EL050L-Serie Photokoppler Datenblatt - 8-Pin SOP-Gehäuse - 3,3V/5V Dualversorgung - 1Mbit/s Geschwindigkeit - Hohe Isolierung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die EL050L-Serie repräsentiert einen leistungsstarken, hochgeschwindigkeitsfähigen Transistor-Photokoppler (Optokoppler), der für Anwendungen entwickelt wurde, die eine robuste elektrische Isolierung und schnelle digitale Signalübertragung erfordern. Die Kernfunktion dieses Bauteils ist die Übertragung elektrischer Signale zwischen zwei isolierten Schaltkreisen mittels Licht, wodurch Masseschleifen verhindert, hohe Spannungen blockiert und die Rauschübertragung reduziert werden.

Im Kern enthält das Bauteil eine Infrarot-Leuchtdiode (LED), die optisch mit einem hochintegrierten Fotodetektor mit Logikgatter-Ausgang gekoppelt ist. Diese Konfiguration ermöglicht es, als digitaler Isolator zu fungieren. Es ist in einem kompakten 8-Pin Small Outline Package (SOP) untergebracht, was es für moderne Oberflächenmontageprozesse (SMT) geeignet macht.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Der EL050L ist mit mehreren Schlüsselvorteilen entwickelt, die seine Marktposition definieren:

• Hochgeschwindigkeitsbetrieb:Datenraten von bis zu 1 Megabit pro Sekunde (1Mbit/s) sind möglich, was ihn für digitale Kommunikationsschnittstellen und schnelle Schaltsteuersignale geeignet macht.
• Robuste Isolierung:Er bietet eine hohe Isolationsspannung von 3750 V_effzwischen seiner Eingangs- und Ausgangsseite und gewährleistet so Sicherheit und Zuverlässigkeit in Hochspannungsumgebungen.
• Hervorragende Störfestigkeit:Er verfügt über eine hohe Gleichtakt-Transienten-Immunität (CMTI) von mindestens 15 kV/μs, wodurch schnelle Spannungstransienten über die Isolationsbarriere hinweg unterdrückt werden. Dies ist entscheidend in verrauschten Leistungselektronikanwendungen wie Motorantrieben.
• Dualversorgungsspannung:Die Ausgangsseite ist sowohl mit 3,3V- als auch 5V-Logiksystemen kompatibel und bietet damit Designflexibilität.
• Umweltkonformität:Das Bauteil ist halogenfrei, bleifrei und entspricht RoHS, REACH sowie verschiedenen internationalen Sicherheitsnormen (UL, cUL, VDE usw.).

Zu den primären Zielmärkten gehören Industrieautomation, Rückkopplungsschaltungen in Netzteilen, Motorantriebssysteme, Kommunikationsschnittstellen-Isolierung und alle Anwendungen, bei denen Massopotenzialdifferenzen oder Hochspannungsrauschen ein Problem darstellen.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Interpretation der im Datenblatt spezifizierten Schlüsselparameter für elektrische und optische Eigenschaften.

2.1 Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Sie sind nicht für den Normalbetrieb vorgesehen.

• Eingangs-Durchlassstrom (I_F):25 mA kontinuierlich. Dies begrenzt den maximalen Gleichstrom durch die Eingangs-LED.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):50 mA für Impulse mit einem Tastverhältnis von 50% und einer Impulsbreite von 1ms. Dies ermöglicht für kurze Zeit höhere Momentan-Antriebsströme.
• Sperrspannung (V_R):5 V. Die Eingangs-LED darf keiner Sperrvorspannung ausgesetzt werden, die diesen Wert überschreitet.
• Ausgangsspannung (V_O) & Versorgungsspannung (V_CC):-0,5V bis +7V. Der Ausgangspin und der Versorgungspin müssen sich relativ zum Ausgangsmasseanschluss (GND) innerhalb dieses Spannungsbereichs befinden.
• Isolationsspannung (V_ISO):3750 V_efffür 1 Minute. Dies ist die Hochspannungs-Prüfspannung, die zwischen den kurzgeschlossenen Eingangspins (1-4) und den kurzgeschlossenen Ausgangspins (5-8) angelegt wird, um die Integrität der Isolationsbarriere zu überprüfen.
• Betriebstemperatur (T_OPR):-40°C bis +85°C. Innerhalb dieses Umgebungstemperaturbereichs wird garantiert, dass das Bauteil seine elektrischen Spezifikationen erfüllt.

