EL3H7U-G Fotokuplör Veri Sayfası - 4 Bacaklı SSOP Paket - 2.0mm Profil - 3750Vrms İzolasyon - CTR %100-560 - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

EL3H7U-G serisi, modern elektronik devrelerde güvenilir sinyal izolasyonu için tasarlanmış, kompakt, yüzey montaj fototransistör fotokuplörlerinden (optokuplörler) oluşan bir aileyi temsil eder. Bu cihazlar, ışık kullanarak iki izole devre arasında elektriksel sinyallerin aktarılmasını sağlayarak, bir devredeki yüksek gerilimlerin veya toprak döngülerinin diğer devreyi etkilemesini veya hasar vermesini önleyen kritik bir işlev sunar.

Temel yapı, bir galyum arsenür kızılötesi ışık yayan diyotun (IRED) bir silisyum NPN fototransistöre optik olarak bağlanmasından oluşur. Her ikisi de yeşil, halojensiz bir bileşik içinde kapsüllenmiş ve 2.0 mm düşük profilli 4 bacaklı Küçük Dış Hat Paketinde (SSOP) bulunur. Bu paket, baskılı devre kartlarındaki (PCB) alan kısıtlı uygulamalar için idealdir.

1.1 Temel Avantajlar ve Hedef Pazar

EL3H7U-G serisinin birincil avantajları arasında yüksek izolasyon kapasitesi, kompakt form faktörü ve uluslararası güvenlik ve çevre standartlarına uyum yer alır. 3750 Vrms'lik bir izolasyon gerilimi (Viso) ile hassas devrelere sağlam koruma sağlar. Halojensiz malzeme bileşimi, RoHS ve REACH gibi çevre düzenlemeleriyle uyumludur. Cihaz, UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO ve CQC dahil olmak üzere büyük uluslararası güvenlik kuruluşları tarafından onaylanmıştır ve bu da onu sertifikalı bileşenler gerektiren küresel pazarlar için uygun kılar.

Hedef uygulamalar çeşitlidir ve elektriksel izolasyon ve gürültü bağışıklığının çok önemli olduğu alanlara odaklanır. Ana pazarlar arasında anahtarlamalı güç kaynakları (SMPS), özellikle DC-DC dönüştürücüler, endüstriyel programlanabilir mantık denetleyicileri (PLC'ler), telekomünikasyon ekipmanları ve farklı toprak potansiyellerine veya empedans seviyelerine sahip devreler arasında genel amaçlı sinyal iletimi yer alır.

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

Mutlak maksimum değerleri ve elektriksel özellikleri anlamak, güvenilir devre tasarımı ve fotokuplörün uzun vadeli güvenilirliğini sağlamak için esastır.

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Bu değerler, cihaza kalıcı hasar verebilecek stres sınırlarını tanımlar. Normal çalışma için tasarlanmamıştır.

• Giriş (LED Tarafı):İleri akım (I_F) 20 mA'yı aşmamalıdır. Ters gerilim (V_R) 5 V ile sınırlıdır; bu, giriş ters polarmaya maruz kalabilecekse uygun polarite korumasına ihtiyaç olduğunu vurgular.
• Çıkış (Fototransistör Tarafı):Kollektör akımı (I_C) 30 mA olarak derecelendirilmiştir. Kollektör-emiter gerilimi (V_CEO) 60 V'a kadar dayanabilirken, emiter-kollektör gerilimi (V_ECO) çok daha düşük olan 5 V'dur; bu, fototransistörün bozulma karakteristiklerinin asimetrisini gösterir.
• Termal ve İzolasyon:Toplam cihaz güç dağılımı (P_TOT) 200 mW'dır. İzolasyon gerilimi (V_ISO) olan 3750 Vrms, kontrollü nem (%40-60 RH) altında 1-2 ve 3-4 bacakları kısa devre edilerek 1 dakika boyunca test edilir. Çalışma sıcaklığı aralığı -40°C ila +125°C olarak belirtilmiştir.

2.2 Elektro-Optik Özellikler

Bu parametreler, tipik olarak 25°C'de ölçülür ve cihazın normal çalışma koşulları altındaki performansını tanımlar.

