EL847 Serisi Fotoskop Veri Sayfası - 16-Pinli DIP Paketi - 5000Vrms İzolasyon - %50-600 CTR - İngilizce Teknik Doküman

1. Ürüne Genel Bakış

EL847 serisi, standart 16-pinli Çift Sıralı Paket (DIP) içinde yer alan dört kanallı fototransistör fotokuplörlerden oluşan bir ailedir. Her kanal, bir fototransistör dedektörüne optik olarak bağlanan bir kızılötesi yayan diyot entegre ederek, giriş ve çıkış devreleri arasında sağlam bir elektriksel izolasyon sağlar. Bu cihaz, potansiyel farklarının ve gürültü bağışıklığının kritik önem taşıdığı ortamlarda güvenilir sinyal iletimi için tasarlanmıştır.

Temel işlev, elektriksel sinyalleri ışık kullanarak aktararak galvanik izolasyon sağlamaktır. Bu, toprak döngülerini önler, gürültüyü bastırır ve hassas devreleri yüksek gerilim geçici durumlarından korur. Seri, hem standart delikli DIP hem de yüzey montajlı (SMD) bacak formu seçeneklerinde mevcuttur ve farklı PCB montaj süreçleri için esneklik sunar.

2. Teknik Parametre Derinlemesine İnceleme

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Bu değerler, cihaza kalıcı hasarın meydana gelebileceği sınırları tanımlar. Bu koşullar altında çalışmanın garantisi yoktur.

• Giriş İleri Akımı (I_F): 60 mA (Sürekli). Bu, giriş LED'ine uygulanabilecek maksimum DC akımdır.
• Tepe İleri Akımı (I_FP)1 A'lik 1 μs darbe. Sürme veya test etme için kısa, yüksek akımlı darbelere izin verir.
• Ters Gerilim (V_R): 6 V. Giriş LED'in dayanabileceği maksimum ters öngerilim voltajı.
• Kollektör-Emitör Gerilimi (V_CEO): 80 V. Kapalıyken çıkış fototransistörünün bloke edebileceği maksimum voltaj.
• Kollektör Akımı (I_C): 50 mA. Çıkış transistörünün sürekli olarak çekebileceği maksimum akım.
• İzolasyon Voltajı (V_ISO): 5000 V_rms 1 dakika boyunca. Giriş ve çıkış tarafları arasındaki dielektrik dayanımını gösteren önemli bir güvenlik parametresi.
• Çalışma Sıcaklığı (T_OPR): -55°C ila +110°C. Güvenilir çalışma için ortam sıcaklığı aralığını belirtir.
• Lehimleme Sıcaklığı (T_SOL): 260°C, 10 saniye. Reflow lehimleme profil toleransını tanımlar.

2.2 Elektro-Optik Karakteristikler

Bu parametreler, cihazın normal çalışma koşulları altındaki performansını tanımlar (T_A = 25°C, aksi belirtilmedikçe).

2.2.1 Giriş Karakteristikleri (LED Tarafı)

• İleri Yönlü Gerilim (V_F): Tipik olarak 1.2V, I_F = 20 mA'de maksimum 1.4V. Gerekli akım sınırlama direncini hesaplamak için kullanılır.
• Ters Yönlü Akım (I_R): V_R = 4V. LED ters polarize edildiğinde çok düşük sızıntı olduğunu belirtir.
• Giriş Kapasitansı (C_in): Tipik 30 pF, maksimum 250 pF. Giriş tarafında yüksek frekanslı anahtarlama yeteneğini etkiler.

2.2.2 Çıkış Karakteristikleri (Fototransistör Tarafı)

• Kollektör-Emitör Karanlık Akımı (I_CEO): V_CE = 20V, I_F = 0mA. LED kapalıyken sızıntı akımı; daha düşük bir değer gürültü bağışıklığı için daha iyidir.
• Kollektör-Emitter Çökme Gerilimi (BV_CEO): I_C = 0.1mA. Yüksek voltaj bloklama kapasitesini doğrular.
• Kollektör-Emitter Doyma Gerilimi (V_CE(sat)): Tipik olarak 0.1V, I_F = 20mA, I_C = 1mA. Transistör tamamen iletimdeyken (doyumda) üzerindeki voltaj düşüşü. Güç kaybını en aza indirmek için düşük bir değer tercih edilir.

