EL827 Serisi Optokuplör Veri Sayfası - 8 Pinli DIP Paket - 5000Vrms Yalıtım Gerilimi - Akım Transfer Oranı %50-600 - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

EL827 serisi, endüstri standardı 8-pinli çift sıralı (DIP) paketle sunulan, fototransistör tabanlı bir optokuplör (optik bağlaç) ailesidir. Bu cihazlar, farklı potansiyellerde veya empedanslarda çalışan devreler arasında elektriksel izolasyon ve sinyal iletimi sağlamak üzere tasarlanmıştır. Temel işlevi, bir kızılötesi yayıcı diyot (IRED) ile bir silikon fototransistör dedektörün optik bağlanması yoluyla gerçekleştirilir. Bu yapılandırma, kontrol sinyalinin girişten çıkışa iletilmesine izin verirken, birçok elektronik sistemde güvenlik ve gürültü bağışıklığı için kritik öneme sahip olan yüksek derecede elektriksel izolasyonu korur.

Bu serinin temel avantajı, yüksek akım transfer oranı (CTR) aralığı ile sağlam izolasyon voltajı derecelendirmesinin birleşimidir. Kompakt DIP paketi, standart, geniş bacak aralıklı ve yüzey montajlı tipleri içeren çeşitli bacak formu seçenekleri sunarak farklı PCB montaj süreçleri için esneklik sağlar. Cihaz, başlıca uluslararası güvenlik ve çevre standartlarına uygundur ve geniş bir küresel uygulama yelpazesine uygundur.

1.1 Temel Özellikler ve Hedef Uygulamalar

EL827 serisi, performans aralığını ve uygulama uygunluğunu tanımlayan birçok önemli özellikle tasarlanmıştır. Akım Transfer Oranı (CTR), %50 ila %600 aralığında (IF=5mA, VCE=5V koşullarında) olup, verimli ve iyi hassasiyete sahip sinyal iletimi sağlar. Giriş ve çıkış bölümleri arasındaki izolasyon voltajı derecesi 5000 Vrms'dir; bu, yüksek voltaj geçici olaylarına karşı güçlü bir bariyer sağlar ve sistem güvenliğini artırır.

Bu ürün, RoHS ve AB REACH düzenlemelerine uygundur. UL, cUL (dosya no. E214129), VDE (dosya no. 132249), SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO ve CQC dahil olmak üzere birçok tanınmış uluslararası kuruluştan güvenlik sertifikaları almıştır. Bu sertifikalar, katı güvenlik gereksinimleri olan pazarlara satılan ürünler için çok önemlidir.

EL827 serisinin tipik uygulamaları şunları içerir:

• Programlanabilir Mantık Denetleyicileri (PLC) ve endüstriyel otomasyon sistemleri.
• Gürültüsüz sinyal toplama gerektiren sistem ekipmanları ve hassas ölçüm cihazları.
• Sinyal izolasyonu ve arayüz koruması için kullanılan telekomünikasyon ekipmanları.
• Isıtıcı ve diğer kontrol sistemleri gibi ev aletleri.
• Farklı potansiyel ve empedans devreleri arasında temel izolasyon elemanı olarak evrensel sinyal iletimi.

2. Teknik Özellikler ve Derinlemesine İnceleme

Bu bölüm, bileşenin elektriksel ve optik parametrelerini ayrıntılı olarak analiz eder. Bu özellikleri anlamak, doğru devre tasarımı ve uzun vadeli güvenilir çalışma için kritik öneme sahiptir.

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Mutlak Maksimum Değerler, cihazda kalıcı hasara yol açabilecek stres limitlerini tanımlar. Bu limitlerde veya üzerindeki çalışma garanti edilmez ve normal kullanımda kaçınılmalıdır. Bu değerler, ortam sıcaklığının (Ta) 25°C olduğu durumda belirtilmiştir.

