EL3H4-G Serisi Optokuplör Veri Sayfası - 4 Pinli SSOP Paketi - AC Giriş - 3750Vrms İzolasyon - Basitleştirilmiş Çince Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

EL3H4-G serisi, elektriksel izolasyon ve AC veya bilinmeyen polariteli DC kaynaklardan sinyal aktarımı gerektiren uygulamalar için özel olarak tasarlanmış bir AC girişli fototransistör optokuplör sınıfıdır. Cihaz, kompakt yüzey montajlı 4 pinli küçük boyutlu paket (SSOP) kullanır ve alan kısıtlı PCB tasarımları için idealdir.

Temel bileşeni, ters paralel bağlanmış iki kızılötesi ışık yayan diyottan (LED) oluşur. Bu konfigürasyon, giriş dalga formunun her yarı döngüsünde bir diyot iletken duruma geçtiğinden, girişin alternatif akım (AC) sinyali kabul etmesine olanak tanır. Yayılan kızılötesi ışık, bir silikon fototransistöre optik olarak bağlanarak izole edilmiş bir çıkış sinyali sağlar. Tüm bileşen, halojensiz yeşil bir bileşik ile kapsüllenmiştir.

1.1 Temel Avantajlar

• AC Giriş Kabiliyeti:Ters paralel LED konfigürasyonu, harici bir doğrultma devresi gerektirmeden doğrudan AC sinyal kaynağı ile arayüz oluşturmasını sağlar.
• Yüksek izolasyon voltajı:Giriş ve çıkış tarafları arasında 3750 V nominal güvenlik izolasyon voltajı sağlar_{Etkin değer}, hassas devreleri yüksek voltajlı geçici etkilerden korumak için bu kritik öneme sahiptir.
• Kompakt form faktörü:SSOP paketi küçük bir alan kaplar ve modern yüksek yoğunluklu elektronik montajlar için ideal bir seçimdir.
• Çevresel Uyumluluk:Bu cihaz halojen içermez ve RoHS, REACH gibi ilgili çevresel yönergelere uygundur.
• Güvenlik Sertifikasyonu:Bu ürün, UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO ve CQC dahil olmak üzere başlıca uluslararası güvenlik kuruluşlarından sertifikasyon almıştır.

1.2 Hedef Uygulamalar

Bu optokuplör, güvenilir izolasyon ve AC sinyal tespiti gerektiren çeşitli endüstriyel ve iletişim uygulamaları için tasarlanmıştır.

• AC Hat İzleme:AC şebeke voltajının güç kaynaklarında, elektrikli cihazlarda ve endüstriyel ekipmanlarda varlığını veya yokluğunu tespit etmek.
• Programlanabilir Mantıksal Denetleyici (PLC):Sensörlerden ve anahtarlardan gelen AC sinyallerini izole eden dijital giriş kanalları.
• Telefon hattı arayüzü:Telekomünikasyon ekipmanlarında zil veya ahize kaldırma tespit devrelerini izole etme.
• Bilinmeyen polariteli DC tespiti:Polaritesi sabit olmayan veya önceden bilinmeyen DC sinyallerle arayüz.

2. Derin Teknik Parametre Analizi

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Mutlak maksimum değerler, cihazda kalıcı hasara neden olabilecek stres limitlerini tanımlar. Bu değerler normal çalışma koşulları için geçerli değildir.

