CNY17-X CNY17F-X Foto Kuplör Veri Sayfası - 6 Bacaklı DIP Paket - 5000Vrms İzolasyon - CTR %40-320 - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

CNY17-X ve CNY17F-X serileri, 6 bacaklı Çift Sıralı Paket (DIP) foto kuplör aileleridir; optokuplör veya optoizolatör olarak da bilinirler. Her bir cihaz, bir silisyum NPN fototransistöre optik olarak bağlanmış bir galyum arsenür kızılötesi ışık yayan diyottan (LED) oluşur. Temel işlevi, ışık yoluyla sinyal iletimine izin verirken iki devre arasında elektriksel izolasyon sağlamaktır. İki seri arasındaki temel fark, CNY17-X serisinde harici bir beyz bağlantısının (pin 6) mevcut olması, CNY17F-X serisinde ise bu bağlantının bulunmamasıdır (Bağlantı Yok); bu da CNY17F-X serisinde gürültüye karşı daha az duyarlılık sağlar.

1.1 Temel Avantajlar ve Hedef Pazar

Bu cihazlar, güvenilir sinyal izolasyonu gerektiren uygulamalar için tasarlanmıştır. Temel avantajları arasında 5000 V_rms yüksek izolasyon voltajı, delikli montaj için uygun kompakt DIP form faktörü ve tasarım tutarlılığı için seçilmiş akım transfer oranı (CTR) gruplandırmaları yer alır. Başlıca uluslararası güvenlik standartları kuruluşları (UL, cUL, VDE, SEMKO vb.) tarafından onaylanmışlardır ve güvenlik ile gürültü bağışıklığının kritik olduğu çok çeşitli endüstriyel, tüketici ve güç kaynağı uygulamaları için uygundurlar.

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

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

• Giriş (LED Tarafı):Maksimum sürekli ileri akım (I_F) 60 mA'dır. Kısa süreli (10 µs) tepe ileri akım (I_FM) 1 A'ya kadar izin verilir. LED üzerindeki maksimum ters voltaj (V_R) 6 V'dur. Giriş güç dağılımı (P_D) 25°C'de 100 mW'dır ve 100°C üzerinde 3.8 mW/°C oranında azalır.
• Çıkış (Fototransistör Tarafı):Kolektör-emiter voltajı (V_CEO) ve kolektör-beyz voltajı (V_CBO, sadece CNY17-X için) 80 V olarak derecelendirilmiştir. Emiter-kolektör (V_ECO) ve emiter-beyz (V_EBO) voltajları 7 V'dur. Çıkış güç dağılımı (P_C) 25°C'de 150 mW'dır ve 100°C üzerinde 9.0 mW/°C oranında azalır.
• Cihaz Toplamı:Toplam cihaz güç dağılımı (P_TOT) 200 mW'ı aşmamalıdır.
• İzolasyon ve Çevre:İzolasyon voltajı (V_ISO) 5000 V_rms(AC, 1 dakika). Çalışma sıcaklık aralığı (T_OPR) -55°C ila +110°C'dir. Maksimum lehimleme sıcaklığı 10 saniye için 260°C'dir.

2.2 Elektro-Optik Karakteristikler

Bu parametreler, tipik çalışma koşullarında (belirtilmediği sürece T_a= 25°C) cihazın performansını tanımlar.

2.2.1 Giriş Karakteristikleri (Kızılötesi LED)

• İleri Voltaj (V_F):I_F= 60 mA'da maksimum 1.65 V. Bu, LED iletkenken üzerindeki voltaj düşüşüdür.
• Ters Akım (I_R):V_R= 6 V'da maksimum 10 µA. Bu, LED ters öngerilimliykenki kaçak akımdır.
• Giriş Kapasitansı (C_in):Tipik 18 pF. Bu, giriş tarafındaki yüksek frekanslı anahtarlama performansını etkiler.

