EL817-G Serie Optokoppler Datenblatt - 4-Pin DIP-Gehäuse - Isolationsspannung 5000Veff - CTR 50-600% - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die EL817-G Serie stellt eine Familie von Phototransistor-basierten Optokopplern dar, die für die Signalisolierung und -übertragung zwischen Schaltungen mit unterschiedlichen Potenzialen entwickelt wurde. Jedes Bauteil integriert eine infrarotemittierende Diode, die optisch mit einem Silizium-Phototransistor als Detektor gekoppelt und in einem kompakten 4-Pin-Dual-Inline-Gehäuse (DIP) untergebracht ist. Die Hauptfunktion besteht darin, elektrische Isolation bereitzustellen, um Spannungsspitzen, Masseschleifen und Störungen daran zu hindern, sich zwischen Eingangs- und Ausgangsschaltungen auszubreiten, und so empfindliche Komponenten zu schützen sowie die Signalintegrität sicherzustellen.

Das zentrale Wertversprechen dieser Serie liegt in ihren robusten Isolationsfähigkeiten, die durch eine hohe Nennisolationsspannung von 5000V_eff verifiziert wird. Dies macht sie geeignet für industrielle Steuerungssysteme und netzbetriebene Geräte. Die Bauteile werden halogenfrei hergestellt und entsprechen Umweltvorschriften (Br < 900 ppm, Cl < 900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). Sie verfügen zudem über Zulassungen von wichtigen internationalen Sicherheitsnormungsgremien wie UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO und CQC, was ihre Zuverlässigkeit für den Einsatz in zertifizierten Endprodukten unterstreicht.

2. Detaillierte technische Spezifikationen

2.1 Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• Eingang (LED-Seite):Die Infrarotdiode hat einen maximalen Dauerstrom (I_F) von 60 mA. Sie hält einen sehr kurzen 1-μs-Pulsstrom (I_FP) von bis zu 1 A aus, was für die transiente Unterdrückung nützlich ist. Die maximale Sperrspannung (V_R) beträgt 6 V. Die Eingangsverlustleistung (P_D) ist mit 100 mW bei 25°C spezifiziert und reduziert sich um 2,9 mW/°C oberhalb einer Umgebungstemperatur von 100°C.
• Ausgang (Transistor-Seite):Der Kollektorstrom des Phototransistors (I_C) ist auf 50 mA begrenzt. Die Kollektor-Emitter-Spannung (V_CEO) kann bis zu 80 V betragen, während die Emitter-Kollektor-Spannung (V_ECO) auf 7 V begrenzt ist. Die Ausgangsverlustleistung (P_C) beträgt 150 mW bei 25°C und reduziert sich um 5,8 mW/°C oberhalb von 100°C.
• Gesamtbauteil:Die Gesamtverlustleistung für das gesamte Gehäuse (P_TOT) darf 200 mW nicht überschreiten.
• Isolation & Umgebung:Die Isolationsspannung (V_ISO) zwischen Eingang und Ausgang beträgt 5000 V_eff(getestet für 1 Minute bei 40-60 % rel. Luftfeuchte). Der Betriebstemperaturbereich (T_OPR) ist außergewöhnlich breit, von -55°C bis +110°C. Der Lagertemperaturbereich (T_STG) liegt zwischen -55°C und +125°C. Das Bauteil übersteht das Löten bei 260°C für bis zu 10 Sekunden.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Diese Parameter definieren die Leistung des Bauteils unter normalen Betriebsbedingungen (T_a= 25°C, sofern nicht anders angegeben).