• Giriş ileri akımı (I_F):±50 mA (sürekli). ± işareti AC/çift yönlü yeteneği belirtir.
• Tepe ileri akımı (I_FM):10 µs'lik kısa darbe süresinde 1 A. Bu değer, kısa süreli dalgalanma akımlarına dayanabilmek için önemlidir.
• Kollektör-Emitör voltajı (V_CEO):80 V. Bu, çıkış fototransistörünün uçlarına uygulanabilecek maksimum voltajdır.
• Toplam güç tüketimi (P_TOT):200 mW. Bu, cihazın giriş ve çıkış tarafından dağıtabileceği maksimum toplam güçtür.
• İzolasyon voltajı (V_ISO):3750 V_{Etkin değer}, 1 dakika süreyle. Bu yüksek gerilim dayanım derecesi, kritik bir güvenlik parametresidir.
• Çalışma sıcaklığı (T_OPR):-55°C ila +100°C. Geniş aralık, zorlu ortamlarda güvenilir çalışmayı sağlar.
• Lehimleme sıcaklığı (T_SOL):260°C'de 10 saniye süreyle, tipik kurşunsuz lehimleme reflö sıcaklık profilini karşılar.

2.2 Optoelektronik Özellikler

Bu parametreler, cihazın belirtilen test koşullarında (genellikle T_a= 25°C'de) elektriksel ve optik performansını tanımlar.

2.2.1 Giriş Karakteristikleri

• İleri yönlü voltaj (V_F):Tipik değer 1.2V, ±20 mA ileri yönlü akımda maksimum 1.4V. Bu düşük voltaj düşüşü, düşük güç tüketimli devreler için avantajlıdır.
• Giriş kapasitansı (C_in):Tipik değer 50 pF, maksimum değer 250 pF. Bu parametre giriş ucunun yüksek frekans tepkisini etkiler.

2.2.2 Çıkış Karakteristikleri

• Kollektör-emitör karanlık akımı (I_CEO):V_CE=20V ve I_FIşık olmadığında, maksimum 100 nA. Bu, fototransistörün karanlık akımıdır.
• Kollektör-emetör çökme voltajı (BV_CEO):Minimum 80V. Bu, çıkışın tipik mantık veya orta gerilim seviyelerini işleyebilmesini sağlar.
• Kollektör-emetör doyum voltajı (V_CE(sat)):I_F=±20mA ve I_C=1mA iken, tipik değer 0.1V, maksimum değer 0.2V. Düşük doyum voltajı, mantık girişlerini süren çıkış katları için tercih edilir.

2.2.3 İletim Karakteristikleri

Bu parametreler, girişten çıkışa sinyal iletiminin verimliliğini ve kalitesini tanımlar.

• Akım Transfer Oranı (CTR):Bu, çıkış kollektör akımının (I_C) giriş ileri akımına (I_F) oranıdır ve yüzde olarak ifade edilir. Kazancın temel bir parametresidir. EL3H4-G serisi farklı CTR seviyeleri sunar:
  • EL3H4:I_F= ±1 mA, V_CE= 5V iken, CTR minimum %20, maksimum %300.
  • EL3H4A:CTR minimum %50, maksimum %150.
  • EL3H4B:CTR minimum %100, maximum %300.
  Bu seçim, tasarımcıların uygulamalarına uygun kazancı seçerek hassasiyet ve olası doygunluk arasında denge kurmasına olanak tanır.
• CTR Simetrisi:Pozitif I ile_FÖlçülen CTR ile Negatif I_FÖlçülen CTR oranı. 0.5 ile 2.0 arasında olması gereklidir. 1.0'a yakın değerler, iki giriş LED'inin AC tepkisinin iyi bir simetriye sahip olduğunu gösterir.
• İzolasyon Direnci (R_IO):Minimum değer 5×10¹⁰Ω, 500V DC'de tipik değeri 10'dur.¹¹Ω. Bu son derece yüksek direnç, izolasyon bütünlüğünün korunması için çok önemlidir.
• Yüzen kapasitans (C_IO):Tipik değer 0.6 pF, maksimum değer 1.0 pF. Bu düşük kapasitans, yüksek frekanslı ortak mod gürültüsünün bastırılması için önemli olan, izolasyon bariyeri üzerindeki kapasitif kuplajı en aza indirir.
• Anahtarlama süresi:Belirtilen test koşullarında (V_r=2V, I_f=2mA, R_CE=100Ω), yükselme süresi (t_C) ve düşme süresi (t_L) için maksimum değerlerin her ikisi de 18 µs'dir. Bu süreler, cihazın hızını ve farklı frekans sinyallerine uygunluğunu tanımlar.

