Waraka wa Kiufundi ya Kiingereza: Mfululizo wa EL045X EL050X wa Transistor Photocoupler wa Kasi ya Juu 1Mbit/s yenye Pini 8 na Kifurushi SO-8 - Voltage 5V/15V/30V

1. Mchakato wa Bidhaa

Mfululizo wa EL045X na EL050X ni vihusishi-mwanga (optocouplers) zenye pato la transistor za kasi sana, zilizoundwa kwa ajili ya kutenganisha ishara katika saketi za elektroniki zenye mahitaji makubwa. Kifaa kila kimoja kinaunganisha diode inayotoa mwanga wa infrared (LED) ambayo imeunganishwa kwa njia ya mwanga na transistor ya kugundua mwanga ya kasi sana. Kipengele muhimu cha muundo ni muunganisho tofauti unaotolewa kwa ajili ya upendeleo wa photodiode na kolekta ya transistor ya pato. Muundo huu unaboresha kasi ya kubadili kwa kiasi kikubwa kwa kupunguza uwezo wa msingi-kolekta wa transistor ya pembejeo ikilinganishwa na vihusishi-mwanga vya transistor vya kawaida. Vifaa hivi vimewekwa ndani ya kifurushi kidogo cha 8-pin Small Outline Package (SOP) kinacholingana na ukubwa wa kawaida wa SO-8, na kuzifanya zifae kwa matumizi yenye nafasi ndogo.

Faida kuu ya mfululizo huu iko katika mchanganyiko wa uwezo wa usafirishaji wa data wa kasi ya juu (hadi 1 Mbit/s) na utengano thabiti wa umeme. Wanatoa kinga ya juu ya msuguano wa kawaida (CMTI), hasa lahaja ya EL0453 ambayo inahakikisha kiwango cha chini cha 15 kV/µs, na kuwafanya wafaa kwa mazingira yenye kelele kama vile madereva ya motor na vifaa vya usambazaji wa nguvu vya kubadili-hali. Mfululizo huu unajulikana kwa anuwai pana ya halijoto ya uendeshaji, kufuata viwango vya kimataifa vya usalama na mazingira (UL, cUL, VDE, RoHS, Halogen Free, REACH), na unapatikana katika viwango tofauti vya uwiano wa uhamishaji wa sasa (CTR) ili kukidhi mahitaji mbalimbali ya matumizi.

2. Uchunguzi wa kina wa Vigezo vya Kiufundi

2.1 Viwango vya Juu Kabisa

Viwango hivi vinabainisha mipaka ya mkazo ambayo kuzidi yake kunaweza kusababisha uharibifu wa kudumu kwa kifaa. Haipendekezwi kutumia kifaa kwa mfululizo kwenye au karibu na mipaka hii.

• Ingizo (Upande wa LED): Mwendo wa juu unaoendelea mbele (I_F) ni 25 mA. Inaweza kushughulikia mwendo wa kilele mbele (I_FP) ya 50 mA chini ya hali ya msukumo (mzunguko wa wajibu 50%, upana wa msukumo 1ms). Mwendo wa juu sana wa muda mfupi (I_Ftrans) ya 1A inaruhusiwa kwa mipigo mifupi sana (≤ 1µs, 300 pps). Voltage ya juu ya nyuma (V_R) ni 5V.
• Pato (Upande wa Kigunduzi): Msimu wa pato la wastani (I_O(AVG)) haipaswi kuzidi 8 mA, na msimu wa pato wa kilele (I_O(PK)) limit of 16 mA. The output voltage (V_O) can range from -0.5V to +20V, and the supply voltage (V_CC) kutoka -0.5V hadi +30V.
• Isolation & Thermal: Vifaa vinatoa voltage ya juu ya utoaji (V_ISO) ya 3750 V_rms (ilijaribiwa kwa dakika 1). Anuwai ya joto ya uendeshaji (T_OPR) ni pana sana, kutoka -55°C hadi +100°C. Joto la juu la kuuza linaweza kufikia 260°C kwa sekunde 10.

2.2 Electrical & Transfer Characteristics

Vigeo hivi vinahakikishiwa katika safu ya halijoto ya uendeshaji kutoka 0°C hadi 70°C isipokuwa imebainishwa vinginevyo.