2.2.2 Çıkış Karakteristikleri (Fototransistör)

• Karanlık Akımları:LED kapalıyken (I_F=0), kaçak akımlar mevcuttur. I_CEO(kolektör-emiter) V_CE=10V'da tipik olarak 50 nA'dır. I_CBO(kolektör-beyz, sadece CNY17-X) V_CB=10V'da maksimum 20 nA'dır.
• Çökme Voltajları: BV_CEOve BV_CBOmin 80 V'dur. BV_ECOmin 7 V'dur.
• Çıkış Kapasitansı (C_CE):Tipik 8 pF. Bu, çıkış anahtarlama hızını etkiler.

2.3 Transfer Karakteristikleri

Bunlar, sinyal kuplaj uygulamaları için en kritik parametrelerdir.

• Akım Transfer Oranı (CTR):Bu, çıkış kolektör akımının (I_C) giriş LED ileri akımına (I_F) oranıdır, yüzde olarak ifade edilir. Cihazlar dört farklı CTR aralığına gruplandırılmıştır:
  • CNY17-1 / CNY17F-1:CTR = %40 ila %80 (I_F=10mA, V_CE=5V'da)
  • CNY17-2 / CNY17F-2:CTR = %63 ila %125
  • CNY17-3 / CNY17F-3:CTR = %100 ila %200
  • CNY17-4 / CNY17F-4:CTR = %160 ila %320
• Düşük Akımda CTR:I_F= 1mA'da, minimum CTR belirtilmiştir (örneğin, -1 derecesi için %13, -4 derecesi için %56). Bu, düşük güçlü veya analog algılama uygulamaları için önemlidir.
• Doyma Voltajı (V_CE(sat)):I_F=10mA, I_C=2.5mA'da maksimum 0.3 V. Bu, transistör tamamen "açık" iken üzerindeki voltajdır.
• İzolasyon Direnci (R_IO):Minimum 10¹¹Ω. Bu, giriş ve çıkış tarafları arasındaki son derece yüksek DC direncini gösterir.
• Giriş-Çıkış Kapasitansı (C_IO):Tipik 0.5 pF. Bu küçük kapasitans, yüksek ortak mod geçici bağışıklık (CMTI) elde etmek için anahtardır.

2.4 Anahtarlama Karakteristikleri

Dinamik performans, açma/kapama ve yükselme/düşme süreleri ile tanımlanır ve test koşullarına bağlıdır.

• Koşul 1 (V_CC=10V, I_C=2mA, R_L=100Ω):
  • Açılma süresi (t_on): Tipik 10 µs, Maks. 12 µs.
  • Kapanma süresi (t_off): Tipik 9 µs, Maks. 12 µs.
  • Yükselme süresi (t_r): Tipik 6 µs, Maks. 10 µs.
  • Düşme süresi (t_f): Tipik 8 µs, Maks. 10 µs.
• Koşul 2 (V_CC=5V, I_F=10mA, R_L=75Ω):
  • Yükselme süresi (t_r): Tipik 2 µs, Maks. 10 µs.
  • Düşme süresi (t_f): Tipik 3 µs, Maks. 10 µs.

3. Derecelendirme Sistemi Açıklaması

Bu foto kuplörler için birincil derecelendirmeAkım Transfer Oranı (CTR) temel alınarak yapılır. Dört derece (1, 2, 3, 4), giderek artan minimum ve maksimum CTR değerleri sunar. Bu, tasarımcıların gerekli sinyal kazancına uyan bir cihaz seçmelerine ve üretim partilerinde tutarlılık sağlamalarına olanak tanır. Örneğin, güçlü, iyi tanımlanmış bir sinyal gerektiren bir dijital giriş devresi -3 veya -4 derecesini kullanabilirken, değişikliklere duyarlı bir devre daha sıkı, daha düşük kazançlı -1 derecesini belirleyebilir.

4. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası "Tipik Elektro-Optik Karakteristik Eğrileri"ne atıfta bulunur. Sağlanan metinde belirli grafikler detaylandırılmamış olsa da, bu tür cihazlar için tipik eğriler şunları içerir:

• CTR - İleri Akım (I_F):Transfer oranının LED sürme akımıyla nasıl değiştiğini gösterir, genellikle belirli bir akımda zirve yapar.
• CTR - Sıcaklık:Ortam sıcaklığı arttıkça CTR'deki azalmayı gösterir, bu yüksek sıcaklıkta çalışma için kritiktir.
• Kolektör Akımı (I_C) - Kolektör-Emiter Voltajı (V_CE):Fototransistörün çıkış karakteristikleri, doyma bölgesini ve aktif bölgeyi gösterir.
• İleri Voltaj (V_F) - İleri Akım (I_F):Kızılötesi LED'in IV karakteristiği.

Bu eğriler, cihazın standart olmayan koşullar altındaki davranışını anlamak ve devre tasarımını optimize etmek için gereklidir.

5. Mekanik ve Paket Bilgisi

Cihazlar, çeşitli bacak formu seçenekleriyle standart 6 bacaklı DIP paketinde sunulur.

5.1 Paket Boyutları ve Seçenekler

• Standart DIP:Varsayılan delikli montaj paketi.
• Seçenek M:Daha geniş PCB izleriyle uyumluluk için 0.4 inç (yaklaşık 10.16 mm) bacak aralığı sağlayan "geniş bacak bükümü" özelliğine sahiptir.
• Seçenek S:Yüzey montaj bacak formu. Reflow lehimleme işlemleri için tasarlanmıştır.
• Seçenek S1:Yükseklik kısıtlamaları olan uygulamalar için "alçak profil"li yüzey montaj bacak formu.

Her bir seçenek için ayrıntılı ölçülü çizimler (mm cinsinden) sağlanmıştır; gövde boyutu, bacak uzunluğu, bacak aralığı ve oturma düzlemi belirtilir.

5.2 Bacak Konfigürasyonu ve Polarite

Doğru kurulum için net bacak tanımlaması çok önemlidir.

• CNY17-X (beyz bacaklı):
  1. Anot (LED +)
  2. Katot (LED -)
  3. Bağlantı Yok
  4. Emiter (Fototransistör)
  5. Kolektör (Fototransistör)
  6. Beyz (Fototransistör, harici bağlantı)
• CNY17F-X (beyz bacaksız):
  1. Anot (LED +)
  2. Katot (LED -)
  3. Bağlantı Yok
  4. Emiter (Fototransistör)
  5. Kolektör (Fototransistör)
  6. Bağlantı Yok

6. Lehimleme ve Montaj Kılavuzları

Veri sayfası, 10 saniye için maksimum 260°C lehimleme sıcaklığı belirtir. Bu genellikle delikli bacakların dalga veya el lehimlemesi içindir. Yüzey montaj seçenekleri (S, S1) için, tepe sıcaklığı 260°C'yi aşmayan standart kızılötesi veya konveksiyon reflow profilleri kullanılmalıdır. Taşıma sırasında paket üzerinde aşırı mekanik stresi önlemek için tedbirler alınmalıdır. Depolama, -55°C ila +125°C belirtilen sıcaklık aralığında kuru, antistatik bir ortamda yapılmalıdır.

7. Paketleme ve Sipariş Bilgisi

7.1 Model Numaralandırma Kuralı

Parça numarası şu formattadır:CNY17-XY(Z)-VveyaCNY17F-XY(Z)-V

• X:Parça numarası / CTR derecesi (1, 2, 3 veya 4).
• Y:Bacak formu seçeneği (S, S1, M veya Standart DIP için hiçbiri).
• Z:Şerit ve makara seçeneği (TA, TB veya hiçbiri). Sadece S ve S1 seçenekleri için geçerlidir.
• V:İsteğe bağlı VDE onay işareti.

7.2 Paketleme Özellikleri

• Tüp Paketleme:Standart DIP ve Seçenek M, her biri 65 birim içeren tüplerde tedarik edilir.
• Şerit ve Makara:Seçenek S ve S1, şerit ve makarada mevcuttur. Hem TA hem de TB seçenekleri makara başına 1000 birim içerir.

