Dokumen Teknikal ELQ3H4 - Fotokopel 16-Pin SSOP - Input AC - CTR 20-300% - Penebatan 3750Vrms

1. Gambaran Keseluruhan Produk

Siri ELQ3H4 mewakili keluarga pengasing gandingan optik yang direka untuk aplikasi berketumpatan tinggi yang memerlukan penebatan isyarat yang boleh dipercayai. Komponen teras terdiri daripada diod pemancar cahaya (LED) Gallium Arsenide (GaAs) yang digandingkan secara optik kepada fototransistor silikon NPN, kesemuanya ditempatkan dalam pakej 16-pin Shrink Small Outline Package (SSOP) yang padat. Ciri utama pakej ini ialah perisai cahaya bersepadu, yang berkesan mengurangkan kesan cahaya ambien terhadap prestasi fototransistor, meningkatkan integriti isyarat dalam persekitaran elektrik yang bising.

Peranti ini direka untuk menerima isyarat input AC secara langsung, menghapuskan keperluan litar penerus luaran dalam banyak aplikasi. Proposisi nilai utamanya terletak pada gabungan faktor bentuk yang sangat kecil (profil 2.0mm) dengan prestasi penebatan yang kukuh (3750 V_rms) dan pematuhan kepada piawaian keselamatan dan alam sekitar antarabangsa utama.

1.1 Kelebihan Teras dan Sasaran Pasaran

Fotokopel ELQ3H4 menawarkan beberapa kelebihan tersendiri. Pembinaannya yangbebas halogendan pematuhan kepada arahan RoHS dan bebas Pb menjadikannya sesuai untuk reka bentuk yang peka alam sekitar. Peranti ini membawa kelulusan daripada agensi keselamatan terkemuka termasuk UL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO, dan CQC, memudahkan penggunaannya dalam produk yang ditujukan untuk pasaran global dengan keperluan kawal selia yang ketat.

Aplikasi sasaran utama adalah dalam automasi dan pengukuran industri, di mana kekebalan bunyi dan keselamatan adalah paling penting. Ini termasuk:

• Pengawal Logik Boleh Atur Cara (PLC):Untuk mengasingkan isyarat I/O digital, bas komunikasi, atau input sensor analog daripada unit pemprosesan pusat.
• Alat Pengukur:Menyediakan penebatan dalam sistem pemerolehan data, multimeter, atau osiloskop untuk melindungi litar sensitif daripada titik ujian voltan tinggi.
• IC Hibrid dan Bekalan Kuasa:Berfungsi sebagai elemen maklum balas dalam bekalan kuasa mod suis terpencil atau dalam modul hibrid tersuai untuk pemacu get atau penyelaras isyarat.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

Pemahaman menyeluruh tentang parameter elektrik dan optik adalah penting untuk reka bentuk litar yang boleh dipercayai. Bahagian berikut memberikan analisis terperinci tentang spesifikasi utama.

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Penarafan ini mentakrifkan had tekanan di mana kerosakan kekal pada peranti mungkin berlaku. Operasi di bawah keadaan ini tidak dimaksudkan. Had utama untuk ELQ3H4 termasuk:

• Input (Bahagian LED):Arus hadapan berterusan (I_F) ±60mA dan arus denyut 1μs (I_FP) 1A. Penyerakan kuasa per saluran ialah 70mW, menurun pada 0.7mW/°C.
• Output (Bahagian Fototransistor):Arus pengumpul (I_C) 50mA. Voltan pengumpul-pemancar (V_CEO) ialah 80V, manakala voltan pemancar-pengumpul (V_ECO) lebih rendah iaitu 7V, menunjukkan asimetri ciri pecahan fototransistor. Penyerakan kuasa output ialah 150mW per saluran, menurun pada 1.4mW/°C.
• Penebatan & Persekitaran:Peranti menahan voltan penebatan (V_ISO) 3750 V_rmsselama satu minit. Julat suhu operasi adalah dari -55°C hingga +110°C.

2.2 Ciri-ciri Elektrik dan Optik

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

Ciri-ciri Input:Voltan hadapan (V_F) LED GaAs biasanya 1.2V pada I_F= 20mA, dengan maksimum 1.4V. Kapasitans input (C_in) adalah sehingga 250pF, yang boleh menjejaskan prestasi pensuisan frekuensi tinggi.

