Lembaran Data Siri EL20X/EL21X Fotokopel Fototransistor 8-Pin SOP - Pakej SO-8 - Voltan Pengasingan 3750Vrms

1. Gambaran Keseluruhan Produk

Siri EL20X dan EL21X ialah keluarga fotokopel (optokopel) berasaskan fototransistor yang dibungkus dalam pakej Small Outline Package (SOP) 8-pin standard. Peranti ini menyediakan pengasingan elektrik antara dua litar dengan menggunakan diod pemancar cahaya inframerah (LED) untuk menghantar isyarat kepada pengesan fototransistor. Fungsi utama adalah untuk memindahkan isyarat elektrik merentasi halangan pengasingan tanpa sebarang sambungan elektrik langsung, sekali gus menghalang voltan tinggi atau hingar daripada merebak dari satu litar ke litar lain.

Kelebihan teras siri ini terletak pada gabungan saiz padanan industri SO-8 yang padat dengan prestasi pengasingan yang teguh. Ciri utama termasuk voltan pengasingan tinggi 3750 V_rms, julat suhu operasi yang luas dari -55°C hingga +110°C, dan voltan pecahan pengumpul-pemancar (BV_CEO) yang tinggi iaitu 80V. Peranti ini ditawarkan dalam pelbagai gred nisbah pemindahan arus (CTR), membolehkan pereka memilih bahagian yang dioptimumkan untuk keperluan gandaan aplikasi khusus mereka. Pematuhan kepada piawaian alam sekitar dan keselamatan, seperti bebas halogen, bebas Pb, mematuhi RoHS, dan mempunyai kelulusan UL/cUL, menjadikannya sesuai untuk pelbagai aplikasi komersial dan perindustrian.

1.1 Aplikasi Sasaran

Fotokopel ini direka untuk tugas pengasingan dan pensuisan kegunaan am dalam sistem elektronik. Kawasan aplikasi tipikal termasuk:

• Litar Kawalan Maklum Balas:Mengasingkan isyarat maklum balas dalam bekalan kuasa mod suis (SMPS) untuk mengekalkan kawalaturan dan melindungi IC kawalan.
• Sistem Antara Muka:Menggandingkan isyarat digital atau analog antara litar yang beroperasi pada potensi bumi atau tahap voltan yang berbeza, seperti dalam antara muka mikropengawal dengan pemacu motor atau modul I/O perindustrian.
• Pensuisan Kegunaan Am:Menggantikan geganti mekanikal untuk pensuisan isyarat keadaan pepejal tanpa hingar.
• Litar Pemantauan dan Pengesanan:Digunakan dalam pemantauan keselamatan, pengesanan kerosakan, atau penderiaan talian di mana pengasingan adalah kritikal.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

Bahagian ini memberikan tafsiran objektif terperinci tentang parameter elektrik dan optik utama yang dinyatakan dalam lembaran data.

2.1 Rating Maksimum Mutlak

Rating ini menentukan had tekanan di mana kerosakan kekal pada peranti mungkin berlaku. Operasi di bawah keadaan ini tidak dijamin.

• Arus Hadapan Input (I_F):60 mA (berterusan). Arus hadapan puncak (I_FM) ialah 1 A untuk denyut yang sangat singkat (10 µs), yang berkaitan dengan keadaan lonjakan semasa hidup.
• Voltan Songsang Input (V_R):6 V. LED input mempunyai voltan pecahan songsang yang agak rendah; penjagaan mesti diambil dalam reka bentuk litar untuk mengelakkan penggunaan pincang songsang.
• Voltan Pengumpul-Pemancar Output (V_CEO):80 V. Ini adalah voltan maksimum yang boleh dikekalkan merentasi pengumpul dan pemancar fototransistor apabila asas terbuka (tiada input cahaya).
• Pelesapan Kuasa Jumlah (P_TOT):240 mW. Ini adalah kuasa gabungan maksimum yang boleh dilesapkan oleh LED input dan transistor output. Had individu adalah 90 mW untuk input (P_D) dan 150 mW untuk output (P_C).
• Voltan Pengasingan (V_ISO):3750 V_rmsselama 1 minit. Ini adalah parameter keselamatan kritikal, diuji dengan menggunakan voltan AC ini antara semua pin input yang dipendekkan (1-4) dan semua pin output yang dipendekkan (5-8). Ia mengesahkan kekuatan dielektrik penebatan dalaman.
• Suhu Operasi & Penyimpanan:-55°C hingga +110°C (operasi), -55°C hingga +125°C (penyimpanan). Julat yang luas memastikan kebolehpercayaan dalam persekitaran yang sukar.

