Dokumen Teknikal EL121N - Fotokopel 4-Pin SOP - Profil 2.0mm - Penebatan 3750Vrms - Nisbah Pemindahan Arus (CTR) 50-400%

1. Gambaran Keseluruhan Produk

Siri EL121N mewakili satu keluarga komponen optoelektronik inframerah yang direka untuk pengasingan dan penghantaran isyarat. Pada terasnya, ia terdiri daripada diod pemancar cahaya inframerah (IRED) arsenida galium yang digandingkan secara optik kepada fototransistor silikon NPN, semuanya ditempatkan dalam pakej Permukaan Kecil (SOP) 4-pin yang padat dan boleh dipasang di permukaan. Fungsi utamanya adalah untuk memindahkan isyarat elektrik antara dua litar sambil mengekalkan penebatan elektrik yang tinggi, seterusnya menghalang hingar, gelung bumi, dan lonjakan voltan daripada merebak dari satu sisi ke sisi yang lain.

Peranti ini direka untuk aplikasi yang memerlukan penebatan yang boleh dipercayai dalam ruang yang terhad. Profil rendah 2.0mmnya menjadikannya sesuai 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, termasuk bebas halogen, bebas plumbum (Pb-free), dan mematuhi arahan RoHS dan EU REACH. Tambahan pula, ia membawa kelulusan keselamatan antarabangsa yang penting, termasuk UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, dan FIMKO, yang menekankan kebolehpercayaan dan kesesuaiannya untuk digunakan dalam peralatan komersial dan perindustrian di seluruh dunia.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

2.1 Had Maksimum Mutlak

Had-had ini mentakrifkan had tekanan di mana kerosakan kekal pada peranti mungkin berlaku. Operasi di bawah atau pada had ini tidak dijamin.

• Input (Sisi LED):Arus hadapan (I_F) dinilai pada 50mA berterusan. Arus hadapan puncak ringkas (I_FP) 1A untuk 1 mikrosaat dibenarkan, yang relevan untuk operasi berdenyut. Voltan songsang maksimum (V_R) ialah 6V, menekankan keperluan untuk perlindungan polariti yang betul.
• Output (Sisi Transistor):Arus pengumpul (I_C) dinilai pada 50mA. Voltan pengumpul-pemancar (V_CEO) ialah 80V, manakala voltan pemancar-pengumpul (V_ECO) hanya 7V, menonjolkan sifat asimetri ciri pecahan fototransistor.
• Kuasa dan Terma:Jumlah penyebaran kuasa peranti (P_TOT) ialah 200mW. Faktor penurunan kuasa berasingan disediakan: 2.9 mW/°C untuk input (LED) di atas ambien 100°C, dan 3.7 mW/°C untuk output (transistor) di atas ambien 70°C. Ini adalah kritikal untuk pengurusan terma dalam persekitaran suhu tinggi.
• Penebatan dan Persekitaran:Voltan penebatan (V_ISO) ialah 3750 V_rmsselama 1 minit, diuji dengan pin 1-2 dipendekkan bersama dan pin 3-4 dipendekkan bersama. Julat suhu operasi ialah -55°C hingga +110°C, dan penyimpanan meluas ke -55°C hingga +125°C.

2.2 Ciri-Ciri Elektro-Optik

Parameter ini mentakrifkan prestasi peranti di bawah keadaan operasi biasa (Ta=25°C melainkan dinyatakan).