Ciri-ciri Output:Arus gelap pengumpul-pemancar (I_CEO) adalah maksimum 100nA pada V_CE=20V dengan LED dimatikan, mewakili kebocoran fototransistor. Voltan pecahan (BV_CEO=80V, BV_ECO=7V) mengesahkan struktur asimetri.

Ciri-ciri Pemindahan (T_A= -40 hingga 85°C):Ini adalah teras prestasi fotokopel.

• Nisbah Pemindahan Arus (CTR):Ditakrifkan sebagai (I_C/ I_F) * 100% pada keadaan yang ditentukan. ELQ3H4 mempunyai julat CTR yang sangat luas iaitu 20% hingga 300% pada I_F= 1mA, V_CE= 5V. Penyebaran luas ini memerlukan reka bentuk litar yang teliti atau pengelasan untuk aplikasi yang tepat.
• Nisbah CTR (CTR1/CTR2):Parameter ini, dalam julat 0.5 hingga 2.0, menunjukkan padanan antara saluran dalam peranti berbilang saluran atau konsistensi CTR di bawah operasi AC. Nisbah 1.0 mewakili padanan sempurna.
• Voltan Tepu: V_CE(sat)biasanya 0.1V (maks 0.2V) pada I_F=20mA, I_C=1mA, menunjukkan ciri pensuisan yang baik apabila didorong ke tepu.
• Parameter Penebatan:Rintangan penebatan (R_IO) adalah minimum 5 x 10¹⁰Ω, dan kapasitans penebatan (C_IO) biasanya 0.3pF (maks 1.0pF). Kapasitans rendah adalah kritikal untuk menolak bunyi mod sepunya frekuensi tinggi.
• Kelajuan Pensuisan:Masa naik (t_r) dan masa turun (t_f) ditentukan dengan maksimum 18μs setiap satu di bawah keadaan ujian V_CE=2V, I_C=2mA, R_L=100Ω. Ini menunjukkan peranti sesuai untuk pensinyalan digital frekuensi rendah hingga sederhana, bukan penghantaran data berkelajuan tinggi.

3. Analisis Lengkung Prestasi

Dokumen data merujuk kepada lengkung ciri elektro-optik tipikal. Walaupun graf khusus tidak dihasilkan semula dalam teks yang disediakan, ia biasanya menggambarkan hubungan berikut yang kritikal untuk reka bentuk:

• CTR vs. Arus Hadapan (I_F):Menunjukkan bagaimana kecekapan pemindahan berubah dengan arus pacuan LED. CTR sering menurun pada I_Fyang sangat tinggi disebabkan oleh penurunan kecekapan LED.
• CTR vs. Suhu:Menggambarkan pergantungan suhu kecekapan gandingan, yang biasanya menurun apabila suhu meningkat.
• Voltan Hadapan (V_F) vs. Suhu:Menunjukkan pekali suhu negatif voltan hadapan LED.
• Arus Pengumpul (I_C) vs. Voltan Pengumpul-Pemancar (V_CE):Ciri-ciri output fototransistor untuk arus input yang berbeza, serupa dengan lengkung transistor dwikutub.
• Masa Pensuisan vs. Rintangan Beban (R_L):Menunjukkan bagaimana masa naik dan turun dipengaruhi oleh beban output. R_Lyang lebih besar secara amnya meningkatkan masa naik disebabkan peningkatan pemalar masa RC.

Pereka harus merujuk data grafik penuh untuk mengoptimumkan titik operasi bagi keperluan khusus mereka mengenai kelajuan, penggunaan kuasa, dan kestabilan suhu.

4. Maklumat Mekanikal dan Pakej

4.1 Dimensi dan Susun Atur Pakej

ELQ3H4 menggunakan SSOP 16-pin dengan profil rendah 2.0mm, membolehkan pemasangan PCB berketumpatan tinggi. Dokumen data termasuk lukisan berdimensi terperinci yang menentukan panjang, lebar, tinggi, padang pin, dan dimensi pin pakej. Pematuhan kepada spesifikasi mekanikal ini adalah penting untuk pemasangan yang betul pada PCB dan ke dalam peralatan pemasangan automatik.

