ELT302X ELT305X Serie Photokoppler Datenblatt - 4-Pin DIP-Gehäuse - 400V/600V Spitzensperrspannung - Phasenwinkel-Triac-Treiber - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die ELT302X- und ELT305X-Serie sind 4-polige Dual-Inline-Gehäuse (DIP) Phasenwinkel-Triac-Treiber-Photokoppler. Diese Bauteile sind für die elektrische Isolation und Ansteuerung von Triacs zur Regelung von AC-Lasten konzipiert. Sie bestehen aus einer Galliumarsenid (GaAs)-Infrarot-Leuchtdiode (LED), die optisch mit einem monolithischen Silizium-Phasenwinkel-Phototriac gekoppelt ist. Die Hauptfunktion ist die Schnittstelle zwischen Niederspannungs-Steuerschaltungen (wie Mikrocontrollern) und Hochspannungs-AC-Leistungstriacs, um die sichere Steuerung von ohmschen und induktiven Lasten an 115VAC bis 240VAC Netzspannung zu ermöglichen.

Der Hauptunterschied innerhalb der Serie ist die Spitzensperrspannung: Die ELT302X-Serie ist für 400V ausgelegt, während die ELT305X-Serie für 600V ausgelegt ist. Dies ermöglicht Entwicklern, das passende Bauteil basierend auf ihrer Netzspannung und dem erforderlichen Sicherheitsabstand auszuwählen. Die Bauteile zeichnen sich durch eine hohe Isolationsspannung von 5000 Vrms zwischen Eingang und Ausgang aus, was für die Anwendersicherheit und Systemzuverlässigkeit entscheidend ist. Sie entsprechen verschiedenen internationalen Sicherheitsnormen, einschließlich UL, cUL, VDE, und sind halogenfrei sowie RoHS-konform ausgelegt.

1.1 Kernmerkmale und Vorteile

• Hohe Spannungsisolation:5000 Vrms Isolation gewährleistet sichere Trennung zwischen Steuer- und Leistungskreisen.
• Duale Spannungsfestigkeiten:400V (ELT302X) und 600V (ELT305X) Spitzensperrspannung zur Auswahl.
• Phasenwinkel-Zündung:Der Phototriac kann zu jedem Zeitpunkt im AC-Spannungszyklus eingeschaltet werden, was Flexibilität für verschiedene Regelverfahren bietet.
• Kompaktes DIP-Gehäuse:Das Standard-4-Pin-DIP ist ein weit verbreitetes Durchsteckgehäuse, das sich einfach für Prototypen und die Fertigung verwenden lässt.
• Internationale Sicherheitszulassungen:Zertifiziert durch UL (E214129), cUL, VDE (40028391), SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO und CQC.
• Umweltkonformität:Halogenfrei (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm), RoHS-konform und konform mit EU REACH-Verordnungen.

1.2 Zielanwendungen

Diese Photokoppler eignen sich für eine Vielzahl von AC-Schalt- und Steueranwendungen, einschließlich:

• Magnetventil- und Ventilsteuerungen in Haushaltsgeräten und Industrieanlagen.
• Statische AC-Leistungsschalter und Halbleiterrelais (SSR).
• Schnittstelle zwischen Mikroprozessoren oder Logikschaltungen und 115/240VAC-Peripheriegeräten.
• Glühlampendimmer und Vorschaltgeräte für Beleuchtung.
• Temperaturregelungen in Heizgeräten und Öfen.
• Motorsteuerungen für Lüfter, Pumpen und Kleingeräte.

2. Technische Parameteranalyse

2.1 Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte definieren die Limits, bei deren Überschreitung dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Dauerbetrieb an diesen Grenzen wird nicht empfohlen.

• Eingang (LED-Seite):Maximaler Durchlassstrom (I_F) beträgt 60 mA. Maximale Sperrspannung (V_R) beträgt 6 V. Verlustleistung (P_D) beträgt 100 mW bei 25°C, mit einer Reduzierung um 3,8 mW/°C über 85°C.
• Ausgang (Triac-Seite):Sperrspannung (V_DRM) beträgt 400V für ELT302X und 600V für ELT305X. Spitzenwiederholungsstrom (I_TSM) beträgt 1 A. Verlustleistung (P_C) beträgt 300 mW bei 25°C, mit einer Reduzierung um 7,4 mW/°C über 85°C.
• Gesamtbauteil:Die Gesamtverlustleistung (P_TOT) darf 330 mW nicht überschreiten. Isolationsspannung (V_ISO) beträgt 5000 Vrms für 1 Minute. Betriebstemperaturbereich (T_OPR) liegt zwischen -55°C und +100°C. Lagertemperatur (T_STG) liegt zwischen -55°C und +125°C. Löttemperatur (T_SOL= 400V. Dieser Parameter zeigt die Immunität des Bauteils gegen Fehlzündungen durch schnell ansteigende Spannungstransienten.

2.2 Elektro-optische Kennwerte

Diese Parameter definieren die Leistung des Bauteils unter normalen Betriebsbedingungen bei 25°C.