• Ciri-Ciri Input:Voltan hadapan (V_F) biasanya 1.2V pada arus ujian 20mA, dengan maksimum 1.4V. Voltan rendah ini bermanfaat untuk litar antara muka logik kuasa rendah. Arus bocor songsang (I_R) adalah maksimum 10µA pada 4V.
• Ciri-Ciri Output:Arus gelap pengumpul-pemancar (I_CEO), iaitu arus bocor dengan LED dimatikan, adalah maksimum 100nA pada V_CE=20V. Voltan pecahan (BV_CEO=80V,BV_ECO=7V) mengesahkan penarafan.
• Ciri-Ciri Pemindahan:Ini adalah teras spesifikasi peranti.
  • Nisbah Pemindahan Arus (CTR):Ini adalah nisbah arus pengumpul output kepada arus hadapan LED input, dinyatakan sebagai peratusan. Siri EL121N menawarkansistem penggredan/pembin:
    • EL121N (Standard):Julat CTR 50% hingga 400% pada I_F=5mA, V_CE=5V.
    • EL121N B:Bin yang lebih ketat 130% hingga 260%.
    • EL121N C:Bin prestasi lebih tinggi 200% hingga 400%.
    • EL121N BC:Bin luas merangkumi 130% hingga 400%.
    Pembin ini membolehkan pereka memilih bahagian berdasarkan keuntungan dan konsistensi yang diperlukan, mengoptimumkan prestasi dan kos litar.
  • Voltan Tepu (V_CE(sat)):Biasanya 0.1V (maks 0.2V) apabila didorong dengan I_F=20mA dan dimuatkan dengan I_C=1mA. Nilai rendah ini sangat baik untuk aplikasi pensuisan digital, meminimumkan kehilangan voltan.
  • Rintangan Penebatan (R_IO):Minimum 5 x 10¹⁰Ω, menunjukkan rintangan penebatan DC yang sangat tinggi.
  • Kelajuan Pensuisan:Masa naik (t_r) biasanya 6µs (maks 18µs) dan masa jatuh (t_f) biasanya 8µs (maks 18µs) di bawah keadaan ujian yang ditentukan (V_CE=2V, I_C=2mA, R_L=100Ω). Ini mentakrifkan keupayaan peranti untuk penghantaran isyarat digital kelajuan sederhana.

3. Analisis Keluk Prestasi

Dokumen data merujuk kepada keluk ciri elektro-optik biasa. Walaupun graf khusus tidak diterbitkan semula dalam teks, ia biasanya termasuk hubungan berikut yang penting untuk reka bentuk:

• CTR vs. Arus Hadapan (I_F):CTR tidak malar; ia umumnya berkurangan apabila I_Fbertambah. Pereka mesti merujuk keluk ini untuk memilih titik operasi yang memberikan keuntungan yang dikehendaki tanpa mendorong LED secara berlebihan.
• CTR vs. Suhu Ambien (T_a):CTR fotokopel mempunyai pekali suhu negatif; ia berkurangan apabila suhu meningkat. Keluk ini adalah penting untuk memastikan kestabilan litar sepanjang julat suhu operasi yang dimaksudkan.
• Arus Pengumpul vs. Voltan Pengumpul-Pemancar (I_C-V_CE):Keluk ciri output ini menunjukkan fototransistor beroperasi dalam kawasan linear (aktif) dan tepunya, serupa dengan transistor dwikutub standard, tetapi dengan I_Fsebagai parameter kawalan menggantikan arus tapak.
• Voltan Hadapan vs. Arus Hadapan (V_F-I_F):Ciri LED ini penting untuk mereka bentuk litar pemandu had arus.

Rajah 10 dalam dokumen data menyediakan litar ujian standard dan takrifan bentuk gelombang untuk mengukur masa pensuisan (t_on, t_off, t_r, t_f), menggunakan beban rintangan (R_L) dan denyut input yang ditakrifkan.

4. Maklumat Mekanikal, Pakej dan Pemasangan

4.1 Konfigurasi Pin dan Dimensi Pakej

Pakej SOP 4-pin mempunyai pinout yang jelas:

1. Anod (A) LED inframerah
2. Katod (K) LED inframerah
3. Pemancar (E) fototransistor
4. Pengumpul (C) fototransistor

Lukisan pakej menyediakan dimensi tepat termasuk saiz badan, jarak plumbum, dan ketinggian keseluruhan, mengesahkan profil 2.0mm. Corak tanah PCB yang disyorkan (susunan pad) juga dibekalkan untuk memastikan pateri yang boleh dipercayai dan kestabilan mekanikal semasa pemasangan permukaan.

