Dokumen Teknikal EL101XH-G - Fotokopel Fototransistor - Pakej SOP 4-Pin - Jarak Rayapan 8mm - Penebatan 5000Vrms - Bebas Halogen

1. Gambaran Keseluruhan Produk

Siri EL101XH-G mewakili keluarga fotokopel fototransistor (optokopel) berprestasi tinggi yang direka untuk penebatan isyarat yang boleh dipercayai dalam aplikasi elektronik yang mencabar. Peranti ini direkabentuk untuk menyediakan halangan galvanik yang kukuh antara litar input dan output, menghalang gelung bumi, lonjakan voltan, dan hingar daripada merebak antara bahagian sistem yang berbeza. Fungsi teras dicapai oleh diod pemancar inframerah yang digandingkan secara optik kepada pengesan fototransistor silikon, kesemuanya ditempatkan dalam Pakej Garis Kecil (SOP) 4-pin yang padat.

Ciri pembeza utama siri ini ialahjarak rayapan panjang 8mm, yang meningkatkan keselamatan dan kebolehpercayaan dengan ketara dalam aplikasi yang memerlukan voltan penebatan tinggi. Reka bentuk ini, digabungkan dengan5000 V_rmspenarafan voltan penebatan, menjadikan siri ini sesuai untuk sistem kawalan perindustrian, bekalan kuasa, dan perkakas di mana keselamatan pengguna dan perlindungan peralatan adalah penting. Peranti ini juga dikilangkan untukbebas halogen, mematuhi peraturan alam sekitar dengan mengehadkan kandungan bromin (Br) dan klorin (Cl).

Pasaran sasaran untuk siri EL101XH-G adalah luas, merangkumi automasi perindustrian, telekomunikasi, instrumentasi pengukuran, dan perkakas pengguna. Aplikasi biasa termasuk penebatan dalam modul I/O pengawal logik boleh aturcara (PLC), penghantaran isyarat dalam peralatan telekom, penebatan antara muka dalam alat pengukur, dan penebatan keselamatan dalam perkakas rumah seperti pemanas kipas.

2. Penerangan Mendalam Parameter Teknikal

2.1 Had Maksimum Mutlak

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

• Arus Hadapan Input (I_F): 50 mA (Berterusan). Ini adalah arus DC maksimum yang boleh melalui LED inframerah input.
• Arus Hadapan Puncak (I_FP): 1 A untuk 1 µs denyut. Penarafan ini penting untuk menahan lonjakan arus ringkas semasa peristiwa pensuisan.
• Voltan Songsang Input (V_R): 6 V. Melebihi voltan ini dalam pincang songsang boleh merosakkan LED.
• Voltan Pengumpul-Pemancar Output (V_CEO): 80 V. Ini adalah voltan maksimum yang boleh ditahan oleh pengumpul fototransistor berbanding pemancarnya apabila tapak (didorong oleh cahaya) terbuka.
• Pelesapan Kuasa Jumlah (P_TOT): 250 mW. Ini adalah kuasa gabungan maksimum yang boleh dilesapkan oleh keseluruhan peranti, mengehadkan hasil darab arus/voltan input dan arus/voltan output.
• Voltan Penebatan (V_ISO): 5000 V_rmsselama 1 minit. Parameter keselamatan kritikal ini diuji dengan pin 1 & 2 dipintaskan bersama dan pin 3 & 4 dipintaskan bersama, menggunakan voltan tinggi antara kedua-dua kumpulan ini.
• Suhu Operasi (T_OPR): -55°C hingga +125°C. Julat luas ini memastikan fungsi dalam persekitaran perindustrian dan automotif yang keras.
• Suhu Pateri (T_SOL): 260°C selama 10 saat. Ini membimbing proses pateri aliran semula.

