Halbleiterrelais 6-Pin DIP Typ Form A SSR Datenblatt - 60V bis 600V Ausgang - 50mA bis 800mA Laststrom - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt eine Serie universeller Halbleiterrelais (SSR) in 6-Pin-DIP-Bauform (Dual In-line Package). Diese Bauteile sind einpolige, einwellige (Form A) Relais, d.h. sie stellen einen normalerweise offenen (NO) Kontakt bereit. Sie sind konzipiert, um herkömmliche elektromechanische Relais (EMR) in einer Vielzahl von Anwendungen zu ersetzen, und bieten aufgrund fehlender beweglicher Teile höhere Zuverlässigkeit, längere Lebensdauer und geräuschlosen Betrieb.

Die Kerntechnologie umfasst eine AlGaAs-Infrarot-LED auf der Eingangsseite, die optisch mit einer Hochspannungs-Ausgangserkennungsschaltung gekoppelt ist. Diese Erkennungsschaltung besteht aus einer photovoltaischen Diodenanordnung und MOSFETs, wodurch die Steuerung von sowohl AC- als auch DC-Lasten ermöglicht wird. Die optische Isolierung bietet eine hohe Isolationsspannung (5000 Vrms) zwischen der Niederspannungs-Steuerschaltung und der Hochspannungs-Lastschaltung, was die Systemsicherheit und Störfestigkeit erhöht.

2. Hauptmerkmale und Vorteile

• Normalerweise offene (Form A) Konfiguration:Einfaches, einkanaliges Schalten.
• Niedriger Betriebsstrom:Die Eingangs-LED benötigt minimalen Treiberstrom, was sie mit stromsparenden Logikschaltungen und Mikrocontrollern kompatibel macht.
• Breiter Ausgangsspannungsbereich:Verfügbar in Modellen mit Ausgangs-Durchbruchspannungen von 60V bis 600V (EL606A, EL625A, EL640A, EL660A), geeignet für verschiedene Anwendungsspannungspegel.
• Niedriger Einschaltwiderstand:Der MOSFET-basierte Ausgang sorgt für geringe Leitungsverluste, verbessert den Wirkungsgrad und reduziert die Wärmeentwicklung.
• Breiter Betriebstemperaturbereich:Zuverlässiger Betrieb von -40°C bis +85°C, geeignet für industrielle und raue Umgebungen.
• Hohe Isolationsspannung:5000 Vrms Isolierung zwischen Eingang und Ausgang gewährleistet Sicherheit und schützt empfindliche Steuerelektronik.
• Branchenzulassungen:Zertifiziert nach UL 1577, UL 508, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO und CQC Normen, was die Einhaltung internationaler Sicherheits- und Leistungsanforderungen sicherstellt.
• Gehäuseoptionen:Verfügbar in Standard-Durchsteck-DIP und Oberflächenmontage (SMD) Varianten.

3. Technische Spezifikationen im Detail

3.1 Absolute Maximalwerte

Dies sind die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Der Betrieb sollte stets innerhalb dieser Grenzen erfolgen.

• Eingang (LED-Seite):Maximaler Durchlassstrom (IF) beträgt 50 mA, mit einem Spitzendurchlassstrom (IFP) von 1 A unter gepulsten Bedingungen. Die Sperrspannung (VR) ist auf 5 V begrenzt.
• Ausgang (Schalterseite):Die Durchbruchspannung (VL) definiert die maximale Spannung, die der Ausgang sperren kann, und reicht von 60V (EL606A) bis 600V (EL660A). Der kontinuierliche Laststrom (IL) variiert je nach Modell und Anschlusstyp (A, B, C) von 50 mA bis 800 mA. Der Puls-Laststrom (ILPeak) ist ebenfalls für kurzzeitige Überspannungen spezifiziert.
• Isolierung:Hält 5000 Vrms für 1 Minute zwischen Eingang und Ausgang stand.
• Thermisch:Betriebstemperaturbereich ist -40°C bis +85°C. Lagertemperatur bis zu 125°C. Maximale Löttemperatur beträgt 260°C für 10 Sekunden.

3.2 Elektro-optische Kenngrößen

Diese Parameter definieren die Betriebsleistung des SSR bei 25°C.

