8-Pin SOP Hochgeschwindigkeits-1Mbit/s-Transistor-Photokoppler EL045X EL050X Serie Datenblatt - Gehäuse SO-8 - Spannung 5V/15V/30V - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die EL045X- und EL050X-Serie sind Hochgeschwindigkeits-Photokoppler (Optokoppler) mit Transistorausgang, die für die Signalisolierung in anspruchsvollen elektronischen Schaltungen konzipiert sind. Jedes Bauteil integriert eine infrarote Leuchtdiode (LED), die optisch mit einem Hochgeschwindigkeits-Fotodetektor-Transistor gekoppelt ist. Ein wesentliches Konstruktionsmerkmal ist die separate Anschlussmöglichkeit für die Vorspannung der Fotodiode und den Kollektor des Ausgangstransistors. Dieses Design verbessert die Schaltgeschwindigkeit erheblich, indem die Basis-Kollektor-Kapazität des Eingangstransistors im Vergleich zu konventionellen Fototransistor-Kopplern reduziert wird. Die Bauteile sind in einem kompakten 8-Pin-Small-Outline-Gehäuse (SOP) untergebracht, das dem Standard-SO-8-Fußabdruck entspricht, und eignen sich somit für platzbeschränkte Anwendungen.

Der Kernvorteil dieser Serie liegt in der Kombination aus hoher Datenübertragungsgeschwindigkeit (bis zu 1 Mbit/s) und robuster elektrischer Isolation. Sie bieten eine hohe Gleichtakt-Transienten-Immunität (CMTI), insbesondere die Variante EL0453, die ein Minimum von 15 kV/µs garantiert, was sie ideal für rauschbehaftete Umgebungen wie Motorantriebe und Schaltnetzteile macht. Die Serie zeichnet sich durch einen weiten Betriebstemperaturbereich, die Einhaltung internationaler Sicherheits- und Umweltnormen (UL, cUL, VDE, RoHS, halogenfrei, REACH) aus und ist in verschiedenen Stromübertragungsverhältnis-Stufen (CTR) erhältlich, um verschiedenen Anwendungsanforderungen gerecht zu werden.

2. Technische Parameter im Detail

2.1 Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Dauerbetrieb des Bauteils an oder nahe diesen Grenzwerten wird nicht empfohlen.

• Eingang (LED-Seite):Der maximale Dauer-Durchlassstrom (I_F) beträgt 25 mA. Es kann ein Spitzen-Durchlassstrom (I_FP) von 50 mA unter gepulsten Bedingungen (50% Tastverhältnis, 1ms Pulsbreite) verarbeitet werden. Ein sehr hoher transiente Spitzenstrom (I_Ftrans) von 1A ist für sehr kurze Pulse (≤ 1µs, 300 pps) zulässig. Die maximale Sperrspannung (V_R) beträgt 5V.
• Ausgang (Detektor-Seite):Der mittlere Ausgangsstrom (I_O(AVG)) sollte 8 mA nicht überschreiten, mit einem Grenzwert für den Spitzenausgangsstrom (I_O(PK)) von 16 mA. Die Ausgangsspannung (V_O) kann von -0,5V bis +20V reichen, und die Versorgungsspannung (V_CC) von -0,5V bis +30V.
• Isolation & Thermisch:Die Bauteile bieten eine hohe Isolationsspannung (V_ISO) von 3750 V_eff(1 Minute getestet). Der Betriebstemperaturbereich (T_OPR) ist außergewöhnlich weit, von -55°C bis +100°C. Die maximale Löttemperatur beträgt 260°C für 10 Sekunden.