2.2 Elektrische und Übertragungseigenschaften

Diese Parameter sind über den Betriebstemperaturbereich von 0°C bis 70°C garantiert, sofern nicht anders angegeben.

Eingangseigenschaften:

• Durchlassspannung (V_F):Typischerweise 1,45V, maximal 1,8V bei einem Durchlassstrom (I_F) von 16 mA. Dies ist der Spannungsabfall über der leitenden LED.
• Temperaturkoeffizient von V_F:Ca. -1,9 mV/°C. Die Durchlassspannung der LED nimmt mit steigender Temperatur ab, was ein typisches Merkmal von Halbleiterdioden ist.

Ausgangseigenschaften:

• Logik-High-Ausgangsstrom (I_OH):Sehr geringer Leckstrom (max. 0,5 µA), wenn der Eingang ausgeschaltet ist (I_F=0). Dies zeigt einen guten "Aus"-Zustand an.
• Versorgungsströme: I_CCL(Logik-Low-Zustand, Eingang ein) beträgt typischerweise 100 µA, während I_CCH(Logik-High-Zustand, Eingang aus) viel niedriger ist, typischerweise 0,01 µA. Diese Werte bestimmen den Ruhestromverbrauch der Ausgangsstufe.

Übertragungseigenschaften:

• Stromübertragungsverhältnis (CTR):Für den EL050L ist das CTR unter Standardtestbedingungen (I_F=16mA, V_O=0,4V, V_CC=3,3V, T_A=25°C) zwischen 7% und 50% spezifiziert. CTR ist das Verhältnis des Kollektorstroms des Ausgangstransistors zum Durchlassstrom der Eingangs-LED. Ein minimales CTR von 5% wird unter leicht abweichenden Bedingungen (V_O=0,5V) garantiert. Dieser Parameter ist entscheidend, um sicherzustellen, dass der Ausgang genügend Strom senken kann, um die Ausgangsspannung auf einen niedrigen Pegel zu ziehen.
• Logik-Low-Ausgangsspannung (V_OL):Typischerweise 0,12V, maximal 0,4V, wenn I_F=16mA und der Ausgang 3 mA senkt. Diese niedrige Sättigungsspannung ist für saubere Logik-Low-Signale wesentlich.

2.3 Schaltverhalten

Diese Parameter definieren das dynamische Verhalten des Photokopplers, das für Hochgeschwindigkeitsanwendungen entscheidend ist. Die Tests werden bei I_F=16mA und V_CC=3,3V durchgeführt.

• Laufzeitverzögerungen:
  • T_PHL(zu Logik Low):Maximal 2,0 µs mit einem 4,1kΩ Lastwiderstand (R_L). Schnelleres Schalten (max. 0,9 µs) wird mit einem kleineren 1,9kΩ Lastwiderstand erreicht. Dies ist die Verzögerung vom Einschalten der Eingangs-LED bis zum Absinken der Ausgangsspannung auf einen Logik-Low-Pegel.
  • T_PLH(zu Logik High):Ebenso maximal 2,0 µs (4,1kΩ) und 0,9 µs (1,9kΩ). Dies ist die Verzögerung vom Ausschalten der Eingangs-LED bis zum Ansteigen der Ausgangsspannung auf einen Logik-High-Pegel.
• Gleichtakt-Transienten-Immunität (CMTI):Ein wichtiger Robustheitsparameter. Das Bauteil wird getestet, um eine minimale Gleichtaktspannungs-Anstiegsgeschwindigkeit (dV_CM/dt) von 1000 V/μs (typisch) zu widerstehen, während der korrekte Ausgangslogikzustand (sowohl High als auch Low) aufrechterhalten wird. Der Test verwendet einen 10V Spitze-Spitze Gleichtaktimpuls. Eine hohe CMTI verhindert Fehlauslösungen durch Rauschspitzen über die Isolationsbarriere.