3. Sınıflandırma Sistemi Açıklaması

EL3H4-G serisi, esas olarak Akım Transfer Oranına (CTR) dayalı bir sınıflandırma sistemi kullanır.

• Standart Sınıf (sonek yok):En geniş CTR aralığını (%%20-300) sunar, hassas kazanç gereksinimlerinin kritik olmadığı genel uygulamalar için uygundur.
• A Sınıfı (sonek 'A'):Daha dar, orta seviye bir CTR aralığı (%%50-150) sunar, performansı daha tahmin edilebilirdir.
• B Sınıfı (sonek 'B'):Sıkı bir yüksek CTR aralığı (%100-300) sunar, zayıf sinyallerin tespiti gibi yüksek hassasiyet ve kazanç gerektiren uygulamalar için idealdir.

Bu sınıflandırma, üreticilerin tasarımlarını tutarlılık için optimize etmelerine veya belirli hassasiyet gereksinimleri için bileşen seçmelerine olanak tanır.

4. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, tipik optoelektronik karakteristik eğrilerine atıfta bulunur. Sağlanan metinde belirli grafikler ayrıntılı olarak açıklanmamış olsa da, genellikle tasarım için kritik olan aşağıdaki içerikleri içerirler:

• CTR vs. İleri Akım (I_F):Transfer oranının giriş akım seviyesine göre nasıl değiştiğini gösterir. Çok yüksek I_FDüşük sıcaklıklarda, CTR genellikle LED verimliliğinin düşmesi nedeniyle azalır.
• CTR vs. Sıcaklık:Cihaz hassasiyetinin sıcaklığa bağımlılığını açıklar. CTR genellikle sıcaklık arttıkça düşer.
• İleri yönlü voltaj (V_F) vs. İleri Akım (I_F):Diyotun IV karakteristik eğrisi.
• Çıkış kollektör akımı (I_C) vs. kollektör-emitör voltajı (V_CE):Foton transistörünün farklı giriş ışık seviyelerindeki (I_F) altındaki çıkış karakteristiği.
• Anahtarlama süresi vs. yük direnci (R_L):Yükselme ve düşme sürelerinin, çıkışta seçilen yük direncinden nasıl etkilendiğini gösterir.

Tasarımcılar, cihazın standart olmayan koşullardaki davranışını anlamak ve istenen hız ile çıkış salınımı için giriş akımı ve yük direnci gibi parametreleri optimize etmek amacıyla bu eğrilere başvurmalıdır.

5. Mekanik ve Paketleme Bilgileri

5.1 Bacak Yapılandırması

4 bacaklı SSOP paketleme aşağıdaki bacak düzenine sahiptir:

1. Pin 1:Bir LED'in anodu / Diğer LED'in katodu (ters paralel bağlantı nedeniyle).
2. Pin 2:İlk LED'in katodu / İkinci LED'in anodu.
3. Pin 3:Fototransistörün emetörü.
4. Pin 4:Fototransistörün kollektörü.

Bu konfigürasyon, AC girişin pin 1 ve 2 arasına uygulandığı, çıkışın ise pin 3 ve 4'ten alındığı (genellikle pin 3 ortak/şase olarak kullanılır) anlamına gelir.

5.2 Paket Boyutları ve PCB Yerleşimi

Veri sayfası, SSOP paketinin detaylı mekanik çizimlerini içerir. Temel boyutlar gövde boyutları, bacak aralığı ve karttan yüksekliği içerir. Ayrıca, yalnızca referans amaçlı olduğu belirtilen ve belirli PCB üretim süreci ve termal gereksinimlere göre değiştirilmesi gereken önerilen yüzey montaj lehim pedi yerleşimi sağlanmıştır. Doğru lehim pedi tasarımı, güvenilir lehimleme ve mekanik dayanım için çok önemlidir.

