Halbleiterrelais 8-Pin DIP 2-Kanal Datenblatt - 8-Pin DIP-Gehäuse - 400V/600V Durchbruchsspannung - 120mA/50mA Last - Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Die EL840A und EL860A sind universelle, zweikanalige Halbleiterrelais (SSR) im kompakten 8-Pin-DIP-Gehäuse. Diese Bauteile nutzen einen optischen Kopplungsmechanismus mit einer AlGaAs-Infrarot-LED auf der Eingangsseite, die von einer Hochspannungs-Ausgangsdetektorschaltung auf der Ausgangsseite optisch isoliert ist. Der Ausgangsdetektor besteht aus einer photovoltaischen Diodenanordnung, die MOSFET-Schalter ansteuert. Diese Konfiguration bietet die elektrische Funktionalität von zwei unabhängigen Form-A-(normalerweise offenen) elektromechanischen Relais und übertrifft diese in Bezug auf Zuverlässigkeit, Lebensdauer und Schaltgeschwindigkeit.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die Hauptvorteile dieser SSR-Serie ergeben sich aus ihrem Halbleiterdesign. Wesentliche Vorteile sind das vollständige Fehlen beweglicher Teile, wodurch Kontaktprellen, Lichtbögen und mechanischer Verschleiß entfallen, was zu einer außergewöhnlich langen Betriebsdauer und hoher Zuverlässigkeit führt. Die optische Isolation zwischen Eingang und Ausgang bietet eine hohe Isolationsspannung von 5000 Vrms und erhöht so die Systemsicherheit und Störfestigkeit. Die Bauteile sind für die Steuerung von Niederpegelsignalen mit hoher Empfindlichkeit und Geschwindigkeit ausgelegt. Ihr kompaktes 8-Pin-DIP-Format eignet sich für hochdichte Leiterplattenlayouts. Zielanwendungen sind Industrieautomatisierung, Telekommunikationsgeräte, Computerperipherie und Hochgeschwindigkeits-Prüfmaschinen, wo zuverlässiges, schnelles und isoliertes Schalten von Signalen oder schwachstromlasten erforderlich ist.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Die Leistung der EL840A und EL860A wird durch einen umfassenden Satz elektrischer, optischer und thermischer Parameter definiert. Das Verständnis dieser Spezifikationen ist für einen korrekten Schaltungsentwurf und zuverlässigen Betrieb entscheidend.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• Eingang (LED-Seite):Der maximale Dauer-Vorwärtsstrom (I_F) beträgt 50 mA. Eine Sperrspannung (V_R) von bis zu 5V kann angelegt werden. Ein Spitzen-Vorwärtsstrom (I_FP) von 1A ist unter Impulsbedingungen zulässig (100Hz, 0,1% Tastverhältnis). Die Eingangsverlustleistung (P_in) darf 75 mW nicht überschreiten.
• Ausgang (MOSFET-Seite):Ein kritischer Unterschied zwischen EL840A und EL860A sind ihre Ausgangsspannungs- und Stromwerte. Die EL840A hat eine Durchbruchspannung (V_L) von 400V und einen Dauerlaststrom (I_L) von 120 mA. Die EL860A ist für eine höhere Durchbruchspannung von 600V, aber einen geringeren Dauerstrom von 50 mA ausgelegt. Entwickler müssen das Modell basierend auf ihren spezifischen Spannungs- und Stromanforderungen auswählen. Der Impulslaststrom (I_LPeak) beträgt für die EL840A 300 mA und für die EL860A 150 mA für eine Dauer von 100ms. Die Ausgangsverlustleistung (P_out) ist auf 800 mW begrenzt.
• Isolation & Thermik:Die Isolationsspannung (V_iso) zwischen Eingang und Ausgang beträgt 5000 Vrms (1 Minute geprüft). Das Bauteil kann in einem Umgebungstemperaturbereich von -40°C bis +85°C betrieben und von -40°C bis +125°C gelagert werden. Die Löttemperatur sollte während des Reflow-Prozesses 260°C für nicht mehr als 10 Sekunden überschreiten.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter, typischerweise bei 25°C spezifiziert, definieren das Betriebsverhalten des SSR.

