Dokumen Teknikal EL3H7U-G Photocoupler - Pakej SSOP 4-Pin - Profil 2.0mm - Pengasingan 3750Vrms - CTR 100-560%

1. Gambaran Keseluruhan Produk

Siri EL3H7U-G mewakili keluarga fotokopel fototransistor (optokopel) permukaan-pasang yang padat, direka untuk pengasingan isyarat yang boleh dipercayai dalam litar elektronik moden. Peranti ini menyediakan fungsi penting dengan memindahkan isyarat elektrik antara dua litar terpencil menggunakan cahaya, sekali gus menghalang voltan tinggi atau gelung bumi dalam satu litar daripada menjejaskan atau merosakkan litar yang lain.

Konstruksi teras terdiri daripada diod pemancar cahaya inframerah arsenida galium (IRED) yang digandingkan secara optik kepada fototransistor silikon NPN. Kedua-duanya disalut dalam sebatian hijau bebas halogen dan ditempatkan dalam Pakej Garis Kecil (SSOP) 4-pin dengan profil rendah 2.0 mm. Pakej ini sesuai untuk aplikasi yang mempunyai ruang terhad pada papan litar bercetak (PCB).

1.1 Kelebihan Teras dan Sasaran Pasaran

Kelebihan utama siri EL3H7U-G termasuk keupayaan pengasingan tinggi, faktor bentuk padat, dan pematuhan kepada piawaian keselamatan dan alam sekitar antarabangsa. Dengan voltan pengasingan (Viso) 3750 Vrms, ia menyediakan perlindungan kukuh untuk litar sensitif. Komposisi bahan bebas halogen selaras dengan peraturan alam sekitar seperti RoHS dan REACH. Peranti ini diluluskan oleh agensi keselamatan antarabangsa utama termasuk UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO, dan CQC, menjadikannya sesuai untuk pasaran global yang memerlukan komponen bertauliah.

Aplikasi sasaran adalah pelbagai, memberi tumpuan kepada bidang di mana pengasingan elektrik dan kekebalan bunyi adalah paling penting. Pasaran utama termasuk bekalan kuasa mod suis (SMPS), terutamanya penukar DC-DC, pengawal logik boleh atur cara (PLC) industri, peralatan telekomunikasi, dan penghantaran isyarat tujuan am merentasi litar dengan potensi bumi atau tahap impedans yang berbeza.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

Memahami penarafan maksimum mutlak dan ciri-ciri elektrik adalah penting untuk reka bentuk litar yang boleh dipercayai dan memastikan kebolehpercayaan jangka panjang fotokopel.

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

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

• Input (Bahagian LED):Arus hadapan (I_F) tidak boleh melebihi 20 mA. Voltan songsang (V_R) dihadkan kepada 5 V, menekankan keperluan untuk perlindungan polariti yang betul jika input boleh dikenakan bias songsang.
• Output (Bahagian Fototransistor):Arus pengumpul (I_C) dinilai pada 30 mA. Voltan pengumpul-pemancar (V_CEO) boleh menahan sehingga 60 V, manakala voltan pemancar-pengumpul (V_ECO) adalah lebih rendah pada 5 V, menunjukkan asimetri ciri pecahan fototransistor.
• Terma dan Pengasingan:Jumlah penyebaran kuasa peranti (P_TOT) ialah 200 mW. Voltan pengasingan (V_ISO) 3750 Vrms diuji selama 1 minit dengan pin 1-2 dan 3-4 dipintaskan bersama di bawah kelembapan terkawal (40-60% RH). Julat suhu operasi ditetapkan dari -40°C hingga +125°C.

