak yang mencukupi pada papan.

9. Prinsip Operasi

Peranti beroperasi berdasarkan prinsip penukaran dan penebatan optoelektronik. Apabila arus mengalir melalui salah satu daripada dua LED inframerah input (bergantung pada kekutuban), ia memancarkan cahaya. Cahaya ini merentasi halangan penebatan lutsinar (biasanya plastik acuan) dan memukul kawasan asas phototransistor silikon di bahagian output. Foton menjana pasangan elektron-lubang dalam asas, bertindak secara efektif sebagai arus asas, yang menghidupkan transistor, membenarkan arus pemungut yang lebih besar mengalir. Kuncinya ialah satu-satunya sambungan antara input dan output adalah optik, menyediakan penebatan galvanik. Konfigurasi LED selari songsang bermakna arus yang mengalir ke Pin 1 (Anod) dan keluar dari Pin 2 (Katod) menyalakan satu LED, manakala arus dalam arah bertentangan menyalakan LED yang lain, memastikan operasi dengan AC atau DC dua hala.

10. Trend Industri

Trend dalam teknologi photocoupler dan penebatan adalah ke arah integrasi yang lebih tinggi, kelajuan yang lebih pantas, dan penggunaan kuasa yang lebih rendah. Walaupun coupler berasaskan phototransistor tradisional seperti EL354N-G kekal penting untuk penebatan kos efektif, kelajuan sederhana dalam kawalan kuasa dan industri, teknologi baru sedang muncul. Ini termasuk pengasing digital berasaskan teknologi CMOS dan gandingan RF, yang menawarkan kadar data yang jauh lebih tinggi, kuasa lebih rendah, dan kebolehpercayaan yang lebih tinggi. Walau bagaimanapun, untuk penderiaan talian AC asas dan pemantauan voltan di mana kesederhanaan, voltan penebatan tinggi, dan ketahanan terbukti adalah utama, coupler AC phototransistor terus menjadi penyelesaian pilihan dan boleh dipercayai. Pergerakan ke arah bebas halogen dan pematuhan alam sekitar yang dipertingkatkan, seperti yang dilihat dalam siri '-G', adalah tindak balas langsung kepada trend kawal selia global.