6-Pin SDIP Gate Driver Photocoupler ELS3150-G Series Datasheet - 1.0A Output Current - 5000Vrms Isolation - 30V Supply - English Technical Document

1. Product Overview

Mfululizo wa ELS3150-G unawakilisha familia ya vichocheaji vya fotokopla vya mlango wa utendaji wa juu, vya kifurushi cha mstari mmoja-mbili wa pini sita (SDIP) zilizoundwa kwa kuendesha kwa uimarifu na kuaminika kwa mlango wa pekee wa IGBTs na MOSFETs za nguvu. Kifaa hiki kinachanganya diode inayotoa mwanga wa infrared (LED) iliyounganishwa kwa mwanga na IC ya monolithiki iliyo na hatua ya pato la nguvu. Kipengele muhimu cha usanifu ni ngao ya ndani ambayo inatoa kiwango cha juu kinachohakikishwa cha kinga dhidi ya kelele ya muda mfupi ya aina ya kawaida, na kuifanya ifae kwa mazingira magumu ya elektroniki za nguvu ambapo kelele za kubadili zinaenea.

Kazi ya msingi ya sehemu hii ni kutoa utengano wa umeme na usambazaji wa ishara kati ya saketi ya udhibiti ya voltage ya chini (kontrolla ndogo, DSP) na mlango wa voltage ya juu, ya mkondo mkubwa wa swichi ya nguvu. Inabadilisha ishara ya pembejeo ya kiwango cha mantiki kuwa pato la kuendesha mlango la mkondo mkubwa linaloweza kuchaji na kutokomeza haraka uwezo mkubwa wa mlango wa IGBTs na MOSFETs za kisasa, ambayo ni muhimu sana kwa kupunguza hasara za kubadili na kuhakikisha utendaji salama.

1.1 Faida Kuu na Soko Lengwa

Mfululizo wa ELS3150-G unatoa faida kadhaa tofauti kwa matumizi ya ubadilishaji wa nguvu na kuendesha motor. Uwezo wake wa voltage ya pato ya reli-hadi-reli huhakikisha ishara ya kuendesha mlango inatumia mzunguko kamili wa voltage kati ya reli za usambazaji VCC na VEE, ikitoa uendeshaji wa juu zaidi wa mlango kwa Rds(on) ya chini kabisa katika MOSFETs au kupunguza voltage ya kujaa katika IGBTs. Utendakazi uliohakikishwa katika anuwai ya joto iliyopanuliwa ya -40°C hadi +110°C huhakikisha uaminifu katika mazingira ya viwanda na ya magari yanayokabiliwa na mabadiliko makubwa ya joto.

Kipengele cha juu cha kinga ya msuguano wa kawaida (CMTI) cha ±15 kV/μs cha kifaa ni kigezo muhimu sana. Katika usanidi wa madaraja kama vile inverter, kubadilisha hali ya kifaa kimoja husababisha dv/dt ya juu kwenye kizuizi cha kutengwa cha kiendeshi cha kifaa kinachosaidia. CMTI ya juu huzuia kelele hii kusababisha kusukumwa vibaya au hali ya kukatiza. Ya 5000 V_rms voltage ya kutengwa hutoa ukingo thabiti wa usalama kwa matumizi ya voltage ya kati. Kufuata viwango vya kimataifa vya usalama (UL, cUL, VDE, n.k.) na kanuni za mazingira (RoHS, Halogen-Free) hurahisisha matumizi yake katika bidhaa za mwisho zinazouzwa duniani, kutoka kwa viendeshi vya motor viwandani na vifaa vya usambazaji wa umeme visivyokatizwa (UPS) hadi vifaa vya nyumbani kama vile vifaa vya kupasha joto vya upepo.

2. Uchambuzi wa kina wa Vigezo vya Kiufundi

2.1 Viwango vya Juu Kabisa

Viwango hivi vinabainisha mipaka ya mkazo ambayo ikiivuka kifaa kinaweza kuharibika kudumu. Hazikusudiwi kwa utendakazi wa kawaida.

