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H11AAX Serie AC-Eingang Optokoppler Datenblatt - 6-Pin DIP Gehäuse - Isolationsspannung 5000Veff - Technisches Dokument

Umfassendes technisches Datenblatt für die H11AAX-Serie von AC-Eingang-Optokopplern. Merkmale: 5000Veff Isolierung, antiparallele IR-LED-Eingänge, Fototransistor-Ausgang, mehrere Gehäuseoptionen.
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PDF-Dokumentendeckel - H11AAX Serie AC-Eingang Optokoppler Datenblatt - 6-Pin DIP Gehäuse - Isolationsspannung 5000Veff - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die H11AAX-Serie stellt eine Familie von AC-Eingang-Optokopplern dar, auch bekannt als Optokoppler oder Opto-Isolatoren. Diese Bauteile sind speziell dafür ausgelegt, eine galvanische Trennung zwischen einem AC- oder unbekannter Polarität DC-Eingangskreis und einem Ausgangssteuerkreis zu gewährleisten. Die Kernfunktion besteht darin, elektrische Signale mittels Licht zu übertragen, wodurch elektrische Verbindungen entfallen und Masse-Schleifen, Spannungsspitzen sowie Störungen daran gehindert werden, sich zwischen den Kreisen auszubreiten.

Die Serie umfasst vier Hauptvarianten: H11AA1, H11AA2, H11AA3 und H11AA4. Der primäre Unterscheidungsfaktor ist der Stromübertragungsfaktor (CTR), der die Effizienz der Signalübertragung vom Eingang zum Ausgang definiert. Diese Bauteile sind in einem kompakten 6-Pin-Dual-Inline-Gehäuse (DIP) untergebracht, mit Optionen für Standard-Durchsteckmontage, breiten Anschlussabstand und Oberflächenmontage (SMD).

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die H11AAX-Serie bietet mehrere Schlüsselvorteile, die sie für anspruchsvolle industrielle und Konsumanwendungen geeignet macht. Ihr hervorstechendstes Merkmal ist die hohe Isolationsspannung von 5000Veff, die für Sicherheit und Zuverlässigkeit in netzbetriebenen Geräten entscheidend ist. Ein Kriechstreckenabstand von über 7,62 mm verstärkt diese Sicherheitsbewertung zusätzlich. Die Bauteile verfügen über Zulassungen von wichtigen internationalen Sicherheitsbehörden wie UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO und CQC, was sie weltweit für Produkte mit regulatorischen Anforderungen akzeptabel macht.

Die integrierte antiparallele Infrarot-LED-Konfiguration auf der Eingangsseite ist ein definierendes Merkmal. Dieser Aufbau ermöglicht es, das Bauteil direkt mit einer AC-Spannung oder einer DC-Spannung unbekannter Polarität anzusteuern, wodurch die Schaltungsentwicklung durch den Wegfall externer Gleichrichterschaltungen vereinfacht wird. Der Ausgang ist ein Silizium-NPN-Fototransistor.

Die Zielmärkte und Anwendungen sind vielfältig und konzentrieren sich hauptsächlich auf Bereiche, in denen elektrische Isolation und AC-Signalerfassung von größter Bedeutung sind. Typische Anwendungen umfassen die Netzspannungsüberwachung zur Erkennung von vorhandener oder fehlender Netzspannung, Telefonleitungsschnittstellenschaltungen und Sensoren zur Erfassung von DC-Signalen unbekannter Polarität in industriellen Steuerungssystemen.

2. Tiefergehende Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der im Datenblatt spezifizierten elektrischen, optischen und thermischen Eigenschaften. Das Verständnis dieser Parameter ist für einen zuverlässigen Schaltungsentwurf entscheidend.

2.1 Absolute Maximalwerte

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

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter werden typischerweise bei 25°C gemessen und definieren die Leistung des Bauteils unter normalen Betriebsbedingungen.

2.2.1 Eingangseigenschaften

2.2.2 Ausgangseigenschaften

2.2.3 Übertragungseigenschaften

Diese Parameter definieren die Signalübertragungseffizienz und -geschwindigkeit.