2.2 Elektrische & Übertragungskennwerte

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

• Gemessen unter Standardbedingungen (IDie typische Durchlassspannung (V_F) der LED beträgt 1,45V bei einem Durchlassstrom (I_F) von 16 mA, maximal 1,8V. Die Durchlassspannung hat einen negativen Temperaturkoeffizienten von etwa -1,9 mV/°C.
• Ausgangskennwerte:Wichtige Parameter sind der Logik-High-Ausgangsstrom (I_OH), der sehr niedrig ist (Leckstromniveau, typisch 0,001 µA bei V_CC=5,5V), und die Versorgungsströme im Logik-Low- (I_CCL, ~140 µA) und Logik-High-Zustand (I_CCH, ~0,01 µA).
• Stromübertragungsverhältnis (CTR):Dies ist ein kritischer Parameter, der die Effizienz des Optokopplers definiert. Die Serie wird in verschiedenen CTR-Stufen angeboten:
  • EL0500:CTR min. 7%, max. 50% (typischer Test: I_F=16mA, V_O=0,4V).
  • EL0501 / EL0452 / EL0453:CTR min. 19%, max. 50% (typischer Test: I_F=16mA, V_O=0,4V).
  Ein niedrigerer garantierter CTR unter spezifischen Bedingungen (z.B. 5% für EL0500, 15% für die anderen bei V_O=0,5V) ist ebenfalls spezifiziert, um die Funktionalität unter weniger idealen Bedingungen sicherzustellen.
• Logik-Low-Ausgangsspannung (V_OL):Die maximale Spannung am Ausgang, wenn das Bauteil im "EIN"-Zustand ist. Sie beträgt typisch 0,18V und ist garantiert unter 0,4V oder 0,5V, abhängig vom Laststrom (I_O).

2.3 Schaltkennwerte

Measured under standard conditions (I_F=16mA, V_CC=5V, T_A=0 bis 70°C) definieren diese Parameter die Geschwindigkeit des Bauteils.

• Laufzeitverzögerung:
  • EL0500:Die Laufzeitverzögerung zu Logik Low (t_PHL) und zu Logik High (t_PLH) beträgt maximal 2,0 µs mit einem 4,1 kΩ Lastwiderstand (R_L).
  • EL0501 / EL0452 / EL0453:Schnelleres Schalten mit t_PHLund t_PLHmaximal 1,0 µs unter Verwendung eines 1,9 kΩ Lastwiderstands.
• Gleichtakt-Transienten-Immunität (CMTI):Dies misst die Fähigkeit des Bauteils, schnelle Spannungstransienten zwischen seinen Eingangs- und Ausgangserden abzuweisen. Es ist ein entscheidender Parameter für die Störfestigkeit in isolierten Systemen.
  • EL0453:Bietet überlegene Leistung mit einergarantierten minimalenCMTI von 15.000 V/µs bei einer Gleichtaktspannung (V_CM) von 1500V Spitze-Spitze.
  • EL0500 / EL0501 / EL0452:Haben einetypischeCMTI von 1.000 V/µs bei V_CM=10V Spitze-Spitze.
  CMTI wird separat für den Ausgang im Logik-High- (CM_H) und Logik-Low-Zustand (CM_L) spezifiziert.

3. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt verweist auf typische elektro-optische Kennlinien. Während die spezifischen Grafiken im Text nicht bereitgestellt werden, umfassen Standardkurven für solche Bauteile typischerweise:

• Stromübertragungsverhältnis (CTR) vs. Durchlassstrom (I_F):Zeigt, wie sich die Effizienz mit dem LED-Treiberstrom ändert, üblicherweise mit einem Maximum bei einem spezifischen I_F.
• CTR vs. Umgebungstemperatur (T_A):Veranschaulicht die Temperaturabhängigkeit der Kopplungseffizienz, die im Allgemeinen mit steigender Temperatur abnimmt.
• Laufzeitverzögerung vs. Lastwiderstand (R_L):Zeigt, wie die Schaltgeschwindigkeit von der Ausgangslast beeinflusst wird.
• Durchlassspannung (V_F) vs. Durchlassstrom (I_F):Die Standard-I-V-Kurve für die Eingangs-LED.
• Ausgangssättigungsspannung vs. Ausgangsstrom:Zeigt die Beziehung zwischen Kollektor-Emitter-Spannung und Strom, wenn der Fototransistor gesättigt ist.