2.2 Ciri-Ciri Elektro-Optik

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

• Ciri-Ciri Input:Voltan hadapan (V_F) biasanya 1.3V pada arus hadapan (I_F) 1 mA, yang penting untuk reka bentuk litar pemacu. Kapasitans input (C_in) adalah sehingga 250 pF, yang boleh menjejaskan prestasi pensuisan frekuensi tinggi.
• Ciri-Ciri Output:Arus gelap pengumpul-pemancar (I_CEO) adalah sangat rendah (maks 100 nA pada V_CE=20V), mewakili arus bocor apabila LED dimatikan. Voltan tepu pengumpul-pemancar (V_CE(sat)) adalah maksimum 0.4V di bawah keadaan ujian yang ditetapkan (I_F=3mA, I_C=1.6mA), menunjukkan penurunan voltan rendah apabila transistor hidup sepenuhnya.
• Parameter Pengasingan:Rintangan pengasingan (R_IO) adalah minimum 5 x 10¹⁰Ω, dan kapasitans pengasingan (C_IO) adalah maksimum 1.0 pF. Nilai ini adalah kritikal untuk menentukan penolakan mod sepunya dan gandingan bunyi frekuensi tinggi merentasi halangan pengasingan.

2.3 Ciri-Ciri Pemindahan dan Sistem Penggredan

Nisbah Pemindahan Arus (CTR) adalah parameter paling kritikal untuk fotokopel, ditakrifkan sebagai nisbah arus pengumpul output (I_C) kepada arus hadapan LED input (I_F), dinyatakan sebagai peratusan: CTR = (I_CF) * 100%.

Siri EL3H7U-G menggunakan sistem penggredan CTR untuk menyediakan pereka dengan tong prestasi yang konsisten:

• EL3H7U (Piawai):Julat CTR dari 50% hingga 600% pada I_F= 0.5 mA, V_CE= 5V.
• EL3H7UA:Julat CTR dari 100% hingga 200%.
• EL3H7UB:Julat CTR dari 150% hingga 300%.
• EL3H7UC:Julat CTR dari 200% hingga 400%.

Penggredan ini membolehkan reka bentuk yang lebih tepat, terutamanya dalam litar di mana konsistensi gandaan adalah penting, seperti dalam gelung suapan balik bekalan kuasa. Bahagian piawai menawarkan julat terluas, sesuai untuk aplikasi tujuan am di mana CTR tepat kurang kritikal.

3. Analisis Lengkung Prestasi

Dokumen data menyediakan beberapa graf yang menggambarkan trend prestasi utama. Adalah penting untuk ambil perhatian bahawa lengkung ini mewakili tingkah laku tipikal dan tidak dijamin oleh ujian pengeluaran.

3.1 Arus Hadapan vs. Voltan Hadapan (Rajah 1)

Graf ini menunjukkan ciri I-V input IRED pada suhu ambien yang berbeza (-40°C, 25°C, 125°C). Voltan hadapan (V_F) mempunyai pekali suhu negatif, bermakna ia berkurangan apabila suhu meningkat untuk arus tertentu. Ini adalah tingkah laku tipikal untuk diod dan mesti dipertimbangkan dalam pengurusan terma dan reka bentuk pemacu arus malar.

3.2 Arus Pengumpul vs. Arus Hadapan (Rajah 2) dan CTR vs. Arus Hadapan (Rajah 3)

Rajah 2 memplot arus pengumpul output (I_C) terhadap arus LED input (I_F) untuk dua voltan pengumpul-pemancar yang berbeza (V_CE=0.4V dan 5V). Hubungan adalah linear pada arus yang lebih rendah tetapi menunjukkan ketepuan pada tahap I_Fyang lebih tinggi, terutamanya pada V_CEyang lebih rendah. Rajah 3 menunjukkan CTR ternormalisasi berkurangan apabila I_Fmeningkat. Ini menunjukkan bahawa peranti adalah paling cekap (CTR tertinggi) pada arus pemacu yang lebih rendah, biasanya sekitar keadaan ujian 0.5 mA.