3. Erklärung des Klassifizierungssystems

Die H11AAX-Serie verwendet ein einfaches Klassifizierungssystem, das ausschließlich auf dem Stromübertragungsfaktor (CTR) basiert.

CTR-Klassifizierung (X in H11AAX):Das numerische Suffix (1, 2, 3, 4) entspricht direkt dem garantierten minimalen CTR-Prozentsatz, wie in Abschnitt 2.2.3 aufgeführt. Es gibt keine Klassifizierung basierend auf Wellenlänge, Durchlassspannung oder anderen Parametern. Entwickler müssen die geeignete Klasse basierend auf der erforderlichen Ausgangsstromtreiberfähigkeit gegenüber dem verfügbaren Eingangsstrom auswählen. Beispielsweise ist der H11AA4 (100% min CTR) der empfindlichste und würde für Anwendungen gewählt, bei denen die Eingangsansteuerfähigkeit sehr gering ist, während der H11AA2 in Schaltungen mit höherem verfügbarem Treiberstrom ausreichend und kostengünstiger sein könnte.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf typische elektro-optische Kennlinien. Während die spezifischen Grafiken im bereitgestellten Text nicht reproduziert sind, sind ihr Zweck und die von ihnen vermittelten Informationen für solche Bauteile standardmäßig.

Typische Kurven würden umfassen:

Entwickler sollten diese Kurven im vollständigen Datenblatt konsultieren, um nichtlineares Verhalten und Reduktionsfaktoren zu verstehen, die nicht durch die Tabelle der Minimal-/Typ-/Maximalwerte erfasst werden.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Das Bauteil wird in mehreren Gehäusevarianten angeboten, um verschiedenen Montageprozessen gerecht zu werden.

5.1 Gehäuseabmessungen und -typen

Detaillierte Maßzeichnungen sind für jeden Typ verfügbar, einschließlich Gehäusegröße, Anschlusslänge, Anschlussabstand und Planaritätsspezifikationen. Diese sind für das Leiterplatten-Footprint-Design unerlässlich.

5.2 Pad-Layout und Polaritätskennzeichnung

Ein empfohlenes Pad-Layout für die Oberflächenmontage-Optionen (S und S1) wird bereitgestellt. Das Datenblatt merkt an, dass dies ein Vorschlag ist und Entwickler es basierend auf ihrem spezifischen Leiterplattenfertigungsprozess und thermischen Anforderungen anpassen sollten.

Bauteilkennzeichnung:Die Oberseite des Gehäuses ist wie folgt gekennzeichnet:

- \"EL\" (Herstellercode)

- Die vollständige Teilenummer (z.B. H11AA1)

- Ein einstelliger Jahrescode (Y)

- Ein zweistelliger Wochencode (WW)

- Ein optionales \"V\"-Suffix, wenn die VDE-Sicherheitszulassung für diese Einheit spezifiziert ist.

Anschlussbelegung (6-Pin DIP):

1. Anode / Kathode (LED1 Anode, LED2 Kathode)

2. Kathode / Anode (LED1 Kathode, LED2 Anode)

3. Nicht verbunden (NC)

4. Emitter (des Fototransistors)

5. Kollektor (des Fototransistors)

6. Basis (des Fototransistors). Der Basis-Anschluss wird typischerweise offen gelassen oder über einen Widerstand mit dem Emitter verbunden, um die Empfindlichkeit einzustellen oder die Geschwindigkeit zu verbessern.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die wichtigste Richtlinie aus den absoluten Maximalwerten ist die Löttemperatur: 260°C für maximal 10 Sekunden. Dies ist mit Standard bleifreien (SnAgCu) Reflow-Profilen kompatibel.