• Giriş Özellikleri:İleri gerilim (V_F), 1 mA'lık bir ileri akımda (I_F) tipik olarak 1.3V'dur; bu, sürücü devre tasarımı için önemlidir. Giriş kapasitansı (C_in) 250 pF'a kadar çıkabilir; bu, yüksek frekanslı anahtarlama performansını etkileyebilir.
• Çıkış Özellikleri:Kollektör-emiter karanlık akımı (I_CEO) çok düşüktür (V_CE=20V'da maks. 100 nA), LED kapalıyken sızıntı akımını temsil eder. Kollektör-emiter doyum gerilimi (V_CE(sat)), belirtilen test koşulları altında (I_F=3mA, I_C=1.6mA) maksimum 0.4V'dur; bu, transistör tamamen açıkken düşük bir voltaj düşüşü olduğunu gösterir.
• İzolasyon Parametreleri:İzolasyon direnci (R_IO) minimum 5 x 10¹⁰Ω'dur ve izolasyon kapasitansı (C_IO) maksimum 1.0 pF'dır. Bu değerler, ortak mod bastırma ve izolasyon bariyeri boyunca yüksek frekanslı gürültü bağlaşımını belirlemek için kritiktir.

2.3 Transfer Karakteristikleri ve Derecelendirme Sistemi

Akım Transfer Oranı (CTR), bir fotokuplör için en kritik parametredir ve çıkış kollektör akımının (I_C) giriş LED ileri akımına (I_F) oranı olarak tanımlanır, yüzde olarak ifade edilir: CTR = (I_CF) * %100.

EL3H7U-G serisi, tasarımcılara tutarlı performans grupları sağlamak için bir CTR derecelendirme sistemi kullanır:

• EL3H7U (Standart):I_F= 0.5 mA, V_CE= 5V'da CTR aralığı %50 ila %600.
• EL3H7UA:CTR aralığı %100 ila %200.
• EL3H7UB:CTR aralığı %150 ila %300.
• EL3H7UC:CTR aralığı %200 ila %400.

Bu derecelendirme, özellikle güç kaynaklarının geri besleme döngüleri gibi kazanç tutarlılığının önemli olduğu devrelerde daha hassas tasarıma olanak tanır. Standart parça en geniş aralığı sunar ve kesin CTR'nin daha az kritik olduğu genel amaçlı uygulamalar için uygundur.

3. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, temel performans eğilimlerini gösteren çeşitli grafikler sağlar. Bu eğrilerin tipik davranışı temsil ettiğini ve üretim testleriyle garanti edilmediğini not etmek çok önemlidir.

3.1 İleri Akım - İleri Gerilim (Şekil 1)

Bu grafik, giriş IRED'in farklı ortam sıcaklıklarında (-40°C, 25°C, 125°C) I-V karakteristiğini gösterir. İleri gerilim (V_F) negatif bir sıcaklık katsayısına sahiptir, yani belirli bir akım için sıcaklık arttıkça azalır. Bu, diyotlar için tipik bir davranıştır ve termal yönetim ve sabit akım sürücü tasarımında dikkate alınmalıdır.

3.2 Kollektör Akımı - İleri Akım (Şekil 2) ve CTR - İleri Akım (Şekil 3)

Şekil 2, çıkış kollektör akımını (I_C) giriş LED akımına (I_F) karşı, iki farklı kollektör-emiter gerilimi (V_CE=0.4V ve 5V) için çizer. İlişki düşük akımlarda doğrusaldır ancak daha yüksek I_Fseviyelerinde, özellikle daha düşük V_CE'de doyuma ulaşır. Şekil 3, normalize edilmiş CTR'nin I_Farttıkça azaldığını gösterir. Bu, cihazın en verimli (en yüksek CTR) olduğu durumun tipik olarak 0.5 mA'lık test koşulu civarındaki düşük sürücü akımlarında olduğunu gösterir.