• Eingangsdioden-Kenngrößen:Die Durchlassspannung (V_F) beträgt typischerweise 1,2V mit einem Maximum von 1,4V bei I_F= 20 mA. Der Sperrstrom (I_R) beträgt maximal 10 μA bei V_R= 4V. Die Eingangskapazität (C_in) beträgt typischerweise 30 pF.
• Ausgangstransistor-Kenngrößen:Der Kollektor-Emitter-Dunkelstrom (I_CEO), welcher der Leckstrom bei ausgeschalteter LED ist, beträgt maximal 100 nA bei V_CE= 20V. Die Durchbruchspannungen sind BV_CEO≥ 80V und BV_ECO≥ 7V.
• Übertragungskenngrößen (Kritisch):
  • Stromübertragungsverhältnis (CTR):Dies ist das Verhältnis von Ausgangskollektorstrom (I_C) zu Eingangs-LED-Durchlassstrom (I_F), ausgedrückt in Prozent. Es ist der Schlüsselparameter, der die Empfindlichkeit und Verstärkung des Bauteils definiert. Die EL817-G Serie wird in mehreren CTR-Graden angeboten, gemessen bei I_F= 5mA und V_CE= 5V:
    • EL817: 50 % bis 600 % (breiter Bereich)
    • EL817A: 80 % bis 160 %
    • EL817B: 130 % bis 260 %
    • EL817C: 200 % bis 400 %
    • EL817D: 300 % bis 600 %
    • EL817X: 100 % bis 200 %
    • EL817Y: 150 % bis 300 %
    Diese Abstufung ermöglicht es Entwicklern, ein Bauteil mit der passenden Verstärkung für ihre Anwendung auszuwählen, um eine konsistente Schaltungsleistung sicherzustellen und eine nachträgliche Kalibrierung zu vermeiden.
  • Sättigungsspannung:Die Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung (V_CE(sat)) beträgt typischerweise 0,1V (max. 0,2V), wenn das Bauteil vollständig eingeschaltet ist (I_F=20mA, I_C=1mA), was auf gute Schaltleistung hinweist.
  • Isolationsparameter:Der Isolationswiderstand (R_IO) beträgt mindestens 5×10¹⁰Ω. Die Isolationskapazität (C_IO) beträgt typischerweise 0,6 pF, was sehr niedrig ist und dazu beiträgt, die Unterdrückung von Hochfrequenzstörungen aufrechtzuerhalten.
  • Schaltgeschwindigkeit:Die Anstiegszeit (t_r) und die Abfallzeit (t_f) betragen typischerweise 6 μs bzw. 8 μs (max. jeweils 18 μs) unter spezifizierten Testbedingungen (V_CE=2V, I_C=2mA, R_L=100Ω). Die Grenzfrequenz (f_c) beträgt typischerweise 80 kHz. Diese Parameter definieren die maximale digitale Signalfrequenz, die der Koppler effektiv verarbeiten kann.

3. Analyse der Kennlinien

Während das PDF auf das Vorhandensein von "Typischen elektro-optischen Kennlinien" hinweist, sind die spezifischen Grafiken im Textinhalt nicht enthalten. Typischerweise enthalten solche Datenblätter Kurven, die die folgenden Beziehungen veranschaulichen, die für das Design entscheidend sind:

• CTR vs. Durchlassstrom (I_F):Zeigt, wie sich das Stromübertragungsverhältnis mit dem Treiberstrom der LED ändert. CTR nimmt bei sehr hohem I_Foft aufgrund von Erwärmung und Effizienzabfall ab.
• CTR vs. Umgebungstemperatur (T_a):Veranschaulicht die Temperaturabhängigkeit der Verstärkung des Bauteils. Phototransistor-basierte Koppler weisen typischerweise einen negativen Temperaturkoeffizienten für CTR auf; die Verstärkung nimmt mit steigender Temperatur ab.
• Durchlassspannung (V_F) vs. Durchlassstrom (I_F):Die Standard-Dioden-I-V-Kennlinie, wichtig für die Berechnung des erforderlichen strombegrenzenden Widerstands auf der Eingangsseite.
• Kollektorstrom (I_C) vs. Kollektor-Emitter-Spannung (V_CE):Die Kennlinien des Ausgangstransistors, die den Sättigungsbereich und den aktiven Bereich für verschiedene Pegel des Eingangs-LED-Stroms (I_F) zeigen.
• Schaltzeit vs. Lastwiderstand (R_L):Zeigt, wie die Wahl des Pull-up-Widerstands am Kollektor die Anstiegs- und Abfallzeiten des Ausgangssignals beeinflusst.

Entwickler sollten das vollständige PDF mit Grafiken konsultieren, um das Bauteilverhalten über ihre beabsichtigten Betriebsbedingungen genau zu modellieren.

4. Mechanische & Gehäuseinformationen

4.1 Pinbelegung

Die Standard-4-Pin-DIP-Pinbelegung ist wie folgt (von oben betrachtet, mit der Kerbe oder dem Punkt, die Pin 1 anzeigen):

1. Anode (der Eingangs-LED)
2. Kathode (der Eingangs-LED)
3. Emitter (des Ausgangs-Phototransistors)
4. Kollektor (des Ausgangs-Phototransistors)

Diese Konfiguration ist innerhalb der Serie einheitlich. Der Kriechstreckenabstand (der kürzeste Abstand entlang der Oberfläche des isolierenden Gehäuses zwischen leitenden Pins) ist mit größer als 7,62 mm spezifiziert, was zur hohen Isolationsspannungsfestigkeit beiträgt.