Wichtige Überlegungen:

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Der Bestellcode folgt dem Muster:H11AAXY(Z)-V

Band- und Spulenspezifikationen:Detaillierte Abmessungen für die Trägerband (Taschengröße A, B), das Deckband und die Spule sind für die automatisierte Pick-and-Place-Montage angegeben.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

Netzspannungsüberwacher:Der Eingang wird direkt über die Netzleitung angeschlossen (mit einem strombegrenzenden Widerstand). Der Ausgangstransistor schaltet synchron zu den AC-Nulldurchgängen und liefert einen digitalen Pulszug oder ein gleichgerichtetes Signal an einen Mikrocontroller zur Erkennung der Stromversorgung.

Sensor für unbekannte DC-Polarität:Der antiparallele Eingang ermöglicht es, das Bauteil ohne Rücksicht auf die Polarität an eine DC-Spannungsquelle anzuschließen, was es ideal für die Erfassung in batteriebetriebenen Geräten oder industriellen Sensoren macht, bei denen die Verkabelungspolarität vertauscht sein könnte.

Telefonleitungsschnittstelle:Wird für Ruf- oder Abhebeerkennung verwendet und bietet Isolation zwischen der Telefonleitung und der Logikschaltung.

8.2 Entwurfsüberlegungen

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die H11AAX-Serie differenziert sich hauptsächlich durch ihreAC-Eingangsfähigkeitmittels der antiparallelen LED-Struktur. Die meisten Standard-Optokoppler (z.B. 4N25, PC817) haben einen einzelnen LED-Eingang, der eine definierte Vorwärtsspannung benötigt, was eine externe Brückengleichrichterschaltung für AC-Betrieb erfordert. Die H11AAX integriert diese Funktionalität.

Im Vergleich zu anderen AC-Eingang-Optokopplern sind ihre Hauptvorteile diehohe 5000Veff Isolationsspannungund dieumfassende Palette internationaler Sicherheitszulassungen(UL, VDE, etc.), die für Produkte, die in mehreren globalen Märkten verkauft werden, unerlässlich sind. Die Verfügbarkeit mehrerer CTR-Klassen und Gehäusetypen (Durchsteck- und SMD) bietet Entwurfsflexibilität.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F1: Kann ich den H11AAX direkt mit 120VAC oder 230VAC Netzspannung ansteuern?

A: Nicht direkt. Sie müssen einen strombegrenzenden Widerstand in Reihe mit dem Eingang verwenden. Der Widerstandswert muss basierend auf der Netzspitzenspannung (z.B. ~340V für 230VAC), dem gewünschten Durchlassstrom und der LED-VF berechnet werden. Die Leistungsaufnahme des Widerstands muss ebenfalls berücksichtigt werden.

F2: Welche maximale AC-Frequenz kann ich mit diesem Optokoppler verwenden?

A: Die maximale Schaltzeit beträgt 10 µs. Dies erlaubt theoretisch eine Rechteckwellenfrequenz von bis zu etwa 50 kHz. Für eine saubere Erfassung einer 50/60 Hz AC-Sinuswelle ist er jedoch perfekt geeignet, da die Periode (16,7ms/20ms) viel länger ist als die Schaltzeit.

F3: Warum gibt es einen Basis-Anschluss (Pin 6) und wie sollte ich ihn verwenden?

A: Der Basis-Anschluss ermöglicht den Zugang zur Basis des Fototransistors. Ihn offen zu lassen ist Standard. Das Verbinden eines Widerstands zwischen Basis und Emitter kann:

1. Geschwindigkeit verbessern:Ein Widerstand mit niedrigem Wert (z.B. 10kΩ bis 100kΩ) leitet gespeicherte Ladung ab und reduziert die Ausschaltzeit (Toff).

2. Empfindlichkeit verringern/Schwellwert erhöhen:Ein Widerstand bietet einen Leckpfad und erhöht leicht den minimalen Eingangsstrom, der benötigt wird, um den Ausgang einzuschalten.

F4: Wie wähle ich zwischen den verschiedenen CTR-Klassen (H11AA1, AA2, AA3, AA4)?