• Eingangseigenschaften:Die Vorwärtsspannung (V_F) der Eingangs-LED beträgt typisch 1,18V bei einem Treiberstrom von 10mA, maximal 1,5V. Der Sperrstrom (I_R) beträgt maximal 1 µA bei 5V Sperrspannung.
• Ausgangseigenschaften:Der Sperrstrom (I_leak) ist außergewöhnlich niedrig, maximal 1 µA, wenn die Eingangs-LED ausgeschaltet ist und der Ausgang auf seiner maximalen Nennspannung liegt. Der Durchlasswiderstand (R_d(ON)) ist ein Schlüsselparameter, der den Spannungsabfall und die Verlustleistung beeinflusst. Die EL840A hat einen typischen R_d(ON)von 20Ω (max. 30Ω), während die EL860A einen typischen Wert von 40Ω (max. 70Ω) aufweist, wenn sie mit 10mA Eingangsstrom bei maximaler Last betrieben wird.
• Übertragungseigenschaften:Dies definiert die Beziehung zwischen Eingang und Ausgang. Der zum vollständigen Einschalten der Ausgangs-MOSFETs erforderliche LED-Einschaltstrom (I_F(on)) beträgt für beide Modelle maximal 5mA (typisch 3mA). Der LED-Ausschaltstrom (I_F(off)) beträgt mindestens 0,4mA, unterhalb dessen der Ausgang garantiert ausgeschaltet ist. Dies definiert die Hysterese des Eingangsstroms.
• Schaltgeschwindigkeit:Die Einschaltzeit (T_on) ist die Verzögerung vom Anlegen des Eingangsstroms bis der Ausgang 90% seines Ein-Zustandswerts erreicht. Für die EL840A beträgt sie typisch 0,4ms (max. 3ms), für die EL860A typisch 1,4ms (max. 3ms). Die Ausschaltzeit (T_off) beträgt für beide Modelle typisch 0,05ms (max. 0,5ms). Diese sind für ein SSR relativ schnell und für viele Signal-Schaltanwendungen geeignet.
• Isolationsparameter:Der Isolationswiderstand (R_I-O) beträgt mindestens 5 x 10¹⁰Ω bei 500V Gleichspannung. Die Isolationskapazität (C_I-O) beträgt maximal 1,5 pF, was für Überlegungen zur Hochfrequenz-Störkopplung wichtig ist.

3. Analyse der Kennlinien

Während spezifische grafische Daten im Datenblatt referenziert werden (Typische elektro-optische Kennlinien, Einschalt-/Ausschaltzeit-Diagramme), erlauben die textuellen Daten eine Analyse der Haupttrends. Die Beziehung zwischen Vorwärtsstrom und Vorwärtsspannung für die Eingangs-LED folgt einer Standard-Dioden-Exponentialkurve. Der Durchlasswiderstand ist unter einer bestimmten Bedingung spezifiziert; er hat einen positiven Temperaturkoeffizienten, d.h. er steigt mit zunehmender Sperrschichttemperatur der Ausgangs-MOSFETs. Die Schaltzeiten sind lastabhängig; die spezifizierten Zeiten gelten für einen ohmschen Lastwiderstand (R_L= 200Ω). Kapazitive oder induktive Lasten beeinflussen diese Zeiten, was möglicherweise Snubber-Netzwerke zum Schutz und für Zeitstabilität erfordert.

4. Mechanische und Gehäuseinformationen

4.1 Pinbelegung und Schaltplan

Das Bauteil verwendet eine Standard-8-Pin-DIP-Belegung. Pin 1 und 3 sind die Anoden der beiden unabhängigen Eingangs-LEDs. Pin 2 und 4 sind die entsprechenden Kathoden. Die Ausgangsseite besteht aus zwei unabhängigen MOSFET-Schaltern. Für jeden Kanal sind Drain- und Source-Anschlüsse gemäß dem internen Schaltplan mit den Pins 5, 6, 7 und 8 verbunden, was eine flexible Verbindung als SPST-Schalter ermöglicht.

4.2 Gehäuseabmessungen und Optionen

Das Produkt wird in zwei Hauptgehäuseformen angeboten: einStandard-DIP-Typmit Durchsteck-Anschlüssen und einOption S1 Typmit Oberflächenmontage-Anschlussform (niedrige Bauhöhe). Für beide sind detaillierte Maßzeichnungen verfügbar, einschließlich Gehäuselänge, -breite, -höhe, Rastermaß (2,54mm Standard für DIP) und Anschlussabmessungen. Für die SMD-Option wird auch ein empfohlenes Lötflächenlayout zur Gewährleistung zuverlässiger Lötung und mechanischer Festigkeit bereitgestellt.