4.2 Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

Peranti ini dinilai untuk suhu pateri maksimum (T_SOL) 260°C selama 10 saat. Tambahan pula, profil pateri alir balik terperinci disediakan, mematuhi IPC/JEDEC J-STD-020D. Parameter utama profil ini termasuk:

• Pemanasan Awal:150°C hingga 200°C selama 60-120 saat.
• Masa Melebihi Cecair (217°C):60-100 saat.
• Suhu Puncak:260°C maksimum.
• Masa dalam 5°C Puncak:30 saat maksimum.
• Bilangan Maksimum Alir Balik:3 kali.

Mematuhi profil ini adalah penting untuk mengelakkan keretakan pakej, pengelupasan, atau kerosakan pada die dalaman dan ikatan wayar.

5. Pesanan, Pembungkusan dan Penandaan

5.1 Sistem Penomboran Bahagian

Nombor bahagian mengikut format:EL121N(X)(Y)-V

• EL121N:Nombor peranti asas.
• X:Gred CTR (B, C, BC, atau kosong untuk gred standard).
• Y:Pilihan Pita dan Gegelung (TA atau TB, berbeza dalam arah suapan).
• -V:Akhiran pilihan menandakan kelulusan VDE disertakan.

Contoh: EL121NBC-TA, EL121NC-TB-V.

5.2 Spesifikasi Pembungkusan

Peranti dibekalkan pada pita dan gegelung untuk pemasangan automatik. Dimensi pita (lebar, saiz poket, pic) dan spesifikasi gegelung disediakan secara terperinci. Kedua-dua pilihan TA dan TB mengandungi 3000 unit setiap gegelung.

5.3 Penandaan Peranti

Setiap peranti ditanda di bahagian atas dengan kod laser atau dakwat:EL 121N RYWWV

• EL:Kod pengeluar.
• 121N:Nombor peranti.
• R:Kod Gred CTR (cth., B atau C).
• Y:Kod tahun 1 digit.
• WW:Kod minggu 2 digit.
• V:Kehadiran tanda kelulusan VDE.

Penandaan ini membolehkan kebolehjejakan dan pengesahan jenis peranti.

6. Nota Aplikasi dan Pertimbangan Reka Bentuk

6.1 Aplikasi Biasa

Siri EL121N sesuai untuk pelbagai keperluan pengasingan dan antara muka:

• Pembekal Kuasa Mod Suis (SMPS):Menyediakan penebatan maklum balas dalam penukar DC-DC, penting untuk mengawal selia voltan output sambil mengekalkan penebatan keselamatan dari sisi primer.
• Sistem Kawalan Perindustrian:Antara muka antara pengawal logik voltan rendah (PLC) dan penggerak atau penderia perindustrian voltan/arus lebih tinggi, menghalang hingar gelung bumi.
• Peralatan Telekomunikasi:Mengasingkan talian isyarat atau menyediakan penebatan galvanik dalam antara muka modem, penghala, atau kad talian.
• Pengasingan Litar Am:Mana-mana aplikasi yang memerlukan pemindahan isyarat antara litar dengan potensi bumi atau impedans yang berbeza.

6.2 Pertimbangan Reka Bentuk Kritikal

• Kemerosotan CTR:CTR fotokopel boleh merosot dari masa ke masa, terutamanya apabila dikendalikan pada arus LED tinggi dan suhu tinggi. Menurunkan arus LED dan memilih bahagian dengan CTR awal jauh melebihi minimum yang diperlukan memberikan margin jangka hayat.
• Pertukaran Kelajuan vs. Arus:Kelajuan pensuisan bertambah baik dengan arus pacuan LED yang lebih tinggi tetapi dengan kos penggunaan kuasa yang lebih tinggi dan penuaan dipercepatkan yang berpotensi. Keadaan ujian (I_F=10mA typ.) memberikan garis dasar; untuk kelajuan lebih pantas, I_Flebih tinggi mungkin diperlukan.
• Pemilihan Perintang Beban:Nilai perintang beban (R_Lpada pengumpul) mempengaruhi kedua-dua kelajuan pensuisan dan ayunan voltan output. R_Lyang lebih kecil meningkatkan kelajuan tetapi mengurangkan keuntungan dan julat voltan output.
• Kekebalan Hingar:Untuk aplikasi digital, memastikan "margin hingar" yang mencukupi dengan mereka bentuk litar penerima untuk membezakan dengan jelas antara keadaan hidup dan mati fototransistor adalah kunci.
• Jarak Rayapan dan Penebatan:Apabila mereka bentuk susun atur PCB, kekalkan jarak rayapan dan penebatan yang ditentukan (diimplikasikan oleh penarafan 3750V_rms) antara kesan input dan output untuk mengekalkan integriti penebatan.

