8 Bacaklı SOP Fototransistör Optokuplör EL20X/EL21X Serisi Veri Sayfası - SO-8 Paketi - 3750Vrms Yalıtım Gerilimi - Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

EL20X ve EL21X serileri, fototransistör tabanlı optokuplör (optik kuplaj) ürün ailesidir ve standart 8-pinli küçük çıkış paketi (SOP) kullanır. Bu cihazlar, kızılötesi ışık yayan diyot (LED) kullanarak sinyalleri bir fototransistör dedektörüne iletir ve böylece iki devre arasında elektriksel izolasyon sağlar. Ana işlevi, herhangi bir doğrudan elektriksel bağlantı olmadan, izolasyon bariyeri üzerinden elektrik sinyallerini iletmek ve böylece yüksek voltajın veya gürültünün bir devreden diğerine yayılmasını önlemektir.

Bu serinin temel avantajı, kompakt, endüstri standardı SO-8 paket boyutu ile güçlü izolasyon performansının birleşimidir. Başlıca özellikler arasında 3750 V_rms'ye kadar yüksek izolasyon voltajı, -55°C ila +110°C geniş çalışma sıcaklığı aralığı ve 80V yüksek kollektör-emitör çökme voltajı (BV_CEO). Cihaz, tasarımcıların belirli uygulamalarının kazanç gereksinimlerine göre optimize edilmiş modelleri seçebilmeleri için çeşitli Akım Transfer Oranı (CTR) seviyeleri sunar. Halojensiz, kurşunsuz, RoHS uyumlu olması ve UL/cUL sertifikasına sahip olması gibi çevresel ve güvenlik standartlarına uygunluğu, geniş bir ticari ve endüstriyel uygulama yelpazesinde kullanılmasını sağlar.

1.1 Hedef Uygulamalar

Bu optokuplörler, elektronik sistemlerde genel izolasyon ve anahtarlama görevleri için tasarlanmıştır. Tipik uygulama alanları şunlardır:

• Geri besleme kontrol devresi:Anahtarlamalı güç kaynaklarında (SMPS) geri besleme sinyalini izole ederek voltaj regülasyonunu sağlamak ve kontrol IC'sini korumak.
• Sistem Arayüzü:Farklı toprak potansiyellerine veya voltaj seviyelerine sahip devreler arasında dijital veya analog sinyallerin bağlanması, örneğin bir mikrodenetleyici ile motor sürücüsü veya endüstriyel G/Ç modülü arayüzünde.
• Genel Anahtar:Mekanik rölelerin yerini alarak, sessiz katı hal sinyal anahtarlaması sağlar.
• İzleme ve Tespit Devresi:Güvenlik izleme, arıza tespiti veya hat testi gibi izolasyonun kritik olduğu uygulamalar için kullanılır.

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

Bu bölüm, veri sayfasında belirtilen temel elektriksel ve optik parametrelerin detaylı ve objektif bir yorumunu sunmaktadır.

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Bu değerler, cihazda kalıcı hasara yol açabilecek stres limitlerini tanımlar. Bu koşullar altında çalışmanın garantisi yoktur.

• Giriş ileri akımı (I_F):60 mA (sürekli). Çok kısa darbe (10 µs) için, tepe ileri akım (I_FM) 1 A'dir ve bu, açma sırasındaki ani akım koşuluyla ilişkilidir.
• Giriş ters gerilimi (V_R):6 V. Giriş LED'inin ters yöndeki delinme gerilimi nispeten düşüktür; devre tasarımında ters öngerilim uygulanmasından kaçınmaya dikkat edilmelidir.
• Kolektör-emiter gerilimi (V_CEO):80 V. Bu, baz ucu açık devre (ışık girişi yok) iken, fototransistörün kolektör ve emiter uçları arasında dayanabileceği maksimum gerilimdir.
• Toplam güç tüketimi (P_TOT):240 mW. Bu, giriş LED'i ve çıkış transistörünün dağıtabileceği maksimum toplam güçtür. Giriş (P_D) ve çıkış (P_C) için ayrı ayrı sınırlar sırasıyla 90 mW ve 150 mW'dır.
• İzolasyon voltajı (V_ISO):3750 V_rms, 1 dakika süreyle uygulanır. Bu, tüm kısa devre yapılmış giriş pinleri (1-4) ile tüm kısa devre yapılmış çıkış pinleri (5-8) arasına bu AC gerilim uygulanarak test edilen kritik bir güvenlik parametresidir. Dahili yalıtımın dielektrik dayanımını kanıtlar.
• Çalışma ve Depolama Sıcaklığı:-55°C ila +110°C (çalışma), -55°C ila +125°C (depolama). Geniş aralık, zorlu ortamlarda güvenilirliği sağlar.

