Dokumen Teknikal EL3H4-G Series Photocoupler - Pakej SSOP 4-Pin - Input AC - Penebatan 3750Vrms

1. Gambaran Keseluruhan Produk

Siri EL3H4-G ialah keluarga fotokopel fototransistor input AC yang direka untuk aplikasi yang memerlukan penebatan elektrik dan penghantaran isyarat daripada sumber AC atau DC berkutub tidak diketahui. Peranti ini dibungkus dalam pakej Permukaan Kecil (SSOP) 4-pin yang padat dan boleh dipasang pada permukaan, menjadikannya sesuai untuk reka bentuk PCB yang mempunyai ruang terhad.

Komponen teras terdiri daripada dua diod pemancar cahaya inframerah (LED) yang disambung secara selari songsang. Konfigurasi ini membolehkan input menerima isyarat arus ulang alik (AC), kerana satu diod mengalirkan arus pada setiap separuh kitaran bentuk gelombang input. Cahaya inframerah yang dipancarkan digandingkan secara optik kepada fototransistor silikon, yang menyediakan isyarat output terpencil. Keseluruhan pemasangan disalut dengan sebatian hijau bebas halogen.

1.1 Kelebihan Teras

• Keupayaan Input AC:Konfigurasi LED selari songsang membolehkan antaramuka terus dengan sumber isyarat AC tanpa memerlukan litar penerus luaran.
• Voltan Penebatan Tinggi:Menyediakan penebatan berkelulusan keselamatan 3750 V_rmsantara bahagian input dan output, penting untuk melindungi litar sensitif daripada lonjakan voltan tinggi.
• Faktor Bentuk Padat:Pakej SSOP menawarkan tapak kecil, sesuai untuk pemasangan elektronik moden berketumpatan tinggi.
• Pematuhan Alam Sekitar:Peranti ini bebas halogen dan mematuhi arahan alam sekitar yang berkaitan seperti RoHS dan REACH.
• Kelulusan Keselamatan:Produk ini membawa kelulusan daripada agensi keselamatan antarabangsa utama termasuk UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO, dan CQC.

1.2 Aplikasi Sasaran

Fotokopel ini direka untuk digunakan dalam pelbagai aplikasi industri dan komunikasi di mana penebatan yang boleh dipercayai dan pengesanan isyarat AC diperlukan.

• Pemantauan Talian AC:Mengesan kehadiran atau ketiadaan voltan talian utama AC dalam bekalan kuasa, perkakas, dan peralatan industri.
• Pengawal Logik Boleh Atur Cara (PLC):Menyediakan saluran input digital terpencil untuk mengesan isyarat AC daripada penderia dan suis.
• Antaramuka Talian Telefon:Mengasingkan litar pengesanan deringan atau angkat telefon dalam peralatan telekomunikasi.
• Pengesanan DC Kutub Tidak Diketahui:Antaramuka dengan isyarat DC di mana kutub tidak ditetapkan atau diketahui terlebih dahulu.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

2.1 Kadar Maksimum Mutlak

Kadar Maksimum Mutlak menentukan had tekanan di mana kerosakan kekal pada peranti mungkin berlaku. Ini tidak bertujuan untuk keadaan operasi biasa.

• Arus Hadapan Input (I_F):±50 mA (berterusan). Tanda ± menunjukkan keupayaan AC/ dua hala.
• Arus Hadapan Puncak (I_FM):1 A untuk tempoh denyut pendek 10 µs. Kadar ini penting untuk menahan arus lonjakan ringkas.
• Voltan Pemungut-Pemancar (V_CEO):80 V. Ini adalah voltan maksimum yang boleh dikenakan merentasi fototransistor output.
• Pelesapan Kuasa Keseluruhan (P_TOT):200 mW. Ini adalah kuasa gabungan maksimum yang boleh dilesapkan oleh peranti daripada kedua-dua bahagian input dan output.
• Voltan Penebatan (V_ISO):3750 V_rmsselama 1 minit. Kadar ketahanan voltan tinggi ini adalah parameter keselamatan utama.
• Suhu Operasi (T_OPR):-55°C hingga +100°C. Julat yang luas memastikan operasi yang boleh dipercayai dalam persekitaran yang sukar.
• Suhu Pateri (T_SOL):260°C selama 10 saat, mematuhi profil pateri alir semula bebas plumbum biasa.

