ELM4XXA Serisi Katı Hal Röle Veri Sayfası - 4 Pinli SOP Paket - 400V/600V Yük Gerilimi - 120mA/50mA Yük Akımı - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

ELM4XXA serisi, kompakt bir 4 pinli Küçük Dış Hat Paketinde (SOP) paketlenmiş, tek kanallı, normalde açık (1 Form A) katı hal rölelerinden (SSR) oluşan bir aileyi temsil eder. Bu cihazlar, yüksek güvenilirlik, hızlı anahtarlama ve düşük güç tüketimi gerektiren, alanın kısıtlı olduğu uygulamalarda elektromekanik röleleri (EMR) değiştirmek üzere tasarlanmıştır. Temel teknoloji, düşük gerilimli kontrol devresi ile yüksek gerilimli yük devresi arasında galvanik izolasyon sağlayan, çıkış MOSFET'lerini süren bir fotovoltaik diyot dizisine optik olarak bağlanmış bir AlGaAs kızılötesi LED içerir.

1.1 Temel Avantajlar ve Hedef Pazar

ELM4XXA serisinin birincil avantajları katı hal yapısından kaynaklanmaktadır. Temel faydalar arasında sessiz çalışma, kontak sıçramasının olmaması, uzun çalışma ömrü ve şoka ve titreşime karşı dayanıklılık yer alır. Düşük LED çalışma akımı, mikrodenetleyiciler veya mantık kapıları gibi kontrol devrelerindeki yükü en aza indirir. Seri, özellikle küçültme, enerji verimliliği ve güvenilirliğin çok önemli olduğu modern elektronik ekipmanlar için uygundur.

Hedef Uygulamalar:Bu röle serisi, telekomünikasyon santral ekipmanlarında, ölçüm ve test cihazlarında, fabrika otomasyonu (FA) ve ofis otomasyonu (OA) ekipmanlarında, endüstriyel kontrol sistemlerinde ve güvenlik sistemlerinde kullanılmak üzere tasarlanmıştır.

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

ELM4XXA serisinin performansı, kapsamlı bir elektriksel, optik ve termal parametre seti ile tanımlanır. Bu özellikleri anlamak, doğru devre tasarımı ve güvenilir çalışma için çok önemlidir.

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Bu değerler, cihaza kalıcı hasar verebilecek stres sınırlarını tanımlar. Bu koşullar altında çalışma garanti edilmez.

• Giriş (LED Tarafı):Maksimum ileri akım (I_F) 50 mA DC'dir. Darbe koşullarında (100 Hz'de %0.1 görev döngüsü) 1 A'lık bir tepe ileri akım (I_FP) izin verilir. Maksimum ters gerilim (V_R) 5 V'dur.
• Çıkış (MOSFET Tarafı):Delinme gerilimi (V_L) iki ana varyantı ayırt eder: ELM440A için 400 V ve ELM460A için 600 V. Buna bağlı olarak, maksimum sürekli yük akımı (I_L) 400V versiyonu için 120 mA ve 600V versiyonu için 50 mA'dır. Kısa süreler için (100 ms tek atış) daha yüksek bir darbe yük akımına izin verilir.
• İzolasyon:Cihaz, giriş ve çıkış arasında güvenlik ve gürültü bağışıklığı sağlamak için 1 dakika boyunca 3750 V_isorms_{değerinde yüksek bir izolasyon gerilimi (V}) sağlar.
• Termal:Çalışma ortam sıcaklığı aralığı -40°C ila +85°C'dir. Toplam cihaz güç dağılımı (P_T) 550 mW'ı aşmamalıdır.

2.2 Elektro-Optik Karakteristikler

Bu parametreler, T_A= 25°C'de belirtilir ve cihazın normal koşullar altındaki çalışma davranışını tanımlar.

• Giriş Karakteristikleri:LED ileri gerilimi (V_F), I_F= 10 mA'de tipik olarak 1.18V'dur, maksimum 1.5V'dur. Bu düşük V_F düşük güç tüketimine katkıda bulunur.
• Çıkış Karakteristikleri:Kritik bir parametre, açık durum direncidir (R_d(ON)). ELM440A için tipik olarak 20 Ω (maks 30 Ω), ELM460A için ise tipik olarak 40 Ω (maks 70 Ω)'dur. Bu direnç, iletim sırasında röle üzerindeki gerilim düşüşünü ve güç kaybını doğrudan etkiler. Kapalı durum sızıntı akımı (I_leak) 1 μA'dan az olarak garanti edilir, röle açıkken güç kaybını en aza indirir.
• Transfer Karakteristikleri:Bunlar giriş ve çıkış arasındaki ilişkiyi tanımlar. Maksimum yükte çıkış MOSFET'lerini tamamen etkinleştirmek için gereken LED açma akımı (I_F(on)) çok düşüktür, tipik olarak 1 mA (maks 5 mA). LED kapama akımı (I_F(off)), çıkışın kapalı olduğunun garanti edildiği maksimum giriş akımıdır (I_L≤ 1 μA), tipik olarak 0.6 mA.
• Anahtarlama Hızı:Açılma süresi (T_on) ve kapanma süresi (T_off) milisaniye altı aralıktadır. Standart test koşullarında (I_F=10mA, I_L=MAX, R_L=200Ω), T_on tipik olarak 0.1 ms ve T_off tipik olarak 0.2 ms'dir. Bu, çoğu EMR'den önemli ölçüde daha hızlıdır.

3. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, kilit parametrelerin çalışma koşullarına göre nasıl değiştiğini gösteren, derecelendirme ve sağlam tasarım için gerekli olan birkaç grafik sağlar.

3.1 Termal Derecelendirme

Şekil 1: Yük Akımı vs. Ortam Sıcaklığıortam sıcaklığı arttıkça maksimum sürekli yük akımının gerekli derecelendirmesini gösterir. Hem ELM440A hem de ELM460A'nın yük akımı, 25°C'deki derecelendirilmiş değerlerinden yaklaşık 100-120°C'de sıfıra doğru doğrusal olarak azaltılmalıdır. Bu eğri, cihazın toplam güç dağılımının (I_L²* R_d(ON)) yüksek sıcaklıklarda sınırları aşmamasını sağlamak için kritiktir.

3.2 Açık Direnci ve Anahtarlama Süresi Değişimi

Şekil 2: Açık Direnç vs. Ortam SıcaklığıR_d(ON)'un sıcaklıkla arttığını gösterir. ELM460A için, R_d(ON) 25°C'den 100°C'ye %50'nin üzerinde artabilir. Bu, yüksek sıcaklıklardaki gerilim düşüşü hesaplamalarında dikkate alınmalıdır.

Şekil 3: Anahtarlama Süresi vs. Ortam Sıcaklığıhem T_on hem de T_off'un özellikle 0°C'nin altında olmak üzere sıcaklık düştükçe orta derecede arttığını gösterir. Soğuk ortamlarda çalışan devrelerin tasarımcıları, biraz daha yavaş anahtarlamayı hesaba katmalıdır.

3.3 Giriş/Çıkış İlişkisi

Şekil 4 & 5: Anahtarlama Süresi vs. LED İleri AkımıLED sürme akımının (I_F) artırılmasının açılma ve kapanma sürelerini önemli ölçüde azalttığını gösterir. Bu, tasarımcıların anahtarlama hızını giriş güç tüketimi ile değiştirmesine olanak tanır. LED'i 10 mA yerine 20-30 mA ile sürmek, anahtarlama sürelerini yarıdan fazla azaltabilir.

Şekil 6 & 7: Normalleştirilmiş LED Çalışma Akımı vs. Sıcaklıkçıkışı açmak için gereken I_F(on)'un sıcaklık arttıkça azaldığını, I_F(off)'un (kapandığı nokta) ise arttığını ortaya koyar. Yüksek sıcaklıklardaki bu çalışma penceresinin daralması, marj tasarımında dikkate alınmalıdır.

4. Mekanik ve Paket Bilgileri

4.1 Pin Konfigürasyonu ve Şematik

Cihaz standart bir 4 pinli SOP ayak izi kullanır.

• Pin 1: LED Anot
• Pin 2: LED Katot
• Pin 3 & 4: MOSFET Çıkışı (Source ve Drain bağlantıları; dahili devre, bunların cihazı bir SPST anahtarı yapacak şekilde bağlandığını gösterir).

Şematik, mimariyi doğrular: bir kızılötesi LED, çıkış MOSFET'lerinin kapılarını önyüklemek için bir gerilim üreten bir fotovoltaik hücre dizisini sürer, böylece onları açar.

4.2 Paket Boyutları ve İşaretleme

Paketin gövde boyutu yaklaşık 4.59mm x 3.81mm, yüksekliği ise 1.73mm (maks)'dir. Bacak aralığı 2.54mm'dir. Güvenilir lehimleme ve mekanik stabilite sağlamak için önerilen bir PCB pad düzeni (pad yerleşimi) sağlanmıştır. Cihazın üst kısmında, üretici logosunu, parça numarasını (örn., M440A), üretim yılı/haftasını ve VDE onaylı versiyonlar için isteğe bağlı bir 'V'yi gösteren bir kod ile işaretlenmiştir.