A susun atur pad yang disyorkanuntuk pemasangan permukaan disediakan. Mengikuti corak tanah ini adalah kritikal untuk memastikan pembentukan sendi pateri yang boleh dipercayai, kekuatan mekanikal yang betul, dan mengelakkan isu seperti batu nisan semasa pateri aliran semula. Corak ini mengambil kira pembentukan fillet pateri dan pelepasan haba.

4.2 Penandaan dan Polarity Peranti

Peranti ditandakan di bahagian atas pakej. Penandaan mengikut format:EL Q3H4 YWW V.

• EL:Pengenal pengeluar.
• Q3H4:Nombor peranti.
• Y:Kod tahun satu digit.
• WW:Kod minggu dua digit.
• V:Penandaan pilihan yang menunjukkan kelulusan VDE.

Orientasi yang betul adalah penting. Penunjuk pin-1 pada pakej (biasanya titik, takuk, atau tepi serong) mesti sejajar dengan penanda pin-1 pada tapak kaki PCB. Penyisipan yang salah akan menghalang peranti daripada berfungsi dan mungkin menyebabkan kerosakan.

5. Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

5.1 Keadaan Pateri Aliran Semula

Peranti sesuai untuk pateri aliran semula permukaan. Dokumen data menentukanprofil suhu badan maksimum kritikalyang mematuhi IPC/JEDEC J-STD-020D. Parameter utama termasuk:

• Pemanasan Awal:150°C hingga 200°C selama 60-120 saat.
• Masa Di Atas Likuidus (T_L=217°C):60-100 saat.
• Suhu Puncak (T_P):260°C maksimum.
• Masa dalam 5°C Puncak:30 saat maksimum.
• Kitaran Aliran Semula Maksimum:3 kali.

Pematuhan ketat kepada profil ini menghalang kerosakan haba kepada pakej plastik, ikatan wayar dalaman, dan die semikonduktor. Melebihi suhu puncak atau masa-pada-suhu boleh menyebabkan pengelupasan, retakan, atau anjakan parametrik.

5.2 Pengendalian dan Penyimpanan

Langkah berjaga-jaga ESD (Nyahcas Elektrostatik) standard mesti dipatuhi, kerana LED GaAs dalaman dan fototransistor silikon mudah terdedah kepada kerosakan daripada elektrik statik. Gunakan stesen kerja dan gelang tangan yang dibumikan. Peranti harus disimpan dalam beg penghalang kelembapan asal dengan bahan pengering dalam persekitaran terkawal (biasanya <40°C/90% RH) untuk mengelakkan penyerapan kelembapan, yang boleh menyebabkan \"popcorning\" semasa aliran semula.

6. Maklumat Pembungkusan dan Pesanan

6.1 Penomboran Model dan Pilihan

Struktur nombor bahagian ialah:ELQ3H4(Z)-V.

• Z (Pilihan Pembungkusan):\"TA\" menandakan pembungkusan Pita dan Gegelung. Jika ditinggalkan, lalai ialah pembungkusan Tiub.
• V (Pilihan Kelulusan):Menandakan penandaan kelulusan VDE.

Kuantiti Pembungkusan:Pilihan Tiub mengandungi 40 unit setiap tiub. Pilihan Pita dan Gegelung (TA) mengandungi 1000 unit setiap gegelung.

6.2 Spesifikasi Pita dan Gegelung

Dimensi terperinci untuk pita pembawa disediakan, termasuk saiz poket (A0, B0, D0, D1), padang (P0), dan dimensi gegelung. Maklumat ini diperlukan untuk mengkonfigurasi mesin pick-and-place automatik dengan betul. Lebar pita (W) ialah 16.0mm ± 0.3mm, dan arah suapan ditentukan.

7. Pertimbangan Reka Bentuk Aplikasi

7.1 Reka Bentuk Litar Input

Untuk operasiinput AC, LED boleh didorong secara langsung oleh isyarat AC. Perintang pembatas arus adalah wajib untuk menetapkan arus hadapan yang dikehendaki (I_F). Nilainya mesti dikira berdasarkan voltan puncak isyarat AC, V_FLED, dan I_Fyang dikehendaki. Oleh kerana LED adalah diod, ia hanya akan mengalir semasa separuh kitaran melainkan penerus jambatan digunakan di hadapannya untuk operasi gelombang penuh. Julat CTR yang luas bermakna arus output akan berbeza dengan ketara antara peranti jika I_Ftetap digunakan. Untuk prestasi yang lebih konsisten, pertimbangkan untuk menggunakan I_Fyang lebih tinggi (di mana variasi CTR mungkin lebih rendah) atau melaksanakan maklum balas.