3. Pinbelegung und Funktionsbeschreibung

Das Bauteil verwendet ein 8-Pin SOP-Gehäuse. Die Pinbelegung ist wie folgt:

• Pin 1, 4:Nicht angeschlossen (NC). Diese Pins sind intern nicht verbunden und können frei bleiben oder in der PCB-Layout-Phase zur Abschirmung mit Masse verbunden werden.
• Pin 2:Anode der Eingangs-Infrarot-LED.
• Pin 3:Kathode der Eingangs-Infrarot-LED.
• Pin 5:Masse (GND) für die Ausgangsseitenschaltung.
• Pin 6:Ausgangsspannung (V_OUT). Dies ist der Open-Collector-Ausgang des Fotodetektors. Ein externer Pull-Up-Widerstand zu V_CCist erforderlich.
• Pin 7:Strobe- oder Bias-Spannung (V_B). Basierend auf der Beschreibung ("strobable output") bietet dieser Pin wahrscheinlich eine Möglichkeit, die Ausgangsstufe zur Rauschunterdrückung oder für Multiplexing mehrerer Bauteile zu aktivieren oder zu deaktivieren. Das Datenblatt enthält keine detaillierten Anwendungsinformationen für diesen Pin; es wird empfohlen, die Anwendungshinweise des Herstellers zu konsultieren.
• Pin 8:Versorgungsspannung (V_CC) für die Ausgangsseite. Akzeptiert 3,3V oder 5V.

4. Anwendungsrichtlinien und Designüberlegungen

4.1 Typische Anwendungsszenarien

• Gate-Treiber-Isolierung in Motorantrieben/Wechselrichtern:Isolierung der Niederspannungs-Mikrocontroller-PWM-Signale von den hochspannungsführenden, verrauschten Gate-Treiberschaltungen für IGBTs oder MOSFETs. Die hohe CMTI ist hier entscheidend.
• Rückkopplungsschleifen-Isolierung in Schaltnetzteilen (SMPS):Bereitstellung einer isolierten Spannungs-/Stromrückführung von der Sekundärseite (Ausgang) zum Primärseiten-Controller, um Sicherheit und Regelung zu gewährleisten.
• Kommunikationsschnittstellen-Isolierung:Isolierung serieller Datenleitungen (z.B. RS-485, CAN, UART), um Masseschleifen zu unterbrechen und empfindliche Logik vor Transienten zu schützen.
• Logikpegelwandlung und Massetrennung:Schnittstelle zwischen Systemen mit unterschiedlichen Massepotenzialen oder Logikspannungspegeln (z.B. 3,3V LVTTL zu 5V CMOS).
• Ersatz für Impulstransformatoren oder langsamere Phototransistor-Koppler:Bietet eine kleinere, stärker integrierte und potenziell zuverlässigere Lösung mit vergleichbarer oder besserer Geschwindigkeit.

4.2 Kritische Designaspekte

• Strombegrenzungswiderstand für den Eingang:Ein Reihenwiderstand muss immer mit der Eingangs-LED verwendet werden, um den Durchlassstrom (I_F) auf einen sicheren Wert zu begrenzen, typischerweise zwischen 5mA und 16mA gemäß den Testbedingungen des Datenblatts. Der Widerstandswert wird berechnet als R_limit= (V_drive- V_F) / I_F.
• Ausgangs-Pull-Up-Widerstand:Der Open-Collector-Ausgang an Pin 6 benötigt einen externen Pull-Up-Widerstand zu V_CC. Der Wert dieses Widerstands (R_L) ist ein kritischer Kompromiss:
  • Kleinerer R_L(z.B. 1,9kΩ):Bietet kürzere Anstiegszeiten (niedrigeres T_PLH) und eine stärkere Pull-Up-Wirkung, erhöht aber die Verlustleistung, wenn der Ausgang Low ist (I_OL= V_CC/R_L). Stellen Sie sicher, dass die Stromsenkfähigkeit des Ausgangs nicht überschritten wird.
  • Größerer R_L(z.B. 4,1kΩ oder 10kΩ):Reduziert den Stromverbrauch, führt aber zu längeren Anstiegszeiten und kann anfälliger für Störeinstrahlungen sein.
• Stromversorgungs-Entkopplung:Platzieren Sie einen 0,1µF Keramikkondensator nahe an Pin 8 (V_CC) und Pin 5 (GND), um eine lokale, niederohmige Stromquelle für schnelles Schalten bereitzustellen und Rauschen zu filtern.
• PCB-Layout für hohe CMTI:Um die hohe Gleichtakt-Transienten-Immunität aufrechtzuerhalten, minimieren Sie die parasitäre Kapazität über die Isolationsbarriere. Das bedeutet, die Eingangs- und Ausgangsleitungen auf der Leiterplatte physisch zu trennen, parallele Verläufe zu vermeiden und die in Sicherheitsnormen empfohlenen Kriech- und Luftstrecken einzuhalten.
• Verwendung des Strobe-Pins (V_B):Wenn die Strobe-Funktion nicht benötigt wird, sollte dieser Pin gemäß der Empfehlung des Herstellers angeschlossen werden, oft an V_CCoder freigelassen werden. Das Datenblatt enthält keine explizite Anleitung, daher ist eine Überprüfung erforderlich.

