EL121N Serisi Fotokuplör Veri Sayfası - 4 Bacaklı SOP Paket - 2.0mm Profil - 3750Vrms İzolasyon - CTR %50-400 - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

EL121N serisi, sinyal izolasyonu ve iletimi için tasarlanmış bir kızılötesi optoelektronik bileşen ailesini temsil eder. Temel olarak, kompakt bir yüzey montaj 4 bacaklı Küçük Dış Hat Paketine (SOP) yerleştirilmiş, bir silisyum NPN fototransistöre optik olarak bağlanmış bir galyum arsenür kızılötesi ışık yayan diyottan (IRED) oluşur. Ana işlevi, iki devre arasında yüksek elektriksel izolasyonu koruyarak elektrik sinyallerini aktarmak ve böylece gürültü, toprak döngüleri ve gerilim ani yükselmelerinin bir taraftan diğerine yayılmasını önlemektir.

Cihaz, sınırlı alanlarda güvenilir izolasyon gerektiren uygulamalar için tasarlanmıştır. 2.0mm'lik düşük profili, modern, yüksek yoğunluklu baskılı devre kartı (PCB) tasarımları için uygundur. Bu serinin arkasındaki temel tasarım felsefesi, halojensiz, kurşunsuz (Pb'siz) olması ve RoHS ve EU REACH direktiflerine uygunluğu da dahil olmak üzere küresel çevre ve güvenlik standartlarına uyumdur. Ayrıca, UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO ve FIMKO gibi önemli uluslararası güvenlik onaylarına sahiptir; bu da güvenilirliğini ve dünya çapındaki ticari ve endüstriyel ekipmanlarda kullanıma uygunluğunu vurgular.

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Bu değerler, cihaza kalıcı hasar verebilecek stres sınırlarını tanımlar. Bu sınırlar altında veya bu sınırlarda çalışma garanti edilmez.

• Giriş (LED Tarafı):İleri akım (I_F) sürekli 50mA olarak derecelendirilmiştir. 1 mikrosaniye için 1A'lik kısa süreli tepe ileri akım (I_FP) kabul edilebilir; bu, darbe çalışması için önemlidir. Maksimum ters gerilim (V_R) 6V'dur, bu da uygun polarite koruması ihtiyacını vurgular.
• Çıkış (Transistör Tarafı):Kollektör akımı (I_C) 50mA olarak derecelendirilmiştir. Kollektör-emitör gerilimi (V_CEO) 80V iken, emitör-kollektör gerilimi (V_ECO) sadece 7V'dur; bu da fototransistörün delinme karakteristiklerinin asimetrik doğasını vurgular.
• Güç ve Termal:Toplam cihaz güç dağılımı (P_TOT) 200mW'dır. Ayrı azaltma faktörleri sağlanmıştır: 100°C ortam sıcaklığının üzerinde giriş (LED) için 2.9 mW/°C ve 70°C ortam sıcaklığının üzerinde çıkış (transistör) için 3.7 mW/°C. Bu, yüksek sıcaklık ortamlarında termal yönetim için kritiktir.
• İzolasyon ve Çevre:İzolasyon gerilimi (V_ISO), 1-2 bacakları birbirine kısa devre ve 3-4 bacakları birbirine kısa devre edilerek test edildiğinde, 1 dakika için 3750 V_rms'dir. Çalışma sıcaklık aralığı -55°C ila +110°C'dir ve depolama -55°C ila +125°C'ye kadar uzanır.

2.2 Elektro-Optik Karakteristikler

Bu parametreler, cihazın normal çalışma koşulları altındaki performansını tanımlar (belirtilmediği sürece Ta=25°C).