2.2.3 Transfer Karakteristikleri

• Current Transfer Ratio (CTR): I_F = 5mA, V_CE = 5V'de %50 ila %600. Bu, (I_C / I_F) * %100. Giriş akımını çıkış akımına dönüştürme verimliliğini temsil eder. Geniş aralık, cihazın farklı kazanç seviyelerinde mevcut olduğunu gösterir.
• Yalıtım Direnci (R_IO): Minimum 5 x 10¹⁰ Ω at V_IO = 500V DC. İzole edilmiş taraflar arasında son derece yüksek direnç, minimum kaçak akım sağlar.
• Floating Kapasitans (C_IO): Tipik olarak 0.6 pF, maksimum 1.0 pF. İzolasyon bariyeri üzerindeki parazitik kapasitans, ortak mod geçici bağışıklığı ve yüksek frekanslı gürültü kuplajını etkiler.
• Kesim Frekansı (f_c): V_CE = 5V, I_C = 2mA, R_L = 100Ω. -3dB bant genişliği, maksimum kullanışlı dijital sinyal frekansını gösterir.
• Yükselme Süresi (t_r) & Fall Time (t_f): Belirtilen test koşullarında tipik olarak sırasıyla 6 μs ve 8 μs (her biri maks. 18 μs). Bu anahtarlama hızı parametreleri, dijital uygulamalardaki maksimum veri hızlarını belirlemek için çok önemlidir.

3. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, tipik karakteristik eğrileri içermektedir (sağlanan metinde ayrıntılı olmasa da). Bu eğriler genellikle temel parametreler arasındaki ilişkiyi gösterir ve tasarımcılara, tablolaştırılmış min/typ/max değerlerinin ötesinde cihaz davranışı hakkında daha derin bir anlayış sağlar.

• CTR vs. Forward Current (I_F): Verimliliğin sürücü akımıyla nasıl değiştiğini gösterir, genellikle belirli bir I değerinde zirve yapar._F.
• CTR - Sıcaklık İlişkisi: CTR'nin negatif sıcaklık katsayısını gösterir; tipik olarak sıcaklık arttıkça düşer. Bu, tüm sıcaklık aralığında kararlı devreler tasarlamak için kritik öneme sahiptir.
• Çıkış Akımı (I_C) vs. Collector-Emitter Voltage (V_CE): Farklı giriş akımları için fototransistörün çıkış karakteristiklerini gösteren eğri ailesi, bipolar bir transistörün çıkış eğrilerine benzer.
• Saturation Voltage (V_CE(sat)) vs. Collector Current (I_C)Açık durum voltaj düşüşünün yük akımıyla nasıl arttığını gösterir.

4. Mechanical & Package Information

4.1 Paket Boyutları

Cihaz iki ana kurşun formu seçeneğinde sunulmaktadır:

1. Standart DIP Tipi: 2.54mm (100-mil) aralıklı 16 pimli delikten montaj paketi. Detaylı boyut çizimleri gövde uzunluğunu, genişliğini, yüksekliğini, pim uzunluğunu ve aralıklarını belirtir.
2. Seçenek S Tipi (Yüzeye Monte): SMD montajı için martı kanadı uç formu. Boyutlar, PCB lehim yüzeyi deseni tasarımı için ayak izi önerilerini içerir.

Güvenlikle ilgili önemli bir mekanik özellik, creepage distance of >7.62 mm between the input and output sides of the package. This is the shortest distance along the surface of the insulating package between conductive parts and is essential for meeting safety standards for high isolation voltage.

4.2 Pinout and Schematic

Pin konfigürasyonu basit ve tüm kanallar arasında tutarlıdır:

• Pin 1, 3, 5, 7: Sırasıyla Kanal 1-4 için Anot.
• Pin 2, 4, 6, 8: Sırasıyla Kanal 1-4 için Katot.
• Pin 9, 11, 13, 15: Sırasıyla Kanal 1-4 için Emetör.
• Pin 10, 12, 14, 16: Sırasıyla Kanal 1-4 için Kollektör.

Bu düzenleme, tüm girişleri bir tarafta (pin 1-8) ve tüm çıkışları karşı tarafta (pin 9-16) gruplayarak izolasyon bariyerini fiziksel olarak güçlendirir.