• Giriş (diyot) tarafı:Sürekli ileri akım (IF) 60 mA'ı geçmemelidir. 1 mikrosaniyelik 1 A'lık kısa süreli tepe ileri akımına (IFP) izin verilir. Diyot üzerindeki maksimum ters voltaj (VR) 6 V'dur. Giriş tarafındaki güç tüketimi (PD) 100 mW ile sınırlıdır.
• Çıkış (transistör) tarafı:Maksimum kollektör akımı (IC) 50 mA'dır. Kollektör-emitör voltajı (VCEO) 80 V'a kadar çıkabilirken, emitör-kollektör voltajı (VECO) 7 V ile sınırlıdır. Çıkış güç kaybı (PC) 150 mW'dır.
• Cihaz toplam parametreleri ve çevresel parametreler:Cihaz toplam güç kaybı (PTOT) 200 mW'dır. Giriş ve çıkış bölümleri arasındaki izolasyon voltajı (VISO) 5000 Vrms'dir (%40-60 bağıl nemde 1 dakika test edilmiştir). Çalışma sıcaklığı aralığı (TOPR) -55°C ila +110°C, depolama sıcaklığı (TSTG) aralığı -55°C ila +125°C'dir. Montaj sırasında, lehimleme sıcaklığı (TSOL) 10 saniye içinde 260°C'yi geçmemelidir.

2.2 Optoelektronik Özellikler

Bu parametreler, cihazın normal çalışma koşullarındaki performansını tanımlar ve genellikle Ta=25°C'de ölçülür. Devre performansını hesaplamak için çok önemlidirler.

Giriş Karakteristikleri (Kızılötesi Emisyon Diyotu):

• İleri Yönlü Gerilim (VF):Tipik değer 1.2V, 20 mA ileri yönlü akım (IF) uygulandığında maksimum 1.4V. Bu parametre, giriş tarafındaki akım sınırlama direncinin boyutunu belirlemek için kullanılır.
• Ters Yönlü Akım (IR):4V ters gerilim (VR) uygulandığında, maksimum 10 µA, diyodun kapalı durumdaki kaçak akımını ifade eder.
• Giriş Kapasitansı (Cin):Tipik değer 30 pF, maksimum 250 pF (0V, 1 kHz'de ölçülür). Bu, yüksek frekanslı anahtarlama performansını etkiler.

Çıkış Karakteristiği (Fototransistör):

• Kollektör-Emitör Karanlık Akımı (ICEO):VCE=20V ve IF=0mA olduğunda, maksimum 100 nA'dır. Bu, ışık yokken fototransistörün sızıntı akımıdır.
• Delinme Gerilimi:Kollektör-Emitör delinme gerilimi (BVCEO) minimum 80V'dur (IC=0.1mA). Emitör-Kollektör delinme gerilimi (BVECO) minimum 7V'dur (IE=0.1mA).

Transfer Karakteristiği (Bağlaşım Performansı):

• Akım Transfer Oranı (CTR):Bu, (IC / IF) * %100 olarak tanımlanan kritik bir parametredir. EL827 serisi için, IF=5mA ve VCE=5V standart test koşullarında, bu oran minimum %50'den maksimum %600'e kadar değişir. Bu geniş aralık, farklı dereceleri veya üretim dağılımını gösterebilir. Tasarımcılar, çıkış transistörünün doyuma ulaşabilmesini sağlamak için minimum CTR'yi dikkate almalıdır.
• Kollektör-Emitör Doyma Gerilimi (VCE(sat)):Tipik değer 0.1V'dur, IF=20mA ve IC=1mA iken maksimum 0.2V'dur. Çıkış anahtarlama uygulamaları için düşük VCE(sat) idealdir, gerilim düşümünü en aza indirir.
• İzolasyon Direnci (RIO):İzolasyon tarafları arasında 500V DC gerilim uygulandığında minimum değer 5 x 10^10 Ω'dur. Bu, mükemmel DC izolasyon performansını göstermektedir.
• Yüzen Kapasitans (CIO):Tipik değer 0.6 pF, maksimum değer 1.0 pF'dir (VIO=0V, f=1MHz). Bu küçük kapasitans, yüksek ortak mod geçici bağışıklığının elde edilmesine katkıda bulunur.
• Kesim Frekansı (fc):Tipik değer 80 kHz'dir (VCE=5V, IC=2mA, RL=100Ω, -3dB noktası). Bu, cihazın küçük sinyal bant genişliğini tanımlar.
• Anahtarlama süresi:Belirtilen test koşullarında (VCE=2V, IC=2mA, RL=100Ω), yükselme süresi (tr) tipik olarak 3 µs (maksimum 18 µs), düşme süresi (tf) tipik olarak 4 µs (maksimum 18 µs)'dir. Bu süreler maksimum dijital anahtarlama hızını belirler.

3. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, tipik optoelektronik karakteristik eğrilerine atıfta bulunur. Sağlanan metinde spesifik grafikler yeniden oluşturulmamış olsa da, amaç, temel parametrelerin çalışma koşullarına bağlı olarak nasıl değiştiğini göstermektir. Tasarımcılar bu grafikler için tam veri sayfasına başvurmalıdır.

Tipik eğriler şunları içerir:

• CTR vs. İleri Akım (IF):Akım transfer oranının (CTR) giriş diyot akımına bağlı olarak nasıl değiştiğini gösterir. CTR genellikle belirli bir IF değerinde zirve yapar ve aşırı yüksek akımlarda ısınma veya diğer etkiler nedeniyle düşebilir.
• CTR vs. Ortam Sıcaklığı (Ta):Bağlaşım verimliliğinin sıcaklığa bağımlılığını açıklar. CTR genellikle sıcaklık arttıkça düşer.
• Çıkış Akımı (IC) vs. Kollektör-Emitör Gerilimi (VCE):IF parametresine bağlı eğri ailesi, standart bir transistörün çıkış karakteristiğine benzer. Bu, çalışma bölgelerini (doyma bölgesi, kuvvetlendirme bölgesi) gösterir.
• Doyma gerilimi (VCE(sat)) - İleri yön akımı (IF):Giriş sürücüsü ile çıkış transistörünün doyması arasındaki ilişkiyi gösterir.

3.1 Anahtarlama Süresi Test Devresi

Veri sayfasındaki Şekil 10, anahtarlama sürelerinin (ton, toff, tr, tf) ölçümü için kullanılan standart test devresini ve dalga formu tanımlarını ayrıntılı olarak açıklar. Test, IRED'i sürmek için darbe giriş akımı kullanılarak yapılır. Çıkış, kollektör ile besleme gerilimi (VCC) arasına bağlı bir yük direnci (RL) üzerinden izlenir. Yükselme süresi (tr), çıkış darbesinin nihai değerinin %10'undan %90'ına kadar ölçülür; düşme süresi (tf) ise %90'ından %10'una kadar ölçülür. Bu test düzeneğini anlamak, tasarımcıların kendi özel uygulama devrelerinde cihaz performansını karakterize etmeleri gerektiğinde koşulları yeniden oluşturmalarına yardımcı olur.

4. Mekanik ve Paketleme Bilgileri

EL827, 8 pinli DIP paketleme kullanır ve farklı PCB tasarımları ile montaj yöntemlerine uyum sağlamak için çeşitli pin formu seçenekleri sunar.

4.1 Bacak Yapılandırması ve Şematik Diyagram

İç şematik diyagram, kızılötesi yayıcı diyodun pin 1/3 (anot) ve 2/4 (katot) arasına bağlandığını gösterir. Foto-duyarlı transistörün emetörü pin 5/7'ye, kollektörü ise pin 6/8'e bağlanmıştır. Aynı işleve sahip pinler, mekanik dayanıklılık sağlamak ve muhtemelen pin endüktansını azaltmak için dahili olarak birbirine bağlanmıştır. Standart bağlantı, her çiftten bir pin kullanmaktır.