• Input Forward Current (I_F): 25 mA DC maximum. This limits the continuous current through the input LED.
• Pulse Forward Current (I_FP)1 A kwa mapigo ≤1 μs kwa 300 pps. Hii inaruhusu mapigo mafupi ya mkondo wa juu kufikia LED kuwasha kwa haraka kwa ucheleweshaji mdogo wa uenezaji.
• Voltage ya Usambazaji wa Pato (V_CC - V_EE): 10V hadi 30V. Hii inafafanua anuwai ya voltage ya usambazaji wa gati inayoruhusiwa. Uendeshaji kwenye mwisho wa juu (mfano, 15V-20V) ni kawaida kwa IGBTs, wakati voltages za chini (10V-12V) ni za kawaida kwa MOSFETs.
• Peak Output Voltage (V_O): 30V. Voltage ya juu kabisa inayoweza kuonekana kwenye pini ya pato (Pini 5) ikilinganishwa na V_EE (Pini 4).
• Upeo wa Sasa ya Pato (I_OPH/I_OPL): ±1.0A. Hii ndiyo kilele cha mkondo wa usambazaji (upande wa juu) na kuzama (upande wa chini) ambacho hatua ya pato inaweza kutoa. Mkondo huu ni muhimu sana kwa kufikia kasi za haraka za kubadili, kwani moja kwa moja huchaji/kuondoa uwezo wa lango (Q_g).
• Isolation Voltage (V_ISO): 5000 V_rms Kwa dakika 1. Hii ni kiwango muhimu cha usalama kwa kizuizi cha kutengwa kwa galvanic kati ya pande za pembejeo na pato.
• Joto la Uendeshaji (T_OPR): -40°C hadi +110°C. Safu ya joto ya mazingira ambayo kifaa kinahakikishiwa kukidhi vipimo vyake vilivyochapishwa.

2.2 Tabia za Umeme-Optiki na Uhamishaji

Vigezo hivi vinabainisha utendaji wa kifaa chini ya hali za kawaida za uendeshaji katika anuwai maalum ya joto.

• Voltage ya Mbele (V_F)Maximum 1.8V at I_F=10mA. This is used to design the input-side current-limiting resistor.
• Supply Currents (I_CCH, I_CCL): Kawaida 1.4-1.5 mA, na upeo wa 3.2 mA. Hii ni mkondo wa utulivu unaochukuliwa na IC ya upande wa pato kutoka kwa V_CC Ugavi, muhimu kwa kuhesabu upotezaji wa nguvu.
• Uwezo wa Sasa ya Pato (I_OH, I_OL): Karatasi ya data inabainisha mikondo ya chini ya pato chini ya hali maalum za kushuka kwa voltage. Kwa mfano, inahakikisha mkondo wa chini wa kuzama wa 1.0A wakati voltage ya pato (V_O) iko kwenye V_EE+4V. Mkondo halisi wa kilele katika mzunguko utaamuliwa na upinzani wa kitanzi cha kuendesha lango na V_CC/V_EE Ugavi.
• Viwango vya Voltage ya Pato (V_OH, V_OL): Voltage ya juu ya pato inahakikishiwa kuwa ndani ya 4V ya V_CC wakati wa kuzamisha 1A, na ndani ya 0.5V ya V_CC wakati wa kutoa 100mA. Vilevile, pato la kiwango cha chini liko ndani ya 4V ya V_EE wakati wa kutoa 1A. Hizi "kushuka kwa voltage" zinasababishwa na upinzani wa transistor za pato zinazowashwa.
• Kizingiti cha Uingizaji wa Umeme (I_FLH): Ya juu 5 mA. Hii ndiyo kiwango cha juu cha sasa la LED ya kuingiza kinachohitajika kuhakikisha pato linabadilika hadi hali ya juu (kwa kudhani V_CC iko juu ya kizingiti cha UVLO). Kubuni mzunguko wa kuingiza ili kutoa sasa kubwa zaidi kuliko hii (k.m., 10-16 mA) kunahakikisha kinga dhidi ya kelele na kupunguza tofauti ya ucheleweshaji wa uenezaji.
• Kufunga Chini ya Voltage (UVLO): Pato haliwezi kutumika ikiwa voltage ya usambazaji V_CC-V_EE Inaweka wakati usambazaji wa umeme unaposhuka chini ya kizingiti cha UVLO- (5.5V chini, 6.8V kawaida, 8V juu). Inawezeshwa tena mara tu usambazaji unapoinuka juu ya kizingiti cha UVLO+ (6.5V chini, 7.8V kawaida, 9V juu). Kipengele hiki kinazuia kifaa cha nguvu kusukumwa katika eneo la mstari na voltage ya lango isiyotosha, ambayo inaweza kusababisha joto kupita kiasi na kushindwa.