4.2 Gehäuseabmessungen

Die Serie wird in mehreren Gehäusevarianten angeboten, obwohl detaillierte Abmessungen in mm im bereitgestellten Text nicht vollständig spezifiziert sind. Die Optionen umfassen:

• Standard-DIP-Typ:Das klassische Durchsteckmontage-Gehäuse.
• Option M Typ:Bietet eine "breite Anschlussbiegung" mit einem Anschlussabstand von 0,4 Zoll (ca. 10,16 mm) anstelle des Standardabstands von 0,3 Zoll (7,62 mm), nützlich für Steckbretter oder spezifische PCB-Layouts, die mehr Abstand erfordern.
• Option S1 & S2 Typen:Oberflächenmontage (SMD) Anschlussformen. Dies sind "Low-Profile"-Gehäuse, die für Reflow-Löten ausgelegt sind. Das Datenblatt enthält empfohlene Pad-Layouts für beide S1- und S2-Optionen, um ein korrektes Löten und mechanische Stabilität sicherzustellen. Die Pad-Abmessungen sind als Referenz vorgeschlagen und sollten basierend auf dem spezifischen PCB-Herstellungsprozess angepasst werden.

5. Löt- & Montagerichtlinien

Das Bauteil ist für eine maximale Löttemperatur (T_SOL) von 260°C für 10 Sekunden ausgelegt. Dies entspricht gängigen bleifreien Reflow-Lötprofilen.

Für Durchsteckmontage (DIP, M) Gehäuse:Standard-Wellenlöten oder Handlöttechniken können verwendet werden. Es sollte darauf geachtet werden, das 10-Sekunden-Limit an der Lötstelle nicht zu überschreiten, um thermische Schäden am internen Chip und am Epoxid-Gehäuse zu verhindern.

Für Oberflächenmontage (S1, S2) Gehäuse:Standard-Infrarot- oder Konvektions-Reflow-Lötprozesse sind anwendbar. Das im Datenblatt angegebene empfohlene Pad-Layout sollte befolgt werden, um korrekte Lötfillete zu erreichen und Tombstoning zu vermeiden. Das Low-Profile-Design unterstützt die Stabilität während des Reflow-Prozesses. Wie bei allen feuchtigkeitsempfindlichen Bauteilen kann, wenn die Rolle über längere Zeit der Umgebungsfeuchtigkeit ausgesetzt war, ein Trocknen gemäß IPC/JEDEC-Standards vor dem Reflow erforderlich sein, um "Popcorning" zu verhindern.

Lagerung:Bauteile sollten innerhalb des spezifizierten Lagertemperaturbereichs von -55°C bis +125°C in einer trockenen Umgebung gelagert werden, um die Lötbarkeit aufrechtzuerhalten und interne Korrosion zu verhindern.

6. Bestellinformationen & Verpackung

6.1 Artikelnummernsystem

Die Artikelnummer folgt dem Format:EL817X(Y)(Z)-FVG

• X: Anschlussform-Option. S1 oder S2 (SMD), M (Breiter Anschluss DIP) oder keine (Standard DIP).
• Y: CTR-Grad. A, B, C, D, X, Y oder keine (für den Basis-EL817 mit breitem Bereich).
• Z: Tape-and-Reel-Option für SMD-Teile. TU oder TD (Bandrichtung) oder keine.
• F: Anschlussrahmen-Material. F für Eisen, keine für Kupfer.
• V: Optionale VDE-Sicherheitszulassungskennzeichnung.
• G: Kennzeichnet halogenfreie Konstruktion.

Beispiel:EL817B-S1(TU)-G wäre ein SMD-Bauteil (S1) mit CTR-Grad B (130-260 %), verpackt in einer TU-artigen Tape-and-Reel, mit halogenfreier Konstruktion.

6.2 Verpackungsmengen

• Standard DIP und M Optionen: 100 Stück pro Tube.
• S1 Option auf Tape & Reel: 1500 Stück pro Rolle.
• S2 Option auf Tape & Reel: 2000 Stück pro Rolle.

6.3 Bauteilkennzeichnung

Die Oberseite des Gehäuses ist mit einem Code gekennzeichnet:EL 817FRYWWV

• EL: Herstellerkennung.
• 817: Bauteilnummer.
• F: Werk-/Prozesscode.
• R: CTR-Grad (A, B, C, D, X, Y).
• Y: 1-stelliger Jahrescode.
• WW: 2-stelliger Wochencode.
• V: Kennzeichnet VDE-Zulassung, falls vorhanden.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsschaltungen

Der EL817-G ist vielseitig einsetzbar und kann sowohl in digitalen als auch linearen Anwendungen verwendet werden.