• Giriş Karakteristikleri:İleri gerilim (V_F), 20mA test akımında tipik olarak 1.2V, maksimum 1.4V'dir. Bu düşük gerilim, düşük güçlü mantık arayüz devreleri için faydalıdır. Ters kaçak akım (I_R), 4V'da maksimum 10µA'dır.
• Çıkış Karakteristikleri:Kollektör-emitör karanlık akımı (I_CEO), yani LED kapalıyken kaçak akım, V_CE=20V'da maksimum 100nA'dır. Delinme gerilimleri (BV_CEO=80V,BV_ECO=7V) derecelendirmeleri doğrular.
• Transfer Karakteristikleri:Bu, cihazın spesifikasyonunun kalbidir.
  • Akım Transfer Oranı (CTR):Bu, çıkış kollektör akımının giriş LED ileri akımına oranıdır, yüzde olarak ifade edilir. EL121N serisi birsınıflandırma/ayırma sistemi:
    • EL121N (Standart):I_F=5mA, V_CE=5V'da CTR aralığı %50 ila %400.
    • EL121N B:130% ila 260% aralığında daha dar bir sınıf.
    • EL121N C:200% ila 400% aralığında daha yüksek performanslı bir sınıf.
    • EL121N BC:130% ila 400%'ü kapsayan geniş bir sınıf.
    Bu sınıflandırma, tasarımcıların gerekli kazanç ve tutarlılığa göre parça seçmesine, devre performansını ve maliyeti optimize etmesine olanak tanır.
  • Doyma Gerilimi (V_CE(sat)):I_F=20mA ile sürüldüğünde ve I_C=1mA ile yüklendiğinde tipik olarak 0.1V (maks. 0.2V). Bu düşük değer, dijital anahtarlama uygulamaları için mükemmeldir, gerilim kaybını en aza indirir.
  • İzolasyon Direnci (R_IO):Minimum 5 x 10¹⁰Ω, son derece yüksek DC yalıtım direncini gösterir.
  • Anahtarlama Hızı:Yükselme süresi (t_r) belirtilen test koşullarında (Vt_f=2V, I_CE=2mA, R_C=100Ω) tipik olarak 6µs (maks. 18µs) ve düşme süresi (_L) tipik olarak 8µs (maks. 18µs)'dir. Bu, cihazın orta hızlı dijital sinyal iletimi kapasitesini tanımlar.

3. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası tipik elektro-optik karakteristik eğrilerine atıfta bulunur. Spesifik grafikler metinde yeniden üretilmemiş olsa da, tasarım için kritik olan aşağıdaki ilişkileri tipik olarak içerir:

• CTR - İleri Akım (I_F):CTR sabit değildir; genellikle I_Farttıkça azalır. Tasarımcılar, LED'i aşırı sürmeden istenen kazancı sağlayan bir çalışma noktası seçmek için bu eğriye danışmalıdır.
• CTR - Ortam Sıcaklığı (T_a):Optokuplörlerin CTR'si negatif bir sıcaklık katsayısına sahiptir; sıcaklık arttıkça azalır. Bu eğri, amaçlanan çalışma sıcaklık aralığı boyunca devre kararlılığını sağlamak için hayati öneme sahiptir.
• Kollektör Akımı - Kollektör-Emitör Gerilimi (I_C-V_CE):Bu çıkış karakteristik eğrileri, fototransistörün doğrusal (aktif) ve doygun bölgelerde çalıştığını gösterir; bu, taban akımı yerine I_F'nin kontrol parametresi olduğu standart bir bipolar transistöre benzer.
• İleri Gerilim - İleri Akım (V_F-I_F):Bu LED karakteristiği, akım sınırlayıcı sürücü devresini tasarlamak için önemlidir.

Veri sayfasındaki Şekil 10, dirençli bir yük (Rt_on, t_off, t_r, t_f) ve tanımlanmış bir giriş darbesi kullanarak anahtarlama sürelerini (_L) ölçmek için standart test devresini ve dalga formu tanımlarını sağlar.

4. Mekanik, Paket ve Montaj Bilgileri

4.1 Bacak Yapılandırması ve Paket Boyutları

4 bacaklı SOP paketinin net bir bacak yapılandırması vardır:

1. Kızılötesi LED'in Anodu (A)
2. Kızılötesi LED'in Katodu (K)
3. Fototransistörün Emitörü (E)
4. Fototransistörün Kollektörü (C)

Paket çizimi, gövde boyutu, bacak aralığı ve toplam yükseklik dahil kesin boyutları sağlar ve 2.0mm profilini doğrular. Güvenilir lehimleme ve yüzey montaj montajı sırasında mekanik stabiliteyi sağlamak için önerilen bir PCB lehim yatağı deseni (pad düzeni) de sağlanmıştır.

