5-Pin SOP Yüksek Hızlı 10Mbit/s Mantık Kapısı Foto Kuplör ELM453H-G Serisi Veri Sayfası - Paket 5-Pin SOP - İzolasyon Gerilimi 3750Vrms - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

ELM453H-G Serisi, zorlu dijital izolasyon uygulamaları için tasarlanmış yüksek hızlı mantık kapısı foto kuplörlerden (opto-izolatörler) oluşan bir ailedir. Bu cihazlar, giriş ve çıkış devreleri arasında yüksek elektriksel izolasyonu korurken güvenilir sinyal iletimi sağlamak üzere tasarlanmıştır. Temel işlevi, bir kızılötesi LED'in yüksek hızlı bir fotodedektör ve transistör yükselteci ile optik olarak bağlanması yoluyla bir izolasyon bariyeri üzerinden dijital mantık sinyallerini aktarmaktır.

Bu bileşenin birincil pazarı, gürültü bağışıklığı ve güvenlik izolasyonunun kritik olduğu endüstriyel otomasyon, motor sürücü sistemleri, saha veriyolu iletişim ağları ve güç kaynağı kontrolünü içerir. Temel avantajları, baz-kolektör kapasitansını azaltan ayrı bir fotodiyot öngerilim bağlantısı sayesinde elde edilen, geleneksel fototransistör kuplörlere kıyasla gelişmiş hız performansından kaynaklanmaktadır.

2. Teknik Parametre Derinlemesine İnceleme

Bu bölüm, veri sayfasında belirtilen temel elektriksel ve optik parametrelerin nesnel bir analizini sağlar.

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Bu değerler, kalıcı hasara yol açabilecek stres limitlerini tanımlar. Temel limitler şunları içerir:

• Giriş İleri Akımı (I_F)): Maksimum 25 mA. Bu değerin aşılması giriş LED'ini bozabilir veya tahrip edebilir.
• İzolasyon Gerilimi (V_ISO)): 1 dakika için 3750 V_rms. Bu, bir tarafta pin 1 & 3'ün, diğer tarafta pin 4, 5 & 6'nın kısa devre yapıldığı testle doğrulanan, dahili izolasyon bariyerinin dielektrik dayanımını belgeleyen kritik bir güvenlik derecesidir.
• Çalışma Sıcaklığı (T_OPR)): -40 ila +125 °C. Bu geniş aralık, zorlu endüstriyel ortamlarda güvenilir çalışmayı sağlar.
• Lehimleme Sıcaklığı (T_SOL)): 10 saniye için 260 °C, tipik kurşunsuz reflow profilleriyle uyumludur.

2.2 Elektriksel Özellikler

Belirtilen test koşulları altında garanti edilen performans parametreleri.

2.2.1 Giriş Karakteristikleri

• İleri Gerilim (V_F)): Tipik 1.4V, I_F=16mA'da maksimum 1.8V. Bu, LED sürücü devresi için gerekli akım sınırlama direncinin hesaplanmasında kullanılır.
• Giriş Kapasitansı (C_IN)): Tipik 70 pF. Daha düşük bir kapasitans, giriş tarafında daha iyi yüksek frekans performansına katkıda bulunabilir.

2.2.2 Çıkış ve Transfer Karakteristikleri

• Düşük Seviye Çıkış Gerilimi (V_OL)): I_F=16mA, I_O=3mA, V_CC=4.5V'da maksimum 0.4V. Bu, yük altındaki çıkış mantık '0' seviyesini tanımlar.
• Akım Transfer Oranı (CTR)): Aynı test koşullarında minimum %20. CTR, çıkış transistör akımının giriş LED akımına oranıdır. Minimum bir garanti, yeterli çıkış sürüş kapasitesini sağlar.
• Yüksek Seviye Çıkış Akımı (I_OH)): LED kapalıyken çok düşük kaçak akım (25°C'de maks 5 µA), temiz bir mantık '1' çıkışı sağlar.