5. Mechanische, Verpackungs- und Montageinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen und Montage

Das Bauteil ist in einem 8-Pin SOP (Small Outline Package) untergebracht. Das Datenblatt enthält eine Gehäusezeichnung mit kritischen Abmessungen (Länge, Breite, Höhe, Rastermaß usw.). Designer müssen sich bei der Erstellung des PCB-Footprints an diese Abmessungen halten.

Ein empfohlenes Pad-Layout für die Oberflächenmontage wird typischerweise bereitgestellt, um zuverlässige Lötstellen während des Reflow-Lötens zu gewährleisten. Dieses Layout berücksichtigt Wärmeableitung und korrekte Lötfillet-Bildung.

5.2 Löten und Handhabung

• Reflow-Löten:Das Bauteil hält einer maximalen Löttemperatur (T_SOL) von 260°C für 10 Sekunden stand. Standard-Bleifrei-Reflow-Profile (IPC/JEDEC J-STD-020) sind im Allgemeinen anwendbar.
• Feuchtigkeitsempfindlichkeit:SOP-Gehäuse sind typischerweise feuchtigkeitsempfindlich. Wenn das Bauteil in einer Trockenpackung geliefert wird, muss es gemäß den Anweisungen des Herstellers getrocknet werden, wenn die Expositionszeitgrenze vor dem Löten überschritten wurde.
• Lagerbedingungen:Der absolute maximale Lagertemperaturbereich beträgt -40°C bis +125°C. Lagern Sie das Bauteil in einer trockenen, antistatischen Umgebung.

6. Bestellinformationen und Modellunterscheidung

Die Artikelnummer folgt dem Format:EL050L(Z)-V

• EL050L:Basis-Artikelnummer für die Serie.
• (Z):Option für Band und Rolle.
  • Keine: Verpackt in Tubes zu 100 Stück.
  • (TA): TA-Typ Band und Rolle, 2000 Stück pro Rolle.
  • (TB): TB-Typ Band und Rolle, 2000 Stück pro Rolle.
• -V:Optionales Suffix, das anzeigt, dass das Bauteil nach VDE-Normen zertifiziert ist. Wenn weggelassen, verfügt das Bauteil über Standardzulassungen (UL, cUL usw.).

Beispiele:

• EL050L:Standardbauteil im Tube.
• EL050L-V:VDE-zertifiziertes Bauteil im Tube.
• EL050L(TA)-V:VDE-zertifiziertes Bauteil auf TA-Typ Band und Rolle.

7. Technischer Vergleich und FAQs

7.1 Vergleich mit anderen Isolator-Typen

• vs. Traditionelle Phototransistor-Koppler:Der EL050L ist aufgrund seiner integrierten Logikgatter-Ausgangsstufe, die den Ausgang aktiv ansteuert, anstatt auf einen passiven Phototransistor zu vertrauen, deutlich schneller (1Mbit/s vs. oft <100kbit/s).
• vs. Digitale Isolatoren (CMOS-basiert):Digitale Isolatoren verwenden HF- oder kapazitive Kopplung und können viel höhere Geschwindigkeiten (z.B. 100Mbit/s+) und niedrigeren Stromverbrauch erreichen. Photokoppler wie der EL050L bieten jedoch aufgrund ihrer galvanisch trennenden optischen Isolierung, die unempfindlich gegenüber Magnetfeldern ist, im Allgemeinen eine höhere inhärente Isolationsspannung und langfristigere Zuverlässigkeit.
• vs. Impulstransformatoren:Der EL050L ermöglicht eine statische DC-Pegelwandlung, während Transformatoren nur AC-Signale übertragen. Er ist außerdem kleiner und benötigt keine komplexen Treiberschaltungen zur Signalformung.