• Eingangskenngrößen:Typische Durchlassspannung (VF) für die LED beträgt 1,18V bei 10mA. Der Sperrstrom (IR) ist sehr niedrig (<1 µA).
• Ausgangskenngrößen - Aus-Zustand:Der Leckstrom (Ileak) im ausgeschalteten Zustand des SSR ist mit maximal 1 µA spezifiziert, was auf eine ausgezeichnete Sperrfähigkeit hinweist.
• Ausgangskenngrößen - Ein-Zustand:Der Schlüsselparameter ist der Einschaltwiderstand (Rd(ON)). Dieser variiert erheblich zwischen den Modellen und Anschlusstypen:
  • Anschluss A:Höchste Strombelastbarkeit, höchster Rd(ON) (z.B. EL606A: 0,75Ω typ., 2,5Ω max.).
  • Anschluss B:Ausgewogene Belastbarkeit, mittlerer Rd(ON).
  • Anschluss C:Geringere Strombelastbarkeit, niedrigster Rd(ON) (z.B. EL606A: 0,2Ω typ., 0,5Ω max.).
  Die Wahl beinhaltet einen Kompromiss zwischen maximalem Laststrom und Verlustleistung (I²R-Verlust).
• Ausgangskapazität (Cout):Liegt im Bereich von 30 pF bis 85 pF. Eine niedrigere Kapazität ist vorteilhaft für Hochfrequenzschaltungen, um Verluste zu reduzieren.
• Übertragungskenngrößen:Definiert den Eingangsstrom, der erforderlich ist, um den Ausgang zuverlässig einzuschalten (IF(on), max. 3 mA) und auszuschalten (IF(off), min. 0,4 mA). Dies gewährleistet klare Schaltschwellen.
• Schaltgeschwindigkeit:Die Einschaltzeit (Ton) liegt typischerweise zwischen 0,35 ms und 1,3 ms. Die Ausschaltzeit (Toff) ist sehr schnell, typischerweise 0,1 ms. Diese sind langsamer als bei einigen SSRs, aber für viele industrielle Steuerungsanwendungen ausreichend.
• Isolationsparameter:Der Isolationswiderstand (RI-O) ist extrem hoch (>5×10¹⁰ Ω), und die Isolationskapazität (CI-O) ist niedrig (1,5 pF typ.).

4. Kennlinien und grafische Daten

Das Datenblatt enthält typische Kennlinien (obwohl im bereitgestellten Text nicht detailliert). Diese würden typischerweise darstellen:

• Durchlassspannung vs. Durchlassstrom (Vf-If):Für die Eingangs-LED, zeigt ihr diodenähnliches Verhalten.
• Einschaltwiderstand vs. Laststrom (Rd(ON)-IL):Zeigt, wie sich Rd(ON) mit der Höhe des geschalteten Stroms ändern kann.
• Einschaltwiderstand vs. Umgebungstemperatur (Rd(ON)-Ta):Kritisch für das thermische Design, da Rd(ON) typischerweise mit der Temperatur ansteigt, was zu höheren Verlusten führt.
• Übertragungskennlinie:Stellt den Ausgangszustand (ein/aus) gegenüber dem Eingangs-LED-Strom grafisch dar und definiert visuell die Ein-/Ausschaltschwellen und die Hysterese.

Diese Kurven sind für Entwickler unerlässlich, um das Bauteilverhalten unter nicht standardmäßigen oder variierenden Bedingungen jenseits der typischen 25°C-Werte zu verstehen.

5. Mechanische, Gehäuse- und Montageinformationen

5.1 Pinbelegung und Schaltplan

Das 6-Pin-DIP hat eine Standard-Pinbelegung:

• Pin 1: LED-Anode (+)
• Pin 2: LED-Kathode (-)
• Pin 4, 6: MOSFET-Drain (Ausgangsklemmen, typischerweise für DC austauschbar)
• Pin 5: MOSFET-Source (Gemeinsame Ausgangsklemme)
• Pin 3: Intern nicht verbunden (NC), kann für mechanische Stabilität genutzt werden.

Der interne Schaltplan zeigt die LED, die eine photovoltaische Anordnung ansteuert, die eine Spannung erzeugt, um die N-Kanal-MOSFET-Endstufe einzuschalten.

5.2 Gehäuseabmessungen und Montage

Detaillierte mechanische Zeichnungen werden bereitgestellt für:

• Standard-DIP-Typ:Für Durchsteckmontage auf Leiterplatten.
• Option S1 Typ (Niedrigprofil-Oberflächenmontage):Für SMD-Montage.
• Empfohlenes Pad-Layout:Für die SMD-Version, um eine ordnungsgemäße Lötstellenbildung während des Reflow-Lötens sicherzustellen.

