EL253X Serisi Foto Kuplör Veri Sayfası - 8 Bacaklı DIP Paket - Yüksek Hız 1Mbit/s - 5000Vrms İzolasyon - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

EL253X serisi, çift kanallı, yüksek hızlı transistör foto kuplörlerden oluşur. Her cihaz, bir kızılötesi yayan diyot ile optik olarak bağlanmış yüksek hızlı bir fotodedektör transistörünü entegre eder. Temel bir mimari özellik, fotodiyot öngerilimi ve çıkış transistörü kollektörü için ayrı bağlantı noktalarıdır. Bu tasarım, geleneksel fototransistör kuplörlere kıyasla giriş transistörünün baz-kollektör kapasitansını azaltarak işlem hızını önemli ölçüde artırır. Cihazlar standart 8 bacaklı Çift Sıralı Paket (DIP) içinde sunulur ve geniş bacak aralığı ve yüzey montaj konfigürasyonları için seçenekler mevcuttur.

1.1 Temel Avantajlar ve Hedef Pazar

EL253X serisinin birincil avantajı, yüksek hızlı veri iletim kapasitesi (saniyede 1 Megabit'e kadar) ve sağlam elektriksel izolasyonu birleştirmesidir. Bu, farklı toprak potansiyellerine veya voltaj seviyelerine sahip devreler arasında güvenilir sinyal transferi gerektiren uygulamalar için uygun kılar. Bunu destekleyen temel özellikler arasında, EL2611 varyantı için minimum 10kV/μs yüksek ortak mod geçici bağışıklığı (CMTI) ve giriş ile çıkış arasında 5000 Vrms yüksek izolasyon voltajı bulunur. Cihazlar, -40°C ila +85°C arasındaki geniş bir sıcaklık aralığında performans göstermesi garanti edilerek endüstriyel ve otomotiv uygulamalarına hitap eder. Lojik kapı çıkışı, dijital devrelerle arayüzü basitleştirir. Kurşunsuz ve RoHS direktiflerine uyumluluk, başlıca uluslararası güvenlik kuruluşlarından (UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO) onaylar ile birlikte, güvenilirliklerini ve küresel pazarlara uygunluğunu vurgular. Hedef uygulamalar arasında hat alıcıları, telekomünikasyon ekipmanları, motor sürücülerindeki güç transistörleri için izolasyon, anahtarlamalı güç kaynaklarında (SMPS) geri besleme döngüleri, ev aletleri ve düşük hızlı fototransistör kuplörler için yükseltmeler yer alır.

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

Bu bölüm, veri sayfasında belirtilen elektriksel ve performans özelliklerinin detaylı, objektif bir yorumunu sağlar.

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Bu değerler, cihaza kalıcı hasar verebilecek stres limitlerini tanımlar. Tavsiye edilen çalışma koşulları değildir. Kritik limitler şunları içerir: 25mA sürekli ileri akım (I_F), 50mA tepe ileri akım (I_FP) (%50 görev döngüsü, 1ms darbe genişliği) ve çok kısa darbe süreleri (≤1μs) için 1A çok yüksek tepe geçici akım (I_Ftrans). Çıkış -0.5V ila 20V arasında bir voltaja (V_O) dayanabilir ve besleme voltajı (V_CC) -0.5V ila 30V aralığında olabilir. İzolasyon voltajı (V_ISO), belirli nem koşullarında test edilerek bir dakika için 5000 Vrms olarak derecelendirilmiştir. Cihaz -40°C ila +100°C arası ortam sıcaklıklarında (T_OPR) çalıştırılabilir ve -40°C ila +125°C arasında (T_STG) saklanabilir. Lehimleme sıcaklığı (T_SOL), 10 saniye için 260°C olarak belirtilmiştir; bu standart bir kurşunsuz yeniden akış profiline karşılık gelir.

2.2 Elektriksel Özellikler

Bu parametreler, aksi belirtilmedikçe tipik olarak 25°C'de normal çalışma koşulları altında cihazın performansını tanımlar.