Eingangskennwerte (LED):

• Durchlassspannung (V_F): Typisch 1,18V, maximal 1,5V bei I_F= 10 mA.
• Sperrstrom (I_R): Maximal 10 µA bei V_R= 6V.

Ausgangskennwerte (Phototriac):

• Spitzensperrstrom (I_DRM): Maximal 100 nA bei der Nenn-V_DRM mit I_F= 0 mA.
• Spitzen-Durchlassspannung (V_TM): Maximal 2,5V bei I_TM= 100 mA Spitze und dem Nenn-LED-Zündstrom.
• Kritische Spannungsanstiegsgeschwindigkeit (dv/dt): Mindestens 100 V/µs für ELT302X bei Nenn-V_DRM. Für ELT305X beträgt sie 1000 V/µs bei V_PEAK= 400V. This parameter indicates the device's immunity to false triggering from rapidly rising voltage transients.

Übertragungskennwerte (Kopplung):

• LED-Zündstrom (I_FT): Dies ist der minimale LED-Strom, der erforderlich ist, um den Ausgangstriac zuverlässig bei einer Hauptanschlussspannung von 3V einzuschalten. Er ist in drei Stufen eingeteilt: 15 mA max (ELT3021/3051), 10 mA max (ELT3022/3052) und 5 mA max (ELT3023/3053). Die Auswahl einer niedrigeren I_FT-Stufe reduziert den erforderlichen Ansteuerstrom von der Steuerschaltung.
• Haltestrom (I_H): Typisch 250 µA. Dies ist der minimale Strom, der weiterhin durch den Triac fließen muss, um ihn nach der Zündung im eingeschalteten Zustand zu halten.

3. Leistungs- und Anwendungsanalyse

3.1 dv/dt-Leistung und Messung

Das Datenblatt enthält eine detaillierte Testschaltung und Methodik zur Messung der statischen dv/dt-Fähigkeit. Ein Hochspannungsimpuls wird über ein RC-Netzwerk an den Ausgang angelegt. Der Widerstand (R_TEST) wird variiert, um die Spannungsanstiegszeit (τ = R*C) zu ändern. Der dv/dt-Wert, bei dem das Bauteil unbeabsichtigt (ohne LED-Strom) zu zünden beginnt, wird aufgezeichnet. Die Formel dv/dt = 0,632 * V_PEAK/ τ_RC wird zur Berechnung verwendet. Eine höhere dv/dt-Bewertung, wie die 1000 V/µs der ELT305X, ist in elektrisch gestörten Umgebungen oder beim Ansteuern hochinduktiver Lasten vorteilhaft, da sie eine größere Immunität gegen Fehlzündungen durch Spannungsspitzen bietet.

3.2 Designüberlegungen und Anwendungsrichtlinien

Bei der Entwicklung mit diesen Photokopplern müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden:

• LED-Ansteuerschaltung:Die Steuerschaltung muss ausreichend Strom liefern, um die I_FT der ausgewählten Bauteilstufe zu überschreiten. Ein strombegrenzender Widerstand ist unerlässlich. Die LED kann für niedrigere I_FT-Stufen (z.B. 5mA) direkt von einem Mikrocontroller-GPIO-Pin angesteuert werden, für höhere Stufen oder schnelleres Schalten kann jedoch ein Transistortreiber erforderlich sein.
• Snubber-Schaltungen:Beim Schalten induktiver Lasten (Motoren, Magnetventile) wird ein Snubber-Netzwerk (typischerweise eine RC-Schaltung) parallel zum Haupttriac (nicht zum Photokoppler-Ausgang) dringend empfohlen. Dies unterdrückt Spannungsspitzen und reduziert die dv/dt-Belastung sowohl für den Haupttriac als auch für den Photokoppler, was die Zuverlässigkeit verbessert und die EMV reduziert.
• Wärmeableitung:Stellen Sie sicher, dass die Gesamtverlustleistung (LED-Seite + Triac-Seite) 330 mW nicht überschreitet, unter Berücksichtigung der Reduzierung mit der Temperatur. Ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte oder Luftströmung kann bei hohen Umgebungstemperaturen erforderlich sein.
• Gate-Widerstand für Haupttriac:Der Ausgang des Photokopplers ist mit dem Gate eines leistungsstärkeren Triacs verbunden. Ein Gate-Widerstand (typischerweise 100-1000 Ω) wird üblicherweise in Reihe geschaltet, um den Spitzen-Gate-Strom zu begrenzen, Schwingungen zu dämpfen und die Störfestigkeit zu verbessern.

4. Mechanische und Verpackungsinformationen

4.1 Gehäuseabmessungen und -typen

Die Bauteile werden in drei Hauptausführungen der Anschlüsse innerhalb des 4-Pin-DIP-Profils angeboten:

• Standard DIP:Durchsteckgehäuse mit 0,1 Zoll (2,54 mm) Reihenabstand und Standard-Anschlusslänge.
• Option M (Weite Biegung):Durchsteckgehäuse mit Anschlüssen, die auf einen Reihenabstand von 0,4 Zoll (10,16 mm) gebogen sind, geeignet für breitere Leiterbahnführungen oder spezielle Layout-Anforderungen.
• Option S1 (Oberflächenmontage):Eine flache Oberflächenmontage-Anschlussausführung. Diese Option wird typischerweise auf Band und Rolle für die automatisierte Bestückung geliefert. Das Datenblatt enthält ein empfohlenes Leiterplatten-Pad-Layout für diesen SMD-Typ.