• Sifa za Ingizo: Voltage ya mbele ya kawaida (V_F) ya LED ni 1.45V kwenye mkondo wa mbele (I_F) wa 16 mA, na upeo wa 1.8V. Voltage ya mbele ina mgawo hasi wa joto wa takriban -1.9 mV/°C.
• Tabia za Pato: Vigezo muhimu vinajumuisha Logic High Output Current (I_OH), ambayo ni ya chini sana (kiwango cha uvujaji, kwa kawaida 0.001 µA kwenye V_CC=5.5V), na mikondo ya usambazaji katika logic low (I_CCL, ~140 µA) na mstari wa juu wa mantiki (I_CCH, ~0.01 µA) states.
• Current Transfer Ratio (CTR): This is a critical parameter defining the efficiency of the optocoupler. The series is offered in different CTR grades:
  • EL0500: CTR kiwango cha chini 7%, kiwango cha juu 50% (mtihani wa kawaida: I_F=16mA, V_O=0.4V).
  • EL0501 / EL0452 / EL0453: CTR kiwango cha chini 19%, kiwango cha juu 50% (jaribio la kawaida: I_F=16mA, V_O=0.4V).
  CTR dhaminiwa ya chini katika hali maalum (mfano, 5% kwa EL0500, 15% kwa zingine kwa V_O=0.5V) pia imebainishwa, ikihakikisha utendaji katika hali zisizo bora.
• Voltage ya Pato ya Logic Low (V_OL): The maximum voltage at the output when the device is in the "ON" state. It is typically 0.18V and guaranteed to be below 0.4V or 0.5V depending on the load current (I_O).

2.3 Switching Characteristics

Measured under standard conditions (I_F=16mA, V_CC=5V, T_A=0 to 70°C), these parameters define the device's speed.

• Propagation Delay:
  • EL0500: Propagation delay time to logic low (t_PHL) and to logic high (t_PLH) ni kiwango cha juu cha 2.0 µs kwa upinzani wa mzigo wa 4.1 kΩ (R_L).
  • EL0501 / EL0452 / EL0453: Kubadilisha kwa kasi zaidi na t_PHL na t_PLH kiwango cha juu cha 1.0 µs kwa kutumia upinzani wa mzigo wa 1.9 kΩ.
• Common Mode Transient Immunity (CMTI): Hii inapima uwezo wa kifaa cha kukataa mabadiliko ya haraka ya voltage kati ya ardhi ya pembejeo na pato. Ni kigezo muhimu cha kukinga kelele katika mifumo iliyotengwa.
  • EL0453: Inatoa utendaji bora kwa minimum CMTI of 15,000 V/µs at a common-mode voltage (V_CMya 1500V kilele-hadi-kilele.
  • EL0500 / EL0501 / EL0452: Kuwa na kawaida CMTI ya 1,000 V/µs kwenye V_CM=10V p-p.
  CMTI imebainishwa tofauti kwa pato lililowekwa kwenye mantiki ya juu (CM_H) na mantiki ya chini (CM_L) states.

3. Uchambuzi wa Mkunjo wa Utendaji

Karatasi ya data inarejelea mikunjo ya kawaida ya sifa za umeme-optiki. Ingawa michoro maalum haijatolewa katika maandishi, mikunjo ya kawaida kwa vifaa kama hivyo kwa kawaida inajumuisha:

• Current Transfer Ratio (CTR) vs. Forward Current (I_F): Inaonyesha jinsi ufanisi unavyobadilika na mkondo wa kuendesha LED, kwa kawaida ukifikia kilele katika I maalum._F.
• CTR vs. Ambient Temperature (T_A): Inaonyesha utegemezi wa ufanisi wa kuunganisha kwa joto, ambao kwa ujumla hupungua kadiri joto linavyoongezeka.
• Propagation Delay vs. Load Resistance (R_L): Inaonyesha jinsi kasi ya kubadili inavyoathiriwa na mzigo wa pato.
• Voltage ya Mbele (V_F) dhidi ya Sasa ya Mbele (I_F): Mkunjo wa kawaida wa I-V kwa LED ya ingizo.
• Voltage ya Ujazo wa Pato dhidi ya Sasa ya Pato: Inaonyesha uhusiano kati ya voltage ya kolekta-emita na mkondo wakati fototransista iko katika hali ya kujaa.

Mipaka hii ni muhimu kwa wabunifu ili kuboresha utendaji wa sakiti, kuchagua sehemu sahihi za uendeshaji, na kuelewa tabia ya kifaa chini ya hali zisizo za kawaida.