4.2 Lehimleme ve Montaj Kılavuzu

Cihaz, 10 saniye için maksimum lehimleme sıcaklığı (T_SOL) 260°C olarak derecelendirilmiştir. Ayrıca, IPC/JEDEC J-STD-020D'ye uygun ayrıntılı bir reflow lehimleme profili sağlanmıştır. Bu profil için ana parametreler şunlardır:

• Ön Isıtma:60-120 saniye üzerinde 150°C ila 200°C.
• Sıvı Üstü Süresi (217°C):60-100 saniye.
• Tepe Sıcaklığı:Maksimum 260°C.
• Tepe Sıcaklığın 5°C İçinde Süre:Maksimum 30 saniye.
• Maksimum Reflow Sayısı:3 kez.

Paket çatlamasını, katman ayrılmasını veya iç die ve tel bağlantılarının hasar görmesini önlemek için bu profile uymak esastır.

5. Sipariş, Paketleme ve İşaretleme

5.1 Parça Numaralandırma Sistemi

Parça numarası şu formattadır:EL121N(X)(Y)-V

• EL121N:Temel cihaz numarası.
• X:CTR Sınıfı (B, C, BC veya standart sınıf için boş).
• Y:Şerit ve Makara Seçeneği (TA veya TB, besleme yönü farklı).
• -V:İsteğe bağlı VDE onayını belirten sonek.

Örnekler: EL121NBC-TA, EL121NC-TB-V.

5.2 Paketleme Özellikleri

Cihazlar otomatik montaj için şerit ve makara üzerinde tedarik edilir. Şerit boyutları (genişlik, yuva boyutu, aralık) ve makara özellikleri ayrıntılı olarak sağlanmıştır. Hem TA hem de TB seçenekleri makara başına 3000 adet içerir.

5.3 Cihaz İşaretlemesi

Her cihazın üst kısmına lazer veya mürekkep kodu ile işaretlenir:EL 121N RYWWV

• EL:Üretici kodu.
• 121N:Cihaz numarası.
• R:CTR Sınıfı kodu (ör. B veya C).
• Y:1 haneli yıl kodu.
• WW:2 haneli hafta kodu.
• V:VDE onay işaretinin varlığı.

Bu işaretleme, cihaz tipinin izlenebilirliğini ve doğrulanmasını sağlar.

6. Uygulama Notları ve Tasarım Hususları

6.1 Tipik Uygulamalar

EL121N serisi, geniş bir izolasyon ve arayüz ihtiyacı yelpazesi için uygundur:

• Anahtarlamalı Güç Kaynakları (SMPS):DC-DC dönüştürücülerde geri besleme izolasyonu sağlar; bu, çıkış gerilimini düzenlerken birincil taraftan güvenlik izolasyonunu korumak için kritiktir.
• Endüstriyel Kontrol Sistemleri:Düşük gerilimli mantık kontrolörleri (PLC'ler) ile daha yüksek gerilim/akım endüstriyel aktüatörler veya sensörler arasında arayüz, toprak döngüsü gürültüsünü önler.
• Telekomünikasyon Ekipmanları:Modem, yönlendirici veya hat kartı arayüzlerinde sinyal hatlarını izole etme veya galvanik izolasyon sağlama.
• Genel Devre İzolasyonu:Farklı toprak potansiyelleri veya empedanslarına sahip devreler arasında sinyal transferi gerektiren herhangi bir uygulama.

6.2 Kritik Tasarım Hususları

• CTR Bozulması:Optokuplörlerin CTR'si zamanla bozulabilir, özellikle yüksek LED akımlarında ve yüksek sıcaklıklarda çalıştırıldığında. LED akımını düşürmek ve başlangıç CTR'si gerekli minimumun çok üzerinde olan bir parça seçmek, bir ömür marjı sağlar.
• Hız - Akım Dengesi:Anahtarlama hızı, daha yüksek LED sürücü akımı ile iyileşir ancak daha yüksek güç tüketimi ve potansiyel hızlandırılmış yaşlanma pahasına. Test koşulu (I_F=10mA tip.) bir temel sağlar; daha hızlı hızlar için daha yüksek I_Fgerekebilir.
• Yük Direnci Seçimi:Yük direncinin (R_L, kollektörde) değeri hem anahtarlama hızını hem de çıkış gerilim salınımını etkiler. Daha küçük bir R_Lhızı artırır ancak kazancı ve çıkış gerilim aralığını azaltır.
• Gürültü Bağışıklığı:Dijital uygulamalar için, alıcı devreyi fototransistörün açık ve kapalı durumlarını net bir şekilde ayırt edecek şekilde tasarlayarak yeterli bir "gürültü marjı" sağlamak anahtardır.
• İzolasyon Sızıntı ve Açıklık Mesafesi:PCB düzeni tasarlanırken, giriş ve çıkış tarafı izleri arasında belirtilen sızıntı ve açıklık mesafelerini (3750V_rmsderecelendirmesiyle ima edilen) koruyarak izolasyon bütünlüğünü muhafaza edin.

7. Teknik Karşılaştırma ve Konumlandırma

Fototransistör çıkışlı fotokuplör pazarında, EL121N serisi kendini birkaç temel özellikle konumlandırır:

• Paket:4 bacaklı SOP, eski 4 bacaklı DIP paketlerinden daha kompakt bir ayak izi sunarken, ultra minyatür 4 bacaklı paketlerden daha kolay işlenir ve lehimlenir; boyut ve üretilebilirlik arasında bir denge kurar.
• CTR Sınıflandırması:Birden fazla, net tanımlanmış CTR sınıfı (B, C, BC) sunmak, genel parçalarda her zaman bulunmayan esneklik sağlar ve optimize edilmiş tasarıma olanak tanır.
• Kapsamlı Sertifikalar:Tek bir parçada UL, cUL, VDE ve İskandinav SEMKO/NEMKO/DEMKO/FIMKO onaylarının birikmesi, katı güvenlik gereksinimleri olan küresel pazarları hedefleyen ürünler için bileşen seçim sürecini basitleştirir.
• Performans Dengesi:%400'e kadar CTR, 0.2V altında doyma gerilimi ve mikrosaniye aralığında anahtarlama süreleri ile, basit açık/kapalı sinyallerden PWM geri beslemeye kadar geniş bir analog ve dijital izolasyon görevi yelpazesi için uygun, dengeli bir performans sunar.

8. Sıkça Sorulan Sorular (SSS)

8.1 TA ve TB şerit seçenekleri arasındaki fark nedir?

Temel fark, makaradanbesleme yönüdür. TA ve TB, taşıyıcı şerit üzerinde bileşen yuvalarını farklı yönlendirir. Tasarımcı, belirli pick-and-place makinesinin besleyici sisteminin gerektirdiği yöne göre doğru seçeneği belirtmelidir. Her ikisi de 3000 adet içerir.

8.2 B, C ve BC CTR sınıfları arasında nasıl seçim yapılır?

Devrenizin kazanç gereksinimi ve tutarlılık ihtiyaçlarına göre seçim yapın.

• Yüksek hassasiyet gerektiren veya sürücü devresinin sadece düşük LED akımı sağlayabildiği uygulamalar içinC Sınıfı (200-400%)kullanın.
• Tüm birimlerde öngörülebilir performans için orta, sıkı kontrol edilen bir kazanç gerektiren uygulamalar içinB Sınıfı (130-260%)kullanın.
• Devre tasarımının, genellikle geri besleme veya daha az kritik sinyal seviyeleri kullanarak CTR'de daha geniş bir varyasyonu tolere edebildiği, maliyet duyarlı uygulamalar içinStandart (50-400%)veyaBC (130-400%)sınıfını kullanın.

8.3 Bu cihaz analog sinyal izolasyonu için kullanılabilir mi?

Evet, ancak önemli uyarılarla. Fototransistörün doğrusal olmaması, CTR'nin sıcaklığa bağımlılığı ve doğal cihazdan cihaza değişkenlik, onu özel lineer optokuplörlere (bir fotodiyot ve bir işlemsel yükselteç içeren) kıyasla yüksek hassasiyetli analog izolasyon için daha az ideal yapar. Daha düşük hassasiyetli analog sinyaller veya harici doğrusallaştırma ve sıcaklık kompanzasyonu kullanan devreler için etkili bir şekilde kullanılabilir.

8.4 İzolasyon gerilimi testinin amacı nedir (1-2 bacakları 3-4'e kısa devre)?

Bu test, paketin giriş (LED) ve çıkış (fototransistör) bölümleri arasındaki iç yalıtım bariyerinin bütünlüğünü doğrular. Her iki taraftaki bacakları kısa devre etmek, test geriliminin tüm izolasyon sınırı boyunca uygulandığından emin olur ve kalıp bileşiği boyunca veya kurşun çerçeve boyunca herhangi bir potansiyel delinme yolunu kontrol eder.