3.3 Sıcaklık Bağımlılığı (Şekil 6 & 7)

Şekil 6, sabit bir I_Ciçin kollektör akımının (I_F) sıcaklıkla arttığını gösterir. Şekil 7, normalize edilmiş CTR'nin oda sıcaklığı civarında zirve yaptığını ve hem daha yüksek hem de daha düşük sıcaklıklarda azaldığını gösterir. CTR'nin bu sıcaklık bağımlılığı kritik bir tasarım faktörüdür. Devreler, kazançtaki değişimi hesaba katarak, belirtilen tüm sıcaklık aralığı boyunca doğru çalışacak şekilde tasarlanmalıdır.

3.4 Anahtarlama Karakteristikleri (Şekil 9)

Anahtarlama süresi - yük direnci (R_L) grafiği, hem yükselme süresinin (t_r) hem de düşme süresinin (t_f) yük direnci azaldıkça azaldığını gösterir. Daha hızlı anahtarlama, daha küçük yük dirençleriyle elde edilir, ancak bu, çıkış katında daha yüksek güç dağılımı pahasına olur. Test devresi (Şekil 13), t_r'yi çıkış darbesinin %10'undan %90'ına kadar geçen süre ve t_f'yi %90'dan %10'a kadar geçen süre olarak tanımlar.

4. Mekanik, Paketleme ve Montaj Bilgileri

4.1 Bacak Yapılandırması ve Polarite

Cihaz standart bir 4 bacaklı SSOP ayak izi kullanır. Bacak bağlantısı şu şekildedir: Bacak 1: IRED'in Anodu, Bacak 2: IRED'in Katodu, Bacak 3: Fototransistörün Emiteri, Bacak 4: Fototransistörün Kollektörü. Hasarı önlemek için PCB yerleşimi ve montajı sırasında doğru polariteye dikkat edilmelidir.

4.2 Lehimleme ve Taşıma Kılavuzları

Lehimleme sıcaklığı (T_SOL) için mutlak maksimum değer 10 saniye için 260°C'dir. Bu, tipik kurşunsuz reflow lehimleme profilleriyle uyumludur. Nem hassas cihazlar için standart IPC/JEDEC J-STD-020 kılavuzlarına uyulmalıdır. Cihaz, kontrollü koşullar altında nem bariyerli orijinal torbasında kurutucu ile saklanmalı ve torba açılmışsa veya maruz kalma süresi aşılmışsa lehimlemeden önce ısıtılmalıdır.

5. Sipariş Bilgisi ve Paketleme

Parça numarası şu yapıyı izler: EL3H7U(X)(Y)-VG.

• X:CTR Sınıfı (A, B, C veya standart sınıf için boş).
• Y:Şerit ve makara seçeneği (TA, TB veya boş). TA ve TB muhtemelen farklı makara boyutlarına veya paketleme yönlerine atıfta bulunur, her ikisi de makara başına 5000 birim içerir.
• V:İsteğe bağlı VDE onay işareti.
• G:Halojensiz malzemeyi belirtir.

Örnekler: EL3H7UB-TA-VG, B sınıfı CTR cihazı, TA şerit ve makarada paketlenmiş, VDE onaylı ve halojensiz malzeme anlamına gelir.

6. Uygulama Kılavuzları ve Tasarım Hususları

6.1 Tipik Uygulama Devreleri

Birincil uygulama sinyal izolasyonudur. Tipik bir devre, giriş LED'inin bir dijital sinyal kaynağından (örneğin, bir mikrodenetleyici GPIO) bir akım sınırlama direnci ile sürülmesini içerir. Çıkış fototransistörü, ters çevrilmiş bir çıkış sinyali üretmek için ortak emiter yapılandırmasında (kollektör bir pull-up direncine bağlı, emiter topraklanmış) veya ters çevrilmemiş bir sinyal için emiter takipçisi yapılandırmasında kullanılabilir.

