EL354N-G Serisi Fotokuplör Veri Sayfası - 4 Bacaklı SOP Paket - AC Giriş - 3750Vrms İzolasyon - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

EL354N-G serisi, özellikle AC giriş uygulamaları için tasarlanmış, kompakt ve yüksek performanslı fototransistör fotokuplörlerden oluşan bir aileyi temsil eder. Bu cihazlar, giriş polaritesinin bilinmediği veya alternatif olduğu ortamlarda güvenilir elektriksel izolasyon ve sinyal iletimi sağlamak üzere tasarlanmıştır. Cihazın çekirdeği, ters paralel bağlanmış iki kızılötesi yayan diyot ve bunlara optik olarak bağlı bir silikon fototransistör dedektöründen oluşur. Bu benzersiz konfigürasyon, cihazın giriş LED'lerinden her iki yönde akan akıma yanıt vermesini sağlar ve bu da onu DC polaritesinin sabit olmadığı AC sinyal izleme ve algılama uygulamaları için doğal olarak uygun kılar.

Yer tasarruflu 4 bacaklı Küçük Dış Hat Paketi (SOP) içinde paketlenen bu fotokuplörler, modern, yüksek yoğunluklu baskılı devre kartı (PCB) tasarımları için idealdir. Bu serinin arkasındaki temel tasarım felsefesi, küresel çevre ve güvenlik standartlarına uyumluluktur. Cihazlar halojensizdir ve brom (Br<900 ppm), klor (Cl<900 ppm) ve bunların toplamı (Br+Cl<1500 ppm) için belirlenen katı sınırlara uyar. Ayrıca, RoHS (Tehlikeli Maddelerin Kısıtlanması) direktifleri ve AB REACH düzenlemesine uyumluluğu korurlar ve elektronik bileşenler için çağdaş çevre gereksinimlerini karşıladıklarından emin olurlar.

1.1 Temel Avantajlar ve Hedef Pazar

EL354N-G serisinin birincil avantajı, AC giriş yeteneği, yüksek izolasyon ve kompakt form faktörünün birleşiminde yatar. Giriş ve çıkış arasındaki 3750 V_rmsyüksek izolasyon gerilimi, sağlam bir güvenlik bariyeri sağlayarak hassas düşük gerilimli kontrol devrelerini yüksek gerilimli şebeke hatlarından veya gürültülü endüstriyel hatlardan korur. Bu, onları galvanik izolasyon gerektiren uygulamalarda vazgeçilmez kılar.

Bu bileşenin hedef pazarları çeşitlidir; endüstriyel otomasyon, telekomünikasyon ve güç yönetimini kapsar. Başlıca uygulama alanları arasında güç kaynakları ve cihazlarda AC hat izleme, programlanabilir mantık denetleyicilerinde (PLC) giriş izolasyonu sağlama, telefon hattı devrelerinde arayüz oluşturma ve polaritesi bilinmeyen DC sinyaller için sensör görevi görme yer alır. Cihazın UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO ve CQC gibi önde gelen uluslararası güvenlik kuruluşlarından aldığı onaylar, küresel pazarlara yönelik nihai ürünlerde kullanımını kolaylaştırır ve ekipman üreticileri için sertifikasyon sürecini basitleştirir.

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

Cihazın sınırlarının ve performans özelliklerinin kapsamlı bir şekilde anlaşılması, güvenilir devre tasarımı için çok önemlidir. Parametreler, çalışma aralığını tanımlar ve bileşenin güvenli çalışma alanı (SOA) içinde kullanılmasını sağlar.

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Mutlak Maksimum Değerler, cihaza kalıcı hasar verebilecek stres sınırlarını belirtir. Bunlar çalışma koşulları değildir.