6. Lehimleme ve Montaj Kılavuzu

6.1 Reflow Lehimleme Sıcaklık Profili

Bu cihaz kurşunsuz reflow lehimleme işlemiyle uyumludur. Önerilen maksimum gövde sıcaklık profili IPC/JEDEC J-STD-020D standardına dayanmaktadır:

• Ön Isıtma:150°C'den 200°C'ye 60-120 saniye içinde ısıtın.
• Likidus üzeri süre (T_L=217°C):60-100 saniye.
• Tepe sıcaklığı (T_P):Maksimum 260°C.
• Tepe sıcaklığı ±5°C içinde kalma süresi:En fazla 30 saniye.
• Maksimum yeniden akış lehimleme döngüsü sayısı: 3.

Bu sıcaklık profilinin takip edilmesi, plastik paketleme ve iç tel bağlantılarının termal hasar görmesini önler.

6.2 Dikkat Edilmesi Gerekenler

• İşleme ve lehimleme süreçlerinde, cihazı mutlak maksimum derecelerin üzerindeki sıcaklıklara maruz bırakmaktan kaçının.
• Paketleme giriş ve çıkış tarafları arasındaki kirlenmenin (örneğin, flux, talaş) izolasyon bariyerine zarar vermemesini sağlayın.
• İşleme sırasında, dahili LED'ler ve transistörler statik elektriğe duyarlı olduğundan, standart ESD (elektrostatik boşalma) önlemlerine uyun.

7. Paketleme ve Sipariş Bilgileri

7.1 Model Adlandırma Kuralları

Parça numarası aşağıdaki formata uyar:EL3H4(Y)(Z)-VG

• EL3H4:Temel parça numarası.
• Y:CTR sınıfı (A, B veya standart sınıf için boş bırakın).
• Z:Şerit Ambalaj Seçenekleri (TA, TB, EA, EB veya tüp için boş bırakın). TA/TB şeritleri 5000 birim içerir; EA/EB şeritleri 1000 birim içerir. A ve B seçenekleri arasındaki fark genellikle şerit genişliği veya besleme yönü ile ilgilidir.
• V:İsteğe bağlı son ek, bu bileşenin VDE sertifikasına sahip olduğunu belirtir.
• G:Halojensiz malzemeyi ifade eder.

Örnek: EL3H4A-TA-VG, 'A' sınıfı bir bileşendir, 5000 birimlik TA makaralı bantta tedarik edilir, VDE sertifikalıdır ve halojensizdir.

7.2 Paketleme Özellikleri

Bu cihaz, tüp (150 adet) veya makaralı bant formunda tedarik edilebilir. Otomatik yüzey montaj ekipmanlarıyla uyumluluk için ayrıntılı makara bant boyutları (yuva boyutu, aralık, bant genişliği) sağlanmıştır.

7.3 Cihaz İşaretleme

Paket üst kısmında şu kod işaretlenmiştir:EL 3H4 RYWWV

• EL:Üretici Kodu.
• 3H4:Cihaz Numarası.
• R:CTR Sınıfı (A, B veya boş bırakın).
• Y:1 Basamaklı Yıl Kodu.
• WW:2 haneli hafta kodu.
• V:VDE sertifikasyon işareti (varsa).

8. Uygulama Tasarımı Hususları

8.1 Giriş Devresi Tasarımı

Alternatif akım (AC) işletim için, giriş pinlerine (1 ve 2) seri olarak bir akım sınırlama direnci bağlanmalıdır. Direnç değeri, tepe giriş voltajı ve istenen ileri yön akımı (I_F) dikkate alınarak hesaplanmalı, I_F50 mA'yi aşmayan sürekli anma değeri. Örneğin, 120V_{Etkin değer}AC hat girişini sürmek için, direnç tepe akımını sınırlamalıdır (≈170V / R). Bu direncin güç ve gerilim dayanımı dikkate alınmalıdır.