2.2 Optoelektronik Özellikler

Bu parametreler, cihazın performansını tanımlar ve standart test koşullarında ölçülmüştür (aksi belirtilmedikçe, Ta=25°C).

2.2.1 Giriş (LED) Karakteristikleri

• İleri Yönlü Gerilim (V_F):Tipik değer 1.3V, I_F= 10 mA'de maksimum 1.5V. Bu, LED sürücü devresi için gereken akım sınırlama direncinin hesaplanmasında kullanılır.
• Ters akım (I_R):V_R= 6V'de maksimum 100 µA, LED'in kapalı durumdaki sızıntı akımını ifade eder.

2.2.2 Çıkış (Fototransistör) Karakteristikleri

• Kollektör-Emitör Karanlık Akımı (I_CEO):V_CE= 10V, I_F= 0mA iken maksimum 50 nA. Bu, ışık olmadığında fototransistörün sızıntı akımıdır ve "kapalı" durum sinyal seviyesini belirlemek için önemlidir.
• Kollektör-emitter doyum voltajı (V_CE(sat)):I_F= 10mA, I_C= 2mA'de maksimum 0.4V. Cihaz bir anahtar olarak kullanıldığında, düşük doyum voltajı, voltaj düşüşünü ve güç kaybını en aza indirmeye yardımcı olur.

2.2.3 Transfer Karakteristiği

Optokuplörün en kritik parametresi akım transfer oranıdır (CTR).

• Tanım:CTR = (I_C/ I_F) * %100, burada I_Cfototransistörün kollektör akımıdır, I_FLED'in ileri akımıdır. Giriş akımının çıkış akımına dönüştürülme verimliliğini ifade eder.
• Sınıflandırma sistemi:Bu seri, tasarım tutarlılığını sağlamak için belirli CTR derecelerine ayrılmıştır.
  • EL20X serisi (I_F=10mA'de standart CTR):EL205 (%40-80), EL206 (%63-125), EL207 (%100-200), EL208 (%160-320).
  • EL21X serisi (I_F=10mA'daki minimum CTR):EL211（>20%）、EL212（>50%）、EL213（>100%）。
  • Düşük akım CTR'si (I_F=1mA'da):Daha düşük LED akımında çalışmak için farklı modeller (EL215, EL216, EL217) belirtilmiştir; bu, CTR'nin I'ye bağlı olduğunu göstermektedir._F.
• Anahtarlama hızı:Belirtilen test koşullarında (V_{=10V, I}=2mA, R_{=100Ω), tipik açılma süresi (t}on_r) ve kapanma süresi (t_foff_CC) her biri 3.0 µs, yükselme süresi (t_C) 1.6 µs'dir, düşme süresi (t_L) 2.2 µs'dir. Bu parametreler, iletilebilecek sinyalin maksimum frekansını sınırlar.
• İzolasyon parametreleri:İzolasyon direnci (R_IO) Tipik değer 10'dur¹¹Ω, giriş-çıkış kapasitansı (C_IO) tipik değeri 0.5 pF'dir. Düşük kapasitans, gürültülü ortamlarda yüksek ortak mod geçici bağışıklığının (CMTI) korunması için çok önemlidir.

3. Performans Eğrisi Analizi

Sağlanan PDF alıntısı tipik karakteristik eğrilerden bahsetse de göstermese de, bunların genel kullanımı ve tasarım üzerindeki etkisi aşağıda açıklanmıştır.

3.1 Akım Transfer Oranı (CTR) ve İleri Akım (I_F)

Tipik eğri, CTR'nin sabit olmadığını gösterir. Genellikle belirli bir I_Fdeğerinde (bu tür cihazlar için genellikle 1-10 mA aralığında) bir tepe noktasına ulaşır ve daha düşük ve daha yüksek akımlarda düşer. Tasarımcılar, uygulamaları için yeterli kazanç ve doğrusallık sağlayan en uygun çalışma noktasını seçmek için bu eğriye başvurmalıdır.

3.2 CTR ile Sıcaklık Arasındaki İlişki

CTR negatif sıcaklık katsayısına sahiptir; ortam sıcaklığı arttıkça azalır. Bu özellik, -55°C ila +110°C arasındaki tam sıcaklık aralığında çalışan tasarımlar için çok önemlidir. Devre tasarımı, en yüksek beklenen sıcaklıkta (CTR'nin en düşük olduğu durumda) bile düzgün çalışmayı (örneğin, yeterli çıkış salınımı veya anahtarlama yeteneği) garanti etmelidir.