2.3 Switching Characteristics

Vigezo hivi ni muhimu kwa kuamua kasi ya kubadili-badili na urahisi wa wakati katika matumizi.

• Ucheleweshaji wa Usambazaji (t_PLH, t_PHL): 60 ns min, 200 ns typ, 400 ns max. This is the time from the input LED current reaching 50% of its final value to the output reaching 50% of its final swing, for both low-to-high and high-to-low transitions. Matching between t_PLH and t_PHL Ni muhimu kuepuka upotovu wa upana wa msukumo.
• Upotovu wa Upana wa Msukumo (|t_PHL – t_PLH|): Maximum 150 ns. Hii ndio tofauti kati ya ucheleweshaji wa maambukizi mawili.
• Ucheleweshaji wa Maambukizi Skew (t_PSK): Maximum 150 ns. Hii ni mabadiliko katika ucheleweshaji wa maambukizi kati ya vitengo tofauti vya kifaa kimoja chini ya hali sawa. Ni muhimu sana kwa matumizi yanayotumia madereva anuwai sambamba au katika usanidi wa njia nyingi ambapo upangaji wa wakati unahitajika.
• Rise/Fall Times (t_R, t_F): Typically 80 ns. This is the 10%-90% transition time of the output voltage waveform. Faster rise/fall times reduce switching losses but can increase EMI.
• Common-Mode Transient Immunity (CMTI): Minimum ±15 kV/μs. This quantifies the device's ability to reject fast voltage transients appearing across the isolation barrier without causing an output glitch. The test conditions (V_CM=1500V) simulate real-world noise in high-voltage switching circuits.

3. Performance Curve Analysis

Zilizo tolewa za tabia hutoa ufahamu muhimu kuhusu tabia ya kifaa chini ya hali mbalimbali.

3.1 Forward Voltage vs. Temperature (Fig.1)

The forward voltage (V_F) ya LED ya pembeleo ina mgawo hasi wa joto, ikipungua kadiri halijoto ya mazingira inavyoongezeka. Kwa mkondo wa pembeleo uliowekwa, hii inamaanisha nguvu inayotumika kwenye LED hupungua kidogo kwenye halijoto za juu. Wabunifu lazima wahakikisha upinzani unaozuia mkondo umehesabiwa kwa kutumia V_F kwenye halijoto ya juu zaidi inayotarajiwa ya uendeshaji ili kuhakikisha mkondo wa kutosha wa kuendesha upo kila wakati.

3.2 Output Voltage vs. Output Current (Fig.2 & Fig.4)

Mikondo hii inaonyesha kupungua kwa voltage kwenye transistor ya pato kama utendakazi wa mkondo wa pato. Kupungua kunakuongezeka na mkondo na halijoto. Kwenye pato la 1A, kupungua kwa upande wa juu (V_CC-V_OH) can be over 2.5V at -40°C, and the low-side drop (V_OL-V_EE) inaweza kuwa zaidi ya 2.5V kwenye 110°C. Hii lazima izingatiwe wakati wa kubainisha voltage halisi ya lango inayotumika kwa IGBT/MOSFET. Kwa mfano, kwa V_CC ya 15V na V_EE ya -5V (jumla ya 20V), utoaji wa 1A kwenye joto la juu unaweza kusababisha voltage ya juu ya lango ya takriban 12.5V tu na voltage ya chini ya lango ya takriban -2.5V.

