TLP291GB-TP.SE

جهاز TLP291GB-TP.SE من توشيبا هو عبارة عن ترانزستور ضوئي أحادي القناة لمقابلة ضوئية أحادية القناة موضوعة في عبوة SOP-4 (SO4) رقيقة للغاية بقياس 2.6 × 7.0 × 2.1 مم فقط. ويتكون الجهاز من صمام ثنائي باعث للأشعة تحت الحمراء من زرنيخيد الغاليوم (GaAs) مقترن بصريًا بمقاوم ضوئي من السيليكون NPN، مما يوفر عزلًا كلفانيًا بين دوائر الإدخال والإخراج.

تحدد تسمية الرتبة GB نطاق نسبة نقل التيار (CTR) من 100% إلى 400% عند IF= 5 مللي أمبير وVCE=5 فولت عند 25 درجة مئوية، مما يعني أن تيار المجمع الترانزستور الضوئي يساوي 1x إلى 4x تيار LED الأمامي. هذا النطاق المرتفع نسبيًا لتيار الترانزستور الضوئي CTR يجعل رتبة GB مناسبة لتطبيقات محرك التيار المنخفض حيث تكون ميزانية تيار LED المدخلات محدودة، مثل دوائر العزل التي تعمل بمحرك GPIO للمتحكم الدقيق.

تتضمن المواصفات الكهربائية الرئيسية ما يلي: جهد انهيار المجمع-الباعث (VCEO) 80 فولت كحد أدنى، وتيار أمامي يبلغ 50 مللي أمبير كحد أقصى، وتيار مجمع يبلغ 50 مللي أمبير كحد أقصى، وجهد تشبع المجمع-الباعث (VCE(sat)) يبلغ 0.3 فولت كحد أقصى عند IC=2.4 مللي أمبير، وIF=8 مللي أمبير، وتبديد طاقة العبوة الكلي 200 ميجاوات. يبلغ الجهد الأمامي لمصباح LED المدخلات عادةً 1.25 فولت عند IF=5 مللي أمبير، مع أقصى معدل جهد عكسي يبلغ 5 فولت.

يوفر الجهاز جهد عزل 3750 فولت في الثانية كحد أدنى (تم اختباره لمدة دقيقة واحدة)، مما يجعله مناسبًا لتطبيقات العزل المعزز في إمدادات الطاقة ووحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) وواجهات الاتصالات. يبلغ الحد الأدنى لمسافة الزحف والخلوص 5.0 مم كحد أدنى، مع سمك عزل يبلغ 0.4 مم كحد أدنى، مما يلبي متطلبات البناء للموصلات الضوئية المعتمدة للسلامة.

تتضمن خصائص التبديل وقت ارتفاع نموذجي يبلغ 2 ص ووقت هبوط يبلغ 3 ص (عند VCC=10 فولت، IC=2 مللي أمبير، RL=100 أوم)، مع وقت تشغيل يبلغ 3 ص ووقت إيقاف تشغيل يبلغ 3 ص نموذجي. سرعات التبديل المعتدلة هذه تجعل الجهاز مناسبًا لعزل الإشارات بدلاً من اتصالات البيانات عالية السرعة.

يحمل TLP291GB-TP.SE موافقات سلامة شاملة: UL 1577 (ملف رقم E67349)، وCUL (خدمة قبول المكونات CSA رقم 5A)، وEEN 60747-5-5-5 (VDE)، وEEN IEC 62368-1 (VDE)، وGB 4943.1-2022 (CQC). يوفر خيار VDE (لاحقة V4) شهادة إضافية مع أقصى جهد عزل تشغيلي يبلغ 707 فولت فولت فولت وأعلى جهد زائد مسموح به يبلغ 6000 فولت فولت فولت فولت.

تشير لاحقة TP إلى شريط وبكرة تغليف مع 2500 وحدة لكل بكرة، وهي مناسبة للتجميع الآلي SMT. تشير لاحقة SE إلى الإصدار المحسّن بخصائص تبديل محسّنة. ملاحظة: تشير Toshiba إلى أن TLP291 غير موصى به للتصميمات الجديدة وتوصي باستخدام TLP291(SE) أو TLP293 كمنتجات بديلة للتصميمات الجديدة. يعمل الجهاز على نطاق واسع من درجات الحرارة من -55 درجة مئوية إلى 110 درجة مئوية ومتوافق مع RoHS.

يعمل TLP291GB-TP.SE كمقابل ضوئي لمخرج الترانزستور الضوئي optocoupler، حيث يقوم بتحويل إشارات الدخل الكهربائية إلى إشارات ضوئية والعودة إلى إشارات كهربائية لتحقيق العزل الجلفاني بين الدوائر.