3.3 Kollektör Akımı ile Kollektör-Emitör Gerilimi Arasındaki İlişki

Bu farklı I_Fdeğerleriyle parametrelendirilmiş eğri ailesi, fototransistörün çıkış karakteristiğini göstermektedir. Doyma bölgesini (V_CEdüşükken, I_Ctemel olarak I_FKontrol) ve aktif/doğrusal bölge. Bu, doğrusal izolasyon amplifikatörleri tasarlamak veya cihazın bir anahtar olarak kullanıldığında tamamen doyuma ulaşmasını sağlamak için çok önemlidir.

4. Mekanik ve Paketleme Bilgileri

4.1 Bacak Yapılandırması

8 pin SOP paketinin pin düzeni aşağıdaki gibidir:Pin 1:Anot,Pin 2:Katot,Pin 3, 4, 8:Bağlantı yok (NC),Pin 5:Emitör,Pin 6:Kollektör,Pin 7:Baz. Baz pini hariciye çıkarılmıştır, bu da tasarım esnekliği sağlar. En yüksek hassasiyet için boşta bırakılabilir, hassasiyeti düşürmek ve anahtarlama hızını artırmak için emitöre bir dirençle bağlanabilir veya belirli konfigürasyonlarda geri besleme için kullanılabilir.

4.2 Paket Boyutları ve PCB Yerleşimi

Bu cihaz standart SO-8 paket boyutlarına uygundur. Veri sayfası, boyutları milimetre cinsinden olan ayrıntılı mekanik çizimler içerir. Ayrıca önerilen yüzey montaj montaj ped düzeni sağlanmıştır. Güvenilir lehim bağlantıları elde etmek ve reflow sırasında tombstone efekti gibi sorunları önlemek için bu ped desenine uymak çok önemlidir. Paket şekli, otomatik yerleştirme ekipmanlarıyla uyumluluğu sağlar.

5. Kaynak ve Montaj Kılavuzu

Kaynak sıcaklığının mutlak maksimum derecelendirmesi 260°C'de 10 saniyedir. Bu, kurşunsuz geri akış lehimleme işlemi için tipik bir derecelendirmedir. Nem hassasiyet seviyesi (MSL) ve geri akış lehimleme eğrileri için IPC/JEDEC J-STD-020 standart kılavuzuna uyulmalıdır. Cihazlar, kullanılana kadar orijinal nem koruma torbalarında saklanmalıdır. MSL derecesini aşan ortam nemine maruz kalınırsa, geri akış sırasında "patlamış mısır" hasarını önlemek için lehimlemeden önce fırınlama gereklidir.

6. Paketleme ve Sipariş Bilgileri

6.1 Model Adlandırma Kuralı

Model aşağıdaki formata uyar:EL2XX(Y)-V

• XX:Model (05, 06, 07, 08, 11, 12, 13, 15, 16, 17). CTR seviyesini tanımlar.
• Y:Teyp ve kutu paketleme seçeneği (TA, TB veya belirtilmemişse tüp paketleme).
• V:İsteğe bağlı son ek, VDE güvenlik sertifikasını içerdiğini belirtir.

6.2 Paketleme Seçenekleri

• Tüp Paketleme:Tüp başına 100 adet. Prototip üretimi veya küçük ölçekli manuel montaj için uygundur.
• Şerit ve Makara Paketleme:Her bobin 2000 adet içerir. Büyük hacimli otomatik montaj hatları için özel olarak tasarlanmıştır. Veri sayfası, ayrıntılı bobin şeridi özelliklerini (oluk boyutları, şerit genişliği, bobin çapı) içerir.

6.3 Cihaz Tanımlama

Paket üstünde "EL" (üretici kodu), model numarası (örn. 207), 1 haneli yıl kodu (Y) ve 2 haneli hafta kodu (WW) bulunur. VDE sertifikalı versiyonlar için isteğe bağlı "V" işareti olabilir. Bu tanımlama, bileşenin izlenebilirliğini ve doğrulanmasını sağlar.

7. Uygulama Tasarımı Dikkat Edilmesi Gerekenler

7.1 Sürücü Giriş LED'i

LED'i sürmek için akım sınırlama direnci kullanılmalıdır. Direnç değeri R olarak hesaplanır._SINIR= (V_SÜR- V_F) / I_F. Veri sayfasındaki maksimum V_F, tüm koşullarda gerekli minimum I_F. Dijital anahtarlar için, cihazın anahtarlama hızı dikkate alınarak, sürücü devresinin gerekli I_F, istenen süre içinde gerekli çıkış durumuna ulaşmak için.

