EL851 Serisi 4 Pinli DIP Yüksek Voltajlı Fototransistör Optokuplör Veri Sayfası - 6.35x4.57x3.3mm Paket - VCEO 350V - CTR %50-600 - Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

EL851 serisi, zorlu uygulamalarda sağlam elektriksel izolasyon için tasarlanmış yüksek voltajlı fototransistör optokuplörleri temsil eder. Bu cihazlar, bir kızılötesi yayıcı diyot, bir silikon fototransistör dedektör ile optik olarak bağlanmış ve kompakt bir 4-pinli çift sıralı (DIP) paket içinde kapsüllenmiştir. Ana işlevi, yüksek voltajın veya gürültünün çıkış tarafından giriş tarafına veya tam tersi yönde yayılmasını önleyerek, iki izole devre arasında elektrik sinyallerini ışık kullanarak iletmektir. Seri, yüksek kollektör-emitör voltajı derecelendirmesi ile karakterize edilir ve bu da onu güç kaynağı devreleri ve diğer yüksek voltajlı sistemlerle arayüz oluşturmak için uygun kılar.

1.1 Temel Avantajlar ve Hedef Pazar

EL851 serisi, piyasadaki konumunu belirleyen bir dizi önemli avantaj sunar. En belirgin özelliği,V_CEO350V'luk derecelendirme değeridir; bu, giriş ve çıkış tarafları arasında önemli voltaj farklarına dayanabilmesini sağlar. Bu,V_ISO5000 V_rmsYüksek izolasyon voltajı (), endüstriyel ve telekomünikasyon ekipmanlarında güvenilir bir güvenlik bariyeri sağlamayı garanti eder. Bu cihazlar, küresel pazarlara girişi kolaylaştırmak için UL, cUL, VDE dahil olmak üzere başlıca uluslararası güvenlik standartlarına ve çeşitli diğer bölgesel sertifikalara (SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO, CQC) uygundur. Ayrıca, seri halojensiz olarak tasarlanmıştır (bakır kurşun çerçeve versiyonları için) ve RoHS ve AB REACH düzenlemelerine uygun olup, modern çevresel ve düzenleyici gereksinimleri karşılar. Hedef uygulamalar arasında telefon hattı arayüzleri, güç devresi arayüzleri, katı hal röleleri (SSR) ve DC motor kontrolörleri ile sinyal izolasyonu ve gürültü bağışıklığının kritik olduğu programlanabilir kontrolörler bulunur.

2. Derinlemesine Teknik Parametre Analizi

Doğru devre tasarımı ve güvenilir çalışma için cihazın elektriksel ve optik özelliklerinin kapsamlı bir şekilde anlaşılması çok önemlidir.

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Mutlak maksimum değerler, cihazda kalıcı hasara neden olabilecek stres limitlerini tanımlar. Bu değerler normal çalışma koşulları için değildir. EL851'in temel değerleri şunları içerir:

• Giriş ileri akımı (I_F)): 60 mA (sürekli).
• Tepe ileri akımı (I_FM)): 1 A (1µs darbe süresi), kısa süreli aşırı akım koşulları için.
• Kollektör-emiter gerilimi (V_CEO)): 350 V, bu, baz açıkken çıkış transistörüne uygulanabilecek maksimum gerilimdir.
• Kollektör akımı (I_C)): 50 mA.
• Toplam güç tüketimi (P_TOT)): 200 mW, giriş ve çıkış güç sınırlamalarını birleştirir.
• İzolasyon voltajı (V_ISO)): 5000 V_rms(%40-60 bağıl nemde 1 dakika süreyle). Bu test, pin 1 ve 2 kısa devre, pin 3 ve 4 kısa devre durumunda yapılır.
• Çalışma sıcaklığı (T_OPR)): -55°C ila +100°C.
• Lehimleme sıcaklığı (T_SOL)): 260°C'de 10 saniye, dalga lehimleme veya yeniden akış lehimleme işlemleri için uygundur.

2.2 Optoelektronik Özellikler

Bu parametreler genellikle 25°C'de belirtilir ve cihazın normal çalışma koşullarındaki performansını tanımlar.