2.2.1 Giriş Özellikleri

İleri voltaj (V_F), 16mA ileri akımda (I_F) tipik olarak 1.45V'dur. Yaklaşık -1.9 mV/°C negatif sıcaklık katsayısına sahiptir, yani sıcaklık arttıkça V_F hafifçe azalır. Maksimum ters voltaj (V_R) 5V'dur. Giriş kapasitansı (C_IN) tipik olarak 60pF'dir, bu yüksek hızlı anahtarlama performansında bir faktördür.

2.2.2 Çıkış Özellikleri

Lojik yüksek çıkış akımı (I_OH) çok düşüktür (V_CC=5.5V'da tip. 0.001µA), kapalı durumda mükemmel çıkış kaçak özelliklerini gösterir. Besleme akımı lojik durumlar arasında önemli ölçüde farklılık gösterir: giriş LED'i sürüldüğünde (I_F=16mA) lojik düşük besleme akımı (I_CCL) tipik olarak 140µA iken, giriş kapalıyken lojik yüksek besleme akımı (I_CCH) tipik olarak sadece 0.01µA'dır. Bu, boşta durumdaki düşük güç tüketimini vurgular.

2.3 Transfer Özellikleri

Bu, giriş ve çıkış arasındaki ilişkiyi tanımlar.

2.3.1 Akım Transfer Oranı (CTR)

Foto kuplörler için kilit bir parametre olan CTR, çıkış kollektör akımının giriş LED akımına oranıdır ve yüzde olarak ifade edilir. EL2530, %7 ila %50 CTR aralığına sahipken, EL2531 daha yüksek bir aralık olan %19 ila %50'ye sahiptir (her ikisi de I_F=16mA, V_O=0.4V, V_CC=4.5V, 25°C'de). Bu nedenle EL2531 daha yüksek kazançlı varyanttır. Minimum CTR değerleri, biraz farklı koşullar altında (V_O=0.5V) EL2530 için %5 ve EL2531 için %15 olarak garanti edilir.

2.3.2 Lojik Düşük Çıkış Voltajı (V_OL)

Bu, cihaz 'açık' veya düşük durumdayken çıkıştaki voltajdır. EL2530 için, V_OL tipik olarak 1.1mA çıkış akımı (I_O) ile 0.18V'dur. EL2531 için ise tipik olarak I_O=3mA ile 0.25V'dur. Her ikisi için maksimum V_OL, ilgili test koşullarında 0.5V'dur, bu da arayüz için sağlam lojik-düşük seviyeleri garanti eder.

2.4 Anahtarlama Özellikleri

Bu parametreler yüksek hızlı uygulamalar için kritiktir. Testler I_F=16mA ve V_CC=5V'da gerçekleştirilir.

2.4.1 Yayılım Gecikmesi

Lojik düşüğe (t_PHL) ve lojik yükseğe (t_PLH) yayılım gecikmesi ölçülür. 4.1kΩ yük direnci (R_L) ile EL2530 için, t_PHL tipik olarak 0.35µs (maks. 2.0µs) ve t_PLH tipik olarak 0.5µs (maks. 2.0µs) değerindedir. 1.9kΩ R_L ile EL2531 için, her iki gecikme tipik olarak sırasıyla 0.35µs ve 0.3µs'dir (maks. 1.0µs). EL2531 daha hızlı anahtarlama süreleri sergiler, bu kısmen daha yüksek CTR'si sayesinde daha küçük bir çekme direnci kullanılmasına izin vermesinden kaynaklanır.

2.4.2 Ortak Mod Geçici Bağışıklığı (CMTI)

CMTI, cihazın giriş ve çıkış toprakları arasındaki hızlı voltaj geçişlerini reddetme yeteneğini ölçer. Volt/mikrosaniye (V/µs) cinsinden belirtilir. Hem EL2530 hem de EL2531, hem lojik yüksek (CM_H) hem de lojik düşük (CM_L) durumlar için minimum 1000 V/µs ve tipik 10,000 V/µs CMTI değerine sahiptir. Test koşulları farklıdır: EL2530 10V tepe-tepe ortak mod darbesi kullanırken, EL2531 1000V tepe-tepe darbesi kullanır; bu, bu açıdan ikinci varyant için potansiyel olarak daha sağlam bir testi gösterir.

3. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası tipik elektro-optik karakteristik eğrilerine atıfta bulunur. Belirli grafikler sağlanan metinde yeniden üretilmemiş olsa da, genellikle Akım Transfer Oranı (CTR) - İleri Akım (I_F), CTR - Ortam Sıcaklığı (T_A), Yayılım Gecikmesi - Yük Direnci (R_L) ve İleri Voltaj (V_F) - I_F grafiklerini içerir. Bu eğriler, tasarımcıların parametrelerin ideal olmayan veya değişen koşullar altında (düşük sürüş akımları, yüksek sıcaklıklar veya farklı yük konfigürasyonları gibi) nasıl değiştiğini anlamaları için gereklidir, böylece belirtilen çalışma aralığı boyunca sağlam devre tasarımına olanak tanır.

4. Mekanik ve Paket Bilgisi

Cihaz 8 bacaklı DIP paket kullanır. Bacak konfigürasyonu şu şekildedir: Bacak 1: Anot (Kanal 1), Bacak 2: Katot (Kanal 1), Bacak 3: Katot (Kanal 2), Bacak 4: Anot (Kanal 2), Bacak 5: Toprak (GND), Bacak 6: Çıkış 2 (V_OUT2), Bacak 7: Çıkış 1 (V_OUT1), Bacak 8: Besleme Voltajı (V_CC). Paket, standart DIP, geniş bacak bükümü (0.4 inç aralık, 'M' seçeneği) ve yüzey montaj bacak formları ('S' ve alçak profilli 'S1' seçenekleri) dahil olmak üzere çeşitli bacak formu seçeneklerinde mevcuttur.

5. Lehimleme ve Montaj Kılavuzları

Lehimleme sıcaklığı için mutlak maksimum değer 10 saniye için 260°C'dir. Bu, tipik kurşunsuz yeniden akış lehimleme profilleriyle uyumludur. Dalga lehimleme veya el lehimlemesi için, delikli veya SMD bileşenler için standart uygulamalar takip edilmeli, paket hasarını veya iç malzemelerin bozulmasını önlemek için maksimum sıcaklık ve zaman limitlerine saygı gösterilmelidir. Cihazlar, depolama sıcaklık aralığı (-40°C ila +125°C) içindeki koşullarda ve SMD varyantları için nem hassas paketleme uygulanabiliyorsa saklanmalıdır; bu, yeniden akış sırasında 'patlamış mısır' etkisini önlemek içindir.

6. Paketleme ve Sipariş Bilgisi

Parça numarası şu formattadır: EL253XY(Z)-V. 'X' parça numarasını belirtir (EL2530 için 0, EL2531 için 1). 'Y' bacak formu seçeneğini gösterir: standart DIP için boş, geniş bacak bükümü için 'M', yüzey montaj için 'S', alçak profilli yüzey montaj için 'S1'. 'Z' şerit ve makara seçeneğini belirtir: 'TA' veya 'TB' (farklı makara tipleri) veya tüp paketleme için boş. 'V', VDE onayı için isteğe bağlı bir sonektir. Paketleme miktarları, delikli versiyonlar için tüp başına 45 birim ve şerit-makara SMD versiyonları için makara başına 1000 birimdir.

7. Uygulama Önerileri

7.1 Tipik Uygulama Senaryoları

• Hat Alıcıları:Toprak döngülerini ve gürültüyü önlemek için dijital iletişim hatlarını (örn., RS-485, RS-422) izole etmek.
• Motor Sürücü İzolasyonu:Değişken frekanslı sürücülerde güç transistörlerine (IGBT'ler, MOSFET'ler) kapı sürüş sinyalleri sağlamak, düşük voltajlı kontrol lojikini yüksek voltajlı güç katından izole etmek.
• Anahtarlamalı Güç Kaynağı (SMPS) Geri Beslemesi:Geri besleme hata sinyalini sekonder (çıkış) tarafından primer (giriş) tarafı kontrolörüne izole etmek; bu kritik bir güvenlik ve işlevsel gerekliliktir.
• Lojik Toprak İzolasyonu:Gürültülü dijital alt sistemler (örn., bir mikrodenetleyici ile bir motor sürücü IC'si arası) arasındaki toprakları ayırmak, gürültü bağlaşımını önlemek.
• Telekom Ekipmanları:Zil devrelerinde, hat arayüzlerinde veya veri hattı korumasında sinyal izolasyonu.