2.2 Ciri Elektro-Optik

Parameter ini menentukan prestasi elektrik dan optik peranti di bawah keadaan ujian yang ditetapkan (biasanya pada T_a= 25°C).

2.2.1 Ciri Input

• Voltan Hadapan (V_F):Biasanya 1.2V, dengan maksimum 1.4V pada arus hadapan ±20 mA. Kejatuhan voltan rendah ini bermanfaat untuk litar kuasa rendah.
• Kapasitans Input (C_in):Biasanya 50 pF, maksimum 250 pF. Parameter ini mempengaruhi tindak balas frekuensi tinggi bahagian input.

2.2.2 Ciri Output

• Arus Gelap Pemungut-Pemancar (I_CEO):Maksimum 100 nA pada V_CE=20V dengan I_F=0. Ini adalah arus bocor fototransistor apabila tiada cahaya.
• Voltan Pecahan Pemungut-Pemancar (BV_CEO):Minimum 80V. Ini memastikan output boleh mengendalikan tahap logik atau voltan sederhana biasa.
• Voltan Ketepuan Pemungut-Pemancar (V_CE(sat)):Biasanya 0.1V, maksimum 0.2V pada I_F=±20mA dan I_C=1mA. Voltan ketepuan rendah adalah diingini untuk peringkat output yang memacu input logik.

2.2.3 Ciri Pemindahan

Parameter ini menentukan kecekapan dan kualiti pemindahan isyarat dari input ke 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. Siri EL3H4-G ditawarkan dalam pangkat CTR yang berbeza:
  • EL3H4:CTR min. 20% hingga maks. 300% pada I_F= ±1 mA, V_CE= 5V.
  • EL3H4A:CTR min. 50% hingga maks. 150%.
  • EL3H4B:CTR min. 100% hingga maks. 300%.
  Pemilihan ini membolehkan pereka memilih gandaan yang sesuai untuk aplikasi mereka, mengimbangi kepekaan dengan ketepuan berpotensi.
• Simetri CTR:Nisbah CTR yang diukur dengan I_Fpositif kepada CTR yang diukur dengan I_Fnegatif. Ditentukan antara 0.5 dan 2.0. Nilai hampir 1.0 menunjukkan simetri yang baik dalam tindak balas AC kedua-dua LED input.
• Rintangan Penebatan (R_IO):Minimum 5×10¹⁰Ω, biasa 10¹¹Ω pada 500V DC. Rintangan yang sangat tinggi ini adalah kritikal untuk mengekalkan integriti penebatan.
• Kapasitans Terapung (C_IO):Biasanya 0.6 pF, maksimum 1.0 pF. Kapasitans rendah ini meminimumkan gandingan kapasitif merentasi halangan penebatan, yang penting untuk menolak hingar mod sepunya frekuensi tinggi.
• Masa Pensuisan:Kedua-dua masa naik (t_r) dan masa turun (t_f) mempunyai nilai maksimum 18 µs di bawah keadaan ujian yang ditetapkan (V_CE=2V, I_C=2mA, R_L=100Ω). Masa ini menentukan kelajuan peranti dan kesesuaian untuk isyarat frekuensi berbeza.

3. Penjelasan Sistem Penggredan

Siri EL3H4-G menggunakan sistem penggredan terutamanya berdasarkan Nisbah Pemindahan Arus (CTR).

• Gred Standard (Tiada akhiran):Menawarkan julat CTR terluas (20-300%), sesuai untuk aplikasi tujuan umum di mana gandaan tepat tidak kritikal.
• Gred A (Akhiran 'A'):Menyediakan julat CTR pertengahan yang lebih ketat (50-150%), menawarkan prestasi yang lebih boleh diramal.
• Gred B (Akhiran 'B'):Menyediakan julat CTR tinggi yang ketat (100-300%), sesuai untuk aplikasi yang memerlukan kepekaan dan gandaan tinggi, seperti mengesan isyarat lemah.

Pembahagian ini membolehkan pengilang mengoptimumkan reka bentuk mereka untuk konsistensi atau memilih bahagian untuk keperluan kepekaan tertentu.