مرحلة الإدخال (LED): يتكون جانب الإدخال من صمام ثنائي باعث للأشعة تحت الحمراء من زرنيخيد الغاليوم (GaAs). عندما يتدفق التيار الأمامي (IF) عبر الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED)، فإنه يبعث أشعة تحت حمراء بطول موجة يبلغ 940 نانومتر تقريبًا. عادةً ما يكون انخفاض الجهد الأمامي عبر الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) 1.25 فولت عند IF=5 مللي أمبير. يجب تشغيل الصمام الثنائي الباعث للضوء بمقاوم محدد للتيار محسوب من جهد القيادة: R = (VDRIVE - VF) / IF، حيث VF هو جهد الصمام الثنائي الباعث للضوء الأمامي. تتراوح تيارات القيادة النموذجية من 1 مللي أمبير إلى 20 مللي أمبير لتطبيقات عزل الإشارة.

اقتران بصري: ينتشر ضوء الأشعة تحت الحمراء المنبعث من الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) عبر طبقة عازلة شفافة عازلة داخل العبوة. وتوفر طبقة العزل هذه حاجز العزل الجلفاني بسماكة لا تقل عن 0.4 مم، مما يحقق جهد عزل 3750 فولت في الثانية. تحدد كفاءة الاقتران البصري بين الصمام الثنائي الباعث للضوء والترانزستور الضوئي نسبة نقل التيار (CTR). بالنسبة لرتبة GB، تتراوح نسبة CTR من 100% إلى 400% في ظروف الاختبار المحددة، مما يعني أن IC = CTR × IF.

مرحلة الإخراج (الترانزستور الضوئي): يتكون جانب الخرج من ترانزستور ضوئي من السيليكون NPN. عندما تصطدم فوتونات الأشعة تحت الحمراء الصادرة من الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) بتقاطع قاعدة الترانزستور الضوئي ومُجمِّعه، فإنها تولِّد أزواجًا من ثقب إلكتروني (تيار ضوئي) في منطقة القاعدة. ويعمل هذا التيار الضوئي بمثابة محرك القاعدة لترانزستور NPN، مما يؤدي إلى تدفق تيار مجمع أكبر. ويوفر الترانزستور الضوئي كلاً من الكشف الضوئي وتضخيم التيار في جهاز واحد، وهذا هو السبب في أن الترانزستور الضوئي يمكن أن يتجاوز 100% - حيث يعمل كسب التيار الترانزستور الضوئي (hFE) على تضخيم التيار الضوئي الأولي.

سلوك CTR: إن CTR ليس ثابتًا ويختلف مع: (1) التيار الأمامي IF - يصل CTR عادةً إلى الذروة عند IF=5-10 مللي أمبير وينخفض عند التيارات المنخفضة والعالية؛ (2) درجة الحرارة - ينخفض CTR عند درجات حرارة أعلى من 25 درجة مئوية بسبب انخفاض كفاءة الصمام الثنائي الباعث للضوء وكسب الترانزستور الضوئي؛ (3) العمر - يتدهور CTR بمرور الوقت بسبب تدهور خرج الصمام الثنائي الباعث للضوء، عادةً 10-20% على مدى 10 سنوات عند التيار المقنن. يجب أن تأخذ هوامش التصميم هذه الاختلافات في الحسبان، خاصةً عند استخدام الحد الأدنى لمعدل CTR من رتبة GB 100%.

سلوك التبديل: تكون سرعة تبديل الترانزستور الضوئي محدودة بسبب مساحة الوصلة الكبيرة نسبيًا (اللازمة للحساسية الضوئية العالية) وتأثيرات تخزين الشحنات. وعادةً ما يكون وقت الصعود (tr) ووقت الهبوط (tf) 2-4us و3-7us على التوالي. يكون زمن الإيقاف أبطأ من زمن التشغيل لأن الترانزستور الضوئي يجب أن يزيل شحنة القاعدة المخزنة بدون مقاوم سحب لأسفل مخصص للقاعدة. وللتبديل الأسرع، يمكن إضافة مقاوم قاعدة الباعث، أو يجب اختيار بنية أسرع لمقرن ضوئي (على سبيل المثال، الصمام الثنائي الضوئي + مضخم).

العزل: يتم تحقيق العزل الجلفاني من خلال الفصل المادي بين رقاقات LED والترانزستور الضوئي، مع اقتران بصري فقط لسد الفجوة. يتحمل حاجز العزل 3750 فولت فولت لمدة دقيقة واحدة ويوفر عزلًا مستمرًا عند جهد التشغيل حتى جهد العزل المقدر. وتحد السعة الطفيلية عبر حاجز العزل (عادةً 0.5-1pF) من المناعة العابرة للوضع الشائع، بينما تتجاوز مقاومة العزل 10^12 أوم.