4.3 Cihaz İşaretleme

Cihazların üst kısmında "EL847" (cihaz numarası), ardından 1 haneli yıl kodu (Y), 2 haneli hafta kodu (WW) ve o birim için VDE onayını belirten isteğe bağlı bir "V" soneki ile işaretlenir.

5. Soldering & Assembly Guidelines

5.1 Reflow Lehimleme Profili

The datasheet provides a detailed reflow profile compliant with IPC/JEDEC J-STD-020D for lead-free soldering:

• Ön Isıtma: 60-120 saniye içinde 150°C ila 200°C.
• Time Above Liquidus (T_L=217°C): 60-100 saniye.
• Tepe Sıcaklığı (T_P): Maksimum 260°C.
• Tepe Sıcaklığın 5°C Yakınında Kalma Süresi: Maksimum 30 saniye.
• Maksimum Yükselme Hızı: T'den itibaren saniyede 3°C_smax T'ye_p.
• Maksimum Azalma Hızı: Saniyede 6°C.
• Toplam Döngü Süresi: 25°C'den tepe noktasına maksimum 8 dakika.
• Number of ReflowsCihaz en fazla 3 yeniden akış döngüsüne dayanabilir.

Bu profilin takip edilmesi, termal stres nedeniyle paket çatlamasını, katman ayrılmasını veya iç die ve tel bağlantılarının hasar görmesini önlemek için kritik öneme sahiptir.

6. Packaging & Ordering Information

EL847 serisi, aşağıdaki parça numarası formatı kullanılarak sipariş edilir: EL847X-V.

• X: Bacak formu seçeneği. Yüzey montajı için "S", standart DIP için boş (hiçbiri).
• V: İsteğe bağlı sonek, ilgili birim için VDE güvenlik onayının bulunduğunu belirtir.

Paketleme: Her iki varyant da 20'şer adet içeren tüpler halinde tedarik edilir.

7. Uygulama Önerileri

7.1 Tipik Uygulama Devreleri

EL847 çok yönlüdür ve çeşitli konfigürasyonlarda kullanılabilir:

1. Dijital Sinyal İzolasyonu: Giriş LED'ini, bir akım sınırlama direnci üzerinden bir mikrodenetleyici GPIO pinine seri bağlayın. Çıkış kolektörü, bir direnç üzerinden izole tarafın mantık voltajına çekilebilir. Emiter tipik olarak topraklanır. Bu, PLC G/Ç modülleri gibi uygulamalarda AÇIK/KAPALI sinyallerinin gürültüye bağışık iletimini sağlar.
2. Analog Sinyal İzolasyonu (Doğrusal Mod)Fototransistör doğrusal bölgesinde (doymamış) çalıştırılarak, çıkış akımının giriş LED akımıyla kabaca orantılı olması sağlanabilir. Bu, dikkatli bir öngerilimlendirme gerektirir ve CTR değişimlerine ve sıcaklık kaymasına tabidir. Genellikle düşük bant genişlikli, düşük doğruluklu analog izolasyon için kullanılır.
3. Küçük Yüklerin SürülmesiKollektör akımı ve gerilim değerleri aşılmadığı sürece, çıkış röleler, LED'ler veya optotriyak sürücüler gibi küçük yükleri doğrudan sürebilir.

7.2 Tasarım Hususları & Best Practices

• CTR Seçimi ve Devre TasarımıGeniş CTR aralığı (%50-600) dikkatli bir tasarım gerektirir. Dijital anahtarlama için, seçtiğiniz I_F ve yük direnci (R_L). I durumu_C = CTR_min * I_F V'den büyük olmalıdır_CC/R_L doyumu sağlamak için.
• Hız ve Akım Arasındaki Ödünleşim: Daha Yüksek I_F genellikle anahtarlama hızını artırır (t_r/t_f) ancak LED yaşlanması nedeniyle zamanla CTR'yi düşürür. Bir tasarım, hız ve gürültü bağışıklığı gereksinimlerini karşılayan en düşük I_F kullanmalıdır.
• Gürültü Bağışıklığı ve Baypaslama: Ortak mod geçici bağışıklığını (CMTI) iyileştirmek için, hem giriş hem de çıkış taraflarında besleme ve toprak arasında, cihaz bacaklarına mümkün olduğunca yakın yerleştirilmiş bir baypas kapasitörü (örn. 0.1 μF) kullanın. Bu, dahil kuplaj kapasitansının (C) etkilerini dengelemeye yardımcı olur._IO).
• Isı Dağılımı: Toplam güç dağılımı limitlerine (P_TOT = 200 mW). Güç, (I_F * V_F) giriş tarafında artı (I_C * V_CE) çıkış tarafında olacak şekilde hesaplanır.