2.3 Anahtarlama Karakteristikleri

Bu parametreler, veri iletimi için kritik olan cihazın hızını ve gürültü bağışıklığını tanımlar.

• Yayılım Gecikmesi (T_PHL, T_PLH)): Tipik 0.35 µs (düşük) ve 0.45 µs (yüksek), maksimum 1.0 µs. Bu, mantık kapısı versiyonu için başlıkta belirtilen 10Mbit/s kapasitesine rağmen, sinyal iletim hızlarının 1Mbit/s'e kadar çıkmasına olanak tanır.
• Ortak Mod Geçici Bağışıklık (CM_H, CM_L)): Minimum 10 kV/µs. Bu, izolasyon bariyerinin her iki tarafında da eşit görünen hızlı gerilim geçicilerini (gürültü) reddetme yeteneğini gösteren hayati bir parametredir. Yüksek CMTI, motor sürücüler gibi gürültülü ortamlarda yanlış çıkış anahtarlamasını önler.

3. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası tipik elektro-optik karakteristik eğrilerine atıfta bulunur. Sağlanan metinde gösterilmese de, bu eğriler tipik olarak tasarım için kritik olan ilişkileri gösterir:

• Akım Transfer Oranı (CTR) - İleri Akım (I_F)): Verimliliğin sürüş akımıyla nasıl değiştiğini gösterir, çalışma noktasını optimize etmeye yardımcı olur.
• CTR - Ortam Sıcaklığı (T_A)): Artan sıcaklıkla CTR'nin düşüşünü gösterir, yüksek sıcaklıkta çalışma için gereklidir.
• Yayılım Gecikmesi - Yük Direnci (R_L)): Anahtarlama hızı ve çıkış sürüş kapasitesi arasındaki dengeyi gösterir.
• İleri Gerilim - Sıcaklık): Giriş devresinin termal yönetimi için önemlidir.

Tasarımcılar, sağlam devre tasarımı için bu doğrusal olmayan ilişkileri anlamak üzere tam veri sayfası grafiklerine başvurmalıdır.

4. Mekanik ve Paket Bilgisi

4.1 Paket Boyutları

Cihaz, standart 5-pin Küçük Dış Hat Paketinde (SOP) bulunur. Detaylı mekanik çizim, uzunluk, genişlik, yükseklik, bacak aralığı ve boşluk için kesin boyutları sağlar. Bu bilgi, PCB ayak izi tasarımı ve uygun boşluk sağlanması için kritiktir.

4.2 Önerilen Pad Yerleşimi

Önerilen bir yüzey montaj pad yerleşimi sağlanmıştır. Veri sayfası doğru bir şekilde bunun bir referans tasarım olduğunu ve bireysel üretim süreçlerine (örn., lehim pastası tipi, reflow profili) göre değiştirilmesi gerektiğini belirtir. Son pad tasarımı için IPC standartlarına uyulması önerilir.

4.3 Polarite Tanımlama ve Cihaz İşaretleme

Pin Konfigürasyonu:

1. Anot (Giriş LED +)
2. Bağlantı Yok / Dahili
3. Katot (Giriş LED -)
4. Toprak (Çıkış Toprağı)
5. V_OUT(Çıkış Sinyali)
6. V_CC(Çıkış Besleme Gerilimi)

Cihaz İşaretleme:Paketin üst kısmı "EL" (üretici kodu), "M453H" (cihaz numarası), 1 haneli yıl kodu (Y), 2 haneli hafta kodu (WW) ve VDE onaylı versiyonlar için isteğe bağlı bir "V" ile işaretlenmiştir. Bu, izlenebilirlik sağlar.

5. Lehimleme ve Montaj Kılavuzu

Reflow Lehimleme:Bileşen, maksimum 260°C lehimleme sıcaklığı için 10 saniye derecelendirilmiştir. Bu, standart kurşunsuz reflow profilleri (IPC/JEDEC J-STD-020) ile uyumludur. Paket hasarını önlemek için tepe sıcaklığı ve likidüs üzerindeki süre kontrol edilmelidir.