Pin Ataması:

• Pin 1, 3: Anot (A)
• Pin 2, 4: Katot (K)
• Pin 5, 7: Emitör (E)
• Pin 6, 8: Kolektör (C)

4.2 Paket Boyutları ve Seçenekler

Her paket varyantı için detaylı mekanik çizimler sağlanmıştır:

• Standart DIP tipi:Geleneksel delikli montaj paketlemesi.
• M seçenek tipi:"Geniş bacak eğimi"ne sahiptir, 0,4 inç (yaklaşık 10,16 mm) bacak aralığı sunar ve breadboard veya belirli düzen gereksinimleri için uygun olabilir.
• S Seçeneği:Reflow lehimleme için yüzey montajlı bacak formu.
• S1 Seçenek Tipi:S seçeneğine kıyasla, karttan daha düşük bir yüksekliğe sahip olabilen, "ince" bir yüzey montaj bacak formu.

Veri sayfası, yüzey montaj seçenekleri (S ve S1) için önerilen lehim pedi düzenlerini de içerir; bu, reflow lehimleme işlemi sırasında güvenilir lehim bağlantıları ve doğru mekanik hizalama elde etmek için çok önemlidir.

4.3 Cihaz İşaretleme

Cihazın üst kısmında seriyi belirten "EL827" işareti bulunur; bunu bir yıl kodu (Y), iki haneli hafta kodu (WW) ve eğer birim VDE sertifikalı ise isteğe bağlı bir "V" soneki takip eder. Bu işaretleme, üretim tarihinin ve varyantın izlenebilmesini sağlar.

5. Lehimleme ve Montaj Kılavuzu

5.1 Kaynak Koşulları

Veri sayfası, montaj süreci için özellikle yüzey montaj varyantları için kritik bilgiler sağlar. Kaynak sırasında izin verilen maksimum gövde sıcaklığı, IPC/JEDEC J-STD-020D'ye atıfta bulunan yeniden akış kaynak eğrisi ile tanımlanır. Bu eğrinin temel parametreleri şunları içerir:

• Ön ısıtma sıcaklığı:Minimum (Tsmin) 150°C, maksimum (Tsmax) 200°C.
• Ön ısıtma süresi:Eğri, bu sıcaklık aralığında belirli bir süre (ts) boyunca ısı elemanını ve devre kartını kademeli olarak ısıtarak termal şoku en aza indirmeyi gösterir.
• Tepe Sıcaklığı ve Zaman:Eğri, maksimum lehimleme sıcaklığı (TSOL) olan 260°C'yi aşmamalı ve 260°C'nin üzerindeki süre sınırlandırılmalıdır (genellikle mutlak maksimum değerlerde belirtildiği gibi, 10 saniye ile sınırlıdır).

Plastik paketin, iç tel bağlantılarının veya yarı iletken çipin kendisinin hasar görmesini önlemek için bu eğriye uymak çok önemlidir. Delikli bileşenler için, dalga lehimleme veya elle lehimleme de 260°C, 10 saniye sınırına uymalıdır.

6. Paketleme ve Sipariş Bilgileri

6.1 Sipariş Parça Numarası Yapısı

Parça numarası formatı takip eder: EL827X(Z)-V

• X:Bacak formu seçenekleri: Yok (standart DIP), M (geniş bacak bükme), S (yüzey montaj), S1 (ince tip yüzey montaj).
• Z:Şerit Ambalaj Seçenekleri: Yok (tüp), TA veya TB (farklı şerit besleme yönü).
• V:İsteğe bağlı VDE güvenlik sertifikası işareti.

6.2 Paketleme Miktarı

• Standart DIP ve M seçeneği: tüp başına 45 adet.
• S(TA), S(TB), S1(TA), S1(TB) seçenekleri: Her ruloda 1000 adet.

6.3 Şerit (Tape) Özellikleri

S ve S1 seçenekleri (TA ve TB) için taşıyıcı bandın detaylı boyutları sağlanmıştır. Parametreler, yuva boyutlarını (A, B, Do, D1), bant aralığını (Po, P1), bant kalınlığını (t) ve toplam bant genişliğini (W) içerir. TA ve TB seçenekleri, bant besleme yönünde farklılık gösterir ve yüzey montaj makinesinde doğru şekilde yapılandırılmalıdır. Diyagram, bileşenin bant yuvası içindeki yönelimini göstermektedir.