• Giriş İleri Akımı (I_F): ±50 mA (DC). Bu değer, giriş diyotlarından her iki yönde akan akım için geçerlidir.
• Tepe İleri Akımı (I_FP): 1 µs darbe için 1 A. Bu, cihazın kısa süreli akım dalgalanmalarına dayanmasını sağlar.
• Güç Dağılımı: Toplam cihaz güç dağılımı (P_TOT) 200 mW'ı aşmamalıdır. Giriş tarafı (P_D) 70 mW olarak derecelendirilmiştir ve 90°C ortam sıcaklığının (T_a) üzerinde 3.7 mW/°C'lık bir düşürme faktörü uygulanır. Çıkış tarafı (P_C) 150 mW olarak derecelendirilmiştir ve 70°C T_a.
• Gerilim Değerleri: Kollektör-emitör gerilimi (V_CEO) 80 V, emitör-kollektör gerilimi (V_ECO) ise 6 V'dur. Bu asimetri, fototransistörün yapısından kaynaklanır.
• İzolasyon Gerilimi (V_ISO): %40-60 bağıl nemde 1 dakika süreyle 3750 V_rms. Bu kritik bir güvenlik parametresidir.
• Sıcaklık Aralığı: Çalışma sıcaklığı (T_OPR) -55°C ile +100°C arasında değişir. Depolama sıcaklığı (T_STG) -55°C ile +125°C arasındadır.
• Lehimleme Sıcaklığı: Cihaz, 10 saniye boyunca 260°C'lik bir tepe lehimleme sıcaklığına (T_SOL) dayanabilir; bu, kurşunsuz reflow işlemleriyle uyumludur.

2.2 Elektro-Optik Karakteristikler

Bu parametreler, aksi belirtilmedikçe, 25°C'de normal çalışma koşulları altındaki cihaz performansını tanımlar.

2.2.1 Giriş Karakteristikleri

• İleri Gerilimi (V_F): Tipik olarak 1.2 V, ileri akımda (I_F) ±20 mA iken maksimum 1.4 V. Bu düşük gerilim düşüşü, düşük güçlü devreler için faydalıdır.
• Giriş Kapasitansı (C_in): 1 kHz'de 50 pF (tipik) ile 250 pF (maks) arasında değişir. Bu parametre, yüksek frekans tepkisini ve potansiyel kuplaj gürültüsünü etkiler.

2.2.2 Çıkış Karakteristikleri

• Karanlık Akım (I_CEO): Giriş LED'i kapalıyken (I_F=0) ve V_CE=20V iken kollektörden emitöre olan sızıntı akımı maksimum 100 nA'dır. Düşük bir karanlık akım, kapalı durum koşullarında iyi bir sinyal-gürültü oranı için esastır.
• Delinme Gerilimleri: BV_CEOminimum 80 V ve BV_ECOminimum 7 V'dur. Bunlar, maksimum sürdürülebilir ters gerilimleri tanımlar.

2.2.3 Transfer Karakteristikleri

Bu parametreler, giriş ve çıkış arasındaki kuplaj verimliliğini ve hızını tanımlar.

• Akım Transfer Oranı (CTR): Bu, çıkış kollektör akımının (I_C) giriş ileri akımına (I_F) oranıdır ve yüzde olarak ifade edilir. Kazanç için temel parametredir. Standart EL354N, I_F= ±1mA, V_CE= 5V iken %20 ile %300 arasında bir CTR aralığına sahiptir. EL354NA varyantı, aynı koşullar altında %50 ile %150 arasında daha dar ve daha yüksek bir CTR aralığı sunar. Bu sınıflandırma, tasarımcıların üretimde daha tutarlı kazanç için cihaz seçmelerine olanak tanır.
• Doyma Gerilimi (V_CE(sat)): Tipik olarak 0.1 V, I_F=±20mA ve I_C=1mA iken maksimum 0.2 V. Düşük bir doyma gerilimi, çıkış transistörü tamamen açıkken güç kaybını en aza indirir.
• İzolasyon Direnci (R_IO): Minimum 5×10¹⁰Ω, tipik 10¹¹Ω, 500 V DC'de. Bu son derece yüksek direnç, izolasyon işlevinin temelidir.
• Kesim Frekansı (f_c): Belirtilen test koşulları altında tipik olarak 80 kHz (-3dB noktası). Bu, maksimum kullanışlı sinyal frekansını tanımlar.
• Yüzen Kapasitans (C_IO): 1 MHz'de tipik olarak 0.6 pF, maksimum 1.0 pF. Bu, izolasyon bariyeri boyunca yüksek frekanslı gürültüyü kuple edebilen parazitik kapasitanstır.
• Anahtarlama Hızı: Hem yükselme süresi (t_r) hem de düşme süresi (t_f) maksimum 18 µs olarak belirtilmiştir. Bu nispeten orta hız, hat frekansı izleme (50/60 Hz) ve birçok endüstriyel kontrol sinyali için uygundur, ancak yüksek hızlı dijital iletişim için uygun değildir.

3. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası tipik elektro-optik karakteristik eğrilerine atıfta bulunurken, bunların özel grafikleri (örneğin, CTR'ye karşı Sıcaklık, CTR'ye karşı İleri Akım) detaylı tasarım için esastır. Bu eğriler tipik olarak CTR'nin artan ortam sıcaklığı ile azaldığını ve ileri akımla doğrusal olmayan bir ilişkisi olabileceğini gösterir. Tasarımcılar, devrenin amaçlanan sıcaklık aralığı boyunca yeterli kazancı korumasını sağlamak için, belirli çalışma ortamlarına uygun şekilde performansı düşürmek amacıyla bu grafiklere başvurmalıdır. Çıkış akımı ve ileri akım arasındaki ilişki, özellikle CTR spesifikasyonunun sınırlarına yakın çalışırken, istenen bir çıkış durumunu elde etmek için gerekli sürücü akımını belirlemek için de kritiktir.

4. Mekanik, Paket ve Montaj Bilgileri

4.1 Paket Boyutları ve Polarite

Cihaz, 4 bacaklı bir SOP paketi içinde bulunur. Bacak konfigürasyonu şu şekildedir: Bacak 1 Anot/Katot, Bacak 2 Katot/Anot (ters paralel LED çifti için), Bacak 3 fototransistörün Emitörü ve Bacak 4 Kollektördür. Bu bacak düzeni, doğru PCB yerleşimi için çok önemlidir. Paket çizimi, gövde uzunluğu, genişlik, yükseklik, bacak aralığı ve bacak boyutları dahil olmak üzere kesin mekanik boyutları sağlar ve bunlara doğru PCB ayak izi tasarımı için uyulmalıdır.

4.2 Önerilen PCB Pad Yerleşimi

Önerilen bir yüzey montaj pad yerleşimi sağlanmıştır. Bunun bir referans tasarım olduğu ve bireysel üretim süreçlerine, PCB malzemesine ve termal gereksinimlere göre değiştirilmesi gerektiği vurgulanmaktadır. Pad tasarımının amacı, reflow sırasında güvenilir lehim bağlantıları oluştururken bileşen üzerindeki termal stresi yönetmektir.

4.3 Lehimleme ve Reflow Kılavuzları

IPC/JEDEC J-STD-020D'ye atıfta bulunarak detaylı reflow lehimleme koşulları belirtilmiştir. Profil, kurşunsuz montaj için kritiktir:

• Ön Isıtma: 60-120 saniye boyunca 150°C'den 200°C'ye.
• Hızlanma: 200°C'den tepe noktasına kadar maksimum 3°C/saniye.
• Sıvı Üstü Süresi (217°C): 60-100 saniye.
• Tepe Sıcaklığı: Maksimum 260°C.
• Tepe Noktasının 5°C İçindeki Süre: Maksimum 30 saniye.
• Soğutma Hızı: Maksimum 6°C/saniye.
• Toplam Döngü Süresi: 25°C'den tepe noktasına maksimum 8 dakika.
• Reflow Geçişleri: Cihaz maksimum 3 reflow döngüsüne dayanabilir.

Bu profile uyulması, plastik paketin ve iç tel bağlantılarının termal hasar görmesini önler.

5. Sipariş, Paketleme ve İşaretleme

5.1 Parça Numaralandırma ve Sınıflandırma Sistemi

Parça numarası şu yapıyı izler: EL354N(X)(Y)-VG.

• X: CTR Sıralama seçeneği. 'A', %50-150 sınıfını (EL354NA) belirtir. Harf yoksa standart %20-300 sınıfını (EL354N) belirtir.
• Y: Şerit ve Makara seçeneği. 'TA' veya 'TB', makara tipini ve yönünü belirtir. Atlanması tüp paketlemeyi (100 adet) gösterir.
• V: VDE onayını belirten isteğe bağlı sonek dahildir.
• G: Halojensiz yapıyı belirtir.

Paketleme seçenekleri arasında tüpler (100 adet) veya şerit-makara (hem TA hem de TB seçenekleri için makara başına 3000 adet) bulunur. 'TA' ve 'TB' seçenekleri, taşıyıcı şerit üzerindeki bileşenlerin yönünde farklılık gösterir ve bu, pick-and-place makinesinin besleyici gereksinimleriyle eşleşmelidir.