2.2.1 Giriş Karakteristiği (LED Tarafı)

• İleri voltaj (V_F)): Tipik değer 1.2V, I_F= 10 mA'de maksimum 1.4V. Bu, giriş tarafı için gereken akım sınırlama direncinin hesaplanmasında kullanılır.
• Ters akım (I_R)): V_R= 5V'de maksimum 10 µA, LED ters öngerilimdeyken sızıntı akımının çok düşük olduğunu gösterir.
• Giriş kapasitansı (C_in)): Tipik değer 30 pF, maksimum 250 pF. Bu, giriş tarafındaki yüksek frekanslı anahtarlama performansını etkileyebilir.

2.2.2 Çıkış Karakteristiği (Fototransistör Tarafı)

• Kolektör-Emitör karanlık akımı (I_CEO)): V_CE= 200V'de maksimum 100 nA. Bu, LED kapalıyken (ışık yokken) sızıntı akımıdır ve "kapalı durum" sinyal bütünlüğünü belirlemek için çok önemlidir.
• Kolektör-Emitör çökme gerilimi (BV_CEO)): I_C= 0.1mA'de minimum 350V, yüksek voltaj kapasitesini doğrulamaktadır.
• Kollektör-emitör kapasitansı (C_CE)): V_CE= 0V'da tipik olarak 10 pF'dir.

2.2.3 Transfer Karakteristiği

• Akım Transfer Oranı (CTR)): I_F= 5mA ve V_CE= 5V'da, %50 ile %600 aralığındadır. CTR, (I_C/ I_F)* %100. Yüksek CTR, belirli bir çıkış akımını sürmek için daha düşük giriş akımı kullanılmasına izin vererek verimliliği artırır. Geniş aralık, bir kademeli sistemin varlığını gösterir; tasarımcılar, işlevselliği sağlamak için devrede minimum CTR'yi dikkate almalıdır.
• Kollektör-emitter doyum voltajı (V_CE(sat))): I_F= 20mA ve I_C= 1mA'de maksimum 0.4V. Fototransistör bir "açık" durum anahtarı olarak kullanıldığında, bu düşük doyum voltajı, voltaj düşüşünü ve güç kaybını en aza indirmek için çok önemlidir.
• İzolasyon direnci (R_IO)): V¹¹= 500V DC'de minimum 10_IOΩ, giriş ve çıkış arasında mükemmel DC izolasyon olduğunu gösterir.
• Giriş-Çıkış Kapasitansı (C_IO)): Tipik değer 0.6 pF, çok düşüktür, yüksek frekanslı gürültünün izolasyon bariyeri üzerinden kapasitif kuplajını en aza indirmeye yardımcı olur.
• Yükselme Süresi (t_r) ve Düşme Süresi (t_f)): Tipik değerler sırasıyla 4 µs ve 5 µs, test koşullarında (V_CE=2V, I_C=2mA, R_L=100Ω) maksimum 18 µs'dir. Bu parametreler optokuplörün anahtarlama hızını tanımlar ve dijital sinyal iletimi veya PWM uygulamaları için kritik öneme sahiptir.

3. Performans Eğrisi Analizi

PDF'de belirtilen grafik veriler (tipik optoelektronik karakteristik eğrisi, Şekil 9) referans alınmakla birlikte, temel açıklamalar sağlanan tablo verileri ve test devresine dayanmaktadır.

Anahtarlama süresi test devresi, giriş LED'ini sürmek için darbe akımı kullanan ve çıkış fototransistörünün yanıtını bir yük direnci (R_L) üzerinde ölçen standart bir konfigürasyon göstermektedir. Yükselme süresi (t_r), LED açıldığında çıkış akımının nihai değerinin %10'undan %90'ına çıkması için gereken süredir. Düşme süresi (t_f), LED kapatıldığında %90'dan %10'a düşmesi için gereken süredir. 4-5 µs aralığındaki tipik değerler, bu cihazın orta hızlı anahtarlama uygulamaları (röle sürücüler veya daha düşük frekanslı veri hattı izolasyonu gibi) için uygun olduğunu, ancak çok yüksek hızlı dijital iletişim için uygun olmayabileceğini göstermektedir.

4. Mekanik ve Paketleme Bilgileri

4.1 Paket Boyutları ve Seçenekler

EL851, her biri belirli boyutlara ve uygulamalara sahip üç ana bacak formu seçeneği sunar.