3.3 Kebergantungan Suhu (Rajah 6 & 7)

Rajah 6 menunjukkan bahawa arus pengumpul (I_C) untuk I_Ftetap meningkat dengan suhu. Rajah 7 menunjukkan bahawa CTR ternormalisasi memuncak sekitar suhu bilik dan berkurangan pada kedua-dua suhu yang lebih tinggi dan lebih rendah. Kebergantungan suhu CTR ini adalah faktor reka bentuk kritikal. Litar mesti direka untuk berfungsi dengan betul sepanjang julat suhu yang ditetapkan, mengambil kira variasi dalam gandaan.

3.4 Ciri-Ciri Pensuisan (Rajah 9)

Graf untuk masa pensuisan vs. rintangan beban (R_L) menunjukkan bahawa kedua-dua masa naik (t_r) dan masa turun (t_f) berkurangan apabila rintangan beban berkurangan. Pensuisan lebih pantas dicapai dengan perintang beban yang lebih kecil, tetapi ini datang dengan kos penyebaran kuasa yang lebih tinggi di peringkat output. Litar ujian (Rajah 13) mentakrifkan t_rsebagai masa dari 10% hingga 90% nadi output dan t_fsebagai dari 90% hingga 10%.

4. Maklumat Mekanikal, Pembungkusan dan Pemasangan

4.1 Konfigurasi Pin dan Polariti

Peranti menggunakan tapak kaki SSOP 4-pin piawai. Susunan pin adalah seperti berikut: Pin 1: Anod IRED, Pin 2: Katod IRED, Pin 3: Pemancar fototransistor, Pin 4: Pengumpul fototransistor. Polariti yang betul mesti dipatuhi semasa susun atur PCB dan pemasangan untuk mengelakkan kerosakan.

4.2 Garis Panduan Pateri dan Pengendalian

Penarafan maksimum mutlak untuk suhu pateri (T_SOL) ialah 260°C selama 10 saat. Ini selaras dengan profil pateri alir semula bebas plumbum tipikal. Garis panduan piawai IPC/JEDEC J-STD-020 untuk peranti sensitif lembapan harus diikuti. Peranti harus disimpan dalam beg penghalang lembapan asalnya dengan penyerap lembap di bawah keadaan terkawal dan dibakar sebelum dipateri jika beg telah dibuka atau had masa pendedahan terlampaui.

5. Maklumat Pesanan dan Pembungkusan

Nombor bahagian mengikut struktur: EL3H7U(X)(Y)-VG.

• X:Kedudukan CTR (A, B, C, atau kosong untuk gred piawai).
• Y:Pilihan pita dan gegelung (TA, TB, atau kosong). TA dan TB mungkin merujuk kepada saiz gegelung atau orientasi pembungkusan yang berbeza, kedua-duanya mengandungi 5000 unit setiap gegelung.
• V:Penandaan kelulusan VDE pilihan.
• G:Menandakan bahan bebas halogen.

Contoh: EL3H7UB-TA-VG akan menjadi peranti CTR gred B, dibungkus pada pita dan gegelung TA, dengan kelulusan VDE dan bahan bebas halogen.

6. Garis Panduan Aplikasi dan Pertimbangan Reka Bentuk

6.1 Litar Aplikasi Tipikal

Aplikasi utama adalah pengasingan isyarat. Litar tipikal melibatkan memacu LED input dengan perintang had arus dari sumber isyarat digital (contohnya, GPIO mikropengawal). Fototransistor output boleh digunakan dalam konfigurasi pemancar sepunya (pengumpul disambungkan ke perintang tarik atas, pemancar dibumikan) untuk menghasilkan isyarat output terbalik, atau dalam konfigurasi pengikut pemancar untuk isyarat tidak terbalik.