7. Perbandingan dan Penentuan Posisi Teknikal

Dalam pasaran fotokopel output fototransistor, siri EL121N menempatkan dirinya melalui beberapa atribut utama:

• Pakej:SOP 4-pin menawarkan tapak kaki yang lebih padat berbanding pakej DIP 4-pin lama sambil lebih mudah dikendalikan dan dipateri berbanding pakej 4-pin ultra miniatur, mencapai keseimbangan antara saiz dan kebolehhasilan.
• Pembin CTR:Menawarkan pelbagai gred CTR yang ditakrifkan dengan jelas (B, C, BC) memberikan fleksibiliti yang tidak selalu tersedia dalam bahagian generik, membolehkan reka bentuk dioptimumkan.
• Pensijilan Komprehensif:Pengumpulan kelulusan UL, cUL, VDE, dan Nordic SEMKO/NEMKO/DEMKO/FIMKO dalam satu bahagian memudahkan proses pemilihan komponen untuk produk yang mensasarkan pasaran global dengan keperluan keselamatan yang ketat.
• Keseimbangan Prestasi:Dengan CTR sehingga 400%, voltan tepu di bawah 0.2V, dan masa pensuisan dalam julat mikrosaat, ia menawarkan prestasi seimbang yang sesuai untuk pelbagai tugas pengasingan analog dan digital, dari isyarat hidup/mati mudah kepada maklum balas PWM.

8. Soalan Lazim (FAQ)

8.1 Apakah perbezaan antara pilihan pita TA dan TB?

Perbezaan utama ialaharah suapandari gegelung. TA dan TB mempunyai orientasi poket komponen yang berbeza pada pita pembawa. Pereka mesti menentukan pilihan yang betul berdasarkan orientasi yang diperlukan oleh sistem suapan mesin pick-and-place khusus mereka. Kedua-duanya mengandungi 3000 unit.

8.2 Bagaimana saya memilih antara gred CTR B, C, dan BC?

Pilih berdasarkan keperluan keuntungan dan konsistensi litar anda.

• GunakanGred C (200-400%)untuk aplikasi yang memerlukan sensitiviti tinggi atau di mana litar pemandu hanya boleh membekalkan arus LED yang rendah.
• GunakanGred B (130-260%)untuk aplikasi di mana keuntungan sederhana yang dikawal rapat diperlukan untuk prestasi yang boleh diramal merentasi semua unit.
• GunakanStandard (50-400%)atauBC (130-400%)untuk aplikasi sensitif kos di mana reka bentuk litar boleh bertolak ansur dengan variasi CTR yang lebih luas, selalunya dengan menggunakan maklum balas atau tahap isyarat kurang kritikal.

8.3 Bolehkah peranti ini digunakan untuk pengasingan isyarat analog?

Ya, tetapi dengan pengecualian penting. Ketidaklinearan fototransistor, pergantungan suhu CTR, dan variasi peranti ke peranti semula jadi menjadikannya kurang ideal untuk pengasingan analog ketepatan tinggi berbanding fotokopel linear khusus (yang mengandungi fotodiod dan penguat operasi). Untuk isyarat analog ketepatan lebih rendah atau dalam litar yang menggunakan linearisasi luaran dan pampasan suhu, ia boleh digunakan dengan berkesan.

8.4 Apakah tujuan ujian voltan penebatan (pin 1-2 dipendekkan ke 3-4)?

Ujian ini mengesahkan integriti halangan penebatan dalaman antara bahagian input (LED) dan output (fototransistor) pakej. Memendekkan pin pada setiap sisi memastikan voltan ujian dikenakan merentasi keseluruhan sempadan penebatan, memeriksa sebarang laluan pecahan berpotensi melalui sebatian acuan atau di sepanjang bingkai plumbum.