3.2 Reka Bentuk Litar Output

Fototransistor boleh digunakan dalam modsuisataulinear. Untuk pensuisan digital, peranti didorong ke tepu (I_Fcukup tinggi untuk membuat V_CE≈ V_CE(sat)). Perintang beban (R_L) yang disambungkan ke pengumpul menentukan ayunan voltan output dan menjejaskan kelajuan pensuisan (R_Lyang lebih besar meningkatkan masa naik). Untuk aplikasi analog atau linear, fototransistor beroperasi di kawasan aktifnya. Walau bagaimanapun, ketidaklinearan lengkung CTR vs. I_Fdan pergantungan suhu yang kuat menjadikan operasi linear yang tepat mencabar tanpa pampasan.

7.3 Kekebalan Bunyi dan Susun Atur

Untuk memaksimumkan keupayaan penebatan tinggi (3750V_rms, C_IOrendah), susun atur PCB yang teliti adalah penting. Kekalkan jarak rengangan dan jarak bersih yang mencukupi antara bahagian input dan output litar mengikut piawaian keselamatan. Gunakan satah bumi, tetapi pertimbangkan untuk membahagikan satah di bawah fotokopel untuk mengurangkan gandingan kapasitif merentasi halangan penebatan. Kapasitor pintas yang diletakkan berhampiran pin peranti di kedua-dua belah boleh membantu menindas bunyi frekuensi tinggi.

8. Perbandingan Teknikal dan Panduan Pemilihan

Pembeza utama ELQ3H4 ialahkeupayaan input AC, pakej SSOP ultra-kecil, danpensijilan keselamatan komprehensif. Apabila memilih fotokopel, bandingkan perkara berikut dengan keperluan projek:

• vs. Fotokopel Input-DC:ELQ3H4 memudahkan litar dengan menghapuskan penerus luaran untuk isyarat AC, menjimatkan ruang papan dan kos.
• vs. Pakej Lebih Besar (DIP, dll.):SSOP menawarkan penjimatan ruang yang ketara tetapi mungkin mempunyai ciri haba yang sedikit berbeza dan memerlukan pemasangan yang lebih tepat.
• vs. Pengganding Optik Berkelajuan Tinggi:Peranti dengan get logik lebih pantas atau pengasing digital menawarkan kadar data yang lebih tinggi (>1 Mbps) tetapi mungkin mempunyai penarafan penebatan, keperluan kuasa, atau struktur kos yang berbeza.
• vs. Fotokopel dengan Output Darlington:Konfigurasi Darlington menawarkan CTR yang lebih tinggi (500-1000%) tetapi mempunyai kelajuan pensuisan yang lebih perlahan dan voltan tepu yang lebih tinggi.
• Pemilihan Bin CTR:Jika prestasi litar sangat sensitif kepada gandaan, tanyakan tentang ketersediaan peranti yang dikelaskan ke dalam julat CTR yang lebih sempit (cth., 100-200%).

9. Soalan Lazim (FAQ)

Q1: Bolehkah saya memacu LED dengan sumber voltan secara langsung?

A1: Tidak. LED adalah peranti pacuan arus. Sentiasa gunakan perintang pembatas arus bersiri untuk mengawal I_Fdan mengelakkan kerosakan daripada arus berlebihan.

Q2: Mengapa masa naik output lebih perlahan daripada masa turun dalam spesifikasi?

A2: Ini adalah tipikal untuk fototransistor. Masa naik dihadkan oleh masa yang diperlukan untuk mengecas kapasitans simpang fototransistor melalui arus foto. Masa turun ditentukan oleh nyahcas kapasitans ini melalui perintang beban luaran dan proses penggabungan semula dalaman peranti.

Q3: Bagaimanakah suhu menjejaskan prestasi?

A3: CTR secara amnya menurun dengan peningkatan suhu. Voltan hadapan LED (V_F) juga menurun. Kesan ini mesti diambil kira dalam reka bentuk yang beroperasi dalam julat suhu yang luas untuk memastikan ambang pensuisan atau kelinearan yang boleh dipercayai.