5.2 Cihaz İşaretlemesi

Cihazlar üst yüzeyinde bir kodla işaretlenir:EL 354N RYWWV.

• EL: Üretici kodu.
• 354N: Temel cihaz numarası.
• R: CTR Sıralaması (örneğin, 'A' veya boş).
• Y: 1 haneli yıl kodu.
• WW: 2 haneli hafta kodu.
• V: VDE onayının varlığını gösterir (isteğe bağlı).

5.3 Şerit ve Makara Spesifikasyonları

Kabartmalı taşıyıcı şerit için cep boyutları (A, B, D0, D1), şerit genişliği (W), aralık (P0) ve kapak şeridi mühür boyutları dahil olmak üzere detaylı boyutlar sağlanmıştır. Bunlar, otomatik montaj ekipmanının doğru şekilde kurulması için gereklidir.

6. Uygulama Kılavuzları ve Tasarım Hususları

6.1 Tipik Uygulama Devreleri

Birincil uygulama, AC hat gerilimi algılama veya sıfır geçiş tespitidir. Tipik bir devre, giriş bacaklarını (1 & 2) AC hattı üzerinde bir akım sınırlama direnci ile seri olarak bağlamayı içerir. Direnç değeri, tepe AC gerilimi dikkate alınarak, tepe ileri akımını (I_F) 50 mA'nin altında güvenli bir değerle sınırlayacak şekilde hesaplanmalıdır. Çıkış transistörü, AC döngüsüyle birlikte değişen bir dijital sinyal sağlamak için ortak emitör konfigürasyonunda (Emitör toprağa, Kollektör bir yük direnci üzerinden bir lojik beslemeye çekilmiş) bağlanabilir. Polaritesi bilinmeyen DC algılama için, cihaz akım yönünden bağımsız olarak iletkenlik sağlayacağından, doğrudan algılama hattına yerleştirilebilir.

6.2 Kritik Tasarım Faktörleri

• Akım Sınırlama: Giriş devresi tasarımının en kritik yönüdür. Direnç, en kötü durum koşullarında (maksimum hat gerilimi, minimum direnç toleransı) akımı sınırlamalıdır.
• CTR Bozulması: CTR, özellikle yüksek çalışma sıcaklıklarında ve akımlarında zamanla bozulabilir. Tasarım, bir marj içermelidir (örneğin, veri sayfasından minimum CTR'yi kullanın ve ardından ömür boyu için ek bir düşürme faktörü uygulayın).
• Gürültü Bağışıklığı: Parazitik kapasitans (C_IO), yüksek frekanslı geçici olayları (ESD veya EMI gibi) izolasyon bariyeri boyunca kuple edebilir. Gürültülü ortamlarda, çıkış tarafında ek filtreleme veya mikrodenetleyicide daha hızlı bir dijital filtre kullanımı gerekli olabilir.
• Anahtarlama Hızı Sınırlaması: 18 µs'lik yükselme/düşme süresi, cihazı daha düşük frekanslı uygulamalarla sınırlar. Yüksek hızlı dijital veri hatlarını izole etmek için uygun değildir.
• Isı DağılımıSıcaklıkla düşürme dikkate alınarak, toplam güç dağılımının (giriş LED kaybı + çıkış transistör kaybı) 200 mW'ı aşmadığından emin olun.

7. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

EL354N-G'nin temel farklılaştırıcısı, entegre ters paralel LED girişidir; bu, AC veya polaritesi bilinmeyen DC sinyalleri işlemek için harici köprü doğrultuculara veya karmaşık devrelere olan ihtiyacı ortadan kaldırır. Standart DC girişli fotokuplörlerle karşılaştırıldığında, bu BOM'u basitleştirir ve kart alanından tasarruf sağlar. AC girişli fotokuplör segmenti içinde, 3750Vrms izolasyonu, halojensiz malzemesi ve kapsamlı uluslararası güvenlik onaylarının (UL, VDE vb.) kompakt bir SOP paketinde birleşimi, maliyet duyarlı ancak güvenlik açısından kritik küresel uygulamalar için güçlü bir değer önerisi sunar. Daha dar bir CTR sınıfının (EL354NA) mevcudiyeti, manuel sıralama veya kalibrasyon olmadan daha tutarlı kazanç gerektiren tasarımlar için bir avantaj sunar.