A: Wählen Sie basierend auf Ihrer Eingangsansteuerfähigkeit und dem erforderlichen Ausgangsstrom. Wenn Ihre Schaltung nur einen kleinen Eingangsstrom liefern kann (z.B. von einem Hochspannungswiderstand), wählen Sie eine höhere CTR-Klasse (AA3 oder AA4), um ausreichenden Ausgang zu erhalten. Wenn der Eingangsstrom reichlich vorhanden ist, kann eine niedrigere Klasse (AA1 oder AA2) kostengünstiger sein. Planen Sie immer mit einem Spielraum für die CTR-Degradation über Zeit und Temperatur.

11. Praktische Entwurfsfallstudie

Szenario: Entwurf eines 230VAC-Netzspannungsprüfers.

Ziel:Bereitstellung eines 3,3V-Logik-High-Signals für einen Mikrocontroller, wenn 230VAC vorhanden ist.

Entwurfsschritte:

1. Bauteilauswahl:H11AA1 (20% CTR Minimum) wird gewählt, da der Eingangsstrom ausreichend sein wird.

2. Berechnung des Eingangswiderstands:Spitzenspannung = 230V * √2 ≈ 325V. Gewünschter IF ≈ 10mA (für guten CTR). VF ≈ 1,2V. R = (325V - 1,2V) / 0,01A ≈ 32,4kΩ. Verwenden Sie einen Standard-33kΩ-Widerstand. Verlustleistung in R: P = (230V)^2 / 33000Ω ≈ 1,6W. Ein Widerstand mit 2W oder 3W Nennleistung ist erforderlich.

3. Ausgangsschaltung:Verbinden Sie den Kollektor (Pin 5) über einen Pull-up-Widerstand (z.B. 10kΩ) mit der 3,3V-Mikrocontroller-Versorgung. Verbinden Sie den Emitter (Pin 4) mit Masse. Die Basis (Pin 6) bleibt offen.

4. Betrieb:Wenn AC vorhanden ist, schaltet der Ausgangstransistor während jeder Halbwelle ein und zieht den Kollektor (und den MCU-Eingangspin) auf Low. Der MCU sieht ein 50/60 Hz pulsierendes Low-Signal, das in der Software entprellt werden kann, um \"Strom ein\" anzuzeigen.

5. Leiterplattenlayout:Halten Sie einen Kriechstreckenabstand von >7,62 mm zwischen den Leiterbahnen der Eingangsseite (Pins 1,2,3, Widerstand) und der Ausgangsseite (Pins 4,5,6, MCU) auf der Leiterplatte ein, um die Isolationsbewertung zu erhalten.

12. Funktionsprinzip

Der H11AAX arbeitet nach dem Prinzip der optoelektronischen Isolation. Auf der Eingangsseite sind zwei Galliumarsenid-Infrarot-Leuchtdioden (LEDs) antiparallel geschaltet. Wenn eine AC-Spannung angelegt wird (mit einem Reihenstrombegrenzungswiderstand), leitet eine LED während der positiven Halbwelle und emittiert Licht, und die andere LED leitet und emittiert Licht während der negativen Halbwelle. Somit werden Infrarotlichtimpulse mit der doppelten Frequenz des Eingangs-AC-Signals erzeugt.

Dieses Licht durchquert eine transparente Isolationsbarriere innerhalb des Gehäuses. Auf der Ausgangsseite fällt das Licht auf die Basisregion eines Silizium-NPN-Fototransistors. Die Photonen erzeugen Elektron-Loch-Paare, was einen Basisstrom erzeugt, der den Transistor einschaltet und einen Kollektorstrom (IC) fließen lässt. Das Verhältnis dieses Ausgangskollektorstroms zum Eingangsdurchlassstrom ist der Stromübertragungsfaktor (CTR). Die Kollektor-Emitter-Spannung des Fototransistors wird durch die externe Lastschaltung gesteuert.

13. Technologietrends

Die Optokoppler-Technologie entwickelt sich weiter. Während das grundlegende Prinzip gleich bleibt, umfassen die Trends:

Die H11AAX-Serie stellt mit ihrem robusten Design und den Sicherheitszulassungen eine ausgereifte und zuverlässige Lösung für traditionelle AC-Erfassung und grundlegende Isolationsanforderungen dar, wo ihre integrierte AC-Eingangsfähigkeit einen deutlichen Vorteil bietet.