• Standart DIP Tipi: Varsayılan delikli montaj.
• M Tipi Seçeneği: Geniş bacak eğimine sahiptir, bacak aralığı 0.4 inç (yaklaşık 10.16mm) olup, daha geniş bacak aralığı gerektiren devre kartları için uygundur.
• S1 Tipi Seçeneği: Düşük profilli bir yüzey montaj (SMD) bacak formudur. Bu, cihazın SMD varyantıdır.

PDF çizimlerinde kesin sayısal boyutlar sağlanmış olsa da, Standart DIP tipinin genel paket gövdesi boyutu yaklaşık olarak 6.35mm uzunluk, 4.57mm genişlik ve 3.3mm yüksekliktedir, bu da onu kompakt bir bileşen yapar.

4.2 Polarite Tanımlama ve İşaretleme

Bacak konfigürasyonu standartlaştırılmıştır:

1. Anot (Giriş LED pozitif)
2. Katot (Giriş LED negatif)
3. Emitör (Fototransistör emitörü, genellikle çıkış tarafındaki toprak/ortak uca bağlanır)
4. Kollektör (Fototransistör kollektörü, çıkış ucu)

Cihazın üst kısmında "EL" (üreticiyi belirtir), "851" (cihaz numarası), ardından bir haneli yıl kodu (Y), iki haneli hafta kodu (WW) ve isteğe bağlı olarak VDE sertifikalı versiyonu belirten "V" işareti bulunur. Montajda doğru yönlendirme için, genellikle paket üzerinde bir nokta, çentik veya eğik kenar ile gösterilen 1 numaralı bacağın doğru tanımlanması çok önemlidir.

4.3 Önerilen Lehim Pedi Yerleşimi

S1 (yüzey montaj) seçeneği için önerilen lehim pedi düzeni sağlanmıştır. Önerilen boyutlar yalnızca referans içindir; tasarımcıların güvenilir lehim bağlantıları sağlamak için kendi spesifik PCB üretim süreçlerine, lehim macunu uygulamasına ve termal yönetim gereksinimlerine göre değişiklik yapmaları önerilir.

5. Lehimleme ve Montaj Kılavuzu

Bu cihaz, en fazla 10 saniye süreyle 260°C'ye kadar lehimleme sıcaklıklarına dayanabilir. Bu, delikli paketler için standart dalga lehimleme ve SMD seçeneği için kurşunsuz geri akış lehimleme profilleri ile uyumludur. Dahili çip, bağlama telleri veya plastik paketleme malzemelerinde hasarı önlemek için bu süre-sıcaklık sınırına kesinlikle uyulmalıdır. İşleme ve montaj sırasında standart ESD (elektrostatik deşarj) önlemlerine uyulmalıdır. Depolama sıcaklığı aralığı -55°C ila +125°C'dir.

6. Paketleme ve Sipariş Bilgileri

6.1 Model Numaralandırma Kuralı

Parça numarası aşağıdaki formata uyar:EL851X(Z)-V.

• X: Bacak formu seçeneği.
  • Yok: Standart DIP-4 (100 adet/tüp).
  • M: Geniş bükülmüş bacak, 0.4" aralık (100 adet/tüp).
  • S1: Yüzey montaj bacak formu (alçak profil).
• Z: Koli bant paketleme seçeneği (yalnızca S1 için).
  • TA, TB, TU, TD: Farklı şerit ölçüleri, paketleme miktarını (1000 veya 1500 adet/rulo) etkiler.
• V: İsteğe bağlı sonek, VDE güvenlik sertifikasını belirtir.

6.2 Şerit (Tape & Reel) Özellikleri

S1 seçeneği için detaylı şerit boyutları (A, B, D0, D1, E, F, P0, P1, P2, t, W, K) sağlanmıştır. Bu boyutlar, PCB montaj makinesinin bileşenleri şeritten doğru şekilde alıp yerleştirmesi için kritik öneme sahiptir. Şerit genişliği (W) 16.0mm ±0.3mm, yuva aralığı (P0) ise 4.0mm ±0.1mm'dir.