Abmessungen umfassen Gehäusegröße, Pinabstand (typisch 2,54mm Raster für DIP), Anschlusslänge und Abstandshöhe.

5.3 Bauteilkennzeichnung

Bauteile sind oben mit einem Code gekennzeichnet: "EL"-Präfix, Teilenummer (z.B. 660A), einstelliger Jahrescode (Y), zweistelliger Wochencode (WW) und ein VDE-Optionscode (V). Dies ermöglicht die Rückverfolgbarkeit.

5.4 Löt- und Handhabungsrichtlinien

Basierend auf den absoluten Maximalwerten:

• Reflow-Löten (SMD):Die Spitzentemperatur darf 260°C nicht überschreiten, und die Zeit über 260°C sollte auf 10 Sekunden begrenzt sein, um Schäden zu vermeiden.
• Wellen-/Handlöten (DIP):Standardverfahren gelten, aber thermische Belastung sollte minimiert werden.
• ESD-Vorsichtsmaßnahmen:Obwohl MOSFET-basiert, ist der Ausgang durch die photovoltaische Ansteuerung geschützt. Standard-ESD-Handhabung für empfindliche Bauteile wird empfohlen.
• Lagerung:Trocken und antistatisch innerhalb des Temperaturbereichs von -40°C bis +125°C lagern.

6. Verpackungs- und Bestellinformationen

6.1 Modellnummernsystem

Die Teilenummer folgt dem Format:EL6XXA(Y)(Z)-V

• XX:Teilenummer, die Ausgangsspannung/-strom definiert (06, 25, 40, 60).
• Y:Anschlussform-Option. 'S1' bezeichnet Oberflächenmontage Niedrigprofil. Leer bezeichnet Standard-DIP.
• Z:Band- und Rollenoption für SMD-Teile (TA, TB, TU, TD). Leer für Rohrverpackung.
• V:Bezeichnet die VDE-sicherheitsgeprüfte Option.

Beispiel: EL660AS1(TA)-V ist ein 600V, 50-80mA SSR im SMD-Gehäuse auf TA-Band und -Rolle, VDE-geprüft.

6.2 Verpackungsspezifikationen

• Standard-DIP:Verpackt in Röhrchen, 65 Einheiten pro Röhrchen.
• Oberflächenmontage (S1):Verpackt auf Band und Rolle, 1000 Einheiten pro Rolle. Detaillierte Bandabmessungen (Taschengröße A, B, Loch Do, D1, Raster E, F) und Rollenspezifikationen werden für die Einrichtung von automatischen Bestückungsmaschinen bereitgestellt.

7. Anwendungsrichtlinien und Designüberlegungen

7.1 Zielanwendungen

Diese SSRs eignen sich für ein breites Spektrum von Anwendungen, die zuverlässiges, isoliertes Schalten erfordern:

• Telekommunikations- & Vermittlungstechnik:Signalweiterleitung, Leitungskarten-Schnittstellen.
• Prüf- & Messtechnik:Schalten von Sensoreingängen, Multiplexen von Signalen.
• Fabrikautomation (FA) & Büroautomation (OA):Steuerung von Magnetventilen, kleinen Motoren, Lampen und Heizungen.
• Industrielle Steuerungssysteme (ICS):PLC-Ausgangsmodule, Schnittstelle zwischen Logik- und Leistungsschaltungen.
• Sicherheitssysteme:Schalten von Alarmanlagen, Türschlössern oder Kamera-Stromversorgung.