Depolama Koşulları:Depolama sıcaklık aralığı -55 ila +125 °C'dir. Yüzey montaj cihazlar için kritik olan Nem Hassasiyet Seviyesi (MSL) bilgisi, tam veri sayfasından veya paketlemeden doğrulanmalıdır. Uygulanabilirse, reflow öncesinde nem emmiş bileşenlerin pişirilmesi için standart önlemler takip edilmelidir.

6. Paketleme ve Sipariş Bilgisi

6.1 Sipariş Parça Numarası

Parça numarası şu yapıyı takip eder:ELM453H(Z)-VG

• Z: Şerit ve Makara Seçeneği. Tüp için 'Yok' (100 adet), farklı makara yönlendirmeleri için 'TA' veya 'TB' (3000 adet/makara).
• V: VDE sertifikasyonunun dahil olduğunu belirtir.
• G: Halojensiz malzeme bileşimini gösterir.

6.2 Şerit ve Makara Özellikleri

Otomatik pick-and-place montajı için detaylı taşıyıcı şerit boyutları (genişlik, yuva boyutu, aralık) ve makara özellikleri sağlanmıştır. TA ve TB seçenekleri, şerit içindeki bileşenin yönlendirilmesinde farklılık gösterir ve bu da makaradan besleme yönünü etkiler.

7. Uygulama Önerileri

7.1 Tipik Uygulama Devreleri

Hat Alıcı / Dijital Sinyal İzolasyonu:Cihaz, endüstriyel ağlarda RS-485, CAN veya diğer seri veri hatlarını izole etmek için idealdir. Yüksek CMTI, toprak potansiyel farklarına ve gürültüye karşı koruma sağlar.

Motor Sürücülerinde Gate Sürücü İzolasyonu:IGBT'ler veya MOSFET'ler için yüksek gerilimli, gürültülü gate sürücü devresinden düşük gerilimli kontrol sinyalini izole etmek için kullanılır. Yüksek izolasyon gerilimi (3750Vrms) ve hız burada anahtardır.

Mantık Toprağı İzolasyonu:Alt sistemler arasındaki dijital toprakları (örn., hassas bir analog sensör arayüzü ile gürültülü bir mikrodenetleyici arasında) ayırmak için, toprak döngülerini ve gürültü bağlaşımını önlemek amacıyla.

7.2 Tasarım Hususları

• Giriş Akım Sınırlama:LED ileri akımını (I_F) ayarlamak için harici bir direnç kullanılmalıdır, tipik olarak garanti edilen parametreler için yaklaşık 16mA. Direnç değeri R_LIMIT= (V_DRIVE- V_F) / I_F.
• şeklindedir.Çıkış Pull-Up Direnci:_LÇıkışta (pin 5'ten V_CC'ye) bir pull-up direnci (R_L) gereklidir. Değeri, anahtarlama hızını (düşük R
• = daha hızlı, ancak daha yüksek akım) ve mantık yüksek seviyesini etkiler. Test koşulu 1.9 kΩ kullanır.Güç Kaynağı Dekuplajı:_CCKararlı çalışmayı sağlamak ve anahtarlama gürültüsünü en aza indirmek için pin 4 (GND) ve 6 (V
• ) yakınına 0.1 µF seramik kapasitör yerleştirin.Sürünme ve Boşluk Mesafesi:

PCB üzerinde, yüksek gerilim izolasyon derecesini korumak için giriş ve çıkış devreleri (izler ve bileşenler dahil) arasında yeterli sürünme ve boşluk mesafelerini koruyun. İlgili güvenlik standartlarını (örn., IEC 61010-1) takip edin.

8. Teknik Karşılaştırma ve FarklılıklarELM453H-G'nin standart fototransistör kuplörlerden temel farkı onunhızıdır

. Çıkış transistörünü öngerilimlendirmek için ayrı bir baz bağlantısı (entegre fotodiyot üzerinden) sağlayarak, geleneksel fototransistörleri yavaşlatan Miller kapasitans etkisini büyük ölçüde azaltır. Bu, onu 1Mbit/s ila 10Mbit/s aralığındaki dijital veri iletimi için uygun hale getirirken, standart cihazlar genellikle 100 kbit/s'nin altıyla sınırlıdır.