7. Uygulama Notları ve Tasarım Hususları

7.1 Tipik Uygulama Devresi

EL851 aşağıdaki kilit uygulamalar için ideal bir seçimdir:

• Telefon hattı arayüzü: Modem veya telefon sisteminin hassas mantık devrelerini, telefon hattındaki yüksek voltajlı zil sinyallerinden ve olası gerilim dalgalanmalarından yalıtmak.
• Güç kaynağı geri besleme döngüsü: Anahtarlamalı güç kaynaklarında (SMPS) çıkış voltajı için yalıtımlı geri besleme sağlayarak, birincil (yüksek voltaj) taraf ile ikincil (düşük voltaj) taraf arasında güvenli yalıtım korunurken voltaj regülasyonu sağlar.
• SSR ve DC motor kontrolü: Katı hal rölelerinin (SSR) kapılarını veya girişlerini sürmek veya bir mikrodenetleyici ile motor sürücü H köprüsü arasında yalıtımlı bir arayüz olarak kullanılmak, mantık kontrolörünü motordan kaynaklanan gürültü ve voltaj ani yükselmelerinden korumak.
• Programlanabilir Kontrol Cihazı (PLC) G/Ç modülleriMerkezi işlem birimini saha bağlantı hatalarından, gürültüden ve farklı toprak potansiyellerinden korumak için dijital giriş/çıkış kanallarını izole edin.

7.2 Kritik Tasarım Faktörleri

1. CTR ZayıflamasıOptokuplörün CTR'si zamanla zayıflar, özellikle yüksek sıcaklıkta ve yüksek LED akımında çalışırken. Uzun vadeli güvenilirlik için devre, uygun bir zayıflama payı (genellikle ürün ömrü boyunca %50) dikkate alındıktan sonra bileMinimumbelirtilen CTR ile çalışabilmelidir.
2. Giriş Akımı SınırlamasıGiriş LED'i ile seri olarak, ileri akımı (I_FGüvenli bir değerle sınırlandırın, genellikle 60mA mutlak maksimum değerinin çok altında. Direnç değeri R_limit= (V_supply- V_F) / I_F.
3. Çıkış yük direnci: Fototransistör kollektörüne bağlanan yük direncinin (R_L) değeri, çıkış voltajı salınımını ve anahtarlama hızını etkiler. Daha küçük R_LDaha yüksek hızlara izin verir, ancak çıkış voltajı kazancını düşürür. R_L=100Ω test koşulu, belirtilen anahtarlama süreleri için bir referans sağlar.
4. Gürültü bağışıklığı: Bu cihaz mükemmel elektriksel izolasyon sağlasa da, çok düşük giriş-çıkış kapasitansı (0.6 pF) yüksek frekanslı gürültü kuplajını en aza indirmeye yardımcı olur. Aşırı gürültülü ortamlar için, giriş ve çıkış sinyallerine ek filtreleme eklemek gerekebilir.
5. Isı dağılımı: Toplam güç tüketiminin (P_TOT= V_F*I_F+ V_CE*I_C) 200 mW'yi aşmamalıdır, aynı zamanda maksimum çalışma ortam sıcaklığı dikkate alınmalıdır. 25°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda derecelendirme azaltımı gerekebilir.

8. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

Standart düşük gerilimli optokuplörlerle (genellikle V_CEOderecelendirmesi 30-70V) karşılaştırıldığında, EL851'in 350V derecelendirmesi temel farklılaşma özelliğidir. Bu, çıkış tarafında ek voltaj kenetleme veya düşürücü devre gerektirmeden, doğrudan şebeke bağlantılı güç kaynağı geri besleme devrelerinde (doğrultulmuş şebeke voltajı yaklaşık 300V+ olabilir) veya endüstriyel kontrol arayüzlerinde kullanılmasını sağlar. Geniş CTR aralığı, hassas ve standart sürücü ihtiyaçları için seçenek sunar. Aynı zamanda delikli montaj (DIP, geniş eğimli) ve yüzey montaj (S1) şerit paketleme sunarak hem prototip oluşturma hem de yüksek hacimli otomatik montaj için çok yönlü kullanım sağlar.

9. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

S: Tasarımım için hangi minimum CTR değerini esas almalıyım?

C: Tasarımınızı her zaman beklenen çalışma I_Fve V_CEDevrenizi, CE altındaki minimum %50 CTR'ye göre tasarlayın. Ürün ömrü boyunca olası bozulmayı da göz önünde bulundurun.

S: Bu optokuplör ile doğrudan 120VAC yükü anahtarlayabilir miyim?