7. Uygulama Önerileri ve Tasarım Hususları

EL827 optokuplörü kullanılarak tasarım yapılırken, optimum performans ve güvenilirlik sağlamak için çeşitli faktörlerin dikkate alınması gerekir.

Giriş Devresi Tasarımı:Giriş IRED üzerine seri olarak bir akım sınırlama direnci bağlanmalıdır. Direnç değeri, besleme gerilimi (Vcc_in), istenen ileri yön akımı (IF) ve diyotun öngerilimi (VF) kullanılarak hesaplanır: R_in = (Vcc_in - VF) / IF. Seçilen IF değeri, CTR'yi, anahtarlama hızını ve cihaz ömrünü etkiler. Önerilen sürekli çalışma akımı olan 20mA veya altında çalıştırılması tavsiye edilir.

Çıkış Devresi Tasarımı:Fototransistör, anahtarlama (doyum) modunda veya doğrusal (yükseltme) modunda kullanılabilir. Dijital anahtarlama için, çekme direnci (RL) kolektör ile çıkış tarafı besleme gerilimi (Vcc_out) arasına bağlanır. RL'nin değeri anahtarlama hızını (RL ne kadar düşükse o kadar hızlı, ancak IC o kadar yüksek) ve akım tüketimini etkiler. Çıkış akımının (IC) maksimum 50mA değerini aşmadığından emin olun. Doğrusal uygulamalar için, cihaz kuvvetlendirme bölgesinde çalışır, ancak CTR'nin doğrusal olmaması ve sıcaklığa bağımlılığı dikkatlice göz önünde bulundurulmalıdır.

İzolasyon ve Yerleşim:Yüksek izolasyon seviyesini korumak için, ilgili güvenlik standartlarına (IEC 60950-1, IEC 62368-1 gibi) göre PCB üzerinde giriş ve çıkış taraflarındaki bakır izler arasında yeterli kaçak akım mesafesi ve elektriksel boşluk bulundurun. Optokuplörü, izolasyon bariyerini aşacak şekilde yerleşimde konumlandırın.

Baypas ve Gürültü:Gürültüye duyarlı uygulamalar veya anahtarlama devrelerinin kararlılığını artırmak için, cihazın giriş ve çıkış tarafındaki güç pinleri yakınına küçük bir bypass kapasitörü (örneğin, 0.1 µF) yerleştirmeyi düşünün.

8. Teknik Karşılaştırma ve Sıkça Sorulan Sorular

8.1 Diğer Optokuplörlerden Farkları

EL827'nin temel farkları, yüksek 5000Vrms izolasyon gerilimi ve geniş CTR aralığıdır (%50-600). Temel 4 bacaklı optokuplörlerle karşılaştırıldığında, 8 bacaklı DIP her terminal için çift bacak sağlar; bu, devre kartının mekanik sabitleme mukavemetini artırabilir ve biraz daha iyi termal performans sağlayabilir. Yüzey montaj (S, S1) ve geniş bacak (M) seçeneklerinin mevcudiyeti, birçok tek paketli üründen daha fazla esneklik sunar. Kapsamlı uluslararası güvenlik sertifikaları (UL, VDE vb.), sertifikasyon gerektiren ticari ve endüstriyel ürünler için belirgin bir avantajdır.

8.2 Sıkça Sorulan Sorular (Parametre Temelli)

Soru: CTR aralığı %50-600 tasarımım için ne anlama geliyor?
Cevap: Bu, üretim varyasyonunu gösterir. Devrenizi, hemminimumGaranti edilen CTR (bu örnekte %50), tüm koşullarda çıkışın normal şekilde açılıp kapanmasını sağlamak için çalışır. Tasarımınız belirli bir hassasiyet gerektiriyorsa, ölçülen CTR'ye (sınıflandırma) göre bir bileşen seçmeniz veya bu değişimi telafi edebilen bir devre kullanmanız gerekebilir.