2.2 Ciri Elektro-Optik

Parameter ini diukur di bawah keadaan ujian piawai (Ta=25°C melainkan dinyatakan) dan menentukan prestasi peranti.

2.2.1 Ciri Input (LED)

• Voltan Hadapan (V_F):Biasanya 1.3V, maksimum 1.5V pada I_F= 10 mA. Ini digunakan untuk mengira perintang pembatas arus yang diperlukan untuk litar pemacu LED.
• Arus Songsang (I_R):Maksimum 100 µA pada V_R= 6V, menunjukkan kebocoran LED dalam keadaan mati.

2.2.2 Ciri Output (Fototransistor)

• Arus Gelap Pengumpul-Pemancar (I_CEO):Maksimum 50 nA pada V_CE= 10V, I_F= 0mA. Ini adalah arus bocor fototransistor apabila tiada cahaya tiba, penting untuk menentukan tahap isyarat keadaan "mati".
• Voltan Ketepuan Pengumpul-Pemancar (V_CE(sat)):Maksimum 0.4V pada I_F= 10mA, I_C= 2mA. Voltan ketepuan yang rendah adalah diingini apabila peranti digunakan sebagai suis untuk meminimumkan susut voltan dan kehilangan kuasa.

2.2.3 Ciri Pemindahan

Parameter paling kritikal untuk fotokopel ialah Nisbah Pemindahan Arus (CTR).

• Definisi:CTR = (I_C/ I_F) * 100%, di mana I_Cialah arus pengumpul fototransistor dan I_Fialah arus hadapan LED. Ia mewakili kecekapan menukar arus input kepada arus output.
• Sistem Penggredan:Siri ini dibahagikan kepada tongkak CTR khusus, membolehkan konsistensi reka bentuk.
  • Siri EL20X (CTR Piawai pada I_F=10mA):EL205 (40-80%), EL206 (63-125%), EL207 (100-200%), EL208 (160-320%).
  • Siri EL21X (CTR Minimum pada I_F=10mA):EL211 (>20%), EL212 (>50%), EL213 (>100%).
  • CTR Arus Rendah (pada I_F=1mA):Nombor bahagian berbeza (EL215, EL216, EL217) ditentukan untuk operasi pada arus LED yang lebih rendah, menunjukkan bahawa CTR bergantung pada I_F.
• Kelajuan Pensuisan:Masa hidup tipikal (t_on) dan masa mati (t_off) masing-masing ialah 3.0 µs, dengan masa naik (t_r) 1.6 µs dan masa turun (t_f) 2.2 µs di bawah keadaan ujian yang ditentukan (V_CC=10V, I_C=2mA, R_L=100Ω). Parameter ini menghadkan frekuensi maksimum isyarat yang boleh dihantar.
• Parameter Pengasingan:Rintangan pengasingan (R_IO) biasanya 10¹¹Ω, dan kapasitans input-output (C_IO) biasanya 0.5 pF. Kapasitans rendah adalah penting untuk mengekalkan kekebalan sementara mod sepunya (CMTI) yang tinggi dalam persekitaran yang bising.

3. Analisis Lengkung Prestasi

Walaupun petikan PDF yang disediakan menyebut lengkung ciri tipikal tetapi tidak memaparkannya, tujuan umum dan kesannya pada reka bentuk dijelaskan di bawah.

3.1 Nisbah Pemindahan Arus (CTR) lwn. Arus Hadapan (I_F)

Lengkung tipikal akan menunjukkan bahawa CTR tidak malar. Ia biasanya memuncak pada I_Ftertentu (selalunya dalam julat 1-10 mA untuk peranti sedemikian) dan menurun pada kedua-dua arus yang lebih rendah dan lebih tinggi. Pereka mesti merujuk lengkung ini untuk memilih titik operasi optimum yang memberikan gandaan dan kelinearan yang mencukupi untuk aplikasi mereka.

3.2 CTR lwn. Suhu

CTR mempunyai pekali suhu negatif; ia berkurangan apabila suhu ambien meningkat. Ciri ini adalah kritikal untuk reka bentuk yang beroperasi sepanjang julat penuh -55°C hingga +110°C. Litar mesti direka untuk memastikan operasi yang betul (cth., ayunan output atau keupayaan pensuisan yang mencukupi) pada suhu maksimum yang dijangkakan, di mana CTR berada pada minimum.