8.2 Çıkış Devresi Tasarımı

Çıkış fototransistörleri, ortak emetör konfigürasyonunda (yük direnci V_CCve kollektör arasına bağlanır, emetör topraklanır) veya bir anahtar olarak kullanılabilir. Yük direncinin (R_L) değeri şunları etkiler:
Çıkış Gerilimi Salınımı:Belirli bir I için_L, daha yüksek bir R_C.
daha büyük bir gerilim düşüşüne yol açar.Anahtarlama hızı:_LYüksek R_rRC zaman sabitini artırır, yükselme ve düşme sürelerini yavaşlatır (örneğin t_f/t_LÖzellikler R
=100Ω olduğunda gösterildiği gibi)._{Bir mantık girişi sürülüyorsa, genellikle bir çekme direnci gereklidir. 'Açık' durumundaki çıkış voltajının (V}CE(sat)

) mantıksal '0' olarak tanınacak kadar düşük.

8.3 Güvenilir izolasyon sağlama_{Belirlenmiş 3750V'yi korumak için}Etkin değer

İzolasyon için PCB düzeni çok önemlidir. Devre kartında, giriş tarafı (pin 1, 2) ile ilgili bakır izler ve pedler ile çıkış tarafı (pin 3, 4) arasında yeterli kaçak yolu ve elektriksel boşluk mesafesi korunmalıdır. Bu genellikle, bileşen gövdesinin altındaki PCB'de fiziksel bir yarık veya geniş aralık sağlanması anlamına gelir. Giriş ve çıkış izlerinin birbirine paralel ve çok yakın olmasından kaçının.

9. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

• EL3H4-G serisinin, standart DC girişli optokuplörlere kıyasla temel farklılaştırıcı özellikleri şunları içerir:Dahili AC giriş:
• AC sinyali işlemek için harici köprü doğrultucu veya çift optokuplör gerektirmez, bu da devre kartı alanı ve bileşen sayısından tasarruf sağlar.CTR Simetrisi:
• AC'nin her iki yarım döngüsü için yanıt dengesini sağlayan belirlenmiş bir parametredir; bu, DC girişli cihazlar için bir sorun teşkil etmez.Halojensiz Yapı:

Katı çevresel gereksinimleri karşılar, ancak tüm eski model optokuplörler bunu sağlayamaz.

Diğer AC girişli optokuplörlerle karşılaştırıldığında, avantajları yüksek izolasyon voltajı, kompakt SSOP paketi ve seçilebilir çoklu CTR derecelerinin birleşimidir.

10. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Özelliklere Dayalı)
Q1: 230V AC şebeke gerilimini doğrudan tespit etmek için kullanabilir miyim?

A: Evet, ancak girişe, ileri akımı 50mA sınırı içinde tutmak için uygun bir harici akım sınırlama direnci seri bağlanmalıdır. Bu direnç aynı zamanda ilgili yüksek voltaj dayanımına ve güç dağıtım derecelendirmesine sahip olmalıdır.
Q2: Standart sınıf, A sınıfı ve B sınıfı arasındaki fark nedir?

A: Fark, garanti edilen minimum ve maksimum akım transfer oranındadır (CTR). B sınıfı en yüksek minimum hassasiyete (%100) sahiptir ve daha zayıf sinyalleri tespit etmek için uygundur. A sınıfı daha ılımlı, öngörülebilir bir aralık sunar. Standart sınıf en geniş aralığa sahiptir ve genel amaçlı kullanım için yüksek maliyet etkinliği sağlar.
Q3: Bu cihazın hızı nedir? İletişim için kullanılabilir mi?

A: Tipik yükselme/düşme süresi 18 µs'ye kadar çıkabilir ve bant genişliği yaklaşık onlarca kHz ile sınırlıdır. AC güç kaynağı frekansının (50/60 Hz), yavaş dijital sinyallerin veya PLC'deki durum tespitinin algılanması için uygundur, ancak dijital izolatörlerdeki gibi yüksek hızlı veri iletişimi için uygun değildir.
Q4: İzolasyon direnci neden bu kadar yüksek (10^11 Ω)?