4.3 Polarität und Bauteilkennzeichnung

Das Bauteil ist auf der Oberseite gekennzeichnet. Die Kennzeichnung folgt dem Format: "EL" (Herstellerkennung), gefolgt von der Teilenummer (z.B. 860A), einem einstelligen Jahrescode (Y), einem zweistelligen Wochencode (WW) und optional einem "V" für VDE-zugelassene Versionen. Die korrekte Identifizierung von Pin 1, typischerweise durch einen Punkt oder eine Kerbe am Gehäuse markiert, ist für die richtige Ausrichtung essentiell.

5. Löt- und Montagerichtlinien

5.1 Reflow-Lötprofil

Für Oberflächenmontage-Baugruppen muss ein spezifisches Reflow-Temperaturprofil eingehalten werden, um Schäden zu vermeiden. Das Profil entspricht IPC/JEDEC J-STD-020D. Wichtige Parameter sind: eine Vorwärmphase von 150°C auf 200°C über 60-120 Sekunden, eine maximale Aufheizrate von 3°C/Sekunde, eine Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (217°C) von 60-100 Sekunden und eine maximale Gehäusetemperatur von 260°C für maximal 30 Sekunden. Diese Bedingungen gewährleisten eine korrekte Lötstellenbildung, ohne die internen Halbleiterübergänge übermäßiger thermischer Belastung auszusetzen.

5.2 Anwendungshinweise

Mehrere wichtige Designaspekte werden hervorgehoben. Die absoluten Maximalwerte für Spannung, Strom und Leistung dürfen niemals überschritten werden. Die Ausgangs-MOSFETs sind nicht inhärent gegen Spannungstransienten oder induktive Rückkopplung geschützt; externe Schutzkomponenten wie Snubber oder TVS-Dioden können in rauen elektrischen Umgebungen notwendig sein. Die geringe thermische Masse des Gehäuses bedeutet, dass der Verlustleistung und einer ausreichenden Kupferfläche auf der Leiterplatte zur Wärmeabfuhr besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden muss, insbesondere bei Betrieb nahe der maximalen Lastströmen oder bei hohen Umgebungstemperaturen.

6. Verpackungs- und Bestellinformationen

6.1 Modellnummernsystem

Die Teilenummer folgt der Struktur: EL8XXA(Y)(Z)-V.

• XX:Bezeichnet die Teilenummer, entweder 40 (EL840A) oder 60 (EL860A), definiert die Spannungs-/Strombelastbarkeit.
• Y:Anschlussform-Option. "S1" bezeichnet die Oberflächenmontage-Anschlussform. Fehlende Angabe bedeutet Standard-Durchsteck-DIP.
• Z:Band- und Rolle-Option für automatisierte Montage (TA, TB, TU, TD). Fehlende Angabe bedeutet Röhrchenverpackung.
• V:Suffix für VDE-sicherheitsgeprüfte Option.

6.2 Verpackungsspezifikationen

Die Standard-DIP-Version wird in Röhrchen mit 45 Einheiten geliefert. Die Oberflächenmontage-Optionen (S1 mit TA- oder TB-Band) werden auf Rollen mit jeweils 1000 Einheiten geliefert. Detaillierte Bandabmessungen werden bereitgestellt, einschließlich Taschengröße (A, B), Taschenhöhe (D0, D1), Vorschub-Lochabstand (P0) und Rollenbreite (W), die für die Kompatibilität mit automatischen Bestückungsgeräten entscheidend sind.

7. Anwendungshinweise und Designüberlegungen

7.1 Typische Anwendungsschaltungen

Das SSR kann in zwei Hauptkonfigurationen verwendet werden: als zwei unabhängige Einpolige Einfachschalter (SPST) oder, durch entsprechende Verbindung der Ausgänge, als ein einzelner Form-A-Umschalter oder andere Konfiguration. Die Eingangs-LED wird typischerweise von einem digitalen Logikgatter oder einem Transistor angesteuert, wobei ein Vorwiderstand basierend auf der Versorgungsspannung und dem gewünschten LED-Strom berechnet wird (z.B. 10-20 mA für vollständige Ausgangsaktivierung). Der Ausgang kann Gleich- oder Wechselstromlasten innerhalb seiner Spannungs- und Stromwerte schalten. Für Wechselstromlasten leiten die MOSFET-Body-Dioden während der Halbwellen, sodass das Bauteil im Wesentlichen ein bidirektionaler Schalter ist.