8. Technical Comparison & Key Advantages

EL847, piyasada kendini birkaç temel özellikle öne çıkarır:

• Yüksek Yalıtım Gerilimi (5000 V_rms): Birçok endüstriyel kontrol ve güç kaynağı uygulamasının gereksinimlerini aşarak, önemli bir güvenlik marjı sağlar.
• Geniş Çalışma Sıcaklığı Aralığı (-55°C ila +110°C): Aşırı sıcaklıkların yaygın olduğu zorlu endüstriyel ve otomotiv ortamları için uygundur.
• Kapsamlı Güvenlik Onayları: UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO ve CQC onayları, cihazın çeşitli küresel pazarlar için sertifikasyon gerektiren nihai ürünlere entegrasyon sürecini basitleştirir.
• Tek Pakette Dört Kanal: Çoklu sinyal izolasyonu görevleri için dört tek kanallı optokuplör kullanmaya kıyasla, kart alanından tasarruf ve maliyet verimliliği sunar.
• Çift Paket Seçenekleri: Hem delikli montaj (DIP) hem de yüzey montaj (SMD) formlarında bulunabilirlik, hem prototipleme hem de yüksek hacimli otomatik montaj için esneklik sağlar.

9. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

S1: Giriş LED'i için doğru akım sınırlama direncini nasıl seçerim?
C1: Şu formülü kullanın: R_limit = (V_supply - V_F) / I_F. Maksimum V'yi kullanın_F veri sayfasından (1.4V) en kötü durum tasarımı için, I'nın aşılmadığından emin olmak._F 'yı seçin_F gerekli CTR ve hıza göre; 5-20 mA tipiktir.

Q2: Devrem tam olarak anahtarlanmıyor. Çıkış voltajı yeterince düşmüyor. Sorun nedir?
A2: Fototransistör büyük olasılıkla doyuma girmiyor. Bu genellikle bir CTR sorunudur. Tasarımınızın hesaplamalar için minimum CTR'yi (%50) kullandığını doğrulayın. I_F veya kolektördeki çekme direnci R_L değerini artırarak gerekli I_C doygunluk için (I_C(doy) ≈ V_CC/R_L).

Q3: Bunu sensör çıkışları gibi analog sinyalleri izole etmek için kullanabilir miyim?
A3: Mümkün ancak zorludur. Fototransistörün doğrusallığı zayıftır ve CTR, sıcaklık ve cihazdan cihaza önemli ölçüde değişir. Doğru analog izolasyon için, özel izolasyon yükselteçleri veya doğrusal optokuplörler (doğrusal olmayanlıkları telafi etmek için geri besleme içeren) şiddetle önerilir.

Q4: What is the significance of the creepage distance >7.62 mm?
A4: Creepage, iletken parçalar (örneğin, giriş pini 1 ve çıkış pini 9) arasındaki yalıtım paketinin yüzeyi boyunca en kısa yoldur. Daha uzun bir creepage mesafesi, yüzey izlemesini (kirlilik veya nem nedeniyle yüzey boyunca ark oluşmasını) önler ve 5000 V gibi yüksek izolasyon voltajlarında güvenlik sertifikasyonları için zorunlu bir gerekliliktir._rms.

10. Pratik Tasarım Vaka Çalışması

Senaryo: Bir mikrodenetleyiciden 24V endüstriyel aktüatör sürücüsüne dört dijital kontrol sinyalinin izolasyonu.