3.3 Arus Pengumpul lwn. Voltan Pengumpul-Pemancar

Set lengkung ini, diparameterkan oleh nilai I_Fyang berbeza, menunjukkan ciri output fototransistor. Ia menggambarkan rantau ketepuan (di mana V_CErendah dan I_Cterutamanya dikawal oleh I_F) dan rantau aktif/linear. Ini adalah penting untuk mereka bentuk penguat pengasingan linear atau untuk memastikan peranti tepu sepenuhnya apabila digunakan sebagai suis.

4. Maklumat Mekanikal dan Pakej

4.1 Konfigurasi Pin

Pakej SOP 8-pin mempunyai konfigurasi pin berikut:Pin 1:Anod,Pin 2:Katod,Pin 3, 4, 8:Tiada Sambungan (NC),Pin 5:Pemancar,Pin 6:Pengumpul,Pin 7:Asas. Pin asas dibawa keluar secara luaran, yang memberikan fleksibiliti reka bentuk. Ia boleh dibiarkan terbuka untuk sensitiviti maksimum, disambungkan ke pemancar melalui perintang untuk mengurangkan sensitiviti dan meningkatkan kelajuan pensuisan, atau digunakan untuk maklum balas dalam konfigurasi tertentu.

4.2 Dimensi Pakej dan Susun Atur PCB

Peranti ini mematuhi saiz padanan SO-8 standard. Lembaran data termasuk lukisan mekanikal terperinci dengan dimensi dalam milimeter. Susun atur pad yang disyorkan untuk pemasangan permukaan juga disediakan. Mengikuti corak landasan ini adalah penting untuk mencapai sambungan pateri yang boleh dipercayai dan mencegah isu seperti "tombstoning" semasa proses reflow. Garis besar pakej memastikan keserasian dengan peralatan pick-and-place automatik.

5. Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

Rating maksimum mutlak untuk suhu pateri ialah 260°C selama 10 saat. Ini adalah rating tipikal untuk proses pateri reflow bebas plumbum (Pb-free). Garis panduan standard IPC/JEDEC J-STD-020 untuk tahap kepekaan kelembapan (MSL) dan profil reflow harus diikuti. Peranti harus disimpan dalam beg penghalang kelembapan asal sehingga digunakan. Jika terdedah kepada kelembapan ambien melebihi rating MSL mereka, pembakaran diperlukan sebelum pateri untuk mencegah kerosakan "popcorning" semasa reflow.

6. Maklumat Pembungkusan dan Pesanan

6.1 Peraturan Penomboran Model

Nombor bahagian mengikut format:EL2XX(Y)-V

• XX:Nombor bahagian (05, 06, 07, 08, 11, 12, 13, 15, 16, 17). Mentakrifkan gred CTR.
• Y:Pilihan pita dan gegelung (TA, TB, atau tiada untuk pembungkusan tiub).
• V:Akhiran pilihan yang menunjukkan kelulusan keselamatan VDE disertakan.

6.2 Pilihan Pembungkusan

• Tiub:100 unit setiap tiub. Sesuai untuk prototaip atau pemasangan manual volum rendah.
• Pita dan Gegelung:2000 unit setiap gegelung. Direka untuk talian pemasangan automatik volum tinggi. Lembaran data termasuk spesifikasi pita dan gegelung terperinci (dimensi poket, lebar pita, diameter gegelung).

6.3 Tanda Peranti

Bahagian atas pakej ditanda dengan "EL" (kod pengeluar), nombor bahagian (cth., 207), kod tahun 1 digit (Y), dan kod minggu 2 digit (WW). Pilihan "V" mungkin hadir untuk versi yang diluluskan VDE. Tanda ini membolehkan kebolehjejakan dan pengesahan komponen.

7. Pertimbangan Reka Bentuk Aplikasi

7.1 Memacu LED Input

LED mesti dipacu dengan perintang pembatas arus. Nilainya dikira sebagai R_LIMIT= (V_DRIVE- V_F) / I_F. Gunakan V_Fmaksimum dari lembaran data untuk memastikan I_Fminimum yang diperlukan dicapai di bawah semua keadaan. Untuk pensuisan digital, pastikan litar pemacu dapat menyediakan I_Fyang diperlukan untuk mencapai keadaan output yang diingini dalam masa yang diperlukan, dengan mengambil kira kelajuan pensuisan peranti.