7.2 Designüberlegungen

• Wärmemanagement:Berechnen Sie die Verlustleistung als P_diss= I_L²* R_d(ON). Stellen Sie sicher, dass die Gesamtverlustleistung des Bauteils (P_T= 850mW max.) nicht überschritten wird. Verwenden Sie ausreichend Kupferfläche auf der Leiterplatte als Kühlkörper.
• Lastkompatibilität:Das SSR ist ideal für ohmsche Lasten. Bei kapazitiven Lasten kann der Einschaltstrom I_LPeaküberschreiten. Für induktive Lasten verwenden Sie ein Snubber-Netzwerk (RC parallel zur Last oder einen Überspannungsableiter), um beim Abschalten erzeugte Spannungsspitzen zu begrenzen.
• Eingangsansteuerung:Stellen Sie sicher, dass der Eingangsstrom I_F(on)für zuverlässiges Einschalten überschreitet und unter I_F(off)für zuverlässiges Ausschalten fällt. Vermeiden Sie langsame Eingangssignalflanken nahe den Schwellenströmen.
• Isolationsintegrität:Halten Sie auf der Leiterplatte zwischen den Eingangs- und Ausgangsschaltungen ausreichende Kriech- und Luftstrecken ein, um die hohe Isolationsfestigkeit zu erhalten.

8. Technischer Vergleich und Auswahlhilfe

Das Hauptunterscheidungsmerkmal innerhalb dieser Serie ist der Kompromiss zwischen Spannungs- und Stromfähigkeit. DerEL840Aist für Anwendungen optimiert, die höheren Dauerstrom (bis zu 120mA) bei niedrigerer Spannung (400V) erfordern. Er weist einen niedrigeren Durchlasswiderstand auf, was zu geringerem Spannungsabfall und Leistungsverlust führt. DerEL860Aist für Anwendungen ausgelegt, die eine höhere Sperrspannung (600V), aber einen geringeren Dauerstrom (50mA) benötigen. Sein Durchlasswiderstand ist höher. Die Auswahl sollte auf der Spitzenspannung und dem stationären Strom der Last basieren. Für Lasten mit hohem Einschaltstrom (wie Lampen oder Kondensatoren) kann auch die höhere Impulsstrombelastbarkeit des EL840A (300mA vs. 150mA) ein entscheidender Faktor sein.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

9.1 Kann dieses SSR Wechselstromlasten schalten?

Ja. Die Ausgangs-MOSFET-Struktur mit ihrer inhärenten Body-Diode erlaubt bidirektionalen Stromfluss. Daher kann es Wechselspannungen innerhalb seiner Durchbruchspannung (V_L) schalten. Die Strombelastbarkeit gilt sowohl für Gleichstrom als auch für den Spitzenwert von Wechselstrom.

9.2 Welchen Zweck hat die photovoltaische Diodenanordnung im Ausgangsdetektor?

Die photovoltaische Anordnung erzeugt eine Spannung, wenn sie von der Infrarot-LED der Eingangsseite beleuchtet wird. Diese Spannung wird verwendet, um die Gates der Ausgangs-MOSFETs anzusteuern und sie einzuschalten. Diese Methode bietet die vollständige galvanische Trennung, da keine elektrische Verbindung zum Vorspannen der MOSFET-Gates benötigt wird.

9.3 Wie schließe ich den Eingang an einen 5V-Mikrocontroller an?

Verwenden Sie einen einfachen Vorwiderstand. Zum Beispiel, mit einem Mikrocontroller-GPIO-Pin bei 5V, einer LED-V_Fvon ~1,2V und einem gewünschten I_Fvon 10mA beträgt der Widerstandswert R = (5V - 1,2V) / 0,01A = 380Ω. Ein Standard-390Ω-Widerstand wäre geeignet. Stellen Sie sicher, dass der Mikrocontroller den erforderlichen Strom liefern kann.

9.4 Warum ist die Einschaltzeit des EL860A länger als die des EL840A?

Die längere typische Einschaltzeit (1,4ms vs. 0,4ms) hängt wahrscheinlich mit dem internen Design der Hochspannungs-MOSFETs im EL860A zusammen, die eine andere Gate-Kapazität haben können, oder mit den Eigenschaften des für den 600V-Prozess optimierten photovoltaischen Treiberkreises.