7.2 Tasarım Hususları

• Akım Sınırlama Direnci:İleri akımı (I_F) ayarlamak için, tipik olarak optimal hız ve CTR için önerilen 16mA'ya getirmek üzere, giriş LED'i ile seri olarak harici bir direnç kullanılmalıdır.
• Çekme Direnci:Çıkış, V_CC'ye bir çekme direnci (R_L) gerektirir. Değeri, anahtarlama hızını ve güç tüketimini etkiler. Veri sayfası, EL2530 için 4.1kΩ ve EL2531 için 1.9kΩ ile test koşullarını belirtir.
• Güç Kaynağı Ayrıştırma:Kararlı çalışmayı sağlamak ve anahtarlama gürültüsünü en aza indirmek için V_CC bacağına (Bacak 8) ve toprağa yakın bir baypas kapasitörü (örn., 0.1µF) yerleştirin.
• Yüksek CMTI için Yerleşim:Yüksek CMTI'yi korumak için, PCB yerleşiminin giriş ve çıkış bölümleri arasındaki parazitik kapasitansı en aza indirin. Güvenlik standartlarına göre yeterli sürünme ve boşluk mesafeleri sağlayın.
• EL2530 vs. EL2531 Seçimi:Daha hızlı anahtarlama hızları gerektiren veya daha düşük değerli bir çekme direncinin kabul edilebilir olduğu uygulamalar için EL2531'i seçin. EL2530, daha az katı hız gereksinimleri olan veya açık durumda daha düşük besleme akımının (daha yüksek R_L nedeniyle) öncelik olduğu uygulamalar için seçilebilir.

8. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

EL253X serisi, standart fototransistör kuplörlerden öncelikle yüksek hızıyla (1Mbit/s, standart tipler için tipik <100kbit/s) kendini ayırır. Ayrı fotodiyot öngerilim bağlantısı, bunu mümkün kılan temel mimari farktır. Diğer yüksek hızlı optokuplörlere (entegre lojik kapılı veya daha yüksek hızlı dijital izolatörler gibi) kıyasla, EL253X basit, sağlam bir transistör çıkışı sunar; bu, belirli analog veya seviye kaydırma uygulamalarında avantajlı olabilir ve tipik olarak daha düşük maliyetlidir. Tek bir 8 bacaklı paketteki çift kanallı konfigürasyonu, iki tek kanallı cihaz kullanmaya kıyasla kart alanından tasarruf sağlar.

9. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

S: EL2530 ve EL2531 arasındaki temel fark nedir?

C: Temel fark, garanti edilen minimum Akım Transfer Oranı'dır (CTR). EL2531, EL2530'a (%5-7) kıyasla daha yüksek minimum CTR'ye (%15-19, test koşuluna bağlı olarak) sahiptir. Bu genellikle EL2531'in belirli bir yük direnci ile daha hızlı anahtarlanmasına veya aynı hız için daha büyük bir çekme direnci kullanmasına izin verir, bu da güç tüketimini ve sürüş kapasitesini etkiler.

S: Giriş LED'ini doğrudan bir voltaj kaynağı ile sürebilir miyim?

C: Hayır. LED, akım sınırlı bir kaynakla sürülmelidir, tipik olarak bir voltaj kaynağından seri bir direnç ile uygulanır. Veri sayfası, istenen I_F (örn., 16mA) için uygun direnç değerini hesaplamaya yardımcı olmak için ileri voltaj (V_F) özelliklerini sağlar.

S: 10kV/µs Ortak Mod Geçici Bağışıklığı (CMTI) ne anlama gelir?

C: Bu, giriş ve çıkış devre toprakları arasındaki voltaj farkı saniyede 10.000 volt gibi yüksek bir hızda değişse bile, çıkış durumunun doğru kalacağı (yanlışlıkla değişmeyeceği) anlamına gelir. Bu, hızlı yüksek voltaj anahtarlamanın büyük toprak geçişleri oluşturduğu motor sürücüleri veya güç kaynaklarında çok önemlidir.