7.2 Häufig gestellte Fragen (basierend auf Parametern)

F: Kann ich die Eingangs-LED direkt von einem 5V-Mikrocontroller-Pin ansteuern?

A: Nein. Sie müssen einen strombegrenzenden Widerstand verwenden. Für einen 5V-MCU-Pin ist V_drive=5V. Angenommen V_F≈1,5V und gewünschter I_F=10mA, dann R_limit= (5V - 1,5V) / 0,01A = 350Ω. Ein 330Ω oder 360Ω Widerstand wäre geeignet.

F: Welchen Wert sollte ich für den Pull-Up-Widerstand (R_L) am Ausgang verwenden?

A: Das hängt von Ihren Geschwindigkeits- und Leistungsanforderungen ab. Für maximale Geschwindigkeit verwenden Sie 1,9kΩ (wenn V_CC=3,3V, I_OL≈1,7mA). Für niedrigeren Stromverbrauch und moderate Geschwindigkeit sind 4,7kΩ oder 10kΩ üblich. Vergewissern Sie sich, dass der Logik-Low-Schwellwert (V_IL) Ihrer Last sicher über der V_OLdes Photokopplers bei Ihrem gewählten I_OL.

liegt.

F: Das CTR hat einen weiten Bereich (7% bis 50%). Wie wirkt sich das auf mein Design aus?_FA: Sie müssen für den ungünstigsten Fall des minimalen CTR (5% unter der spezifischen Bedingung des Datenblatts) entwerfen, um sicherzustellen, dass der Ausgang immer genug Strom senken kann, um eine gültige Logik-Low-Spannung zu erreichen. Wenn Ihr Design mit dem minimalen CTR nicht ausreichend Spielraum hat, müssen Sie möglicherweise den Eingangs-LED-Strom (I

) erhöhen.

F: Ist die Isolationsfestigkeit von 3750Veff für meine industrielle Anwendung ausreichend?

A: 3750Veff ist eine Standardfestigkeit für funktionale Isolierung in vielen industriellen Steuerungssystemen. Für verstärkte Isolierung oder Anwendungen mit höheren Netzspannungen (z.B. 480VAC Drehstrom) müssen Sie die spezifischen Sicherheitsnormen (IEC/UL 60747-5-5) prüfen, um sicherzustellen, dass die Bauteilfestigkeiten den erforderlichen Betriebsspannungen, Verschmutzungsgraden und Materialgruppenkriterien entsprechen.

8. Funktionsprinzip und Technologietrends

8.1 Funktionsprinzip

Der EL050L arbeitet nach dem grundlegenden Prinzip der optoelektronischen Wandlung. Wenn ein Durchlassstrom an die eingangsseitige Infrarot-LED (Pins 2-3) angelegt wird, emittiert sie Photonen. Diese Photonen durchqueren eine transparente Isolationsbarriere (typischerweise ein vergossenes Silikon- oder Kunststoffmaterial) und treffen auf den lichtempfindlichen Bereich des integrierten Detektors auf der Ausgangsseite. Die Detektorschaltung, die eine Fotodiode und eine Verstärkerstufe (wahrscheinlich ein Transimpedanzverstärker und ein Komparator/Logikgatter) enthält, wandelt das Lichtsignal zurück in ein elektrisches Signal. Die "strobable" Funktion an Pin 7 deutet auf einen zusätzlichen Steuereingang für diese Ausgangsstufe hin, möglicherweise zum Takten des Ausgangs, um die Leistung zu reduzieren oder Bus-Sharing zu ermöglichen. Der Schlüsselvorteil ist das völlige Fehlen einer galvanischen (elektrischen) Verbindung zwischen den beiden Seiten, was hohe Spannungsisolierung und Störfestigkeit bietet.

8.2 Branchentrends