Detaillierte Maßzeichnungen für alle drei Typen sind enthalten, einschließlich Gehäusegröße, Anschlussabstand und Abstandshöhe.

4.2 Polarität und Pinbelegung

Die Pinbelegung ist für einen 4-Pin-DIP-Photokoppler standardisiert:

1. Pin 1: Anode der Eingangs-LED.
2. Pin 2: Kathode der Eingangs-LED.
3. Pin 3: Hauptanschluss 1 (MT1) des Ausgangs-Phototriacs.
4. Pin 4: Hauptanschluss 2 (MT2) des Ausgangs-Phototriacs.

Ein Punkt oder eine Kerbe auf dem Gehäuse kennzeichnet typischerweise Pin 1. Die korrekte Polarität ist für die Funktion der LED-Seite entscheidend. Der Ausgangstriac ist bidirektional, daher ist die Polarität weniger kritisch, aber die gängige Praxis ist, MT2 mit der AC-Netzseite und MT1 mit dem Gate-Widerstand zu verbinden, der zum Gate des Haupttriacs führt.

5. Bestell- und Fertigungsinformationen

5.1 Artikelnummernsystem

Die Artikelnummer folgt dem Format: ELT30[2 oder 5]X Y (Z) - V

• 30[2/5]:302 für 400V Nennspannung, 305 für 600V Nennspannung.
• X:Artikelnummer/IFT-Stufe (1, 2 oder 3 entsprechend max. I_FT von 15mA, 10mA, 5mA).
• Y:Anschlussausführungsoption: Keine (Standard DIP), M (Weite Biegung), S1 (Oberflächenmontage).
• (Z):Band- und Rollenoption für S1: TU oder TD (Rollenausrichtung). Entfällt bei Rohrverpackung.
• -V:Optionale Endung für VDE-Sicherheitszulassung.

Beispiel:ELT3053S1(TU)-V ist ein für 600V ausgelegtes Bauteil mit max. I_FT von 5mA, in Oberflächenmontage-Anschlussausführung, auf TU-orientierter Band- und Rolle, mit VDE-Zulassung.

5.2 Verpackungsspezifikationen

Standard-DIP- und Option-M-Bauteile sind in Röhrchen mit 100 Stück verpackt. Die Option-S1-Oberflächenmontage-Bauteile sind auf Band und Rolle erhältlich, mit 1500 Stück pro Rolle. Detaillierte Bandabmessungen (Breite, Taschenabstand usw.) sind für die Kompatibilität mit automatischen Bestückungsgeräten angegeben.

5.3 Bauteilkennzeichnung

Bauteile sind oben auf dem Gehäuse gekennzeichnet. Die Kennzeichnung umfasst: \"EL\" (Herstellercode), die Bauteilnummer (z.B. T3053), einen einstelligen Jahrescode (Y), einen zweistelligen Wochencode (WW) und den Buchstaben \"V\", falls es sich um die VDE-zugelassene Version handelt.

6. Vergleich und Auswahlhilfe

Das Hauptauswahlkriterium zwischen ELT302X und ELT305X ist die erforderliche Sperrspannung. Für 120VAC-Anwendungen bietet ein 400V-Bauteil oft ausreichenden Spielraum (Spitzen-Netzspannung ~170V). Für 230VAC-Anwendungen (Spitze ~325V) oder in Umgebungen mit erheblichen Spannungsspitzen bietet die 600V-Nennspannung der ELT305X-Serie einen deutlich sichereren Spielraum und wird generell empfohlen.

Innerhalb jeder Serie ist die Wahl der I_FT-Stufe (1, 2 oder 3) ein Kompromiss zwischen Einfachheit und Kosten der Ansteuerschaltung. Stufe 3 (5mA) ist die empfindlichste und am einfachsten direkt von Logikschaltungen anzusteuern, kann aber etwas teurer sein. Stufe 1 (15mA) erfordert mehr Ansteuerstrom, könnte aber aufgrund ihrer potenziell höheren Störfestigkeit oder niedrigeren Kosten gewählt werden.

Im Vergleich zu Nulldurchgangs-Photokopplern bieten diese Phasenwinkel-Bauteile den Vorteil, dass sie zu jedem Zeitpunkt im AC-Zyklus zünden können. Dies ist für Anwendungen wie Phasenanschnitt-Dimmung von Glühlampen oder Sanftanlauf von Motoren unerlässlich, bei denen die in jedem Halbzyklus gelieferte Leistung geregelt werden muss. Der Kompromiss ist, dass Phasenwinkel-Schalten mehr elektromagnetische Störungen (EMV) erzeugen kann als Nulldurchgangs-Schalten.