Ayrıca, kapsamlı uluslararası güvenlik sertifikaları (UL, cUL, VDE, SEMKO vb.) ve halojensiz, RoHS ve REACH düzenlemelerine uyumu, onu katı çevresel ve güvenlik gereksinimleri olan küresel pazarlar için tercih edilen bir seçim yapar.

9. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

S: Bu foto kuplörün destekleyebileceği maksimum veri hızı nedir?_LC: Maksimum 1.0 µs yayılım gecikmesine dayanarak, cihaz en az 1 Mbit/s veri hızlarını güvenilir şekilde destekleyebilir. Başlıktaki 10 Mbit/s referansı optimize edilmiş performansı veya belirli bir versiyonu önerir; gerçek maksimum hız devre tasarımına (R_F, I

) bağlıdır ve kritik uygulamalar için osiloskop ölçümleriyle doğrulanmalıdır.

S: Tasarımımda yüksek izolasyon derecesinin korunduğundan nasıl emin olabilirim?

C: Cihazın dahili yapısı izolasyonu sağlar. PCB üzerinde korumak için, giriş tarafı (pin 1,2,3) ve çıkış tarafı (pin 4,5,6) ile ilişkili tüm iletken elemanlar (izler, padler, bileşenler) arasında yeterli fiziksel mesafeyi (sürünme/boşluk) sağlamalısınız. Çalışma gerilimine dayalı olarak güçlendirilmiş izolasyon için PCB yerleşim kılavuzlarını takip edin.

S: Bunu analog sinyalleri izole etmek için kullanabilir miyim?

C: Analog sinyal toprak izolasyonu için listelenmiş olsa da, temelde doğrusal olmayan CTR'ye sahip dijital (mantık kapısı) bir cihazdır. Doğrusal analog sinyal izolasyonu için ideal değildir. Bu amaçla, özel bir doğrusal optokuplör veya bir izolasyon yükselteci daha uygun olacaktır.

10. Pratik Kullanım Senaryosu

Senaryo: Bir Motor Kontrol Ünitesinde İzole SPI İletişimi.

3.3V kontrol kartındaki bir mikrodenetleyici, yüksek güçlü motor fazı yakınında bulunan bir ADC'ye SPI üzerinden yapılandırma verisi göndermelidir. Toprak potansiyelleri gürültülü ve farklıdır. Bir ELM453H-G, SPI saat (SCK) ve çip seçme (CS) hatlarını izole etmek için kullanılabilir. Mikrodenetleyici GPIO, bir akım sınırlama direnci üzerinden LED'i sürer. Çıkış pini (5), 2.2kΩ direnç üzerinden ADC'nin 5V beslemesine çekilir ve temiz, izole bir mantık sinyali sağlar. Yüksek CMTI, SPI sinyallerinin motorun anahtarlama gürültüsünden bozulmamasını sağlar.

11. Çalışma Prensibi

Cihaz, optik bağlaşım prensibiyle çalışır. Giriş Kızılötesi Yayan Diyot'a (IRED) uygulanan bir elektrik akımı, onun ışık yaymasına neden olur. Bu ışık, şeffaf bir izolasyon bariyerinden (tipik olarak kalıplanmış silikon veya polimer) geçer ve entegre dedektör çipindeki bir fotodiyota çarpar. Fotodiyot akımı, bir transistör katmanı tarafından yükseltilir ve işlenerek karşılık gelen bir dijital çıkış sinyali üretir (aktifken toprağa akım çeker). Tam elektriksel izolasyon, sinyalin ışıkla aktarılması ve bariyer boyunca elektriksel iletim yolu olmaması nedeniyle sağlanır.

12. Endüstri Trendleri