C: Hayır. V_CEOdeğeri 350V DC'dir. 120VAC'in tepe voltajı yaklaşık 170V'dur ve bu değer aralığı içindedir, ancak optokuplörün fototransistörü, AC yüklerin büyük akımlarını doğrudan işlemek için tasarlanmamıştır. Bağımsız bir yüksek güçlü anahtarın (triyak, MOSFET veya SSR gibi) kontrol girişini sürmek için kullanılmalıdır.

S: V_CEOve V_ISO?

arasındaki fark nedir?_CEOCevap: V_ISO(350V), çıkış transistörünün kollektör ve emiter pinleri arasına uygulanabilen maksimum DC voltajdır. V_{(5000 V}rms

), kısa devre yapılmış giriş pinleri (1,2) ile kısa devre yapılmış çıkış pinleri (3,4) arasında test edilen AC dayanım gerilimidir ve iç plastik bariyerin yalıtım mukavemetini temsil eder.

Soru: DIP ve SMD paketleri arasında nasıl seçim yapılır?

C: Prototip üretimi, manuel montaj veya devre kartı alanı gereksinimlerinin yüksek olmadığı ve pim delikli lehimleme mekanik mukavemeti istenen uygulamalar için delikli DIP paketi kullanın. Otomatik montaj, yüksek yoğunluklu PCB tasarımı ve levha kalınlığını azaltma gereksinimleri için SMD (S1) paketini seçin.

10. Pratik Tasarım Örneği

Senaryo: 24V endüstriyel sensörler için izole dijital giriş.Amaç:

24V yakınlık sensörünü 3.3V mikrodenetleyiciye bağlamak, MCU'yu 24V hattındaki voltaj dalgalanmalarından korumak için izolasyon sağlamak.

1. Devre Tasarımı:Giriş Tarafı:_{Sensör çıkışı (akım düşürücü tip) +24V ve EL851'in anotu (pin 1) arasına bağlanır. Bir akım sınırlama direnci (R}in_{) katot (pin 2) ile toprak arasına yerleştirilir. Sensör aktif olduğunda, I}in_F'yi nominal 5-10 mA olacak şekilde ayarlamak için R_Fseçilir. Örneğin, V_{~1.2V olduğu varsayılırsa, R}in
2. = (24V - 1.2V) / 0.005A ≈ 4.56kΩ (4.7kΩ standart değeri kullanılır).Çıkış tarafı:_{Fototransistörün kollektörü (pin 4), bir çekme direnci (R}pullup_{) üzerinden 3.3V MCU güç kaynağına bağlanır. Emitör (pin 3) MCU toprağına bağlanır. Sensör aktif olduğunda LED yanar, fototransistör doyuma ulaşır ve kollektörü (çıkış sinyali) düşük seviyeye (yaklaşık 0.4V) çeker. Sensör kapalıyken, fototransistör kesimdedir, R}pullup_{çıkışı 3.3V'a yüksek seviyeye çeker. İstenen hız ve güç tüketimine göre R}pullup
3. seçilir; 1kΩ ila 10kΩ yaygın değerlerdir.İzolasyon:_{24V sensör toprağı ve 3.3V MCU toprağı tamamen ayrıdır. EL851'in 5000V}rms

Bu basit devre, sağlam izole dijital sinyal iletimi sağlar.

11. Çalışma Prensibi_FEEL851, optoelektronik dönüşüm ve izolasyon prensibiyle çalışır. Giriş tarafına uygulanan akım, kızılötesi ışık yayan diyottan (LED) geçerek onun ışık yaymasını sağlar. Bu ışık, plastik paket içindeki şeffaf izolasyon boşluğunu geçerek çıkış tarafındaki silikon fototransistörün taban bölgesine ulaşır. Gelen ışık, taban bölgesinde elektron-boşluk çiftleri oluşturarak etkin bir şekilde taban akımı görevi görür. Bu fotovoltaik taban akımı, transistörün akım kazancı (h_C) ile yükseltilerek daha büyük bir kollektör akımı (I

). Bu çıkış kollektör akımının giriş LED akımına oranı, akım transfer oranıdır (CTR). Giriş ve çıkış devreleri arasında elektriksel bağlantı yoktur; sadece ışık onları birleştirir, böylece elektriksel izolasyon sağlar.

12. Teknoloji Trendleri