8. Uygulama Önerileri

8.1 Tipik Uygulama Devreleri

Veri sayfası yaygın kullanımları listeler: Güç kaynağı regülatörleri (geri besleme izolasyonu için), dijital mantık girişleri (seviye kaydırma ve gürültü izolasyonu için) ve mikroişlemci girişleri (gürültülü harici sinyallerle arayüz için). Anahtarlama süreleri için özel bir test devresi gösterilmiştir (Şekil 11); bu devre bir giriş akım sınırlama direnci (R_IN), CNY17-X için isteğe bağlı bir beyz-emiter direnci (R_BE) ve bir kolektör yük direnci (R_L) içerir.

8.2 Tasarım Hususları

• LED Akım Sınırlama:I_F'yi istenen değere (genellikle hız, CTR ve güç dengesi için 1 mA ila 20 mA arasında) sınırlamak için daima bir seri direnç kullanın.
• Yük Direnci (R_L):Kolektördeki R_L değeri, anahtarlama hızını, çıkış salınımını ve güç tüketimini etkiler. Daha küçük bir R_L daha hızlı düşme süreleri sağlar ancak çıkış voltaj salınımını azaltır.
• Gürültü Bağışıklığı (CNY17F-X):Harici beyz bağlantısı olmayan CNY17F-X serisi, fototransistörün beyzine gürültü enjeksiyonuna karşı daha az duyarlıdır, bu da onu elektriksel olarak gürültülü ortamlarda tercih edilir kılar.
• Hız - Akım Dengesi:Daha yüksek I_F genellikle anahtarlama hızını iyileştirir ancak güç dağılımını artırır. Farklı test koşulları altındaki anahtarlama süresi özelliklerine bakın.
• CTR Bozulması:CTR, cihazın ömrü boyunca, özellikle yüksek çalışma sıcaklıklarında ve akımlarında azalabilir. Uzun vadeli güvenilirlik için tasarımı buna göre düşük değerlerde kullanın.

9. Teknik Karşılaştırma

Bu aile içindeki temel farklılaştırıcı, harici beyz bacağının varlığı (CNY17-X) veya yokluğudur (CNY17F-X). CNY17-X daha fazla tasarım esnekliği sunar; beyz bacağı açık bırakılabilir, bir direnç üzerinden emitere bağlanabilir (depolanan yükü temizleyerek hızı artırmak için) veya belirli öngerilim konfigürasyonlarında kullanılabilir. CNY17F-X, fototransistör beyzi tamamen dahili ve erişilemez olduğu için üstün gürültü bağışıklığı sunar; bu, yüksek gürültülü endüstriyel ortamlarda önemli bir avantajdır. Her iki seri de aynı izolasyon, voltaj ve CTR özelliklerini paylaşır.

10. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

S: -1, -2, -3 ve -4 dereceleri arasındaki temel fark nedir?

C: Fark, Akım Transfer Oranı'nın (CTR) garanti edilen aralığıdır. -4 derecesi en yüksek kazanca (%160-320) sahipken, -1 derecesi en düşük kazanca (%40-80) sahiptir. Devrenizdeki gerekli sinyal yükseltmesine göre seçim yapın.

S: CNY17-X yerine CNY17F-X'i ne zaman kullanmalıyım?

C: Önemli elektriksel gürültü bulunan ortamlarda (örneğin, motor sürücüleri, endüstriyel kontroller) çalışırken CNY17F-X'i kullanın. Harici bir beyz bağlantısının olmaması, hassas beyz bölgesine elektromanyetik girişim (EMI) kuplajına karşı doğal olarak daha az duyarlı olmasını sağlar.

S: LED için giriş seri direncini nasıl hesaplarım?

C: Ohm Kanunu'nu kullanın: R_IN= (V_{CC_IN}- V_F) / I_F. V_F≈ 1.2V tipik (maks. 1.65V) olduğunu varsayın. Örneğin, 5V besleme ve istenen I_F=10mA ile: R_IN= (5V - 1.2V) / 0.01A = 380Ω. Standart 390Ω direnç kullanın.

S: Bunu AC sinyal izolasyonu için kullanabilir miyim?