Soru: Bunu analog sinyal izolasyonu için kullanabilir miyim?
Cevap: Mümkün olsa da (doğrusal modda kullanıldığında), CTR'nin IF'e göre doğrusal olmaması ve güçlü sıcaklık bağımlılığı nedeniyle bu ideal değildir. Hassas analog izolasyon için özel doğrusal optokuplörler veya izolasyon amplifikatörleri önerilir.

Soru: S ve S1 yüzey montaj seçenekleri arasında nasıl seçim yapabilirim?
Cevap: S1 \"ince tip\" seçeneği, PCB montajında katı yükseklik kısıtlamaları olan uygulamalar için tasarlanmıştır. Veri sayfasındaki paket boyut diyagramlarına bakarak kart üstü yüksekliği ve genel boyutları karşılaştırın. Elektriksel özellikler aynıdır.

Soru: Anahtarlama süresi daha yavaş görünüyor (18µs'ye kadar). Bu, yüksek hızlı dijital iletişimim için uygun mudur?
Cevap: PLC veya mikrodenetleyici arayüzlerindeki standart dijital G/Ç izolasyonu için bu hızlar genellikle yeterlidir. Yüksek hızlı seri iletişim için (örneğin, USB, RS-485 izolasyonu), daha hızlı dijital izolatörler (kapasitif veya manyetik kuplajlı) veya Mbps aralığındaki veri hızları için özel olarak tasarlanmış yüksek hızlı optokuplörler düşünülmelidir.

9. Çalışma Prensibi ve Eğilimler

9.1 Temel Çalışma Prensibi

Optokuplörler, bir elektrik sinyalini ışığa dönüştürerek, bu ışığı elektriksel olarak yalıtılmış bir boşluk üzerinden ileterek ve ardından ışığı tekrar elektrik sinyaline dönüştürerek çalışır. EL827'de, giriş kızılötesi yayıcı diyotuna (IRED) uygulanan akım, onun kızılötesi dalga boyunda fotonlar (ışık) yaymasına neden olur. Bu ışık, şeffaf yalıtkan kalıp bileşiğinden geçerek çıkış tarafındaki silikon foto-duyarlı transistörün taban bölgesine ulaşır. Gelen ışık, taban bölgesinde elektron-boşluk çiftleri oluşturarak etkin bir şekilde taban akımı görevi görür ve böylece daha büyük bir kollektör akımının akmasına izin verir. Bu kollektör akımı, gelen ışık şiddetiyle orantılıdır; gelen ışık şiddeti de giriş diyot akımıyla orantılıdır, böylece akım transfer oranı (CTR) oluşturulur. Kritik nokta, giriş ve çıkış arasındaki tek bağlantının ışık huzmesi olmasıdır, bu da elektriksel yalıtım sağlar.

9.2 Sektör Eğilimleri

Optokuplör pazarı sürekli gelişmektedir. Başlıca eğilimler, daha hızlı endüstriyel iletişim protokollerine ve dijital güç kontrolüne uyum sağlamak için daha yüksek veri hızlarının teşvik edilmesini içerir. Tek bir paket içinde birden fazla izole kanalın entegre edilmesi veya IGBT/MOSFET sürücü gibi ek işlevlerin entegre edilmesi gibi daha yüksek entegrasyon talebi de artmaktadır. Ayrıca, özellikle otomotiv ve endüstriyel uygulamalarda daha yüksek güvenilirlik ihtiyacı, yüksek sıcaklık performansı ve CTR uzun vadeli kararlılığı iyileştirmelerini teşvik etmektedir. EL827 gibi foto-transistör tabanlı geleneksel kuplörler, basitlikleri, maliyet etkinlikleri ve yüksek voltaj kapasiteleri nedeniyle temel izolasyonun bel kemiği olmaya devam ederken, kapasitif ve manyetik (dev manyetodirençli) izolatörler gibi yeni teknolojiler, son derece yüksek hız, düşük güç tüketimi ve güçlü gürültü bağışıklığı gerektiren uygulamalarda giderek daha fazla pazar payı kazanmaktadır.