6.2 Temel Tasarım Hususları

• LED Sürücü Akımı:I_F'yi gerekli anahtarlama hızı ve CTR'ye göre seçin. Daha düşük I_Fdaha yüksek CTR ancak daha yavaş anahtarlama sunar. Bir seri direnç, R = (V_kaynak- V_F) / I_F.
• formülü kullanılarak hesaplanmalıdır._LÇıkış Yük Direnci (R):_LBu direnç, çıkış gerilim salınımını, anahtarlama hızını ve güç dağılımını belirler. Daha küçük bir R_C.
• daha hızlı anahtarlama ancak daha düşük çıkış gerilim salınımı ve daha yüksek Isağlar._FCTR Bozulması:
• Fotokuplörlerin CTR'si zamanla, özellikle yüksek sıcaklıklarda ve yüksek LED akımlarında çalıştırıldığında bozulabilir. Uzun ömürlü tasarımlar için, çalışma I'sini düşürün ve yeterli termal yönetim sağlayın.

Gürültü Bağışıklığı:

Gürültülü ortamlar için, giriş bacakları arasında, cihaza yakın küçük bir bypass kapasitörü (örneğin, 0.1 μF) yardımcı olabilir. Çıkışta, yüksek hızlı sinyaller için PCB yerleşiminde dikkatli olmak ve kaçak kapasitansı en aza indirmek önemlidir.

7. Teknik Karşılaştırma ve SSS

7.1 Diğer Fotokuplörlerden Farkı

EL3H7U-G serisi, kompakt SSOP paketi, yüksek 3750 Vrms izolasyon derecesi, geniş -40°C ila +125°C çalışma sıcaklığı ve kapsamlı uluslararası güvenlik sertifikalarının kombinasyonuyla kendini farklılaştırır. Birçok rakip cihaz benzer CTR veya hız sunabilir ancak tam onay setinden veya yüksek sıcaklık kapasitesinden yoksun olabilir.

7.2 Sıkça Sorulan Sorular (SSS)

S: Standart sınıf ile A/B/C sınıfları arasındaki fark nedir?

C: Standart sınıf çok geniş bir CTR aralığına (%50-600) sahiptir. A, B ve C sınıfları daha dar, garanti edilmiş CTR aralıklarına (örneğin, C sınıfı için %200-400) ayrılır. Öngörülebilir kazanç gerektiren tasarımlar için derecelendirilmiş parçaları kullanın.

S: Bunu AC giriş sinyal izolasyonu için kullanabilir miyim?

C: Doğrudan kullanamazsınız. Giriş bir IRED'dir, bu bir diyottur ve sadece bir yönde iletir. Bir AC sinyalini izole etmek için önce onu doğrultmanız veya özel bir AC girişli fotokuplör kullanmanız gerekir._rS: Maksimum veri hızını nasıl hesaplarım?_fC: Maksimum veri hızı, yükselme ve düşme sürelerinin toplamı (t_r+ t_r) ile sınırlıdır. Dijital bir sinyal için kabaca bir tahmin Bant Genişliği ≈ 0.35 / (t

) şeklindedir. Tipik 8 μs'lik bir t

ile bant genişliği yaklaşık 44 kHz'dir. Güvenilir dijital iletişim için pratik veri hızı daha düşük olacaktır._IOS: İzolasyon kapasitansı neden önemlidir?_IOC: Düşük izolasyon kapasitansı (C

), yüksek frekanslı ortak mod gürültüsünü bastırmak için çok önemlidir. İzolasyon bariyeri boyunca hızlı gerilim geçişlerinin olduğu uygulamalarda (motor sürücüleri gibi), yüksek bir C

gürültüyü primerden sekonder tarafına bağlayabilir ve potansiyel olarak arızalara neden olabilir.

8. Çalışma Prensibi ve Teknoloji Trendleri

8.1 Temel Çalışma Prensibi

Bir fotokuplör, elektro-optik-elektriksel dönüşüm prensibiyle çalışır. Giriş tarafına uygulanan bir elektriksel sinyal, IRED'in akımla orantılı kızılötesi ışık yaymasına neden olur. Bu ışık, paket içindeki şeffaf bir izolasyon bariyerini geçer. Çıkış tarafında, fototransistör bu ışığı algılar, bir baz akımı üretir ve bu da çok daha büyük bir kollektör akımını kontrol eder. İki devre elektriksel olarak izole edilmiştir, aralarında sadece optik bağlaşım vardır.