2.2 Ciri Elektro-Optik

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

2.2.1 Ciri Input (Bahagian LED)

• Voltan Hadapan (V_F): Biasanya 1.2V, dengan maksimum 1.4V pada I_F= 10 mA. Ini digunakan untuk mengira perintang had arus yang diperlukan.
• Arus Songsang (I_R): Maksimum 10 µA pada V_R= 6V, menunjukkan ciri kebocoran diod yang baik.
• Kapasitan Input (C_in): Biasanya 50 pF. Ini menjejaskan prestasi pensuisan frekuensi tinggi di bahagian input.

2.2.2 Ciri Output (Bahagian Fototransistor)

• Arus Gelap Pengumpul-Pemancar (I_CEO): Maksimum 200 nA pada V_CE= 48V, I_F= 0mA. Ini adalah arus bocor apabila LED dimatikan, penting untuk integriti isyarat keadaan mati.
• Voltan Pecahan Pengumpul-Pemancar (BV_CEO): Minimum 80V pada I_C= 0.1mA, mengesahkan keupayaan voltan tinggi.
• Voltan Ketepuan Pengumpul-Pemancar (V_CE(sat)): Maksimum 0.3V pada I_F= 10mA, I_C= 1mA. Voltan ketepuan rendah adalah diingini apabila output digunakan sebagai suis dalam keadaan "hidup".

2.2.3 Ciri Pemindahan

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

• Nisbah Pemindahan Arus (CTR): Ini adalah metrik prestasi teras, ditakrifkan sebagai (I_C/ I_F) * 100% pada keadaan tertentu (V_CE=5V, I_F=5mA). Siri EL101XH-G ditawarkan dalam pelbagai gred CTR:
  • EL1010H: 50% hingga 600% (Julat luas)
  • EL1011H: 100% hingga 200%
  • EL1017H: 80% hingga 160%
  • EL1018H: 130% hingga 260%
  • EL1019H: 200% hingga 400%
  Gred CTR yang lebih tinggi membolehkan arus LED input yang lebih rendah untuk mencapai arus output yang sama, meningkatkan kecekapan kuasa.
• Rintangan Penebatan (R_IO): Minimum 5 x 10¹⁰Ω pada 500V DC. Rintangan yang sangat tinggi ini mengesahkan kualiti bahan penebat dalaman.
• Kapasitan Terapung (C_IO): Maksimum 1.0 pF. Kapasitan antara pakej yang rendah ini adalah kunci untuk mencapai kekebalan sementara mod sepunya (CMTI) yang tinggi dalam persekitaran bising.
• Masa Pensuisan: Diuji dengan V_CE=5V, I_C=5mA, R_L=100Ω.
  • Masa hidup (t_on): Biasanya 12 µs.
  • Masa mati (t_off): Biasanya 10 µs.
  • Masa naik (t_r) dan Masa turun (t_f): Maksimum 18 µs setiap satu.
  Kelajuan ini sesuai untuk penebatan isyarat digital pada frekuensi sederhana (puluhan kHz).

3. Penjelasan Sistem Penggredan

Siri EL101XH-G menggunakansistem penggredan berasaskan CTR, yang merupakan pembeza utama antara nombor bahagian. "X" dalam nombor bahagian EL101XH-G menandakan pangkat CTR (0, 1, 7, 8, 9). Setiap pangkat sepadan dengan julat CTR minimum dan tipikal tertentu, seperti yang diterangkan dalam seksyen 2.2.3. Ini membolehkan pereka memilih peranti dengan gandaan tepat yang diperlukan untuk aplikasi mereka. Memilih gred CTR yang lebih tinggi (cth., EL1019H) boleh mengurangkan arus pacuan yang diperlukan untuk LED input, mengurangkan penggunaan kuasa dan penjanaan haba. Sebaliknya, gred CTR yang lebih rendah mungkin mencukupi untuk aplikasi dengan arus pacuan yang mencukupi.