7.2 Kritische Designaspekte

1. Eingangs-Treiberschaltung:Verwenden Sie einen strombegrenzenden Widerstand in Reihe mit der LED. Berechnen Sie den Widerstandswert basierend auf der Versorgungsspannung (z.B. 3,3V, 5V, 12V), dem gewünschten LED-Strom (5-10mA typ. für garantiertes Einschalten) und der VF der LED. Stellen Sie sicher, dass die Treiberschaltung mindestens den maximalen IF(on) (3mA) liefern und unter IF(off) (0,4mA) ziehen kann, um das Ausschalten zu garantieren.
2. Ausgangslastüberlegungen:
   • Spannungsfestigkeit:Wählen Sie ein Modell (EL606A/625A/640A/660A), bei dem die maximale Lastspannung (einschließlich Transienten) unter der VL-Nennspannung des Bauteils liegt. Ein Absenken der Nennwerte (z.B. Verwendung eines 400V-Teils für eine 240VAC-Leitung) ist gute Praxis.
   • Strombelastbarkeit:Wählen Sie basierend auf dem kontinuierlichen RMS- oder DC-Laststrom. Berücksichtigen Sie den Kompromiss des Anschlusstyps (A/B/C). Der Laststrom darf unter ungünstigsten Temperaturbedingungen den spezifizierten IL für den gewählten Anschluss und das Modell nicht überschreiten.
   • Induktive Lasten:Beim Schalten induktiver Lasten (Relais, Magnetventile, Motoren) ist eine Löschgliedschaltung (RC-Netzwerk) oder eine Freilaufdiode (für DC) parallel zur Lastunerlässlich, um Spannungsspitzen zu unterdrücken, die die Durchbruchspannung des SSR überschreiten können.
   • Einschaltstrom:Für Lasten wie Lampen oder kapazitive Lasten mit hohem Einschaltstoßstrom stellen Sie sicher, dass der Spitzenstoßstrom innerhalb der ILPeak-Belastbarkeit liegt. Ein NTC-Thermistor oder ein anderer Einschaltstrombegrenzer kann erforderlich sein.
3. Thermisches Management:Die Verlustleistung (Pout) im SSR wird als I_last² * Rds(on) berechnet. Bei maximalem Strom und erhöhter Temperatur kann dies erheblich sein. Stellen Sie sicher, dass das Leiterplattenlayout ausreichend Kupferfläche für die Wärmeableitung bietet, insbesondere für die SMD-Version. Überschreiten Sie nicht die maximale Sperrschichttemperatur, die mit der Umgebungstemperatur (Ta) und dem thermischen Widerstand verknüpft ist.
4. Leiterplattenlayout:Halten Sie Kriech- und Luftstrecken auf der Leiterplatte zwischen Eingangs- und Ausgangsleitungen gemäß Sicherheitsnormen (z.B. IEC 61010-1) ein. Halten Sie Hochstrom-Ausgangsleitungen kurz und breit.

8. Technischer Vergleich und Auswahlhilfe

Die vier Modelle in dieser Serie bilden eine klare Hierarchie basierend auf Spannungs- und Stromfähigkeit:

• EL606A (60V):Für Niederspannungs-DC-Anwendungen. Bietet den höchsten Dauerstrom (bis zu 800mA in Anschluss C) und den niedrigsten Einschaltwiderstand.
• EL625A (250V):Geeignet für 120VAC-Netzspannungsanwendungen (mit Absenkung) oder mittlere DC-Systeme. Gute Balance zwischen Strom (bis zu 300mA) und Spannung.
• EL640A (400V):Ideal für 240VAC-Netzspannungsanwendungen. Strombelastbarkeit bis zu 150mA.
• EL660A (600V):Für Hochspannungs-DC oder anspruchsvolle industrielle AC-Leitungen mit signifikanten Transienten. Strombelastbarkeit bis zu 80mA.

Vergleich mit elektromechanischen Relais (EMR):Diese SSRs bieten kein Kontaktprellen, eine viel längere Lebensdauer (Milliarden von Zyklen), geräuschlosen Betrieb und eine bessere Widerstandsfähigkeit gegen Stoß und Vibration. Sie sind im Allgemeinen langsamer, haben höhere Anschaffungskosten und haben einen nicht-null Einschaltwiderstand, der zu Wärmeentwicklung führt.

Vergleich mit anderen SSRs:Die photovoltaische MOSFET-Kopplung bietet sehr geringen Ausgangsleckstrom und stabilen Einschaltwiderstand. Sie unterscheidet sich von Triac-basierten SSRs für AC-Schaltungen, da diese MOSFET-basierten Relais DC schalten können.

9. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

9.1 Kann dieses SSR Wechselstromlasten schalten?

Yes.Der MOSFET-Ausgang ist im ausgeschalteten Zustand bidirektional. Die Body-Diode eines einzelnen MOSFETs macht ihn jedoch im eingeschalteten Zustand unidirektional. Für echtes AC-Schalten werden oft zwei MOSFETs antiparallel verwendet. Das Datenblatt besagt "ermöglicht AC/DC- und DC-nur Ausgangsanschlüsse." Der Schaltplan und die Anschlussdiagramme (A, B, C) zeigen einen einzelnen MOSFET. Daher ist für AC-Schalten eine externe Schaltung oder eine spezifische Anschlusskonfiguration (wahrscheinlich unter Einbeziehung beider Drain-Pins 4 & 6) impliziert, um den Strom in beide Richtungen im eingeschalteten Zustand zu sperren. Der Entwickler muss die detaillierten Anschlussdiagramme konsultieren, um AC-Schalten korrekt zu implementieren.