LED-Spezifikations-Terminologie

Vollständige Erklärung der LED-Technikbegriffe

Photoelektrische Leistung

Begriff Einheit/Darstellung Einfache Erklärung Warum wichtig
Lichtausbeute lm/W (Lumen pro Watt) Lichtausgang pro Watt Strom, höher bedeutet energieeffizienter. Bestimmt direkt den Energieeffizienzgrad und Stromkosten.
Lichtstrom lm (Lumen) Gesamtlicht, das von der Quelle emittiert wird, allgemein "Helligkeit" genannt. Bestimmt, ob das Licht hell genug ist.
Betrachtungswinkel ° (Grad), z.B. 120° Winkel, bei dem die Lichtintensität auf die Hälfte abfällt, bestimmt die Strahlbreite. Beeinflusst Beleuchtungsbereich und Gleichmäßigkeit.
Farbtemperatur K (Kelvin), z.B. 2700K/6500K Wärme/Kühle des Lichts, niedrigere Werte gelblich/warm, höhere weißlich/kühl. Bestimmt Beleuchtungsatmosphäre und geeignete Szenarien.
Farbwiedergabeindex Einheitenlos, 0–100 Fähigkeit, Objektfarben genau wiederzugeben, Ra≥80 ist gut. Beeinflusst Farbauthentizität, wird an anspruchsvollen Orten wie Einkaufszentren, Museen verwendet.
Farborttoleranz MacAdam-Ellipsenschritte, z.B. "5-Schritt" Metrik für Farbkonsistenz, kleinere Schritte bedeuten konsistentere Farbe. Sichert einheitliche Farbe über dieselbe Charge von LEDs.
Dominante Wellenlänge nm (Nanometer), z.B. 620nm (rot) Wellenlänge, die der Farbe farbiger LEDs entspricht. Bestimmt Farbton von roten, gelben, grünen monochromen LEDs.
Spektralverteilung Wellenlänge vs. Intensitätskurve Zeigt Intensitätsverteilung über Wellenlängen. Beeinflusst Farbwiedergabe und Farbqualität.

Elektrische Parameter

Begriff Symbol Einfache Erklärung Design-Überlegungen
Flussspannung Vf Mindestspannung zum Einschalten der LED, wie "Startschwelle". Treiberspannung muss ≥ Vf sein, Spannungen addieren sich für serielle LEDs.
Flussstrom If Stromwert für normalen LED-Betrieb. Normalerweise Konstantstromantrieb, Strom bestimmt Helligkeit & Lebensdauer.
Max. Pulsstrom Ifp Spitzenstrom, der für kurze Zeit erträglich ist, wird für Dimmen oder Blinken verwendet. Pulsbreite & Tastverhältnis müssen streng kontrolliert werden, um Schäden zu vermeiden.
Sperrspannung Vr Maximale Sperrspannung, die die LED aushalten kann, darüber kann es zum Durchbruch kommen. Schaltung muss verhindern, dass umgekehrte Verbindung oder Spannungsspitzen auftreten.
Wärmewiderstand Rth (°C/W) Widerstand gegen Wärmeübertragung vom Chip zum Lötpunkt, niedriger ist besser. Hoher Wärmewiderstand erfordert stärkere Wärmeableitung.
ESD-Immunität V (HBM), z.B. 1000V Fähigkeit, elektrostatische Entladung zu widerstehen, höher bedeutet weniger anfällig. In der Produktion sind antistatische Maßnahmen erforderlich, insbesondere für empfindliche LEDs.