7.2 Çıkış Devresi Tasarımı

, kolektör ile V_Larasına bağlı yük direnci (R_CC) çıkış voltajı salınımını ve anahtarlama hızını belirler. Daha küçük R_Ldaha hızlı anahtarlama hızı sağlar (daha küçük RC zaman sabiti nedeniyle), ancak daha küçük çıkış voltajı salınımına ve daha yüksek güç tüketimine yol açar. Daha büyük R_Ldaha büyük salınım sağlar ancak hızı daha yavaştır. Seçilen I_Fve CTR, fototransistörün iletimdeyken yeterli akımı çekerek çıkış voltajını alıcı devrenin mantıksal düşük seviye eşiğinin altına çekebileceğini garanti etmelidir.

7.3 Beyz Pimini Kullanma

Baz pimini (pin 7) boşta bırakmak en yüksek CTR ve hassasiyeti sağlar. Baz ve emetör (pin 5) arasına bir direnç (genellikle 100 kΩ ile 1 MΩ aralığında) bağlamak, bir kısım foto-üretilmiş baz akımını şöntler, etkin kazancı (CTR) düşürür ancak özellikle kapanma süresini (t_offBu, yüksek hızlı dijital izolasyon uygulamalarında yaygın bir ödünleşimdir.

7.4 Güvenilir İzolasyonun Sağlanması

Nominal izolasyon voltajını korumak için doğru PCB düzeni çok önemlidir. İlgili güvenlik standartlarına (IEC 60950, IEC 60601 gibi) göre, PCB üzerinde giriş tarafı ve çıkış tarafı bakır izleri arasında yeterli kaçak akım yolu ve hava aralığı koruyun. Bileşen içindeki izolasyon bariyeri sertifikalıdır, ancak PCB düzeni bunu zayıflatmamalıdır.

8. Teknoloji Karşılaştırması ve Seçim Rehberi

EL20X/EL21X serisi, standart SO-8 paketinde 3750V'a kadar çıkan_rmsizolasyon voltajıyla öne çıkar; bu, birçok temel 4 bacaklı optokuplörden daha yüksektir. Daha gelişmiş dijital izolatörlerle (CMOS teknolojisi kullanan) karşılaştırıldığında, bu tür fototransistör optokuplörler genellikle daha yavaş hıza, daha düşük CTR'ye sahiptir ve CTR zamanla bozulur. Ancak, DC ve düşük frekanslı AC sinyal izolasyonu için mükemmel ortak mod bastırma, basitlik ve sağlamlık sunarlar. Temel tip seçim kriterleri şunlardır: gerekli izolasyon voltajı, çalışma I_F'sı altında gerekli CTR, kabul edilebilir anahtarlama hızı ve çalışma sıcaklık aralığı.

9. Sıkça Sorulan Sorular (SSS)

9.1 EL20X ve EL21X serileri arasındaki fark nedir?

EL20X serisi (EL205-EL208), CTR için minimum ve maksimum değerler (bir "derecelendirilmiş" aralık) belirleyerek daha sıkı parametre kontrolü sağlar. EL21X serisi (EL211-EL213) ise yalnızca minimum CTR değerini belirler; bu, gerçek değerlerin daha geniş bir dağılıma sahip olmasına yol açabilir ancak muhtemelen daha düşük maliyetlidir.

9.2 Sıcaklık performansı nasıl etkiler?

CTR, sıcaklık arttıkça düşer. Tüm sıcaklık aralığında güvenilir çalışma için tasarım hesaplamaları, en yüksek çalışma sıcaklığındaki minimum beklenen CTR kullanılarak yapılmalıdır. Veri sayfaları genellikle bu amaçla düşürme eğrileri veya sıcaklık katsayıları sağlar.

9.3 Bu Cihaz Analog Sinyal İzolasyonu İçin Kullanılabilir mi?

Evet, ancak sınırlamalar vardır. Fototransistörün tepkisi doğrusal değildir ve CTR, I_Fve sıcaklıkla değişir. Doğrusal analog izolasyon için, tepkiyi doğrusallaştırmak üzere ek harici devrelere (operasyonel yükselteç, geri besleme) ihtiyaç duyulur veya özel doğrusal optokuplörler düşünülmelidir.

9.4 modelindeki "V" seçeneğinin amacı nedir?