1. Gereksinimler: Signal frequency < 1 kHz, high noise immunity, isolation for safety and ground loop prevention.
2. Tasarım Seçimleri:
   • Cihaz: EL847 (Standart DIP).
   • Giriş Tarafı: Mikrodenetleyici GPIO (3.3V, 20mA kapasiteli). I seçin_F = 10 mA iyi hız ve uzun ömür için. R_limit = (3.3V - 1.4V) / 0.01A = 190Ω. Standart 200Ω direnç kullanın.
   • Çıkış TarafıAktüatör sürücüsü, AÇIK konumu için toprağa çekilen 24V mantık yüksek seviyesi bekler. Kollektörü, bir çekme direnci üzerinden 24V beslemeye bağlayın. R'yi seçin_L minimum CTR'de doyumu sağlamak için. Gerekli I_C(doy) > 24V / R_L. CTR ile_min=%50 ve I_F=10mA, I_C >= 5mA. Therefore, R_L must be < 24V / 0.005A = 4.8 kΩ. A 3.3 kΩ resistor is chosen, giving I_C(doy) ≈ 7.3mA verir; bu değer cihazın 50mA derecelendirmesinin oldukça altındadır ve iyi bir marj sağlar.
   • Atlama: Gürültü bağışıklığını iyileştirmek için Pin 10 (Collector 1) ile Pin 9 (Emitter 1) arasına 0.1 μF seramik kapasitör ekleyin, diğer kanallar için de benzer şekilde uygulayın.
3. SonuçElektriksel olarak gürültülü bir endüstriyel ortamda kontrol sinyallerini güvenilir bir şekilde iletebilen, sağlam, elektriksel olarak izole edilmiş bir arayüz.

11. Çalışma Prensibi

Bir fotokuplörün çalışması elektro-optik-elektriksel dönüşüme dayanır. Girişteki Kızılötesi Yayan Diyot'a (IRED) bir ileri akım (I_F) uygulandığında, tipik olarak yaklaşık 940 nm dalga boyunda fotonlar (ışık) yayar. Bu ışık, paket içindeki şeffaf bir yalıtım boşluğundan (genellikle kalıp bileşiği veya havadan yapılır) geçer. Işık, çıkıştaki silikon fototransistörün taban bölgesine çarpar. Emilmiş fotonlar elektron-boşluk çiftleri oluşturarak transistörü açan bir taban akımı yaratır ve bir kollektör akımının (I_C) akması için. Önemli nokta, giriş ve çıkış arasındaki tek bağlantının ışık huzmesi olması ve böylece galvanik izolasyon sağlamasıdır. Oran I_C/I_F Akım Transfer Oranıdır (CTR) ve LED'in ışık verimliliğine, fototransistörün hassasiyetine ve aralarındaki optik kuplaj verimliliğine bağlıdır.

12. Industry Trends & Context

EL847 gibi fotokuplörler, yüksek voltaj izolasyonunun tartışmasız olduğu güç elektroniği, endüstriyel otomasyon ve yenilenebilir enerji sistemlerinde temel bileşenler olmaya devam etmektedir. Bu sektördeki eğilim şu yöndedir:

• Daha Yüksek Hız: Geleneksel fototransistör kuplörlerin ~100 kHz sınırını çok aşan, Mbps'den Gbps aralığında veri hızları sunan CMOS RF veya kapasitif kuplaj teknolojilerine dayalı dijital izolatörlerin geliştirilmesi.
• Daha Yüksek Entegrasyon Kapı sürücüleri, ADC arayüzleri veya USB/I2C/SPI izolatörleri gibi diğer işlevlerle izolasyonun tek paketlerde birleştirilmesi.
• Improved Reliability & Lifetime: Zaman ve sıcaklıkla daha düşük bozulma oranına sahip LED teknolojisine odaklanarak, ürün ömrü boyunca daha kararlı bir CTR sağlanması.
• Miniaturizasyon: SOIC-8 ve daha da küçük yüzey montaj paketlerine doğru ilerlerken, izolasyon derecelerini korumak veya iyileştirmek.

Bu eğilimlere rağmen, fototransistör tabanlı optokuplörler, basitlikleri, sağlamlıkları, yüksek izolasyon voltajı kapasiteleri, kullanım kolaylıkları ve EL847 veri sayfasında listelenen programlanabilir kontrolörler, ev aletleri ve telekomünikasyon ekipmanları gibi orta-düşük hızlı sinyal izolasyonu gerektiren uygulamalar için uygun maliyetlilikleri nedeniyle güçlü bir geçerliliğini korumaktadır. Kapsamlı güvenlik sertifikaları, düzenleyici onay gerektiren tasarımlar için güvenilir bir seçim olmalarını sağlar.