6.2 Pertimbangan Reka Bentuk Utama

• Arus Pemacu LED:Pilih I_Fberdasarkan kelajuan pensuisan dan CTR yang diperlukan. I_Fyang lebih rendah menawarkan CTR lebih tinggi tetapi pensuisan lebih perlahan. Perintang siri mesti dikira menggunakan R = (V_sumber- V_F) / I_F.
• Perintang Beban Output (R_L):Perintang ini menetapkan ayunan voltan output, kelajuan pensuisan, dan penyebaran kuasa. R_Lyang lebih kecil memberikan pensuisan lebih pantas tetapi ayunan voltan output lebih rendah dan I_C.
• yang lebih tinggi.Degradasi CTR:_FCTR fotokopel boleh merosot dari masa ke masa, terutamanya apabila dikendalikan pada suhu tinggi dan arus LED tinggi. Untuk reka bentuk jangka hayat panjang, kurangkan kadar operasi I
• dan pastikan pengurusan terma yang mencukupi.Kekebalan Bunyi:

Untuk persekitaran bising, kapasitor pintasan kecil (contohnya, 0.1 μF) merentasi pin input, dekat dengan peranti, boleh membantu. Pada output, susun atur PCB yang berhati-hati untuk meminimumkan kapasitans sesat adalah penting untuk isyarat berkelajuan tinggi.

7. Perbandingan Teknikal dan Soalan Lazim

7.1 Pembezaan daripada Fotokopel Lain

Siri EL3H7U-G membezakan dirinya melalui gabungan pakej SSOP padat, penarafan pengasingan tinggi 3750 Vrms, julat suhu operasi luas -40°C hingga +125°C, dan pensijilan keselamatan antarabangsa yang komprehensif. Banyak peranti pesaing mungkin menawarkan CTR atau kelajuan yang serupa tetapi kekurangan rangkaian kelulusan penuh atau keupayaan suhu tinggi.

7.2 Soalan Lazim (FAQ)

S: Apakah perbezaan antara gred piawai dan gred A/B/C?

J: Gred piawai mempunyai julat CTR yang sangat luas (50-600%). Gred A, B, dan C digredkan ke dalam julat CTR yang lebih ketat dan dijamin (contohnya, 200-400% untuk gred C). Gunakan bahagian bergred untuk reka bentuk yang memerlukan gandaan yang boleh diramal.

S: Bolehkah saya menggunakan ini untuk pengasingan isyarat input AC?

J: Tidak secara langsung. Input adalah IRED, yang merupakan diod dan hanya mengalir dalam satu arah. Untuk mengasingkan isyarat AC, anda perlu menyearakannya terlebih dahulu atau menggunakan fotokopel input AC khusus.

S: Bagaimanakah saya mengira kadar data maksimum?_rJ: Kadar data maksimum dihadkan oleh jumlah masa naik dan turun (t_f+ t_r). Anggaran kasar untuk isyarat digital ialah Lebar Jalur ≈ 0.35 / (t_r). Dengan t

tipikal 8 μs, lebar jalur adalah kira-kira 44 kHz. Untuk komunikasi digital yang boleh dipercayai, kadar data praktikal akan lebih rendah.

S: Mengapakah kapasitans pengasingan penting?_IOJ: Kapasitans pengasingan rendah (C_IO) adalah penting untuk menolak bunyi mod sepunya frekuensi tinggi. Dalam aplikasi dengan transien voltan pantas merentasi halangan pengasingan (seperti dalam pemacu motor), C

yang tinggi boleh menggandingkan bunyi dari bahagian primer ke bahagian sekunder, berpotensi menyebabkan kerosakan fungsi.

8. Prinsip Operasi dan Trend Teknologi

8.1 Prinsip Operasi Asas

Fotokopel beroperasi berdasarkan prinsip penukaran elektro-optik-elektrik. Isyarat elektrik yang dikenakan pada bahagian input menyebabkan IRED memancarkan cahaya inframerah berkadar dengan arus. Cahaya ini melintasi halangan pengasingan lutsinar dalam pakej. Pada bahagian output, fototransistor mengesan cahaya ini, menghasilkan arus tapak yang seterusnya mengawal arus pengumpul yang lebih besar. Kedua-dua litar terpencil secara elektrik, dengan hanya gandingan optik di antara mereka.

8.2 Trend Industri