3.3 Ugavi wa Sasa dhidi ya Joto (Fig.6)

The supply current (I_CC) increases with temperature. This is important for calculating the total power dissipation of the device, especially when multiple drivers are used on a single board. Power dissipation P_D = (V_CC - V_EE) * I_CC + (I_OH*V_{CEsat_H} * Duty) + (I_OL*V_{CEsat_L} * (1-Duty)).

4. Mechanical and Package Information

4.1 Pin Configuration and Function

The device uses a 6-pin SDIP package. The pinout is as follows:

• Pini 1: Anodi ya LED ya pembejeo.
• Pini 2: Hakuna Muunganisho (NC)Haijaunganishi ndani.
• Pini 3: Kathodi ya LED ya pembejeo.
• Pini 4: V_EE. Reli ya usambazaji hasi kwa hatua ya pato. Hii inaweza kuwa ardhi (0V) au voltage hasi kwa IGBT zinazohitaji bias hasi ya kuzima.
• Pini 5: V_OUT. Pini ya pato ya kuendesha lango. Hii inaunganisha moja kwa moja kwenye lango la IGBT au MOSFET, kwa kawaida kupitia kipingamizi kidogo cha lango (R_g).
• Pini 6: V_CCThe positive supply rail for the output stage.

4.2 Critical Application Note

A 0.1 μF bypass capacitor must be connected between pins 4 (V_EE) and 6 (V_CC), iliwekwa karibu iwezekanavyo kimaumbile na pini za photocoupler. Capacitor hii inatoa mkondo wa masafa ya juu unaohitajika na hatua ya pato wakati wa mabadiliko ya haraka ya kubadili. Kukosa kujumuisha capacitor hii au kuiweka mbali mno kunaweza kusababisha milio mwingi kwenye pato, kuongezeka kwa ucheleweshaji wa uenezi, na uwezekano wa kushindwa kufanya kazi kutokana na bounce ya usambazaji.

5. Miongozo ya Kuuza na Kukusanya

Kifaa kina kiwango cha juu cha joto cha kuuza cha 260°C kwa sekunde 10. Hii inalingana na wasifu wa kawaida wa kuuza reflow isiyo na risasi (Pb-free). Tahadhari za kawaida za kushughulikia ESD (Utoaji Umeme wa Umeme) lazima zizingatiwe, kwani kifaa kina vipengele vya semiconductor nyeti. Hali ya kuhifadhi inayopendekezwa iko ndani ya safu maalum ya joto la kuhifadhi la -55°C hadi +125°C katika mazingira ya unyevunyevu wa chini, ya kuzuia umeme.

6. Mapendekezo ya Ubunifu wa Programu

6.1 Sakiti ya Kawaida ya Utumizi

Sakiti ya kawaida ya kuendesha lango inahusisha kipingamio cha sasa cha kuingiza (R_ndani) iliyounganishwa mfululizo na LED kati ya ishara ya udhibiti (mfano, 3.3V au 5V kutoka kwa microcontroller) na ardhi. Thamani ya kipingamizi inahesabiwa kama R_ndani = (V_udhibiti - V_F) / I_F. Thamani ya 10-16 mA kwa I_F inapendekezwa. Kwenye upande wa pato, V_CC na V_EE usambazaji hupatikana kutoka kwa kibadilishaji tegemezi cha DC-DC. Pini ya pato inaendesha lango kupitia kipingamizi kidogo (R_g, k.m., 2-10 Ω) inayodhibiti kasi ya kubadili na kupunguza milio. Upinzani wa chini wa hiari (k.m., 10kΩ) kutoka geti hadi chanzi/emita unaweza kuongezwa kwa ulinzi wa ziada dhidi ya kelele wakati kiendeshi kimezimwa.