4. Analisis Lengkung Prestasi

Dokumen data merujuk kepada lengkung ciri elektro-optik biasa. Walaupun graf khusus tidak terperinci dalam teks yang disediakan, ia biasanya termasuk yang berikut, yang penting untuk reka bentuk:

• CTR vs. Arus Hadapan (I_F):Menunjukkan bagaimana nisbah pemindahan berubah dengan tahap arus input. CTR sering berkurangan pada I_Fyang sangat tinggi disebabkan kejatuhan kecekapan LED.
• CTR vs. Suhu:Menggambarkan pergantungan suhu kepekaan peranti. CTR umumnya berkurangan dengan peningkatan suhu.
• Voltan Hadapan (V_F) vs. Arus Hadapan (I_F):Lengkung ciri IV diod.
• Arus Pemungut Output (I_C) vs. Voltan Pemungut-Pemancar (V_CE):Ciri output fototransistor untuk tahap cahaya input berbeza (I_F).
• Masa Pensuisan vs. Rintangan Beban (R_L):Menunjukkan bagaimana masa naik dan turun dipengaruhi oleh perintang beban yang dipilih pada output.

Pereka harus merujuk lengkung ini untuk memahami tingkah laku peranti di bawah keadaan bukan standard dan mengoptimumkan parameter seperti arus input dan rintangan beban untuk ayunan output dan kelajuan yang dikehendaki.

5. Maklumat Mekanikal dan Pakej

5.1 Konfigurasi Pin

Pakej SSOP 4-pin mempunyai konfigurasi pin berikut:

1. Pin 1:Anod satu LED / Katod yang lain (disebabkan sambungan selari songsang).
2. Pin 2:Katod LED pertama / Anod kedua.
3. Pin 3:Pemancar fototransistor.
4. Pin 4:Pemungut fototransistor.

Konfigurasi ini bermakna input AC dikenakan antara Pin 1 dan 2, dan output diambil dari Pin 3 dan 4 (biasanya dengan Pin 3 sebagai sepunya/ bumi).

5.2 Dimensi Pakej dan Susun Atur PCB

Dokumen data termasuk lukisan mekanikal terperinci untuk pakej SSOP. Dimensi utama termasuk saiz badan, jarak pin, dan ketinggian jarak. Susun atur pad yang disyorkan untuk pemasangan permukaan juga disediakan, dengan nota bahawa ia adalah untuk rujukan dan harus diubah suai berdasarkan proses pembuatan PCB khusus dan keperluan terma. Reka bentuk pad yang betul adalah penting untuk pateri yang boleh dipercayai dan kekuatan mekanikal.

6. Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

6.1 Profil Pateri Alir Semula

Peranti ini serasi dengan proses pateri alir semula bebas plumbum. Profil suhu badan maksimum yang disyorkan adalah berdasarkan IPC/JEDEC J-STD-020D:

• Pemanasan Awal:150°C hingga 200°C dalam 60-120 saat.
• Masa Melebihi Cecair (T_L=217°C):60-100 saat.
• Suhu Puncak (T_P):260°C maksimum.
• Masa dalam 5°C Puncak:30 saat maksimum.
• Kitaran Alir Semula Maksimum: 3.

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

6.2 Langkah Berjaga-jaga

• Elakkan mendedahkan peranti kepada suhu melebihi kadar maksimum mutlak semasa pengendalian dan pateri.
• Pastikan halangan penebatan tidak dikompromi oleh pencemaran (cth., fluks, serpihan) antara bahagian input dan output pakej.
• Ikuti langkah berjaga-jaga ESD (Nyahcas Elektrostatik) standard semasa pengendalian, kerana LED dan transistor dalaman sensitif kepada elektrik statik.

7. Pembungkusan dan Maklumat Pesanan

7.1 Peraturan Penomboran Model

Nombor bahagian mengikut format:EL3H4(Y)(Z)-VG

• EL3H4:Nombor bahagian asas.
• Y:Pangkat CTR (A, B, atau kosong untuk standard).
• Z:Pilihan pita dan gegelung (TA, TB, EA, EB, atau kosong untuk tiub). Gegelung TA/TB mengandungi 5000 unit; gegelung EA/EB mengandungi 1000 unit. Perbezaan antara pilihan A dan B biasanya berkaitan dengan lebar pita atau arah suapan.
• V:Akhiran pilihan yang menandakan bahagian membawa kelulusan VDE.
• G:Menandakan bahan Bebas Halogen.

Contoh: EL3H4A-TA-VG ialah bahagian gred 'A', dibekalkan pada gegelung TA 5000 unit, dengan kelulusan VDE, dan bebas halogen.

7.2 Spesifikasi Pembungkusan

Peranti boleh dibekalkan dalam tiub (150 unit) atau pada pita dan gegelung. Dimensi pita terperinci (saiz poket, jarak, lebar pita) disediakan untuk keserasian dengan peralatan pilih dan letak automatik.

7.3 Penandaan Peranti

Bahagian atas pakej ditanda dengan kod:EL 3H4 RYWWV

• EL:Kod pengilang.
• 3H4:Nombor peranti.
• R:Pangkat CTR (A, B, atau kosong).
• Y:Kod tahun 1 digit.
• WW:Kod minggu 2 digit.
• V:Tanda kelulusan VDE (jika ada).

8. Pertimbangan Reka Bentuk Aplikasi

8.1 Reka Bentuk Litar Input

Untuk operasi AC, perintang pembatas arus mesti diletakkan bersiri dengan pin input (1 dan 2). Nilainya harus dikira berdasarkan voltan input puncak dan arus hadapan yang dikehendaki (I_F), memastikan I_Ftidak melebihi kadar berterusan 50 mA. Contohnya, untuk memacu input daripada talian AC 120V_rms, perintang mesti mengehadkan arus puncak (≈170V / R). Pertimbangkan kadar kuasa dan keupayaan ketahanan voltan perintang ini.

8.2 Reka Bentuk Litar Output

Fototransistor output boleh digunakan dalam konfigurasi pemancar sepunya (perintang beban antara V_CCdan Pemungut, Pemancar ke bumi) atau sebagai suis. Nilai perintang beban (R_L) mempengaruhi:

Ayunan Voltan Output:R_Lyang lebih tinggi memberikan kejatuhan voltan yang lebih besar untuk I_C.

yang diberikan.Kelajuan Pensuisan:_LR_ryang lebih tinggi meningkatkan pemalar masa RC, memperlahankan masa naik dan turun (seperti yang ditunjukkan oleh spesifikasi t_f/t_Ldengan R

=100Ω)._{Perintang tarik atas sering diperlukan jika memacu input logik. Pastikan voltan output dalam keadaan 'hidup' (V}CE(sat)

) cukup rendah untuk dikenali sebagai logik '0'.

8.3 Memastikan Penebatan Boleh Dipercayai_{Untuk mengekalkan penebatan 3750V}rms

yang ditetapkan, susun atur PCB adalah kritikal. Kekalkan jarak rengan dan jarak bersih yang mencukupi pada papan antara jejak dan pad kuprum yang berkaitan dengan bahagian input (Pin 1,2) dan bahagian output (Pin 3,4). Ini selalunya bermakna menyediakan slot fizikal atau pemisahan lebar dalam PCB di bawah badan peranti. Elakkan menjalankan jejak input dan output secara selari berdekatan antara satu sama lain.

9. Perbandingan dan Pembezaan Teknikal

• Ciri pembezaan utama siri EL3H4-G berbanding fotokopel input DC standard adalah:Input AC Terbina Dalam:
• Menghapuskan keperluan untuk penerus jambatan luaran atau fotokopel dual untuk mengendalikan isyarat AC, menjimatkan ruang papan dan bilangan komponen.Simetri CTR:
• Parameter yang ditetapkan memastikan tindak balas seimbang pada kedua-dua separuh kitaran AC, yang bukan kebimbangan untuk peranti input DC.Pembinaan Bebas Halogen:

Memenuhi keperluan alam sekitar yang ketat yang mungkin tidak ditangani oleh semua model fotokopel lama.

Berbanding dengan fotokopel input AC lain, kelebihannya terletak pada gabungan voltan penebatan tinggi, pakej SSOP padat, dan ketersediaan pelbagai gred CTR.

10. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

Q1: Bolehkah saya menggunakan ini untuk mengesan talian utama AC 230V secara langsung?

A: Ya, tetapi anda mesti menggunakan perintang pembatas arus luaran yang sesuai bersiri dengan input untuk mengekalkan arus hadapan dalam had 50mA. Perintang itu juga mesti dinilai untuk voltan tinggi dan pelesapan kuasa.

Q2: Apakah perbezaan antara gred standard, A, dan B?

A: Perbezaannya adalah jaminan minimum dan maksimum Nisbah Pemindahan Arus (CTR). Gred B mempunyai kepekaan minimum tertinggi (100%), menjadikannya sesuai untuk mengesan isyarat yang lebih lemah. Gred A menawarkan julat yang lebih sederhana dan boleh diramal. Gred standard mempunyai julat terluas, menawarkan penggunaan tujuan umum yang kos efektif.

Q3: Berapa pantas peranti ini? Bolehkah ia digunakan untuk komunikasi?

A: Dengan masa naik/turun biasa sehingga 18 µs, lebar jalur adalah terhad kepada kira-kira puluhan kHz. Ia sesuai untuk mengesan frekuensi kuasa AC (50/60 Hz), isyarat digital perlahan, atau pengesanan keadaan dalam PLC, tetapi ia tidak direka untuk komunikasi data berkelajuan tinggi seperti pengasing digital.

Q4: Mengapakah rintangan penebatan begitu tinggi (10^11 Ω)?

A: Rintangan yang sangat tinggi ini meminimumkan arus bocor merentasi halangan penebatan. Ini adalah kritikal untuk keselamatan, menghalang arus berbahaya daripada mengalir antara litar terpencil, dan untuk integriti isyarat dalam aplikasi pengukuran tepat.

11. Contoh Reka Bentuk Praktikal

Senario: Pengesan Kehadiran Talian AC 120V Terpencil.Matlamat:

Menyediakan isyarat logik-rendah 3.3V kepada mikropengawal apabila 120V AC hadir.

1. Langkah Reka Bentuk:Pengiraan Perintang Input:_{Untuk 120V}rms_F, voltan puncak ialah ~170V. Untuk mengehadkan I_{kepada 10mA yang selamat (jauh di bawah 50mA), R}had = 170V / 0.01A = 17kΩ. Gunakan perintang standard 18kΩ, 1/2W atau kadar lebih tinggi.

2. Litar Output:Sambungkan Pemungut fototransistor (Pin 4) kepada bekalan 3.3V mikropengawal melalui perintang tarik atas (cth., 10kΩ). Sambungkan Pemancar (Pin 3) ke bumi. Nod Pemungut disambungkan ke pin input digital pada mikropengawal.

3. Operasi:Apabila AC hadir, output fotokopel hidup pada setiap separuh kitaran, menarik voltan Pemungut turun hampir kepada V_CE(sat)(~0.2V), yang dibaca sebagai logik '0'. Apabila AC tiada, fototransistor mati, dan perintang tarik atas membawa voltan Pemungut kepada 3.3V (logik '1'). Perisian mungkin perlu menyahketar isyarat ini disebabkan persilangan sifar 50/60 Hz.

12. Prinsip Operasi

EL3H4-G beroperasi berdasarkan prinsip gandingan optoelektronik. Isyarat elektrik yang dikenakan pada bahagian input menyebabkan LED inframerah memancarkan cahaya berkadar dengan arus. Cahaya ini melintasi halangan penebatan lutsinar dalam pakej. Pada bahagian output, cahaya memukul rantau tapak fototransistor silikon, menjana pasangan elektron-lubang. Arus foto ini bertindak sebagai arus tapak, menyebabkan transistor mengalirkan arus pemungut yang lebih besar, dengan itu menyalin isyarat input pada bahagian output terpencil. Konfigurasi LED selari songsang membolehkan arus mengalir dan cahaya dipancarkan semasa kedua-dua kutub isyarat input AC.

13. Trend Teknologi

Fotokopel seperti EL3H4-G mewakili teknologi penebatan yang matang dan boleh dipercayai. Trend semasa dalam bidang penebatan isyarat termasuk:

Integrasi:Menggabungkan pelbagai saluran penebatan atau mengintegrasikan fungsi tambahan (seperti pemacu atau perlindungan) ke dalam satu pakej tunggal.

Kelajuan Lebih Tinggi:Pembangunan fotokopel dengan masa pensuisan lebih pantas untuk aplikasi komunikasi digital, walaupun mereka umumnya lebih perlahan daripada teknologi berdasarkan gandingan kapasitif atau magnet.

Piawaian Keselamatan Dipertingkatkan:Evolusi berterusan piawaian keselamatan antarabangsa (UL, VDE, IEC) mendorong keperluan untuk voltan kerja lebih tinggi, penebatan diperkukuh, dan metrik kebolehpercayaan diperbaiki.

Sains Bahan:Pembangunan sebatian enkapsulasi baru dengan kestabilan terma yang lebih baik, ketahanan kelembapan, dan kejelasan optik untuk meningkatkan prestasi dan jangka hayat.