7.2 Reka Bentuk Litar Output

Perintang beban (R_L) yang disambungkan antara pengumpul dan V_CCmenentukan ayunan voltan output dan kelajuan pensuisan. R_Lyang lebih kecil memberikan pensuisan yang lebih pantas (disebabkan pemalar masa RC yang lebih kecil) tetapi menghasilkan ayunan voltan output yang lebih kecil dan pelesapan kuasa yang lebih tinggi. R_Lyang lebih besar memberikan ayunan yang lebih besar tetapi kelajuan yang lebih perlahan. I_Fdan CTR yang dipilih mesti menjamin bahawa fototransistor dapat menyerap arus yang mencukupi untuk menarik voltan output di bawah ambang logik rendah litar penerima apabila hidup.

7.3 Menggunakan Pin Asas

Membiarkan pin asas (Pin 7) terbuka memberikan CTR dan sensitiviti tertinggi. Menyambungkan perintang (biasanya dalam julat 100 kΩ hingga 1 MΩ) antara asas dan pemancar (Pin 5) mengalihkan sebahagian arus asas terjana foto, mengurangkan gandaan berkesan (CTR) tetapi meningkatkan ketara kelajuan pensuisan, terutamanya masa mati (t_off). Ini adalah pertukaran biasa dalam aplikasi pengasingan digital berkelajuan tinggi.

7.4 Memastikan Pengasingan yang Boleh Dipercayai

Untuk mengekalkan voltan pengasingan terkadar, susun atur PCB yang betul adalah penting. Kekalkan jarak rengangan dan jarak bersih yang mencukupi pada PCB antara jejak kuprum sebelah input dan sebelah output, seperti yang ditentukan oleh piawaian keselamatan yang berkaitan (cth., IEC 60950, IEC 60601). Halangan pengasingan dalam komponen itu sendiri disahkan, tetapi susun atur PCB tidak boleh menjejaskannya.

8. Perbandingan Teknikal dan Panduan Pemilihan

Siri EL20X/EL21X membezakannya dengan voltan pengasingan tinggi 3750V_rmsdalam pakej SO-8 standard, yang lebih tinggi daripada banyak fotokopel 4-pin asas. Berbanding dengan pengasing digital yang lebih maju (yang menggunakan teknologi CMOS), fotokopel fototransistor seperti ini umumnya lebih perlahan, mempunyai CTR yang lebih rendah, dan CTR merosot dari masa ke masa. Walau bagaimanapun, mereka menawarkan penolakan mod sepunya yang sangat baik, kesederhanaan, dan keteguhan untuk pengasingan isyarat AC DC dan frekuensi rendah. Kriteria pemilihan utama adalah: voltan pengasingan yang diperlukan, CTR yang diperlukan pada I_Foperasi, kelajuan pensuisan yang boleh diterima, dan julat suhu operasi.

9. Soalan Lazim (FAQ)

9.1 Apakah perbezaan antara siri EL20X dan EL21X?

Siri EL20X (EL205-EL208) menentukan CTR dengan kedua-dua nilai minimum dan maksimum (julat "tongkak"), menawarkan kawalan parameter yang lebih ketat. Siri EL21X (EL211-EL213) menentukan hanya nilai CTR minimum, yang mungkin menghasilkan taburan nilai sebenar yang lebih luas tetapi berpotensi pada kos yang lebih rendah.

9.2 Bagaimanakah suhu mempengaruhi prestasi?

CTR berkurangan dengan peningkatan suhu. Untuk operasi yang boleh dipercayai sepanjang julat suhu penuh, pengiraan reka bentuk harus menggunakan CTR minimum yang dijangkakan pada suhu operasi maksimum. Lembaran data biasanya menyediakan lengkung penyahkadaran atau pekali suhu untuk tujuan ini.

9.3 Bolehkah peranti ini digunakan untuk pengasingan isyarat analog?

Ya, tetapi dengan batasan. Tindak balas fototransistor adalah tidak linear, dan CTR berbeza-beza dengan I_Fdan suhu. Untuk pengasingan analog linear, litar luaran tambahan (penguat operasi, maklum balas) diperlukan untuk melinearkan tindak balas, atau fotokopel linear khusus harus dipertimbangkan.

9.4 Apakah tujuan pilihan "V" dalam nombor bahagian?

Akhiran "-V" menunjukkan bahawa unit khusus telah diuji dan disahkan memenuhi piawaian keselamatan VDE (Verband der Elektrotechnik) untuk penebatan diperkukuh. Ini selalunya merupakan keperluan untuk produk yang dijual di pasaran Eropah.