8. Sıkça Sorulan Sorular (SSS)

S: Bu cihazı doğrudan 120VAC veya 230VAC şebekeyi algılamak için kullanabilir miyim?

C: Evet, ancak harici bir seri akım sınırlama direnci kullanmalısınız. Değerini, tepe şebeke gerilimine (örneğin, 230VAC RMS'in tepe değeri ~325V'dir) ve istenen LED akımına göre hesaplayın, tepe akımın Mutlak Maksimum Değer olan 50 mA'nin oldukça altında kaldığından emin olun.

S: EL354N ve EL354NA arasındaki fark nedir?

C: Fark, Akım Transfer Oranı (CTR) sınıflandırmasındadır. EL354N daha geniş bir aralığa (%20-300) sahipken, EL354NA daha dar, daha yüksek minimum aralığa (%50-150) sahiptir. Birimden birime daha tutarlı kazanç gerektiren uygulamalar için 'NA' versiyonunu kullanın.

S: Çıkış bir fototransistördür. Doğrudan bir röleyi sürmek için kullanabilir miyim?

C: Önerilmez. Fototransistörün akım taşıma kapasitesi sınırlıdır (güç dağılım derecesiyle ilgilidir). Sinyal seviyesi bir cihaz olarak tasarlanmıştır. Bir röleyi sürmek için, fotokuplör çıkışını daha büyük bir güç transistörünü veya bir MOSFET kapısını sürmek için kullanın.

S: Tasarımımda güvenilir izolasyonu nasıl sağlarım?

C: PCB üzerinde giriş ve çıkış devreleri arasında ilgili güvenlik standardına (örneğin, IEC 60950-1, IEC 62368-1) göre uygun kaçak ve boşluk mesafelerini koruyun. Bileşenin kendisinin 3750Vrms derecesi, kart üzerinde yeterli mesafe ile desteklenmelidir.

9. Çalışma Prensibi

Cihaz, optoelektronik dönüşüm ve izolasyon prensibiyle çalışır. İki giriş kızılötesi LED'inden birinden (polariteye bağlı olarak) bir akım aktığında, ışık yayar. Bu ışık, şeffaf bir izolasyon bariyerinden (genellikle kalıplanmış plastik) geçer ve çıkış tarafındaki silikon fototransistörün baz bölgesine çarpar. Fotonlar bazda elektron-delik çiftleri oluşturur, bu da etkin bir şekilde baz akımı gibi davranarak transistörü açar ve çok daha büyük bir kollektör akımının akmasına izin verir. Anahtar nokta, giriş ve çıkış arasındaki tek bağlantının optik olması ve galvanik izolasyon sağlamasıdır. Ters paralel LED konfigürasyonu, Bacak 1'den (Anot) içeri ve Bacak 2'den (Katot) dışarı akan akımın bir LED'i, ters yöndeki akımın ise diğer LED'i yakması anlamına gelir; bu da AC veya çift yönlü DC ile çalışmayı sağlar.

10. Endüstri Trendleri

Optokuplörler ve izolasyon teknolojisindeki trend, daha yüksek entegrasyon, daha hızlı hızlar ve daha düşük güç tüketimi yönündedir. EL354N-G gibi geleneksel fototransistör tabanlı kuplörler, güç ve endüstriyel kontrollerde uygun maliyetli, orta hızlı izolasyon için hayati önem taşımaya devam ederken, yeni teknolojiler ortaya çıkmaktadır. Bunlar arasında CMOS teknolojisi ve RF kuplajına dayanan dijital izolatörler bulunur; bunlar önemli ölçüde daha yüksek veri hızları, daha düşük güç ve daha yüksek güvenilirlik sunar. Ancak, basitlik, yüksek izolasyon gerilimi ve kanıtlanmış sağlamlığın en önemli olduğu temel AC hat algılama ve gerilim izleme için, fototransistör AC kuplörleri tercih edilen ve güvenilir bir çözüm olmaya devam etmektedir. '-G' serisinde görüldüğü gibi halojensiz ve gelişmiş çevresel uyumluluğa doğru hareket, küresel düzenleyici trendlere doğrudan bir yanıttır.