5. Lehimleme ve Montaj Kılavuzları

Cihaz, reflow lehimleme işlemleri kullanılarak yüzey montajı için tasarlanmıştır. Lehimleme sıcaklığı için mutlak maksimum değer 10 saniye için 260°C'dir. Bu, tipik kurşunsuz (Pb-free) reflow profilleri ile uyumludur. Tasarımcılar, tombstoning'i önlemek ve uygun lehim bağlantısı oluşumunu sağlamak için önerilen pad düzenini takip etmelidir. Cihaz, halojensiz, kurşunsuz ve RoHS direktiflerine uyumludur, bu da çevre bilincine sahip üretim için uygun hale getirir.

6. Sipariş Bilgisi ve Paketleme

Parça numarası şu yapıyı izler: ELM4XXA(X)-VG.

• 4XXA:Parça numarası çekirdeği (400V için 440A, 600V için 460A).
• (X):Bant ve makara seçeneği. 'TA' veya 'TB' farklı makara özelliklerini belirtir. Atlanırsa, parçalar 100 birimlik tüpler halinde tedarik edilir.
• -V:Birimin VDE onaylı olduğunu belirten isteğe bağlı sonek.
• -G:Halojensiz uyumluluğu belirtir.

Standart SMD versiyonları (tüp paketi) 100 birim içerir. Bant ve makara seçenekleri makara başına 3000 birim içerir.

7. Uygulama Önerileri ve Tasarım Hususları

7.1 Tipik Uygulama Senaryoları

ELM4XXA, orta gerilimli, düşük akımlı sinyalleri veya yükleri anahtarlamak için idealdir. Örnekler şunları içerir:

• Test ekipmanlarında analog veya dijital sinyal hatlarını izole etme.
• Endüstriyel kontrollerde ısıtıcı elemanları veya küçük solenoidleri anahtarlama.
• Güç kaynaklarında veya motor sürücülerinde izole edilmiş kontrol girişleri sağlama.
• Güvenlik panellerinde düşük gerilimli mantık ile daha yüksek gerilimli çevre birimi devreleri arasında arayüz.

7.2 Kritik Tasarım Hususları

• Giriş Sürme Devresi:LED ile birlikte akımı sınırlamak için her zaman bir seri direnç kullanılmalıdır. Değer (Besleme Gerilimi - V_F) / İstenen I_F olarak hesaplanır. Güvenilir bir şekilde kapanmayı sağlamak için, kontrol devresi LED katodunu anot gerilimine çok yakın bir gerilime çekmeli, çıkışı yanlışlıkla açabilecek herhangi bir sızıntı akımını en aza indirmelidir.
• Çıkış Yükü Hususları:Röle DC yük anahtarlaması için tasarlanmıştır. AC yükler için ek koruma (snubber ağı gibi) gerekli olacaktır ve gerilim derecelendirmesi RMS değil, tepe gerilimini ifade eder. Yük akımı, beklenen maksimum ortam sıcaklığına göre Şekil 1'e göre derecelendirilmelidir. Açık durumdaki güç dağılımı (I_L²* R_d(ON)), çalışma sıcaklığında (Şekil 2'den R_d(ON) kullanılarak) P_out.
• değerini aşmadığından emin olmak için hesaplanmalıdır.Termal Yönetim:
• Paket küçük olsa da, pinlerin (özellikle pin 3 ve 4) etrafında yeterli PCB bakır alanı sağlamak, ısıyı dağıtmaya ve akım taşıma kapasitesini ve ömrünü iyileştirmeye yardımcı olur.Gerilim Marjı:_LGüvenilir uzun vadeli çalışma için, çıkışa uygulanan kararlı durum geriliminin (V

), özellikle gerilim geçişlerinin olduğu ortamlarda, derecelendirilmiş delinme geriliminin (400V veya 600V) altında rahat bir marja sahip olmalıdır.

8. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

Geleneksel elektromekanik rölelere (EMR) kıyasla, ELM4XXA üstün ömür beklentisi (milyarlarca vs. milyonlarca döngü), daha hızlı anahtarlama, sessiz çalışma ve şok/titreşime karşı daha iyi direnç sunar. Transistör çıkışlı diğer SSR'lere veya optokuplörlere kıyasla, MOSFET çıkışı daha düşük açık direnç sağlar ve minimum ofset gerilimi ile hem AC hem de DC yükleri anahtarlayabilir. 4 pinli SOP paketi, bu gerilim ve akım derecelendirmelerine sahip SSR'ler için mevcut en küçük paketler arasındadır ve önemli alan tasarrufu sağlar. Başlıca uluslararası güvenlik kuruluşlarının (UL, cUL, VDE, vb.) onaylarının dahil edilmesi, küresel pazarlar için nihai ürün sertifikasyonunu basitleştirir.

9. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

9.1 Bu röle AC yükleri anahtarlayabilir mi?

Çıkış MOSFET'lerinin bir body diyodu vardır. Standart konfigürasyonda, cihaz öncelikle DC yük anahtarlaması için tasarlanmıştır. AC anahtarlama için, iki cihaz sırt sırta (source-to-source) bağlanabilir veya harici bir devre her iki yöndeki akım akışını yönetmelidir. Gerilim derecelendirmesi AC dalga formunun tepe gerilimi için geçerlidir.

9.2 600V versiyonunun (ELM460A) yük akımı neden 400V versiyonundan (ELM440A) daha düşüktür?_{Daha yüksek gerilimli MOSFET'ler tipik olarak daha yüksek spesifik açık dirence (R}ds(on)_{* Alan) sahiptir. Aynı küçük pakete sığdırmak için, 600V dereceli MOSFET yongası daha yüksek bir R}d(ON)²'a (40-70 Ω vs. 20-30 Ω) sahip olacaktır. Belirli bir akım için, güç dağılımı (I

R) 600V parçasında daha yüksektir. Kavrama sıcaklığını güvenli sınırlar içinde tutmak ve güvenilirliği korumak için, maksimum sürekli akım azaltılmalıdır.

9.3 Rölenin tamamen kapandığından nasıl emin olabilirim?_{Kontrol devresinin, giriş LED'inden geçen akımı maksimum I}F(off)

özelliğinin (tipik 0.6 mA) altına düşürdüğünden emin olun. Pratikte bu, LED katodunun anot gerilimine çok yakın bir gerilime sürülmesi veya herhangi bir artık gerilim farkını bu eşiğin altında bir akımla sınırlamak için yeterince büyük bir seri direnç kullanılması anlamına gelir. Yüzen girişlerden kaçının.

10. Pratik Tasarım Vaka ÇalışmasıSenaryo:

Maksimum ortam sıcaklığı 60°C olan bir endüstriyel denetleyicide, 24V DC, 80mA solenoid valf için bir low-side anahtarı tasarlama. Kontrol sinyali bir mikrodenetleyiciden gelen 3.3V'dur.Cihaz Seçimi:

Daha yüksek akım kapasitesi nedeniyle ELM440A (400V dereceli) seçilir. 24V yük, gerilim derecelendirmesinin çok altındadır.Termal Derecelendirme:

Şekil 1'den, 60°C'de ELM440A derecelendirilmiş 120mA'sının yaklaşık %90-95'ini taşıyabilir. 80mA derecelendirmenin ~%67'sidir, bu kabul edilebilir.Giriş Devresi Tasarımı:_FV

= 1.2V varsayılıyor. Hızlı anahtarlama için 10mA'lik bir sürme akımı sağlamak için seri direnç R = (3.3V - 1.2V) / 0.01A = 210 Ω. Standart bir 200 Ω direnç kullanılabilir. Bir GPIO pini bu akımı doğrudan sağlayabilir.Çıkış Analizi:_{60°C'de, Şekil 2'den, R}d(ON)² ~22-23 Ω'dur. Güç dağılımı P = (0.08A)_{* 23Ω = 0.147W. Bu, 500mW'lık P}out

derecelendirmesinin çok altındadır. Röle üzerindeki gerilim düşüşü = 0.08A * 23Ω = 1.84V, solenoid için 22.16V bırakır.Yerleşim:

Önerilen pad düzenini takip edin ve drain/source pinlerini (3 & 4) ısı dağılımına yardımcı olmak için geniş bakır alanlara bağlayın.

11. Çalışma Prensibi

ELM4XXA, optik izolasyon prensibiyle çalışır. Giriş AlGaAs kızılötesi LED'ine bir ileri akım uygulandığında, ışık yayar. Bu ışık, izole edilmiş çıkış tarafındaki bir fotovoltaik diyot dizisi tarafından algılanır. Bu dizi, çıkış anahtarını oluşturan N-kanal güç MOSFET'lerinin kapılarını tamamen artırmak için yeterli bir açık devre gerilimi üretir. LED akımı kesildiğinde, fotovoltaik gerilim azalır ve MOSFET kapıları dahili yollardan deşarj olur, çıkış anahtarı kapanır. Bu mekanizma, giriş ve çıkış devreleri arasında birkaç kilovolt galvanik izolasyon sağlar, hassas kontrol elektroniğini yük tarafındaki yüksek gerilim geçişlerinden korur.

12. Teknoloji Trendleri