Wärmemanagement & Zuverlässigkeit

Begriff Schlüsselmetrik Einfache Erklärung Auswirkung
Sperrschichttemperatur Tj (°C) Tatsächliche Betriebstemperatur im LED-Chip. Jede Reduzierung um 10°C kann die Lebensdauer verdoppeln; zu hoch verursacht Lichtabfall, Farbverschiebung.
Lichtstromrückgang L70 / L80 (Stunden) Zeit, bis die Helligkeit auf 70% oder 80% des Anfangswerts sinkt. Definiert direkt die "Nutzungsdauer" der LED.
Lichtstromerhaltung % (z.B. 70%) Prozentsatz der nach Zeit verbleibenden Helligkeit. Gibt die Fähigkeit an, die Helligkeit über die langfristige Nutzung zu erhalten.
Farbverschiebung Δu′v′ oder MacAdam-Ellipse Grad der Farbänderung während der Verwendung. Beeinflusst die Farbkonsistenz in Beleuchtungsszenen.
Thermisches Altern Materialabbau Verschlechterung aufgrund langfristig hoher Temperatur. Kann zu Helligkeitsabfall, Farbänderung oder Leiterunterbrechung führen.

Verpackung & Materialien

Begriff Gängige Typen Einfache Erklärung Merkmale & Anwendungen
Gehäusetyp EMC, PPA, Keramik Chip schützendes Gehäusematerial, bietet optische/thermische Schnittstelle. EMC: gute Wärmebeständigkeit, niedrige Kosten; Keramik: bessere Wärmeableitung, längere Lebensdauer.
Chip-Struktur Front, Flip-Chip Chip-Elektrodenanordnung. Flip-Chip: bessere Wärmeableitung, höhere Effizienz, für Hochleistung.
Phosphorbeschichtung YAG, Silikat, Nitrid Bedeckt den blauen Chip, wandelt einen Teil in gelb/rot um, mischt zu weiß. Verschiedene Phosphore beeinflussen Effizienz, CCT und CRI.
Linse/Optik Flach, Mikrolinse, TIR Optische Struktur auf der Oberfläche, die die Lichtverteilung steuert. Bestimmt den Betrachtungswinkel und die Lichtverteilungskurve.

Qualitätskontrolle & Binning

Begriff Binning-Inhalt Einfache Erklärung Zweck
Lichtstrom-Bin Code z.B. 2G, 2H Nach Helligkeit gruppiert, jede Gruppe hat Mindest-/Maximal-Lumenwerte. Sichert einheitliche Helligkeit in derselben Charge.
Spannungs-Bin Code z.B. 6W, 6X Nach Flussspannungsbereich gruppiert. Erleichtert Treiberabgleich, verbessert Systemeffizienz.
Farb-Bin 5-Schritt MacAdam-Ellipse Nach Farbkoordinaten gruppiert, sichert engen Bereich. Garantiert Farbkonsistenz, vermeidet ungleichmäßige Farbe innerhalb der Leuchte.
CCT-Bin 2700K, 3000K usw. Nach CCT gruppiert, jede hat entsprechenden Koordinatenbereich. Erfüllt verschiedene Szenario-CCT-Anforderungen.

Prüfung & Zertifizierung

Begriff Standard/Test Einfache Erklärung Bedeutung
LM-80 Lichtstromerhaltungstest Langzeitbeleuchtung bei konstanter Temperatur, Aufzeichnung von Helligkeitsabfall. Wird zur Schätzung der LED-Lebensdauer (mit TM-21) verwendet.
TM-21 Lebensdauerschätzstandard Schätzt Lebensdauer unter tatsächlichen Bedingungen basierend auf LM-80-Daten. Bietet wissenschaftliche Lebensdauervorhersage.
IESNA Beleuchtungstechnische Gesellschaft Deckt optische, elektrische, thermische Testmethoden ab. Industrieanerkannte Testbasis.
RoHS / REACH Umweltzertifizierung Stellt sicher, dass keine schädlichen Substanzen (Blei, Quecksilber) enthalten sind. Marktzugangsvoraussetzung international.
ENERGY STAR / DLC Energieeffizienzzertifizierung Energieeffizienz- und Leistungszertifizierung für Beleuchtungsprodukte. Wird in staatlichen Beschaffungen, Subventionsprogrammen verwendet, steigert Wettbewerbsfähigkeit.