10. Funktionsprinzip

Das Bauteil arbeitet nach dem Prinzip der optischen Isolation und photovoltaischen Ansteuerung. Wenn ein Vorwärtsstrom an die Eingangs-AlGaAs-Infrarot-LED angelegt wird, emittiert sie Licht. Dieses Licht überquert einen Isolationsspalt und trifft auf eine photovoltaische Diodenanordnung auf der Ausgangsseite. Die Anordnung wandelt die Lichtenergie in elektrische Energie um und erzeugt eine Spannung, die ausreicht, um die Gates der N-Kanal-MOSFETs in den leitenden Zustand zu versetzen. Dies schafft einen niederohmigen Pfad zwischen Drain- und Source-Anschlüssen und schließt den Relais-„Kontakt“. Wenn der Eingangsstrom entfernt wird, stoppt die Lichtemission, die photovoltaische Spannung klingt ab und die MOSFET-Gates entladen sich, wodurch die Bauteile abschalten und den Stromkreis öffnen. Der gesamte Prozess beinhaltet keinen physischen Kontakt oder magnetische Kopplung, was lange Lebensdauer und hohe Störfestigkeit gewährleistet.

11. Praktische Design-Fallstudie

Szenario:Isolierung eines 24V DC, 80mA Sensorsignals vom analogen Eingang eines Datenerfassungssystems.

Ein EL840A wird aufgrund seiner 120mA Strombelastbarkeit (Reserve bietend) und 400V Spannungsbelastbarkeit (weit über 24V liegend) ausgewählt. Der Sensorausgang steuert den SSR-Eingang über einen 330Ω-Widerstand von einer 5V-Schiene an, was der LED ~11mA liefert, deutlich über dem maximalen IF(on)_{von 5mA. Der SSR-Ausgang ist zwischen dem 24V-Sensorsignal und dem Datenerfassungseingang geschaltet. Ein 10kΩ-Pulldown-Widerstand am Erfassungseingang definiert den Logik-Pegel LOW, wenn das SSR ausgeschaltet ist. Der geringe Leckstrom (max. 1µA) gewährleistet eine minimale Fehlerspannung über dem Pulldown-Widerstand, wenn das SSR aus ist. Die schnelle Schaltgeschwindigkeit (typ. 0,4ms) ermöglicht bei Bedarf eine schnelle Abtastung. Die 5000Vrms-Isolation schützt die empfindliche Erfassungselektronik vor Erdschleifen oder Transienten in der Sensorumgebung.}12. Technologietrends und Kontext

Halbleiterrelais repräsentieren eine ausgereifte, aber sich kontinuierlich weiterentwickelnde Technologie. Der Kerntrend geht in Richtung höherer Integration, kleinerer Gehäuse und verbesserter Leistungskennzahlen. Während dieses Bauteil einen photovoltaischen MOSFET-Treiber verwendet, existieren andere Technologien, wie solche mit Phototriac-Treibern für AC-Schaltung oder fortschrittlichere IC-basierte Designs mit integrierten Schutzfunktionen (Überstrom, Übertemperatur). Der Trend zu Oberflächenmontage-Gehäusen (wie die S1-Option) entspricht dem branchenweiten Trend zur automatisierten Montage und reduzierter Leiterplattenfläche. Die hohe Isolationsspannung und die mehreren internationalen Sicherheitszulassungen (UL, VDE, etc.) spiegeln die zunehmende Bedeutung von Systemsicherheit und Zuverlässigkeit auf globalen Märkten wider, insbesondere in Industrie- und Medizingeräten. Zukünftige Entwicklungen könnten sich auf die weitere Reduzierung des Durchlasswiderstands, die Erhöhung der Schaltgeschwindigkeiten für Hochfrequenzanwendungen und die Integration intelligenterer Steuerungs- und Überwachungsfunktionen innerhalb desselben isolierten Gehäuses konzentrieren.

Solid-state relays represent a mature but continuously evolving technology. The core trend is towards higher integration, smaller packages, and improved performance metrics. While this device uses a photovoltaic MOSFET driver, other technologies exist, such as those using phototriac drivers for AC switching or more advanced IC-based designs with integrated protection features (overcurrent, overtemperature). The move towards surface-mount packages (like the S1 option) aligns with the industry-wide trend for automated assembly and reduced board space. The high isolation voltage and multiple international safety approvals (UL, VDE, etc.) reflect the increasing importance of system safety and reliability in global markets, particularly in industrial and medical equipment. Future developments may focus on reducing on-resistance further, increasing switching speeds for high-frequency applications, and integrating more intelligent control and monitoring functions within the same isolated package.