S: Soğutucu gerekli mi?

C: Güç dağılımı için mutlak maksimum değerler (P_IN=45mW, P_O=35mW) dahilindeki normal çalışma koşullarında, soğutucu gerekli değildir. Dağılan güç nispeten düşüktür. Isıl dağılım için uygun PCB yerleşimi genellikle yeterlidir.

10. Pratik Tasarım ve Kullanım Örnekleri

Örnek 1: İzole GPIO Genişletici.Bir mikrodenetleyici, bir endüstriyel paneldeki 12V limit anahtarlarını izlemelidir. Altı EL2531 kanalı kullanılarak, mikrodenetleyicinin 3.3V GPIO'ları akım sınırlama dirençleri üzerinden LED'leri sürebilir. 12V'a çekilen çıkışlar, anahtarlara temiz bir lojik sinyal sağlar. 5000Vrms izolasyon, mikrodenetleyiciyi 12V endüstriyel hatlardaki potansiyel geçişlerden korur.

Örnek 2: Yarım Köprü MOSFET için Kapı Sürücüsü.Düşük güçlü bir DC motor kontrolcüsünde, tek bir EL2531 kanalı yüksek taraf MOSFET'ini sürmek için kullanılabilir. Giriş, kontrolcüden gelen PWM sinyali ile sürülür. Çıkış, uygun bir kapı direnci üzerinden MOSFET kapısına bağlanır ve bir bootstrap beslemesine çekilir, böylece izole kapı sürüşü sağlanır. Yüksek CMTI, yarım köprünün hızlı anahtarlanması sırasında kapı sinyalinin kararlı kalmasını sağlar.

11. Çalışma Prensibi

Temel prensip opto-elektronik dönüşümdür. Giriş Kızılötesi Yayan Diyot'una (IRED) uygulanan bir elektrik akımı, onun ışık yaymasına neden olur. Bu ışık, optik olarak şeffaf ancak elektriksel olarak yalıtkan bir bariyerden (tipik olarak silikon veya benzeri malzeme) geçer. Işık, entegre dedektörün fotodiyoduna çarparak bir fotodiyot akımı üretir. EL253X'te, bu fotodiyot akımı doğrudan çıkış NPN transistörünün bazını öngerilimler, onu açar ve çıkış bacağını (kollektör) düşük seviyeye çeker. Fotodiyot için ayrı bağlantı, fotodiyot akımının anahtarlama için daha verimli kullanılmasına izin verir; bu akım, geleneksel fototransistörlerde hız sınırlayıcı faktör olan transistörün baz-kollektör kapasitansı tarafından kısmen şöntlenmek yerine kullanılır.

12. Teknoloji Trendleri

Sinyal izolasyonu alanı gelişmektedir. EL253X gibi transistör çıkışlı foto kuplörler basitlikleri, sağlamlıkları ve maliyet etkinlikleri nedeniyle oldukça geçerli olmaya devam ederken, birkaç trend dikkat çekicidir. Daha yüksek entegrasyona doğru bir hareket vardır, örneğin IGBT/GaN FET'ler için entegre sürücülü cihazlar. CMOS teknolojisine ve RF veya kapasitif bağlaşıma dayalı dijital izolatörler, önemli ölçüde daha yüksek veri hızları (onlarca ila yüzlerce Mbps), daha düşük güç tüketimi ve daha yüksek güvenilirlik (LED yaşlanması yok) sunar. Ancak, foto kuplörler belirli alanlarda avantajlarını korur: çok yüksek izolasyon voltajı kapasitesi, mükemmel ortak mod geçici bağışıklığı ve manyetik alanlara karşı doğal bağışıklık. Foto kuplörler için geliştirme odağı, hızı daha da iyileştirmeyi, paket boyutunu azaltmayı (özellikle SMD için), yüksek sıcaklık performansını artırmayı ve uzun vadeli CTR stabilitesi gibi güvenilirlik metriklerini artırmayı içerir.