4. Analisis Lengkung Prestasi

Walaupun PDF menunjukkan kehadiran "Lengkung Ciri Elektro-Optik Biasa," graf khusus tidak disediakan dalam kandungan teks. Biasanya, datasheet sedemikian termasuk lengkung yang menunjukkan hubungan antara:

• CTR vs. Arus Hadapan (I_F): Lengkung ini menunjukkan bagaimana nisbah pemindahan arus berubah dengan arus pacuan LED. CTR sering berkurangan pada I_Fyang sangat tinggi disebabkan pemanasan dan kejatuhan kecekapan.
• CTR vs. Suhu Ambien (T_a): Ini adalah lengkung kritikal untuk reka bentuk terma. CTR untuk kopel fototransistor biasanya mempunyai pekali suhu negatif, bermakna ia berkurangan apabila suhu meningkat. Pereka mesti mengambil kira penurunan nilai ini sepanjang julat suhu operasi penuh.
• Arus Pengumpul vs. Voltan Pengumpul-Pemancar (I_C-V_CE): Lengkung ciri output ini, diplot untuk arus input yang berbeza (I_F), menunjukkan kawasan operasi fototransistor (ketepuan, aktif).
• Voltan Hadapan vs. Arus Hadapan (V_F-I_F): Lengkung I-V LED standard, berguna untuk pengurusan haba bahagian input.

Pereka harus merujuk datasheet rasmi dengan plot grafik untuk memodelkan tingkah laku peranti dengan tepat di bawah keadaan bukan standard.

5. Maklumat Mekanikal dan Pakej

5.1 Konfigurasi Pin

Pakej SOP 4-pin mempunyai konfigurasi pin berikut:

1. AnodLED inframerah input.
2. KatodLED inframerah input.
3. Pemancarfototransistor output.
4. Pengumpulfototransistor output.

Ini adalah konfigurasi standard untuk fotokopel fototransistor.

5.2 Dimensi Pakej dan Tapak Kaki

Peranti ini digambarkan sebagai "SOP 4 Pin Padat dengan profil 2.2 mm." PDF termasuk gambar rajah "Dimensi Pakej" dan "Susun atur pad yang disyorkan untuk pemasangan permukaan." Cadangan susun atur pad disediakan sebagai rujukan, dan datasheet secara jelas menasihati pereka untuk mengubah suai dimensi pad berdasarkan proses pembuatan PCB khusus mereka dan keperluan terma. Reka bentuk pad yang betul adalah penting untuk pateri yang boleh dipercayai dan kekuatan mekanikal.

6. Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

Parameter utama yang disediakan ialahsuhu pateri: 260°C selama 10 saat. Ini selaras dengan profil pateri aliran semula bebas plumbum biasa (IPC/JEDEC J-STD-020). Pereka dan pengilang mesti memastikan profil ketuhar aliran semula mereka tidak melebihi masa-pada-suhu ini untuk mengelakkan kerosakan pada sebatian acuan epoksi dalaman dan ikatan wayar. Prosedur pengendalian standard untuk peranti sensitif lembapan (penarafan MSL, yang tidak dinyatakan dalam teks yang disediakan tetapi harus diperiksa dalam datasheet penuh) harus diikuti, termasuk pembakaran jika pembungkusan telah terdedah kepada kelembapan ambien melebihi tahap dinilai.

7. Maklumat Pembungkusan dan Pesanan

7.1 Peraturan Penomboran Model

Nombor bahagian mengikut format:EL101X H(Y)- VG

• EL101: Nombor bahagian asas.
• X: Pangkat CTR (0, 1, 7, 8, 9).
• H: Menandakan keupayaan operasi suhu tinggi.
• (Y): Pilihan pita dan gegelung. Boleh TA, TB, atau tiada (untuk pembungkusan tiub).
• V: Akhiran pilihan menandakan pensijilan keselamatan VDE.
• G: Menandakan pembinaan bebas halogen.

Contoh: EL1018H-VG adalah versi bebas halogen, disahkan VDE dengan pangkat CTR 8.

7.2 Spesifikasi Pembungkusan

Peranti ini boleh didapati dalam dua bentuk pembungkusan utama:

• Tiub: 100 unit setiap tiub. Pilihan adalah standard atau dengan pensijilan VDE.
• Pita dan Gegelung: 3000 unit setiap gegelung. Dua pilihan arah suapan tersedia (TA dan TB), dengan dimensi pita terperinci (Ao, Bo, Po, P, dll.) disediakan dalam datasheet untuk pengaturcaraan mesin pick-and-place automatik.

7.3 Penandaan Peranti

Bahagian atas pakej SOP ditandakan dengan kod:EL 101X H Y WW V

• EL: Kod pengilang.
• 101X: Nombor peranti (X menunjukkan pangkat CTR).
• H: Penetapan operasi suhu tinggi.
• Y: Kod tahun 1 digit.
• WW: Kod minggu 2 digit.
• V: Penandaan pilihan untuk versi diluluskan VDE.

8. Cadangan Aplikasi

8.1 Litar Aplikasi Biasa

Fotokopel boleh digunakan dalam dua mod utama:

1. Pensuisan Digital / Penebatan: LED input didorong oleh isyarat digital (cth., dari GPIO mikropengawal). Output fototransistor bertindak sebagai suis, menarik talian ke bumi atau V_CCmelalui perintang tarik atas. Spesifikasi masa pensuisan menentukan kadar data maksimum.
2. Penebatan Isyarat Linear: Dengan mengendalikan fototransistor dalam kawasan aktifnya (tidak tepu), ia boleh digunakan untuk menghantar isyarat analog. Walau bagaimanapun, CTR bukan linear dan variasinya dengan suhu menjadikan ini mencabar tanpa litar pampasan tambahan. Ia lebih biasa untuk menggunakan optokopel linear khusus untuk tugas sedemikian.

8.2 Pertimbangan Reka Bentuk

• Had Arus Input: Perintang luaransentiasadiperlukan secara bersiri dengan LED input untuk menetapkan arus hadapan (I_F). Kira R_had= (V_pacu- V_F) / I_F. Pastikan I_Ftidak melebihi 50 mA DC.
• Penurunan Nilai CTR dengan Suhu: Ambil kira penurunan CTR pada suhu tinggi. Reka litar untuk berfungsi dengan betul pada suhu operasi maksimum dengan CTR minimum dari gred yang dipilih.
• Perintang Beban Output (R_L): Nilai perintang tarik atas pada pengumpul menjejaskan kelajuan pensuisan, penggunaan kuasa, dan kekebalan hingar. R_Lyang lebih kecil memberikan pensuisan lebih pantas tetapi pengambilan arus lebih tinggi. Keadaan ujian R_L= 100Ω adalah untuk pencirian; nilai praktikal selalunya antara 1kΩ hingga 10kΩ.
• Kekebalan Hingar: Kapasitan gandingan rendah (<1pF) memberikan penolakan mod sepunya yang baik. Untuk persekitaran yang sangat bising, pastikan susun atur yang bersih dengan pembumian yang betul dan pertimbangkan untuk menambah kapasitor pintas kecil (cth., 0.1µF) merentasi rel bekalan bahagian output.

9. Perbandingan Teknikal dan Kelebihan

Siri EL101XH-G membezakan dirinya dalam pasaran melalui beberapa ciri utama:

• Jarak Rayapan Panjang (8mm): Berbanding dengan optokopel SOP standard, rayapan lanjutan ini adalah kelebihan penting untuk aplikasi yang memerlukan penebatan diperkukuh atau beroperasi dalam persekitaran tercemar, kerana ia mengurangkan risiko penjejakan permukaan.
• Voltan Penebatan Tinggi (5000V_rms): Ini adalah penarafan penebatan yang kukuh sesuai untuk peralatan perindustrian yang disambungkan kepada bekalan utama (cth., sistem 240V/480V).
• Pematuhan Bebas Halogen: Memenuhi keperluan alam sekitar dan peraturan untuk kandungan halogen yang dikurangkan, yang semakin penting dalam elektronik hijau.
• Julat Suhu Operasi Luas (-55°C hingga +125°C): Melebihi julat komersial biasa (0°C hingga 70°C), menjadikannya sesuai untuk aplikasi perindustrian, automotif, dan gred tentera.
• Kelulusan Keselamatan Tertunda: Datasheet menyenaraikan kelulusan dari UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO, dan CQC sebagai "tertunda." Ini menunjukkan peranti direka untuk memenuhi piawaian keselamatan antarabangsa yang ketat ini.

10. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

Q1: Apakah tujuan jarak rayapan panjang?

A1: Jarak rayapan adalah laluan terpendek di sepanjang permukaan pakej penebat antara dua bahagian konduktif (pin input dan output). Jarak 8mm meningkatkan perlindungan terhadap litar arka voltan tinggi atau penjejakan merentasi permukaan pakej, terutamanya dalam persekitaran lembap atau tercemar, meningkatkan kebolehpercayaan dan keselamatan jangka panjang.

Q2: Bagaimana saya memilih gred CTR yang betul?

A2: Pilih berdasarkan arus pacuan yang tersedia dan arus output yang diperlukan. Jika mikropengawal anda hanya boleh menyediakan 5mA, pilih gred CTR tinggi (cth., EL1019H) untuk mendapatkan arus output yang mencukupi. Jika anda mempunyai arus pacuan yang mencukupi, gred yang lebih rendah mungkin lebih kos efektif. Sentiasa reka untuk kes terburuk (CTR minimum pada suhu maksimum).

Q3: Bolehkah ini digunakan untuk penebatan isyarat AC?

A3: Output fototransistor adalah sehala (arus mengalir dari Pengumpul ke Pemancar). Untuk mengasingkan isyarat AC, anda biasanya akan menggunakan dua peranti dalam konfigurasi selari songsang atau optokopel input AC khusus. Untuk pengesanan persilangan sifar AC digital, ia boleh digunakan dengan penerus jambatan pada input.

Q4: Apakah perbezaan antara voltan penebatan dan penarafan voltan pengumpul-pemancar?

A4: Voltan penebatan (5000V_rms) adalah voltan tahan dielektrikantarabahagian input dan output pakej. Voltan pengumpul-pemancar (80V) adalah voltan maksimum yang boleh digunakanmerentasi transistor output itu sendirisemasa operasi biasa. Mereka adalah parameter yang berbeza sama sekali.

11. Kajian Kes Reka Bentuk Praktikal

Senario:Mengasingkan isyarat GPIO mikropengawal 3.3V untuk mengawal gegelung geganti 24V pada domain kuasa berasingan dalam modul PLC perindustrian.



Langkah Reka Bentuk:

1. Bahagian Input:GPIO MCU adalah 3.3V. Andaikan I_Fyang dikehendaki 5mA dan V_Ftipikal 1.2V, kira R_had= (3.3V - 1.2V) / 0.005A = 420Ω. Gunakan perintang 430Ω standard.
2. Pemilihan CTR:Tapak pemacu gegelung geganti memerlukan ~5mA. Dengan I_F=5mA, CTR minimum yang diperlukan = (5mA / 5mA)*100% = 100%. Untuk memastikan operasi pada 125°C (di mana CTR lebih rendah), pilih gred dengan margin selesa. EL1018H (CTR min 130%) adalah pilihan yang baik.
3. Bahagian Output:Sambungkan pengumpul fototransistor kepada bekalan 24V melalui perintang tarik atas (R_L). Pemancar disambungkan ke tapak transistor pemacu geganti (BJT NPN atau get MOSFET saluran-N). Apabila output MCU tinggi, LED hidup, fototransistor tepu, menarik tapak ke hampir bumi, mematikan pemacu. Apabila output MCU rendah, LED mati, fototransistor mati, dan perintang pincang berasingan menarik tapak pemacu tinggi untuk mengaktifkan geganti. Diod snubber diperlukan merentasi gegelung geganti.
4. Susun Atur:Pastikan jejak input dan output dipisahkan secara fizikal pada PCB. Letakkan kapasitor pintas dekat dengan pin peranti. Ikuti susun atur pad yang disyorkan untuk pateri yang boleh dipercayai.

Reka bentuk ini menyediakan penebatan yang kukuh, melindungi mikropengawal sensitif daripada sementara yang dihasilkan oleh gegelung geganti induktif.

12. Prinsip Operasi

Fotokopel (atau optokopel) adalah peranti yang memindahkan isyarat elektrik antara dua litar terpencil menggunakan cahaya. Dalam siri EL101XH-G:

1. Arus elektrik yang digunakan padapin input (Anod dan Katod)menyebabkandiod pemancar cahaya inframerah (LED) bersepadumemancarkan foton.
2. Foton ini bergerak melalui bahan penebat lutsinar (biasanya epoksi acuan) dalam pakej.
3. Foton ini menghentam kawasan tapakfototransistor silikonpadabahagian output.
4. Tenaga cahaya ini menjana pasangan elektron-lubang dalam tapak, bertindak secara efektif sebagai arus tapak dan menyebabkan transistor mengalirkan arus antaraPengumpul dan Pemancarnya pins.
5. Jumlah arus pengumpul output (I_C) adalah berkadar dengan arus LED input (I_F), dengan pemalar perkadaran adalah Nisbah Pemindahan Arus (CTR).

Kuncinya ialah satu-satunya sambungan antara input dan output adalah pancaran cahaya, menyediakan penebatan elektrik yang sangat baik ditentukan oleh sifat halangan penebat dan jarak dalaman antara cip LED dan fototransistor.

13. Trend Industri

Pasaran untuk komponen penebatan seperti fotokopel berkembang didorong oleh beberapa trend utama:

• Kelajuan dan Lebar Jalur Lebih Tinggi:Permintaan semakin meningkat untuk pengasing digital dan optokopel berkelajuan tinggi yang mampu menyokong protokol komunikasi seperti USB, CAN FD, dan Ethernet dalam rangkaian terpencil, mendorong kadar data ke dalam puluhan dan ratusan Mbps.
• Integrasi:Terdapat trend ke arah mengintegrasikan pelbagai saluran penebatan ke dalam satu pakej tunggal, atau menggabungkan penebatan dengan fungsi lain seperti pemacu get untuk MOSFET/IGBT kuasa.
• Piawaian Keselamatan dan Kebolehpercayaan Dipertingkatkan:Peraturan dalam peralatan perindustrian, automotif (ISO 26262), dan perubatan terus diketatkan, memerlukan komponen dengan penarafan penebatan disahkan lebih tinggi, rayapan/kelonggaran lebih panjang, dan data kebolehpercayaan terbukti.
• Pengecilan:Sambil mengekalkan atau meningkatkan prestasi penebatan, pakej menjadi lebih kecil (cth., SOIC badan lebar, DSOP) untuk menjimatkan ruang papan.
• Teknologi Alternatif:Fotokopel menghadapi persaingan daripada teknologi penebatan kapasitif dan magnetik (berasaskan transformer), yang boleh menawarkan kelebihan dalam kelajuan, penggunaan kuasa, dan integrasi. Walau bagaimanapun, optokopel mengekalkan kelebihan kuat dalam kesederhanaan, kekebalan sementara mod sepunya (CMTI) tinggi, dan pensijilan keselamatan yang mantap.

Peranti seperti siri EL101XH-G, dengan fokus pada penebatan tinggi, rayapan panjang, dan pematuhan alam sekitar, diposisikan untuk memenuhi keperluan berterusan aplikasi perindustrian dan kuasa tradisional yang kritikal keselamatan di mana ketahanan dan pensijilan adalah penting.