6.2 Mahesabu ya Usanifu na Mapatano

• Uchaguzi wa Upinzani wa Geti: R ndogo_g inaruhusu kubadili haraka (hasara za kubadili chini) lakini huongeza kilele cha sasa, EMI, na hatari ya mtetemo wa lango. Uwezo wa kilele cha sasa cha 1A ya kiendeshi huweka kikomo cha chini kulingana na voltage ya usambazaji na kizingiti cha lango.
• Kutokwa kwa Nguvu: Jumla ya kutokwa kwa nguvu lazima ihesabiwe na kukaguliwa dhidi ya kiwango cha juu cha 300 mW. Kutokwa kunatokana na LED ya pembejeo (I_F*V_F), the output IC quiescent current ((V_CC-V_EE)*I_CC), and the switching losses in the output stage. At high switching frequencies (up to 50 kHz max), switching losses become significant.
• Layout Considerations: Minimize loop areas for high-current paths: 1) The path from the bypass capacitor (0.1μF) to V_CC, V_EE, and V_OUT Pini. 2) Mzunguko wa kuendesha lango kutoka V_OUT hadi lango la kifaa cha nguvu, kupitia R_g, hadi chanzo/emita ya kifaa cha nguvu, na kurudi kwenye V_EE. Tumia nyufa fupi, pana au ndege ya ardhi.

7. Ulinganishi wa Kiufundi na Uwekaji Nafasi

Mfululizo wa ELS3150-G umewekwa nafasi kama kiendeshi cha fotokopla cha lango lenye nguvu na la matumizi mengi. Ikilinganishwa na fotokopla za msingi zisizo na hatua maalum ya pato, hutoa mkondo wa pato mkubwa zaidi (1A dhidi ya safu ya mA), na kuwezesha kuendesha moja kwa moja vifaa vya nguvu ya kati bila kifaa cha ziada cha kuhifadhi. Ikilinganishwa na baadhi ya viendeshaji vya jumuishi vipya vilivyo na viwango vya juu vya ushirikiano (k.m., ugunduzi wa kutokauka, uzima laini), hutoa kazi ya msingi, ya kuaminika ya kutengwa na kuendesha, mara nyingi kwa gharama ya chini na kuaminika kwa uwanja kuthibitishwa. Vipengele vyake muhimu vya kutofautisha ni mchanganyiko wa kuendesha kwa 1A, CMTI ya juu, anuwai ya joto pana, na kufuata viwango vikuu vya kimataifa vya usalama.

8. Maswali Yanayoulizwa Mara Kwa Mara (Kulingana na Vigezo vya Kiufundi)

Q: Je, naweza kutumia usambazaji wa umeme mmoja wa +15V (V_CC=15V, V_EE=0V) kuendesha IGBT?
A: Ndio, huu ni usanidi wa kawaida. Pato litabadilika kati ya takriban 0V na takriban 15V. Hakikisha kiwango cha voltage ya lango-emitter ya IGBT hakizidi na kwamba 15V inatosha kujaza IGBT kikamilifu (angalia V_{GE ya IGBT)} specification).

Q: Kwa nini ucheleweshaji wa uenezaji uliopimwa wangu ni mrefu zaidi kuliko kawaida ya ns 200?
A: Ucheleweshaji wa uenezaji unajaribiwa kwa mzigo maalum (C_g=10nF, R_g=10Ω). Ikiwa uwezo wa mlango wako ni mkubwa zaidi au kipingamizi cha mlango chako ni kikubwa zaidi, ucheleweshaji utaongezeka. Pia, hakikisha mkondo wa pembejeo I_F ni angalau 10 mA na capacitor ya kuzunguka imewekwa ipasavyo.

Sw: Kushuka kwa voltage ya pato kunaonekana kuwa kubwa wakati wa kuendesha 1A. Je, hii ni kawaida?
A: Ndiyo, angalia Takwimu 2 na 4. Kushuka kwa voltage ya 2-3V kwenye 1A ni kawaida, haswa katika hali ya joto kali. Hii hupunguza voltage ya uendeshaji ya lango inayofaa, ambayo lazima izingatiwe katika muundo. Ikiwa kushuka kwa chini ni muhimu, fikiria kutumia kiendeshi chenye R_ds(on) hatua ya pato au vifaa vilivyowekwa sambamba (kwa kuzingatia mwelekeo).