4. Mechanical & Package Information

4.1 Pin Configuration and Function

Kifaa kinatumia kifurushi cha 8-pin SOP. Kuna usanidi mkuu wa pini mbili unaolingana na nambari tofauti za sehemu:

• Kwa EL0500 / EL0501:
  1. Hakuna Muunganisho
  2. Anodi (LED +)
  Cathode (LED -)
No Connection Ground (GND) Output (V_OUT) 7. Bias Voltage (V_B) - This pin is key for speed enhancement. 8. Supply Voltage (V_CC)
• For EL0452 / EL0453:
  1. Hakuna Muunganisho
  2. Anodi (LED +)
  Cathode (LED -)
No Connection Ground (GND) Output (V_OUT) 7. No Connection 8. Supply Voltage (V_CC)

The presence of the V_B Pini (Pin 7) katika EL0500/01 huruhusu upendeleo wa nje wa photodiode, ambayo ni utaratibu wa kufikia kasi ya juu zaidi. Aina za EL0452/43 huenda zina mtandao huu wa upendeleo uliowekwa ndani.

5. Application Guidelines

5.1 Typical Application Circuits

The datasheet includes reference test circuits for measuring switching time and common-mode transient immunity (Figures 8 & 9). These circuits serve as a guide for implementation:

• Switching Time Test Circuit: Typically involves driving the input LED with a pulse generator through a current-limiting resistor. The output is connected to V_CC kupitia kizuizi cha kuvuta (R_L = 4.1kΩ au 1.9kΩ kama ilivyobainishwa) na kufuatiliwa kwa oscilloscope. Ucheleweshaji wa usambazaji hupimwa kati ya sehemu za 50% za mawimbi ya pembejeo na pato.
• Mzunguko wa Kujaribu Ukingo wa Mabadiliko ya Ghafla: Inahusisha kutumia msukumo wa hali ya kawaida wenye voltage ya juu, na kupanda kwa kasi (V_CM) kati ya pini za pembejeo zilizofungwa fupi (1-4) na pini za pato zilizofungwa fupi (5-8). Hali ya pato inazingatiwa ili kuhakikisha haibadiliki vibaya kutokana na msukumo wa muda mfupi.

5.2 Design Considerations

• Kizuizi cha Mkondo wa LED: Resistor ya nje ya nje inahitajika kutumika katika mfululizo na LED ya pembejeo ili kuweka mkondo wa mbele (I_F). Thamani hii huhesabiwa kulingana na voltage ya usambazaji, voltage ya mbele ya LED (V_F), na I inayotakiwa_F (mara nyingi 16 mA kwa kasi bora/CTR).
• Resistor ya Mzigo wa Pato (R_L): Uchaguzi wa kipingamizi cha kuvuta juu huathiri kasi ya kubadili, matumizi ya nguvu, na viwango vya mantiki. R ndogo_L hutoa nyakati za kupanda kwa kasi lakini huongeza upotezaji wa nguvu wakati pato liko chini. Karatasi ya data inabainisha masharti ya majaribio na R_L=4.1kΩ kwa EL0500 na 1.9kΩ kwa wengine.
• Ukingo wa Usumbufu wa Kelele: Kwa matumizi katika mazingira yenye kelele ya umeme (madereva ya motori, udhibiti wa viwanda), kuchagua lahaja ya EL0453 kwa sababu ya CMTI yake ya juu iliyohakikishwa ni muhimu. Mpangilio sahihi wa PCB, na nyufu fupi na kondakta za kutenganisha karibu na pini za kifaa, pia ni muhimu.
• Uharibifu wa CTR: Kama optocouplers zote, CTR ya vifaa hivi itapungua polepole baada ya muda, hasa wakati inatumika kwa joto la juu na mikondo ya juu ya LED. Usanifu unapaswa kujumuisha kiasi cha kutosha cha ukingo ili kuhakikisha utendakazi wa mzunguko katika maisha yaliyokusudiwa ya bidhaa.