Q4: Apakah tujuan \"kesan perisai\" yang disebut?

A4: Pakej plastik legap bertindak sebagai perisai cahaya, menghalang cahaya ambien daripada mencapai fototransistor. Ini mengelakkan pencetus palsu atau arus ofset yang disebabkan oleh sumber cahaya luaran seperti pencahayaan bilik atau cahaya matahari.

10. Contoh Aplikasi Praktikal

Senario: Pengesanan Talian Utama AC Terpencil untuk Modul Input PLC.

Kes penggunaan biasa adalah mengesan kehadiran isyarat 120V AC daripada suis atau sensor. ELQ3H4 adalah sesuai untuk ini.

1. Litar Input:Isyarat 120V AC diturunkan melalui rangkaian perintang voltan tinggi bernilai tinggi untuk menghadkan arus. Diod perlindungan selari terbalik boleh diletakkan merentasi LED untuk menjepit voltan terbalik semasa separuh kitaran negatif, walaupun peranti dinilai untuk operasi AC. Nilai perintang dipilih untuk menetapkan I_Fkepada nominal 5-10mA, dalam penarafan.
2. Litar Output:Pengumpul fototransistor disambungkan kepada voltan bekalan logik PLC (cth., 3.3V atau 5V) melalui perintang tarik atas (R_L). Pemancar dibumikan. Apabila AC hadir, fototransistor menghidupkan semasa separuh kitaran pengaliran, menarik output pengumpul rendah. Input digital PLC membaca isyarat rendah berdenyut ini. Perisian kemudiannya boleh menyahpepijat atau mengesan persilangan sifar untuk mengesahkan kehadiran AC.
3. Faedah:Reka bentuk ini menyediakan penebatan galvanik yang kukuh, melindungi litar PLC sensitif daripada transien talian utama dan kerosakan. Pakej SSOP padat membolehkan banyak saluran sedemikian diletakkan pada satu modul.

11. Prinsip Operasi

Fotokopel beroperasi berdasarkan prinsipgandingan optikuntuk mencapai penebatan elektrik. Isyarat input elektrik memacu diod pemancar cahaya (LED), menyebabkannya memancarkan cahaya inframerah berkadar dengan arus. Cahaya ini bergerak merentasi jurang telus pendek dalam pakej dan memukul kawasan asas fototransistor silikon. Foton insiden menghasilkan pasangan elektron-lubang dalam asas, berkesan bertindak sebagai arus asas. Arus fotogenerasi ini kemudiannya dikuatkan oleh gandaan transistor, menghasilkan arus pengumpul yang merupakan replika elektrik isyarat input. Kuncinya ialah pemindahan isyarat berlaku melalui cahaya, tanpa sambungan elektrik antara input dan output, mencipta halangan penebatan.

12. Trend Teknologi

Bidang penebatan isyarat terus berkembang. Walaupun pengganding berasaskan fototransistor tradisional seperti ELQ3H4 kekal dominan untuk aplikasi kos efektif, kelajuan sederhana, dan penebatan tinggi, beberapa trend ketara:

• Integrasi Meningkat:Fotokopel berbilang saluran dalam pakej tunggal adalah biasa, mengurangkan ruang papan dan kos per saluran.
• Alternatif Kelajuan Lebih Tinggi:Untuk komunikasi data, pengasing digital berasaskan teknologi CMOS dan gandingan RF atau kapasitif menawarkan kadar data yang jauh lebih tinggi (sehingga ratusan Mbps), penggunaan kuasa lebih rendah, dan konsistensi masa yang lebih baik, walaupun sering pada penarafan voltan penebatan yang berbeza.
• Kebolehpercayaan dan Pensijilan Dipertingkatkan:Terdapat dorongan berterusan untuk metrik kebolehpercayaan yang lebih tinggi (kadar FIT), julat suhu operasi yang lebih luas, dan mendapatkan pensijilan untuk piawaian baru, terutamanya dalam aplikasi automotif (AEC-Q100) dan perubatan.
• Pengecilan Pakej:Dorongan untuk pakej yang lebih kecil dan nipis terus membolehkan produk akhir yang lebih padat, seperti yang dilihat dengan profil SSOP 2.0mm yang digunakan dalam ELQ3H4.