10. Contoh Reka Bentuk Praktikal

Senario:Mengasingkan pin GPIO mikropengawal 3.3V untuk mengawal gegelung geganti 12V pada litar berasingan. Gegelung geganti memerlukan 50mA untuk diaktifkan.

Langkah Reka Bentuk:

1. Pemilihan Antara Muka:Gunakan fotokopel sebagai suis sisi rendah untuk geganti. Mikropengawal memacu sisi LED. Fototransistor akan menyerap arus gegelung geganti.
2. Pemilihan Bahagian:Pilih bahagian dengan CTR yang mencukupi. I_Cyang diperlukan = 50mA. Jika mensasarkan I_F= 5mA dari MCU, CTR minimum yang diperlukan = (50mA / 5mA)*100% = 1000%. Fototransistor standard tidak dapat menyediakan ini. Oleh itu, fotokopel mesti memacu transistor kecil ("post-transistor") yang kemudiannya memacu geganti. Pilih EL207 (CTR 100-200%) untuk gandaan yang baik.
3. Litar Input:GPIO MCU (3.3V) -> Perintang pembatas arus R1 -> Pin 1 (Anod) dan 2 (Katod) EL207. R1 = (3.3V - 1.5V) / 0.005A = 360Ω (gunakan 330Ω standard).
4. Litar Output:Bekalan 12V -> Gegelung geganti -> Pengumpul (Pin 6) EL207. Pemancar (Pin 5) ke bumi. Diod flyback mesti diletakkan secara selari songsang merentasi gegelung geganti untuk melindungi fototransistor daripada lonjakan voltan apabila ia dimatikan. Perintang asas-pemancar (cth., 1 MΩ) boleh ditambah pada Pin 7 untuk meningkatkan kelajuan mati.
5. Pengesahan:Pada I_F=5mA, CTR minimum 100% memberikan I_C= 5mA. Ini mencukupi untuk menepukan BJT kecil (cth., 2N3904) dengan gandaan tinggi, yang kemudiannya boleh menukar gegelung geganti 50mA.

11. Prinsip Operasi

Fotokopel terdiri daripada dua komponen utama yang dibungkus dalam pakej kedap cahaya. Di sebelah input, diod pemancar cahaya Gallium Arsenide (GaAs) inframerah (LED) menukar arus elektrik kepada cahaya inframerah. Keamatan cahaya ini berkadar langsung dengan arus hadapan (I_F) yang mengalir melalui LED. Cahaya ini bergerak merentasi jurang pengasingan lutsinar (sering diisi dengan gel dielektrik) dan menghentam fototransistor silikon di sebelah output. Rantau asas fototransistor direka untuk sensitif kepada panjang gelombang cahaya khusus ini. Foton tiba menjana pasangan elektron-lubang dalam simpang asas-pengumpul, mencipta arus foto yang bertindak sebagai arus asas. Arus asas terjana foto ini kemudiannya dikuatkan oleh gandaan arus transistor (h_FE), menghasilkan arus pengumpul (I_C) yang jauh lebih besar. Nisbah I_C/I_Fialah Nisbah Pemindahan Arus (CTR). Titik utama ialah isyarat dipindahkan oleh cahaya, menyediakan pengasingan galvanik yang ditentukan oleh sifat fizikal bahan penebatan dalaman dan jarak antara LED dan transistor.

12. Trend Teknologi

Fotokopel berasaskan fototransistor seperti EL20X/EL21X mewakili teknologi pengasingan yang matang dan boleh dipercayai. Trend semasa dalam pengasingan isyarat termasuk penggunaan yang semakin meningkatpengasing digitalberasaskan teknologi CMOS dan gandingan RF atau kapasitif. Ini menawarkan kelebihan ketara dalam kelajuan (sehingga ratusan Mbps), penggunaan kuasa, saiz, dan jangka hayat (tiada degradasi LED). Walau bagaimanapun, fotokopel tradisional mengekalkan kedudukan yang kuat dalam aplikasi yang memerlukan voltan pengasingan yang sangat tinggi (>5kV), kekebalan sementara mod sepunya (CMTI) yang sangat baik, kesederhanaan, dan keberkesanan kos untuk pengasingan DC dan frekuensi rendah. Terdapat juga pembangunan berterusan dalam teknologi fotokopel itu sendiri, seperti mengintegrasikan fototransistor dengan perintang asas-pemancar untuk kelajuan yang lebih pantas (seperti yang dilihat dalam ketersediaan pin asas) dan membangunkan pakej dengan jarak rengangan/bersih yang lebih tinggi untuk keperluan penebatan diperkukuh.