6. Technical Comparison & Selection Guide

Mfululizo wa EL045X/EL050X unatoa anuwai ya chaguzi zilizobinafsishwa kwa mahitaji tofauti:

• EL0500 dhidi ya EL0501 / EL0452 / EL0453: Tofauti kuu ni Uwiano wa Uhamishaji wa Sasa (CTR). EL0500 ina CTR ya chini zaidi (7% dhidi ya 19%), na kufanya iwe inafaa kwa matumizi ambapo mkondo wa kuingiza unaweza kuwa mkubwa zaidi. Wengine hutoa usikivu wa juu zaidi.
• EL0453 dhidi ya Wengine: EL0453 inajitokeza kwa sababu ya kiwango cha chini kilichohakikishiwa Ukinzani wa Muda wa Kawaida wa 15 kV/µs. Hii inafanya iwe chaguo bora kwa matumizi ya kutengwa na kelele nyingi kama vitanzi vya maoni vya usambazaji wa umeme wa kubadili au madereva ya lango la ubadilishaji wa gari la kuendesha motokaa, ambapo mishtuko ya voltage ni ya kawaida. Aina nyingine zinaonyesha CMTI ya kawaida ya 1000 V/µs.
• Usanidi wa Pini: EL0500/01 zina V inayotumika_B Pini (7), wakati EL0452/43 ina hiyo kama NC. Hii inaonyesha tofauti za muundo wa ndani kwa uboreshaji wa kasi.

Muhtasari wa Uchaguzi: Chagua EL0453 kwa kinga ya juu zaidi dhidi ya kelele. Chagua EL0501/EL0452 kwa usikivu wa juu na kasi ya kawaida. Chagua EL0500 kwa matumizi yanayohitajia gharama nafuu ambapo CTR ya chini inakubalika na sasa ya kuendesha sio kikwazo.

7. Taarifa za Ufungaji na Maagizo ya Kuagiza

Vifaa vinapatikana katika chaguzi mbalimbali za ufungaji ili kukidhi mahitaji ya uzalishaji.

• Ufungaji wa Kawaida: 100 units per tube.
• Tape and Reel Options: Available in TA or TB reel types, containing 2000 units per reel. This is suitable for automated surface-mount assembly.
• VDE Option: Sehemu zinaweza kuagizwa na uthibitisho wa VDE (zinaonyeshwa na kiambishi "-V").
• Uhesabuji wa Nambari ya Sehemu: Nambari ya sehemu inafuata muundo: EL050X(Z)-V au EL045X(Z)-V, ambapo:
  • X = Nambari ya kifaa (0,1 kwa EL050x; 2,3 kwa EL045x).
  • Z = Tape & Reel option (TA, TB, or blank for tube).
  • -V = Uthibitishaji wa hiari wa VDE.
  Mfano: EL0453(TA)-V inaashiria kifaa cha EL0453 kwenye ufungaji wa tepi na reel ya TA na idhini ya VDE.

8. Kanuni ya Uendeshaji

Kifaa hiki hufanya kazi kwa kanuni ya kuunganisha kwa mwanga kwa ajili ya kutengwa kwa umeme. Ishara ya umeme inayotumika kwenye upande wa pembejeo husababisha LED ya infrared kutokeza mwanga sawia na sasa. Mwanga huu huvuka pengo la kuzuia (kwa kawaida dielectriki ya uwazi) na kugonga kigunduzi cha mwanga kwenye upande wa pato. Katika mfululizo huu, kigunduzi ni diode nyeti kwa mwanga iliyounganishwa kwenye msingi wa transistor ya kasi ya juu. Pini tofauti ya upendeleo (V_B Katika baadhi ya toleo) huruhusu kuwapa upendeleo wa awali kifotodiodi, ambacho hupunguza uwezo wake wa kiunganishi. Wakati mwanga unapogonga kifotodiodi, hutengeneza mkondo unaoendesha moja kwa moja msingi wa transistor, na kuuwasha. Muundo huu unazuia uwezo mkubwa wa Miller unaohusishwa na kiunganishi cha msingi-mkusanyaji cha transistor ya kawaida ya mwanga, na kuwezesha kasi kubwa zaidi za kubadili—hadi 1 Mbit/s. Njia ya mwanga hutoa kutengwa kwa umeme, kuzuia volti za juu (hadi 3750 V_rms) na kukataa kelele ya aina ya kawaida kati ya saketi za ingizo na pato.