9.2 Was ist der Unterschied zwischen Anschluss A, B und C?

Dies sind verschiedene interne oder externe Verdrahtungskonfigurationen der photovoltaischen Anordnung und der MOSFET(s), die maximale Laststromfähigkeit (IL) gegen niedrigeren Einschaltwiderstand (Rd(ON)) austauschen.Anschluss Apriorisiert hohe Stromfähigkeit.Anschluss Cpriorisiert den niedrigstmöglichen Leitungsverlust (niedrigster Rd(ON)).Anschluss Bbietet einen Mittelweg. Die Wahl hängt davon ab, ob Ihr Design durch Stromtragfähigkeit oder Verlustleistung/Spannungsabfall begrenzt ist.

9.3 Wie berechne ich die Verlustleistung und die erzeugte Wärme?

Die im SSR dissipierte Leistung (P_ssr) stammt fast vollständig vom Ausgangs-MOSFET:P_ssr = I_last² * Rds(on). Verwenden Sie für eine konservative Schätzung den maximalen Rds(on) aus dem Datenblatt bei Ihrer erwarteten Betriebssperrschichttemperatur. Beispiel: Ein EL606A in Anschluss C (Rds(on)_max = 0,5Ω), der 500mA DC schaltet, dissipiert P = (0,5)² * 0,5 = 0,125W. Diese Wärme muss über die Pins und das Leiterplattenkupfer abgeführt werden, um die Sperrschichttemperatur innerhalb der Grenzen zu halten.

9.4 Ist ein Kühlkörper erforderlich?

Für das SMD-Gehäuse bei höheren Strömen, ja. Der Bedarf hängt von der berechneten Verlustleistung, dem thermischen Widerstand von Sperrschicht zu Umgebung (RθJA) für Ihr Leiterplattenlayout und der maximalen Umgebungstemperatur ab. Wenn die berechnete Sperrschichttemperatur (Tj = Ta + (P_ssr * RθJA)) sich 85°C nähert oder überschreitet, ist eine verbesserte Wärmeableitung (mehr Kupfer, Wärmedurchkontaktierungen, externer Kühlkörper) erforderlich.

10. Funktionsprinzip

Das SSR arbeitet nach dem Prinzip der optischen Isolierung und photovoltaischen Spannungserzeugung. Wenn ein Strom durch die Eingangs-AlGaAs-Infrarot-LED fließt, emittiert sie Licht. Dieses Licht wird von einer photovoltaischen Diodenanordnung auf der Ausgangsseite detektiert. Diese Anordnung erzeugt eine Leerlaufspannung, die ausreicht, um das Gate des/der N-Kanal-MOSFET(s) in der Endstufe vollständig zu öffnen. Dies schaltet den MOSFET ein und erzeugt einen niederohmigen Pfad zwischen seinen Drain- und Source-Anschlüssen, wodurch der "Schalter" geschlossen wird. Wenn der LED-Strom entfernt wird, bricht die photovoltaische Spannung zusammen, das MOSFET-Gate entlädt sich und das Bauteil schaltet aus. Der optische Pfad sorgt für die hohe elektrische Isolierung.

11. Branchenkontext und Trends

Halbleiterrelais gewinnen in vielen Anwendungen weiterhin Marktanteile gegenüber elektromechanischen Relais, bedingt durch die Nachfrage nach höherer Zuverlässigkeit, längerer Lebensdauer und Miniaturisierung. Trends, die die SSR-Entwicklung vorantreiben, umfassen:

• Höhere Leistungsdichte:Entwicklung von SSRs mit niedrigerem Rds(on), um mehr Strom in kleineren Gehäusen zu handhaben und Leiterplattenfläche zu reduzieren.
• Integration:Einbau von Schutzfunktionen wie Überstromerkennung, thermische Abschaltung und Zustandsrückmeldung in das SSR-Gehäuse.
• Breitere Spannungsbereiche:Bauteile für sowohl Niederspannungs- (z.B. 12V/24V Automotive/Industrie) als auch Netzspannungsanwendungen sind gefragt.
• Verbesserte Isolationsmaterialien:Verbesserung der Sicherheitsbewertungen und Zuverlässigkeit durch fortschrittliche Vergussmassen und interne Konstruktion.

Die in diesem Datenblatt beschriebene Bauteilfamilie stellt eine ausgereifte, gut charakterisierte Lösung für universelle isolierte Schaltanforderungen in mehreren Branchen dar.