C: Evet, ancak sınırlamalarla. Fototransistör çıkışı tek yönlüdür (DC). AC sinyalleri iletmek için genellikle iki foto kuplöre (her yarım döngü için bir tane) veya çıkışı analog iletim için doğrusal bölgesine öngerilimlemek için ek devrelere ihtiyaç duyulur, ancak bu cihaz için doğrusallık belirtilen bir parametre değildir.

11. Pratik Tasarım Örneği

Senaryo:3.3V mikrodenetleyici GPIO pinini 24V endüstriyel sensör sinyalinden izole etmek.

1. Cihaz Seçimi:İyi kazanç (%100-200 CTR) ve yüksek gürültü bağışıklığı için CNY17F-3 seçin.
2. Giriş Tarafı (Mikrodenetleyici):GPIO pini, bir akım sınırlama direnci üzerinden LED'i sürer. V_{GPIO_HIGH}≈ 3.3V ve hedef I_F= 5mA ile: R_IN= (3.3V - 1.2V) / 0.005A = 420Ω. 430Ω kullanın.
3. Çıkış Tarafı (Sensör Arayüzü):Fototransistör kolektörünü, bir çekme direnci (R_L) üzerinden 24V beslemeye bağlayın. Emiter toprağa bağlanır. Transistör açıkken çıkışın doyduğundan ve kapalıyken geçerli bir mantık yüksek seviyesi sağladığından emin olmak için R_L seçin. I_C≈ CTR * I_F= %150 * 5mA = 7.5mA (tipik) ve kapalıyken istenen çıkış mantık yüksek seviyesi ~20V ile: R_L≤ (24V - 20V) / (I_CEO). I_CEOmaks ~50nA ile, kaçak için hemen hemen her değer işe yarar. Anahtarlama hızı için 10kΩ direnç yaygın bir başlangıç noktasıdır. Çıkış (kolektör düğümü) artık giriş sinyalinin izole edilmiş, terslenmiş bir kopyasını sağlar.

12. Çalışma Prensibi

Bir foto kuplör, bir elektrik sinyalini ışığa dönüştürerek, elektriksel olarak yalıtkan bir bariyer üzerinden ileterek ve ardından ışığı tekrar bir elektrik sinyaline dönüştürerek çalışır. CNY17-X/F-X serisinde, bir elektrik akımı (I_F) kızılötesi LED'den akar ve onun foton yaymasına neden olur. Bu fotonlar şeffaf bir yalıtkan kalıp bileşiğinden geçer ve silisyum fototransistörün beyz bölgesine çarpar. Foton enerjisi, beyzde elektron-delik çiftleri oluşturur, bu da transistörü açan bir beyz akımı yaratır ve bir kolektör akımının (I_C) akmasına izin verir. I_C/I_F oranı CTR'dir. Giriş ve çıkış arasında hiçbir elektriksel bağlantı yoktur; bu, kalıp bileşiğinin dielektrik mukavemeti ve iç bacak aralığı (sürünme >7.6mm) ile belirlenen galvanik izolasyon sağlar.

13. Teknoloji Trendleri

Foto kuplör teknolojisi gelişmeye devam etmektedir. CNY17 serisi gibi geleneksel fototransistör tabanlı kuplörler, uygun maliyetli, genel amaçlı izolasyon için popüler kalmakla birlikte, trendler şu yönde ilerlemektedir:

Daha Yüksek Hız:Çok Mbps veri iletimi için fotodiyot ve entegre amplifikatör (örneğin, dijital izolatörler) kullanan daha hızlı kuplörlerin geliştirilmesi.

Daha Yüksek Entegrasyon:Tek bir pakette birden fazla izolasyon kanalını birleştirmek veya izolasyonu kapı sürücüleri veya ADC arayüzleri gibi diğer işlevlerle entegre etmek.

Geliştirilmiş Güvenilirlik ve Ömür:CTR bozulmasını zaman ve sıcaklıkla en aza indiren malzemeler ve tasarımlara odaklanma.

Küçültme:Aynı veya daha iyi izolasyon dereceleriyle daha küçük yüzey montaj paketlerine (SOIC, SSOP) geçiş. CNY17 serisinin S ve S1 seçenekleri, yüzey montaj montajına yönelik bu trendi yansıtır.