9. Mfano wa Utumizi wa Vitendo

Hali: Kuendesha IGBT ya 600V/30A katika mguu wa kigeuzi cha awamu moja kwa ajili ya kuendesha motor.
Ishara ya udhibiti kutoka kwa DSP (3.3V) imeunganishwa kwenye pembejeo ya kichujio cha nuru kupitia kipingamizi cha 180Ω (I_F ≈ (3.3V-1.5V)/180Ω ≈ 10 mA). Upande wa pato hutumia kigeuzi cha flyback kilichotengwa kutoa +15V (V_CC) na -5V (V_EE) usambazaji, ikitoa mzunguko wa mlango wa 20V. Capacitor ya seramiki ya 0.1μF imewekwa moja kwa moja kwenye pini 4 na 6. Pato (Pini 5) inaunganishwa kwenye mlango wa IGBT kupitia resistor ya mlango ya 4.7Ω kudhibiti dV/dt na kupunguza EMI. Voltage hasi ya kuzima inasaidia kuzuia kuwashwa kwa bahati nasibu kwa sababu ya uwezo wa Miller. Ukadiriaji wa juu wa CMTI unahakikisha uendeshaji unaotegemewa licha ya dv/dt ya juu inayotokana wakati IGBT ya ziada katika mguu inabadilisha.

10. Kanuni ya Uendeshaji

The device operates on the principle of optical isolation. An electrical input signal applied to the LED (Pins 1 & 3) causes it to emit infrared light. This light traverses an optically transparent isolation barrier (typically a molded plastic) and strikes a photodiode array integrated into the output-side IC. The photocurrent generated is processed by the IC's internal circuitry to udhibiti a totem-pole output stage consisting of a high-side and a low-side transistor. This output stage can source and sink current to rapidly charge and discharge the capacitive load presented by the power device's gate. The internal metallic shield between the LED and the detector IC capacitively decouples them, greatly enhancing immunity to fast common-mode voltage transients.

11. Mienendo ya Sekta

Mahitaji ya gate driver photocouplers bado ni makubwa katika sekta ya otomatiki ya viwanda, nishati mbadala, na magari ya umeme, yanayosukumwa na hitaji la kutenganishwa kwa juu-voltage kwa uaminifu. Mienendo mikuu inayoathiri kategoria hii ya bidhaa ni pamoja na: 1) Ujumuishaji wa Juu Zaidi: Kujumuisha vipengele vya juu vya ulinzi kama utambuzi wa kukosekana kwa usawa, kibanzi cha Miller kinachofanya kazi, na njia za maoni za hitilafu ndani ya kifurushi kilichotengwa. 2) Kasi ya Juu zaidi na Mpangilio wa Kuchelewesha wa Chini: Ili kusaidia semiconductors za wide-bandgap (SiC, GaN) zinazobadilika kwa kasi zaidi. 3) Vipimo Imara Vya Kuaminika: Utabiri wa muda mrefu wa uendeshaji, halijoto ya juu zaidi ya makutano, na uthabiti ulioboreshwa dhidi ya mionzi ya anga kwa matumizi ya magari na anga. 4) Kupunguzwa Ukubwa wa KifurushiKuhamia vifurushi vidogo vya kusakinishwa kwenye uso (kama SO-8) vilivyo na viwango vya kutenganishwa sawa au bora zaidi ili kuokoa nafasi kwenye bodi. Muundo wa msingi wa kutenganishwa kwa mwanga, kama inavyoonyeshwa na ELS3150-G, unaendelea kuwa suluhisho linalotegemewa na linalotumiwa sana kwa sababu ya unyenyekevu wake, usugu dhidi ya kelele, na uaminifu wa muda mrefu uliothibitishwa.