Diese Kurven sind für Entwickler unerlässlich, um die Schaltungsleistung zu optimieren, geeignete Arbeitspunkte auszuwählen und das Bauteilverhalten unter nicht standardmäßigen Bedingungen zu verstehen.

4. Mechanische & Gehäuseinformationen

4.1 Pinbelegung und Funktion

Das Bauteil verwendet ein 8-Pin-SOP-Gehäuse. Es gibt zwei primäre Pinbelegungen, die verschiedenen Teilenummern entsprechen:

• Für EL0500 / EL0501:
  1. 1. Nicht verbunden
  2. 2. Anode (LED +)
  3. Kathode (LED -)4. Nicht verbunden5. Masse (GND)6. Ausgang (V_OUT)7. Vorspannung (V_B) - Dieser Pin ist entscheidend für die Geschwindigkeitssteigerung.8. Versorgungsspannung (V_CC)
• Für EL0452 / EL0453:
  1. 1. Nicht verbunden
  2. 2. Anode (LED +)
  3. Kathode (LED -)4. Nicht verbunden5. Masse (GND)6. Ausgang (V_OUT)7. Nicht verbunden8. Versorgungsspannung (V_CC)

Die Anwesenheit des V_B-Pins (Pin 7) bei EL0500/01 ermöglicht die externe Vorspannung der Fotodiode, was der Mechanismus zur Erreichung höherer Geschwindigkeit ist. Die EL0452/43-Varianten haben dieses Vorspannungsnetzwerk wahrscheinlich intern konfiguriert.

5. Anwendungsrichtlinien

5.1 Typische Anwendungsschaltungen

Das Datenblatt enthält Referenztestschaltungen zur Messung der Schaltzeit und der Gleichtakt-Transienten-Immunität (Abbildungen 8 & 9). Diese Schaltungen dienen als Leitfaden für die Implementierung:

• Schaltzeit-Testschaltung:Beinhaltet typischerweise das Ansteuern der Eingangs-LED mit einem Pulsgenerator über einen strombegrenzenden Widerstand. Der Ausgang ist über einen Pull-up-Widerstand (R_CC= 4,1kΩ oder 1,9kΩ wie spezifiziert) mit V_Lverbunden und wird mit einem Oszilloskop überwacht. Die Laufzeitverzögerung wird zwischen den 50%-Punkten der Eingangs- und Ausgangswellenformen gemessen.
• Transienten-Immunitäts-Testschaltung:Beinhaltet das Anlegen eines hochspannungsfähigen, schnell ansteigenden Gleichtaktpulses (V_CM) zwischen den kurzgeschlossenen Eingangspins (1-4) und den kurzgeschlossenen Ausgangspins (5-8). Der Ausgangszustand wird überwacht, um sicherzustellen, dass er sich nicht fälschlicherweise aufgrund des Transienten umschaltet.

5.2 Design-Überlegungen

• LED-Strombegrenzung:Ein externer Widerstand muss in Reihe mit der Eingangs-LED verwendet werden, um den Durchlassstrom (I_F) einzustellen. Der Wert wird basierend auf der Versorgungsspannung, der Durchlassspannung der LED (V_F) und dem gewünschten I_F(oft 16 mA für optimale Geschwindigkeit/CTR) berechnet.
• Ausgangslastwiderstand (R_L):Die Wahl des Pull-up-Widerstands beeinflusst die Schaltgeschwindigkeit, den Stromverbrauch und die Logikpegel. Ein kleinerer R_Lermöglicht kürzere Anstiegszeiten, erhöht aber die Verlustleistung, wenn der Ausgang niedrig ist. Das Datenblatt spezifiziert Testbedingungen mit R_L=4,1kΩ für EL0500 und 1,9kΩ für die anderen.
• Störfestigkeit:Für Anwendungen in elektrisch rauschbehafteten Umgebungen (Motorantriebe, Industrie-Steuerungen) ist die Auswahl der EL0453-Variante aufgrund ihrer hohen garantierten CMTI entscheidend. Ein ordnungsgemäßes PCB-Layout mit kurzen Leiterbahnen und Entkopplungskondensatoren nahe den Bauteilanschlüssen ist ebenfalls wesentlich.
• CTR-Degradation:Wie bei allen Optokopplern nimmt der CTR dieser Bauteile mit der Zeit allmählich ab, insbesondere bei Betrieb bei hohen Temperaturen und hohen LED-Strömen. Das Design sollte einen ausreichenden Spielraum enthalten, um die Funktionalität der Schaltung über die beabsichtigte Lebensdauer des Produkts sicherzustellen.