A: Bu son derece yüksek direnç, izolasyon bariyeri üzerinden sızan akımı en aza indirir. Bu, hem güvenlik (izole devreler arasında tehlikeli akım akışını önlemek) hem de hassas ölçüm uygulamalarında sinyal bütünlüğü için çok önemlidir.

11. Pratik Tasarım Örneği
Senaryo: İzole 120V AC Hat Varlık Dedektörü.Amaç:
120V AC mevcut olduğunda, mikrodenetleyiciye 3.3V mantık düşük seviye sinyali sağlar.
1. Tasarım Adımları:Giriş Direnci Hesaplaması:_{120V için}Etkin değer_F, tepe voltajı yaklaşık 170V'dur. I_{'yi güvenli bir 10mA (50mA'nın çok altında) ile sınırlamak için, R}limit
2. = 170V / 0.01A = 17kΩ. Standart 18kΩ, 1/2W veya daha yüksek güç dereceli direnç kullanın.Çıkış Devresi:
3. Fototransistörün kollektörünü (pin 4) bir çekme direnci (örneğin 10kΩ) üzerinden mikrodenetleyicinin 3.3V güç kaynağına bağlayın. Emitörü (pin 3) topraklayın. Kollektör düğümü, mikrodenetleyici üzerindeki bir dijital giriş pinine bağlanır.Çalışma Prensibi:_{AC mevcut olduğunda, optokuplörün çıkışı her yarım döngüde iletime geçerek kollektör voltajını V'ye yakın bir seviyeye çeker.}CE(sat)

(yaklaşık 0.2V), bu voltaj mantıksal '0' olarak okunur. AC olmadığında, fototransistor kesimdedir ve çekme direnci kollektör voltajını 3.3V'a (mantıksal '1') çeker. 50/60 Hz sıfır geçiş noktaları nedeniyle, yazılımın bu sinyali debounce (sallantı giderme) işlemine tabi tutması gerekebilir.

12. Çalışma Prensibi

EL3H4-G, optik kuplaj prensibiyle çalışır. Giriş tarafına uygulanan elektrik sinyali, kızılötesi LED'in akımla orantılı ışık yaymasını sağlar. Bu ışık, paket içindeki şeffaf yalıtım bariyerinden geçer. Çıkış tarafında, ışık silikon fototransistorün taban bölgesine çarparak elektron-boşluk çiftleri oluşturur. Bu fotoelektrik akım, taban akımı olarak işlev görür ve transistörün daha büyük bir kollektör akımı iletmesini sağlayarak, yalıtılmış çıkış tarafında giriş sinyalini kopyalar. Ters paralel LED konfigürasyonu, AC giriş sinyalinin her iki polaritesi sırasında da akım akışına ve ışık yayılmasına izin verir.

13. Teknoloji Trendleri
EL3H4-G gibi optokuplörler, olgun ve güvenilir bir yalıtım teknolojisini temsil eder. Sinyal yalıtımı alanındaki mevcut trendler şunları içerir:Entegrasyon:
Birden fazla izolasyon kanalını birleştirmek veya ek işlevleri (sürücüler veya koruma gibi) tek bir pakete entegre etmek.Daha Yüksek Hız:
Dijital iletişim uygulamaları için daha hızlı anahtarlama sürelerine sahip optokuplörler geliştirilmesi, bunların genellikle kapasitif veya manyetik kuplajlı teknolojilere kıyasla daha yavaş olmasına rağmen.Geliştirilmiş Güvenlik Standartları:
Uluslararası güvenlik standartlarının (UL, VDE, IEC) sürekli gelişimi, daha yüksek çalışma voltajları, güçlendirilmiş izolasyon ve iyileştirilmiş güvenilirlik metrikleri için gereksinimleri yönlendirmektedir.Malzeme Bilimi: