Karatasi ya Data ya Kiufundi ya Mfululizo wa ELM453H-G - Photocoupler ya Lojikati ya Kasi ya 10Mbit/s, Kifurushi cha 5-Pin SOP, Voltage ya Kutengwa 3750Vrms

1. Muhtasari wa Bidhaa

Mfululizo wa ELM453H-G unawakilisha familia ya photocouplers za lojikati za kasi (opto-isolators) zilizoundwa kwa matumizi magumu ya kutenganisha dijitali. Vifaa hivi vimeundwa kutoa usambazaji wa ishara unaoaminika huku vikidumisha kutengwa kwa juu kwa umeme kati ya saketi za ingizo na pato. Kazi kuu ni kuhamisha ishara za lojikati dijitali kupitia kizuizi cha kutengwa kwa kutumia LED ya infrared inayounganishwa kwa mwanga na photodetector ya kasi na kikuza cha transistor.

Soko kuu la sehemu hii linajumuisha otomatiki ya viwanda, mifumo ya kuendesha motor, mitandao ya mawasiliano ya fieldbus, na udhibiti wa usambazaji wa umeme ambapo kinga dhidi ya kelele na kutengwa kwa usalama ni muhimu. Faida zake kuu zinatokana na utendaji wake ulioboreshwa wa kasi ikilinganishwa na photocouplers za kawaida za phototransistor, zilizopatikana kupitia muunganisho tofauti wa upendeleo wa photodiode ambayo hupunguza uwezo wa msingi-kukusanya.

2. Uchambuzi wa kina wa Vigezo vya Kiufundi

Sehemu hii inatoa uchambuzi wa lengo wa vigezo muhimu vya umeme na mwanga vilivyobainishwa katika karatasi ya data.

2.1 Vipimo Vya Juu Kabisa

Vipimo hivi hufafanua mipaka ya mkazo ambayo ikiwa ikizidi, uharibifu wa kudumu unaweza kutokea. Mipaka muhimu inajumuisha:

• Mkondo wa Mbele wa Ingizo (I_F): kiwango cha juu cha 25 mA. Kuzidi hii kunaweza kudhoofisha au kuharibu LED ya ingizo.
• Voltage ya Kutengwa (V_ISO): 3750 V_rmskwa dakika 1. Hii ni kiwango muhimu cha usalama kinachothibitisha nguvu ya dielectric ya kizuizi cha ndani cha kutengwa, kilichojaribiwa na pini 1 & 3 zikiwa fupi upande mmoja na pini 4, 5 & 6 zikiwa fupi upande mwingine.
• Joto la Uendeshaji (T_OPR): -40 hadi +125 °C. Safu hii pana inahakikisha uendeshaji unaoaminika katika mazingira magumu ya viwanda.
• Joto la Kuuza (T_SOL): 260 °C kwa sekunde 10, inayolingana na wasifu wa kawaida wa reflow isiyo na risasi.

2.2 Tabia za Umeme

Vigezo vya utendaji vilivyohakikishwa chini ya hali maalum za majaribio.

2.2.1 Tabia za Ingizo

• Voltage ya Mbele (V_F): Kwa kawaida 1.4V, na kiwango cha juu cha 1.8V kwa I_F=16mA. Hii hutumiwa kuhesabu upinzani unaohitajika wa kudhibiti mkondo kwa saketi ya kiendeshi cha LED.
• Uwezo wa Ingizo (C_IN): Kwa kawaida 70 pF. Uwezo wa chini unaweza kuchangia utendaji bora wa masafa ya juu upande wa ingizo.

2.2.2 Tabia za Pato na Uhamishaji

• Voltage ya Pato ya Kiwango cha Chini (V_OL): Kiwango cha juu cha 0.4V kwa I_F=16mA, I_O=3mA, V_CC=4.5V. Hii inafafanua kiwango cha lojikati '0' cha pato chini ya mzigo.
• Uwiano wa Uhamishaji wa Mkondo (CTR): Kiwango cha chini cha 20% chini ya hali sawa za majaribio. CTR ni uwiano wa mkondo wa transistor ya pato kwa mkondo wa LED ya ingizo. Hakikisho la kiwango cha chini linahakikisha uwezo wa kutosha wa kuendesha pato.
• Mkondo wa Pato wa Kiwango cha Juu (I_OH): Mkondo wa uvujaji wa chini sana (kiwango cha juu cha 5 µA kwa 25°C) wakati LED imezimwa, ikihakikisha pato safi la lojikati '1'.

2.3 Tabia za Kubadilisha

Vigezo hivi hufafanua kasi ya kifaa na kinga dhidi ya kelele, muhimu kwa usambazaji wa data.

• Ucheleweshaji wa Usambazaji (T_PHL, T_PLH): Kwa kawaida 0.35 µs (chini) na 0.45 µs (juu), na kiwango cha juu cha 1.0 µs. Hii inaruhusu viwango vya usambazaji wa ishara hadi 1Mbit/s, ingawa kichwa kinapendekeza uwezo wa 10Mbit/s kwa toleo la lojikati.
• Kinga ya Msukosuko wa Kawaida (CM_H, CM_L): Kiwango cha chini cha 10 kV/µs. Hiki ni kigezo muhimu kinachoonyesha uwezo wa kifaa kukataa misukosuko ya haraka ya voltage (kelele) inayoonekana sawasawa pande zote mbili za kizuizi cha kutengwa. CMTI ya juu huzuia kubadilisha pato vibaya katika mazingira yenye kelele kama vile kuendesha motor.

3. Uchambuzi wa Mviringo wa Utendaji

Karatasi ya data inarejelea mikunjo ya kawaida ya tabia za umeme-na-mwanga. Ingawa haijaonyeshwa katika maandishi yaliyotolewa, mikunjo hii kwa kawaida huonyesha uhusiano muhimu kwa ubunifu:

• Uwiano wa Uhamishaji wa Mkondo (CTR) dhidi ya Mkondo wa Mbele (I_F): Inaonyesha jinsi ufanisi hubadilika na mkondo wa kiendeshi, ikisaidia kuboresha sehemu ya uendeshaji.
• CTR dhidi ya Joto la Mazingira (T_A): Inaonyesha kupungua kwa CTR kwa kuongezeka kwa joto, muhimu kwa uendeshaji wa joto la juu.
• Ucheleweshaji wa Usambazaji dhidi ya Upinzani wa Mzigo (R_L): Inaonyesha usawazishaji kati ya kasi ya kubadilisha na uwezo wa kuendesha pato.
• Voltage ya Mbele dhidi ya Joto: Muhimu kwa usimamizi wa joto la saketi ya ingizo.

Wabunifu wanapaswa kushauriana na michoro kamili ya karatasi ya data ili kuelewa uhusiano huu usio wa mstari kwa ubunifu thabiti wa saketi.

4. Taarifa za Mitambo na Kifurushi

4.1 Vipimo vya Kifurushi

Kifaa kimewekwa kwenye kifurushi cha kawaida cha 5-pin Small Outline Package (SOP). Mchoro wa kina wa mitambo hutoa vipimo halisi vya urefu, upana, urefu, umbali wa pini, na umbali wa kusimama. Taarifa hii ni muhimu kwa ubunifu wa alama ya PCB na kuhakikisha nafasi inayofaa.

4.2 Mpango wa Pad Unayopendekezwa

Mpango wa pad wa kusakinishwa kwenye uso unayopendekezwa umetolewa. Karatasi ya data inabainisha kwa usahihi kwamba huu ni ubunifu wa kumbukumbu na unapaswa kubadilishwa kulingana na michakato ya uzalishaji ya kibinafsi (k.m., aina ya wino la kuuza, wasifu wa reflow). Kufuata viwango vya IPC kunapendekezwa kwa ubunifu wa mwisho wa pad.

4.3 Utambulisho wa Ubaguzi na Alama ya Kifaa

Usanidi wa Pini:

1. Anodi (Ingizo LED +)
2. Hakuna Muunganisho / Ndani
3. Kathodi (Ingizo LED -)
4. GND (Ardhi ya Pato)
5. V_OUT(Ishara ya Pato)
6. V_CC(Voltage ya Usambazaji wa Pato)

Alama ya Kifaa:Juu ya kifurushi kimewekewa alama "EL" (msimbo wa mtengenezaji), "M453H" (nambari ya kifaa), msimbo wa mwaka wa tarakimu 1 (Y), msimbo wa wiki wa tarakimu 2 (WW), na "V" ya hiari kwa matoleo yaliyoidhinishwa na VDE. Hii inaruhusu ufuatiliaji.

5. Mwongozo wa Kuuza na Usanikishaji

Kuuza kwa Reflow:Sehemu hii imepimwa kwa joto la juu la kuuza la 260°C kwa sekunde 10. Hii inalingana na wasifu wa kawaida wa reflow isiyo na risasi (IPC/JEDEC J-STD-020). Joto la kilele na wakati juu ya kioevu lazima vidhibitiwe ili kuzuia uharibifu wa kifurushi.

Hali ya Hifadhi:Safu ya joto la hifadhi ni -55 hadi +125 °C. Taarifa ya Kiwango cha Ustahiki wa Unyevu (MSL), muhimu kwa vifaa vya kusakinishwa kwenye uso, inapaswa kuthibitishwa kutoka kwa karatasi kamili ya data au ufungaji. Tahadhari za kawaida za kuoka vipengee vilivyonasa unyevu kabla ya reflow zinapaswa kufuatwa ikiwa inatumika.

6. Taarifa za Ufungaji na Kuagiza

6.1 Nambari ya Sehemu ya Kuagiza

Nambari ya sehemu hufuata muundo:ELM453H(Z)-VG

• Z: Chaguo la Ukanda na Reel. 'Hakuna' kwa mrija (vitengo 100), 'TA' au 'TB' kwa mwelekeo tofauti wa reel (vitengo 3000/reel).
• V: Inaashiria uthibitisho wa VDE umoja.
• G: Inaonyesha muundo wa nyenzo zisizo na halojeni.

6.2 Vipimo vya Ukanda na Reel

Vipimo vya kina vya ukanda wa kubeba (upana, ukubwa wa mfuko, umbali) na vipimo vya reel vinatolewa kwa usanikishaji wa kuchukua-na-kuweka otomatiki. Chaguo TA na TB hutofautiana katika mwelekeo wa kipengele ndani ya ukanda, ikiaathiri mwelekeo wa kulisha kutoka kwa reel.

7. Mapendekezo ya Matumizi

7.1 Saketi za Kawaida za Matumizi

Kipokeaji cha Mstari / Kutenganisha Ishara ya Dijitali:Kifaa hiki ni bora kwa kutenganisha mistari ya data ya serial kama vile RS-485, CAN, au nyingine katika mitandao ya viwanda. CMTI ya juu inalinda dhidi ya tofauti za uwezo wa ardhi na kelele.

Kutenganisha Kuendesha Gate katika Kuendesha Motor:Inatumika kutenganisha ishara ya udhibiti ya voltage ya chini kutoka kwa saketi ya kiendeshi cha gate yenye kelele na voltage ya juu kwa IGBTs au MOSFETs. Voltage ya juu ya kutengwa (3750Vrms) na kasi ni muhimu hapa.

Kutenganisha Ardhi ya Lojikati:Kutenganisha ardhi za dijitali kati ya mifumo ndogo (k.m., kati ya kiolesura cha sensor ya analog nyeti na microcontroller yenye kelele) ili kuzuia mizunguko ya ardhi na kuunganisha kelele.

7.2 Mambo ya Kuzingatia katika Ubunifu

• Kudhibiti Mkondo wa Ingizo:Upinzani wa nje lazima utumike kuweka mkondo wa mbele wa LED (I_F), kwa kawaida karibu 16mA kwa vigezo vilivyohakikishwa. Thamani ya upinzani ni R_LIMIT= (V_DRIVE- V_F) / I_F.
• Upinzani wa Kuvuta Juu wa Pato:Upinzani wa kuvuta juu (R_L) unahitajika kwenye pato (pini 5 hadi V_CC). Thamani yake huathiri kasi ya kubadilisha (R_L= haraka, lakini mkondo wa juu) na kiwango cha juu cha lojikati. Hali ya majaribio hutumia 1.9 kΩ.
• Kutenganisha Usambazaji wa Nguvu:Weka capacitor ya seramiki ya 0.1 µF karibu na pini 4 (GND) na 6 (V_CC) ili kuhakikisha uendeshaji thabiti na kupunguza kelele ya kubadilisha.
• Uvujaji na Nafasi:Kwenye PCB, dumisha umbali wa kutosha wa uvujaji na nafasi kati ya saketi za ingizo na pato (pamoja na mistari na vipengele) ili kudumisha kiwango cha juu cha kutengwa kwa voltage. Fuata viwango vinavyofaa vya usalama (k.m., IEC 61010-1).

8. Ulinganisho wa Kiufundi na Tofauti

Tofauti kuu ya ELM453H-G kutoka kwa photocouplers za kawaida za phototransistor nikasiyake. Kwa kutoa muunganisho tofauti wa msingi (kupitia photodiode iliyounganishwa) kuweka upendeleo wa transistor ya pato, inapunguza sana athari ya uwezo wa Miller ambayo hupunguza kasi ya phototransistors za kawaida. Hii inafanya iweze kutumika kwa usambazaji wa data dijitali katika safu ya 1Mbit/s hadi 10Mbit/s, wakati vifaa vya kawaida mara nyingi vimewekewa kikomo chini ya 100 kbit/s.

Zaidi ya hayo, mkusanyiko wake wa uthibitisho wa kimataifa wa usalama (UL, cUL, VDE, SEMKO, n.k.) na kufuata kanuni zisizo na halojeni, RoHS, na REACH hufanya iwe chaguo bora kwa masoko ya kimataifa yanayo na mahitaji madhubuti ya mazingira na usalama.

9. Maswali Yanayoulizwa Mara kwa Mara (Kulingana na Vigezo vya Kiufundi)

Q: Kasi ya juu ya data ambayo photocoupler hii inaweza kusaidia ni nini?

A: Kulingana na ucheleweshaji wa juu wa usambazaji wa 1.0 µs, kifaa kinaweza kusaidia kwa uaminifu viwango vya data ya angalau 1 Mbit/s. Marejeleo ya 10 Mbit/s kwenye kichwa yanapendekeza utendaji ulioboreshwa au toleo maalum; kasi halisi ya juu inategemea ubunifu wa saketi (R_L, I_F) na inapaswa kuthibitishwa na vipimo vya wigo kwa matumizi muhimu.

Q: Ninawezaje kuhakikisha kiwango cha juu cha kutengwa kinadumishwa katika ubunifu wangu?

A: Ujenzi wa ndani wa kifaa hutoa kutengwa. Ili kuudumisha kwenye PCB, lazima uhakikishe umbali wa kutosha wa kimwili (uvujaji/nafasi) kati ya vipengele vyote vya uendeshaji (mistari, pad, vipengele) vinavyohusiana na upande wa ingizo (pini 1,2,3) na upande wa pato (pini 4,5,6). Fuata miongozo ya mpangilio wa PCB kwa insulation iliyowekwa nguvu kulingana na voltage ya kufanya kazi.

Q: Naweza kutumia hii kutenganisha ishara za analogi?

A: Ingawa imeorodheshwa kwa kutenganisha ardhi ya ishara ya analogi, kimsingi ni kifaa cha dijitali (lojikati) chenye CTR isiyo ya mstari. Haifai kwa kutenganisha ishara ya mstari ya analogi. Kwa madhumuni hayo, optocoupler maalum ya mstari au kikuza cha kutengwa kingekuwa kifaa sahihi zaidi.

10. Kesi ya Matumizi ya Vitendo

Hali: Mawasiliano ya SPI Iliyotengwa katika Kitengo cha Kudhibiti Motor.

Microcontroller kwenye bodi ya udhibiti ya 3.3V inahitaji kutuma data ya usanidi kupitia SPI hadi ADC iliyoko karibu na awamu ya motor yenye nguvu ya juu. Uwezo wa ardhi una kelele na ni tofauti. ELM453H-G inaweza kutumika kutenganisha mistari ya saa ya SPI (SCK) na uteuzi wa chip (CS). GPIO ya microcontroller huendesha LED kupitia upinzani wa kudhibiti mkondo. Pini ya pato (5) inavutwa juu hadi usambazaji wa 5V wa ADC kupitia upinzani wa 2.2kΩ, ikitoa ishara safi ya lojikati iliyotengwa. CMTI ya juu inahakikisha ishara za SPI haziharibiki na kelele ya kubadilisha ya motor.

11. Kanuni ya Uendeshaji

Kifaa hiki hufanya kazi kwa kanuni ya kuunganisha kwa mwanga. Mkondo wa umeme unaotumika kwa Diodi ya Kutoa Mwanga ya Infrared (IRED) ya ingizo husababisha kutoka kwa mwanga. Mwanga huu hupita kizuizi cha uwazi cha kutengwa (kwa kawaida silicone iliyotengenezwa au polymer) na kugonga photodiode ndani ya chip ya kigunduzi iliyounganishwa. Mkondo wa photodiode hukuza na kusindika na hatua ya transistor ili kutoa ishara inayolingana ya pato ya dijitali (kumwaga mkondo hadi ardhi wakati inafanya kazi). Kutengwa kamili kwa umeme kunapatikana kwa sababu ishara inahamishwa na mwanga, bila njia ya uendeshaji wa umeme kupitia kizuizi.

12. Mienendo ya Sekta

Mwelekeo katika kutenganisha ishara unaelekea kasi za juu, matumizi ya nguvu ya chini, vifurushi vidogo, na kuunganishwa kwa njia nyingi katika kifurushi kimoja. Ingawa photocouplers zinazojitegemea kama ELM453H-G zinaendelea kuwa muhimu kwa uthabiti wao, uwezo wa voltage ya juu, na unyenyekevu, teknolojia mpya kama vile isolators za uwezo na isolators za upinzani mkubwa wa sumaku (GMR) zinashindana katika matumizi yanayohitaji viwango vya juu sana vya data (>100 Mbit/s) au uaminifu ulioboreshwa katika uga wa sumaku uliokithiri. Hata hivyo, kuunganisha kwa mwanga kunaendelea kutawala katika matumizi yanayohitaji kutengwa kwa juu sana kwa voltage ya kufanya kazi, uaminifu wa muda mrefu uliothibitishwa, na kinga dhidi ya usumbufu wa sumaku.