• Digitale Signalisolierung:Die häufigste Verwendung. Die Eingangs-LED wird von einem digitalen Signal angesteuert (oft über einen strombegrenzenden Widerstand). Der Phototransistor fungiert als Schalter und zieht die Ausgangsleitung auf Masse, wenn die LED eingeschaltet ist. Ein Pull-up-Widerstand zu V_CCam Kollektor ist erforderlich. Die Schaltgeschwindigkeit (t_r, t_f) begrenzt die maximale Datenrate, was sie für langsamere digitale Schnittstellen wie GPIO-Isolierung, UART oder I/O-Leitungen in SPS geeignet macht.
• Analoge Signalisolierung (Linearer Betrieb):Durch Betrieb des Phototransistors in seinem aktiven Bereich (nicht gesättigt) kann das Bauteil analoge Signale übertragen. Der CTR ist nicht perfekt linear, und seine Variation mit Temperatur und Strom muss berücksichtigt werden. Dieser Modus wird oft für isolierte Rückkopplung in Schaltnetzteilen verwendet, wo die Nichtlinearität innerhalb des Regelkreises kompensiert werden kann.
• Eingangs-/Ausgangs-(I/O-)Modul-Isolierung:In Speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) und industriellen Steuerungssystemen isolieren diese Koppler die empfindliche CPU von verrauschten oder hochspannungsführenden Feldsignalen (24V, 120VAC, etc.).

7.2 Designüberlegungen & Best Practices

• CTR-Auswahl:Wählen Sie einen CTR-Grad, der ausreichend Ausgangsstrom für Ihre Last liefert (z.B. zum Ansteuern eines Logikgatters oder eines Opto-Triac-Treibers), ohne übermäßigen Eingangsstrom zu benötigen. Die Verwendung eines Bauteils mit höherem CTR ermöglicht einen niedrigeren I_F, was den Stromverbrauch auf der Eingangsseite reduziert. Stellen Sie jedoch sicher, dass der minimale CTR des gewählten Grades den Anforderungen des Schaltungs-Worst-Case (z.B. hohe Temperatur, Lebensdauerende) entspricht.
• Eingangsstrombegrenzung:Verwenden Sie immer einen Reihenwiderstand (R_in) mit der Eingangs-LED, um den gewünschten Durchlassstrom (I_F) einzustellen. Berechnen Sie R_in= (V_source- V_F) / I_F. Überschreiten Sie nicht den absoluten Maximalwert I_Fvon 60 mA im Dauerbetrieb.
• Ausgangslastwiderstand:Der Wert des Pull-up-Widerstands (R_L) am Kollektor beeinflusst sowohl den Ausgangs-Logik-High-Pegel als auch die Schaltgeschwindigkeit. Ein kleinerer R_Lermöglicht schnellere Abfallzeiten (Transistor schaltet schneller durch), aber langsamere Anstiegszeiten (die RC-Zeitkonstante mit der Ausgangskapazität des Transistors ist größer) und verbraucht mehr Leistung, wenn der Ausgang niedrig ist. Ein größerer R_Lbewirkt das Gegenteil. Ein typischer Wert liegt zwischen 1kΩ und 10kΩ.
• Störfestigkeit:Für digitale Anwendungen kann das Hinzufügen eines kleinen Kondensators (z.B. 1-10 nF) zwischen Kollektor und Emitter (Ausgangsseite) helfen, Hochfrequenzstörungen zu filtern. Dies wird jedoch die Schaltgeschwindigkeit weiter verschlechtern.
• Temperatureffekte:Denken Sie daran, dass CTR mit steigender Temperatur abnimmt. Das Design muss über den gesamten Betriebstemperaturbereich verifiziert werden, wobei der minimal erwartete CTR bei der maximalen Betriebstemperatur verwendet werden muss.
• Isolationslayout:Auf der Leiterplatte sollten die empfohlenen Kriechstrecken- und Luftstreckenabstände (≥7,62mm) zwischen den Eingangs- und Ausgangsschaltungen eingehalten werden. Dies bedeutet oft, einen Schlitz oder Spalt in der Leiterplatte unter dem Kopplergehäuse freizulassen und sicherzustellen, dass keine Kupferleitungen die Isolationsbarriere zu nahe überbrücken.