"-V" soneki, belirli bir ünitenin VDE (Alman Elektrik Mühendisleri Birliği) tarafından belirlenen, güçlendirilmiş yalıtım için güvenlik standardına uygunluk açısından test edildiğini ve sertifikalandırıldığını belirtir. Bu genellikle Avrupa pazarına satılan ürünler için bir gerekliliktir.

10. Gerçek Tasarım Örneği

Senaryo:3.3V bir mikrodenetleyici GPIO pinini izole ederek, başka bir devredeki 12V röle bobinini kontrol etmek. Röle bobininin çekmesi için 50mA'ye ihtiyacı vardır.

Tasarım Adımları:

1. Arayüz Seçimi:Rölenin alçak taraf anahtarı olarak optokuplör kullanın. Mikrodenetleyici LED tarafını sürer. Foto transistör, röle bobin akımını çekecektir.
2. Cihaz Seçimi:Yeterli CTR'ye sahip bir model seçin. Gerekli I_C= 50mA. Eğer hedef, MCU'dan I_F= 5mA sağlamaksa, gerekli minimum CTR = (50mA / 5mA)*100% = 1000% olur. Standart fototransistörler bu değeri sağlayamaz. Bu nedenle, optokuplör küçük bir transistörü ("post-transistör") sürmeli, ardından bu transistör röleyi sürmelidir. İyi kazanç için EL207'yi (CTR 100-200%) seçin.
3. Giriş devresi:MCU GPIO（3.3V）-> 限流电阻R1 -> EL207引脚1（阳极）和2（阴极）。R1 = (3.3V - 1.5V) / 0.005A = 360Ω（使用330Ω标准值）。
4. Çıkış devresi:12V电源 -> 继电器线圈 -> EL207的集电极（引脚6）。发射极（引脚5）接地。必须在继电器线圈两端反向并联一个续流二极管，以保护光敏三极管在关断时免受电压尖峰的影响。可以在引脚7添加一个基极-发射极电阻（例如1 MΩ）以改善关断速度。
5. Doğrulama:I_F=5mA'de, minimum %100 CTR, I_C= 5mA sağlayabilir. Bu, yüksek kazançlı küçük bir BJT'yi (örneğin 2N3904) doyurabilmek için yeterlidir; bu BJT daha sonra 50mA'lik bir röle bobinini anahtarlayabilir.

11. Çalışma Prensibi

Optokuplör, ışık geçirmez bir paket içinde kapsüllenmiş iki ana bileşenden oluşur. Giriş tarafında, bir kızılötesi galyum arsenür (GaAs) ışık yayan diyot (LED), akımı kızılötesi ışığa dönüştürür. Bu ışığın yoğunluğu, LED üzerinden akan ileri akımla (I_F) doğru orantılıdır. Bu ışık, şeffaf bir yalıtım boşluğundan (genellikle dielektrik jel ile doldurulmuştur) geçer ve çıkış tarafındaki bir silikon fototransistör üzerine düşer. Fototransistörün taban bölgesi, bu spesifik dalga boyundaki ışığa duyarlı olacak şekilde tasarlanmıştır. Gelen fotonlar, taban-kollektör bağlantısında elektron-boşluk çiftleri oluşturarak, taban akımı olarak işlev gören bir fotoakım üretir. Daha sonra bu fotoyla üretilen taban akımı, transistörün akım kazancı (h_FE) ile yükseltilerek daha büyük bir kollektör akımı (I_C). Oran I_C/I_Fakım transfer oranıdır (CTR). Önemli nokta, sinyalin ışık yoluyla iletilmesi ve dahili yalıtım malzemesinin fiziksel özellikleri ile LED ve transistör arasındaki mesafe tarafından belirlenen elektriksel izolasyon sağlamasıdır.

12. Teknoloji Trendleri

EL20X/EL21X gibi fototransistör tabanlı optokuplörler, olgun ve güvenilir bir izolasyon teknolojisini temsil eder. Mevcut sinyal izolasyonu eğilimleri, CMOS teknolojisine ve radyo frekansı veya kapasitif kuplaja dayalı çözümlerin giderek daha fazla benimsenmesini içermektedir.Dijital izolatörler。这些在速度（高达数百Mbps）、功耗、尺寸和寿命（无LED退化）方面具有显著优势。然而，传统光电耦合器在需要极高隔离电压（>5kV）、优异的共模瞬态抗扰度（CMTI）、简单性以及直流和低频隔离的成本效益的应用中仍保持强势地位。光电耦合器技术本身也在不断发展，例如将光敏三极管与基极-发射极电阻集成以提高速度（如基极引脚的可用性所示），以及开发具有更高爬电距离/电气间隙的封装以满足加强绝缘要求。