9. Matumizi ya Matukio

• Switch-Mode Power Supply (SMPS) Feedback Loops: Inatoa usawa wa voltage uliotengwa kutoka upande wa pili hadi kudhibiti upande wa kwanza, inahitaji kasi kwa uthabiti wa kitanzi na CMTI ya juu ili kustahimili kelele za kubadili.
• Motor Drive Inverter Isolation: Kutenganisha ishara za kuendesha lango kwa IGBTs au MOSFETs katika madereva ya masafa yanayobadilika. CMTI ya juu ya EL0453 ni muhimu hapa kuzuia kusababishwa kwa uwongo kutokana na mabadiliko ya ghafla ya dv/dt ya juu.
• Viingilio vya Mawasiliano ya Viwanda: Kuchukua nafasi ya vipokeaji wa mstari kwa mitandao iliyotengwa ya RS-485, CAN, au Profibus, kulinda saketi nyeti za mantiki kutoka kwa vitanzi vya ardhi na mawimbi makubwa.
• Vifaa vya Mawasiliano: Kutoa utengano wa ishara katika kadi za mstari au moduli za kiolesura.
• Kuchukua Nafasi ya Vipashio vya Mwanga vya Transista vilivyo na Kasi ya Chini: Kuboresha miundo iliyopo ili kufikia viwango vya juu vya data bila kubadilisha ukubwa wa bodi (inayolingana na SO-8).
• Udhibiti wa Vifaa vya Nyumbani: Kutenganisha mikokoteni ya kiolesura cha mtumiaji kutoka sehemu za kubadili nguvu (mfano, kwenye mashine za kuosha, mashine za hali ya hewa).

10. Maswali Yanayoulizwa Mara Kwa Mara (FAQ)

Q1: Je, tofauti kuu kati ya EL0500 na EL0501 ni ipi?
A1: Tofauti kuu ni Current Transfer Ratio (CTR) ya chini iliyohakikishiwa. EL0500 ina CTR ya chini zaidi (7% chini ya hali maalum) ikilinganishwa na EL0501 (19%). Hii inamaanisha EL0501 ni nyeti zaidi na inaweza kufanya kazi na sasa ya chini kidogo ya LED ya pembejeo ili kufikia pato sawa, lakini EL0500 inaweza kutosha na kuwa na gharama nafuu zaidi katika saketi zilizoundwa kwa mikondo ya kuendesha ya juu.

Q2: Ni lini ninapaswa kuchagua hasa lahaja ya EL0453?
A2: Unapasapo kuchagua EL0453 wakati programu yako inafanya kazi katika mazingira yenye kelele kubwa ya umeme na mabadiliko ya haraka ya voltage kati ya ardhi zilizotengwa. Yake kiwango cha chini kilichohakikishiwa 15 kV/µs Common Mode Transient Immunity inafanya kuwa muhimu kwa uendeshaji thabiti katika madereva ya motor, vifaa vya usambazaji wa nguvu vya kubadili-mtindo vya nguvu kubwa, au mifumo ya udhibiti wa viwanda ambapo aina nyingine zinaweza kupata kubadiliwa vibaya.

Q3: Ninawezaje kuchagua thamani ya kizuizi cha sasa cha LED (R_mfululizo)?
A3: Tumia sheria ya Ohm: R_mfululizo = (V_usambazaji - V_F) / I_F. V_F ni voltage ya mbele ya LED (tumia 1.8V kiwango cha juu kwa ukingo wa muundo). I_F ni mkondo unaotaka wa uendeshaji (16 mA ni hali ya kawaida ya majaribio kwa utendaji bora). Kwa usambazaji wa 5V: R_mfululizo ≈ (5V - 1.8V) / 0.016A ≈ 200 Ω. Daima angalia utoaji wa nguvu kwenye kipingamizi.

Q4: Naweza kutumia photocouplers hizi kwa kutengwa kwa ishara ya analog?
A4: Ingawa inawezekana, zimeundwa hasa kwa ajili ya kutenganisha ishara ya dijiti (washa/zima) kutokana na pato lao la transistor na sifa zisizo za mstari za CTR. Kwa kutenganisha kwa mstari wa analog, optocoupler maalum ya mstari au kikuza cha kutenganisha kingekuwa chaguo sahihi zaidi.

Q5: Je, kusudi la V_B pin kwenye EL0500/01 ni nini?
A5: V_B pin hutumiwa kutumia voltage ya upendeleo kwa photodiode ya ndani. Kuelekeza kwa usahihi photodiode hupunguza uwezo wake wa makutano, ambao ni sababu kuu inayozuia kasi. Mtandao huu wa nje wa upendeleo ndio unaowezesha utendakazi wa kasi ya juu (1 Mbit/s) wa vifaa hivi ikilinganishwa na viunganishi rahisi vya phototransistor.