8. Technischer Vergleich & Differenzierung

Die EL817-G Serie konkurriert in einem umkämpften Markt für universelle 4-Pin-Optokoppler. Ihre wichtigsten Unterscheidungsmerkmale sind:

• Hohe Temperaturfestigkeit:Eine Betriebstemperatur von bis zu +110°C übertrifft die üblichen Werte von +85°C oder +100°C vieler Wettbewerber, was sie für raue Umgebungen wie Motorraumanwendungen in der Automobilindustrie oder Industrieanlagen in der Nähe von Wärmequellen geeignet macht.
• Mehrere Sicherheitszulassungen:Der umfassende Satz internationaler Sicherheitszulassungen (UL, VDE, etc.) ist ein bedeutender Vorteil für Produkte, die eine globale Marktzertifizierung benötigen.
• Halogenfreie Konformität:Erfüllt moderne Umweltvorschriften, was zunehmend eine Anforderung in der Unterhaltungselektronik und anderen Sektoren ist.
• Breite CTR-Abstufung:Die Verfügbarkeit von sieben verschiedenen CTR-Graden (einschließlich des breiten EL817) bietet Entwicklern eine fein abgestufte Kontrolle über die Verstärkungsauswahl für eine optimierte Schaltungsleistung und Kosten.
• Gehäusevielfalt:Das Angebot von Standard-DIP, Breit-Anschluss-DIP und zwei SMD-Profilen bietet Flexibilität für verschiedene Montageprozesse und Platineplatzbeschränkungen.

9. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F1: Was ist der Hauptzweck der Kriechstreckenspezifikation (>7,62 mm)?

A1: Die Kriechstrecke ist der kürzeste Weg entlang der Oberfläche des isolierenden Gehäuses zwischen zwei leitenden Anschlüssen (z.B. Pin 1 und Pin 4). Eine längere Kriechstrecke verhindert Oberflächenleckströme und Lichtbogenbildung, insbesondere in feuchten oder verschmutzten Umgebungen, und ist ein kritischer Faktor für das Erreichen der hohen Isolationsspannungsfestigkeit von 5000V_eff.

F2: Wie wähle ich zwischen den verschiedenen CTR-Graden (A, B, C, D, X, Y)?

A2: Wählen Sie basierend auf Ihrem benötigten Ausgangsstrom und der gewünschten Eingangsstromeffizienz. Für einen gegebenen Ausgangsstrombedarf erfordert ein höherer CTR-Grad (z.B. D: 300-600 %) einen niedrigeren Eingangs-LED-Strom, was Energie spart. Höhere CTR-Bauteile können jedoch leicht unterschiedliche Temperaturkoeffizienten haben oder teurer sein. Die Grade X und Y bieten mittlere, engere Bereiche. Verwenden Sie den minimalen CTR-Wert aus dem Datenblatt für Ihre Worst-Case-Designberechnungen.

F3: Kann ich dies zur Isolierung von 240VAC-Netzsignalen verwenden?

A3: Die Isolationsspannung von 5000V_eff ist geeignet, um verstärkte Isolierung in vielen netzbetriebenen Anwendungen bereitzustellen. Das endgültige Design muss jedoch systemweite Sicherheitsstandards (z.B. IEC 62368-1, IEC 60747-5-5) berücksichtigen, die erforderliche Abstände und Tests über die Bauteilfestigkeit hinaus vorschreiben. Der Koppler ist ein Schlüsselelement der Lösung, aber ein korrektes PCB-Layout und Gehäusedesign sind ebenso kritisch.

F4: Warum gibt es zwei verschiedene Kollektor-Emitter-Spannungsfestigkeiten (V_CEO80V und BV_CEO80V)?

A4: V_CEO(80V) in der Tabelle der absoluten Grenzwerte ist die maximale Spannung, die angelegt werden kann, ohne Schäden zu verursachen. BV_CEO(80V min) in der Tabelle der Kenngrößen ist die Durchbruchspannung, der Punkt, an dem das Bauteil beginnt, signifikant zu leiten, selbst wenn die LED ausgeschaltet ist. Sie sind eng verwandt, aber unterschiedlich definiert. In der Praxis sollten Sie so entwerfen, dass V_CEwährend des Betriebs niemals 80V erreicht, um einen Sicherheitsabstand zu lassen.

F5: Was ist der Unterschied zwischen den SMD-Optionen S1 und S2?

A5: Der Hauptunterschied liegt im Gehäuse-Footprint und der Anzahl der Bauteile pro Rolle (1500 für S1, 2000 für S2). Das S2-Gehäuse ist wahrscheinlich leicht modifiziert, um mehr Bauteile auf einer Standardrolle unterzubringen. Das Datenblatt bietet separate empfohlene Pad-Layouts für jede Option, daher ist es wichtig, den korrekten Footprint für das bestellte Bauteil zu verwenden.

LED-Spezifikations-Terminologie

Vollständige Erklärung der LED-Technikbegriffe