6. Technischer Vergleich & Auswahlhilfe

Die EL045X/EL050X-Serie bietet eine Reihe von Optionen, die auf unterschiedliche Anforderungen zugeschnitten sind:

• EL0500 vs. EL0501 / EL0452 / EL0453:Der Hauptunterschied ist das Stromübertragungsverhältnis (CTR). Der EL0500 hat einen niedrigeren minimalen CTR (7% vs. 19%), was ihn für Anwendungen geeignet macht, bei denen der Eingangstreiberstrom höher sein kann. Die anderen bieten eine höhere Empfindlichkeit.
• EL0453 vs. Andere:Der EL0453 zeichnet sich durch seinegarantierte minimaleGleichtakt-Transienten-Immunität von 15 kV/µs aus. Dies macht ihn zur bevorzugten Wahl für Isolationsanwendungen mit hohem Rauschen wie Rückkopplungsschleifen von Schaltnetzteilen oder Gate-Treiber für Motorantriebswechselrichter, wo Spannungsspitzen häufig sind. Die anderen Varianten spezifizieren eine typische CMTI von 1000 V/µs.
• Pinbelegung:Die EL0500/01 haben einen aktiven V_B-Pin (7), während die EL0452/43 diesen als NC haben. Dies spiegelt interne architektonische Unterschiede zur Geschwindigkeitsoptimierung wider.

Auswahlzusammenfassung:Wählen Sie EL0453 für höchste Störfestigkeit. Wählen Sie EL0501/EL0452 für höhere Empfindlichkeit und Standardgeschwindigkeit. Wählen Sie EL0500 für kostenbewusste Anwendungen, bei denen ein niedrigerer CTR akzeptabel ist und der Treiberstrom keine Einschränkung darstellt.

7. Verpackung und Bestellinformationen

Die Bauteile sind in verschiedenen Verpackungsoptionen erhältlich, um den Produktionsanforderungen gerecht zu werden.

• Standardverpackung:100 Stück pro Tube.
• Band- und Rollenoptionen:Erhältlich in TA- oder TB-Rollentypen, mit 2000 Stück pro Rolle. Dies ist für die automatisierte Oberflächenmontage geeignet.
• VDE-Option:Teile können mit VDE-Zertifizierung bestellt werden (angezeigt durch das Suffix "-V").
• Teilenummerierung:Die Teilenummer folgt dem Format: EL050X(Z)-V oder EL045X(Z)-V, wobei:
  • X = Bauteilnummer (0,1 für EL050x; 2,3 für EL045x).
  • Z = Band- & Rollenoption (TA, TB oder leer für Tube).
  • -V = Optionale VDE-Zertifizierung.
  Beispiel: EL0453(TA)-V bezeichnet ein EL0453-Bauteil in TA-Band- und Rollenverpackung mit VDE-Zulassung.

8. Funktionsprinzip

Das Bauteil arbeitet nach dem Prinzip der optischen Kopplung zur elektrischen Isolation. Ein elektrisches Signal auf der Eingangsseite veranlasst die Infrarot-LED, Licht proportional zum Strom zu emittieren. Dieses Licht durchquert einen isolierenden Spalt (typischerweise ein transparentes Dielektrikum) und trifft auf den Fotodetektor auf der Ausgangsseite. In dieser Serie ist der Detektor eine lichtempfindliche Diode, die mit der Basis eines Hochgeschwindigkeitstransistors verbunden ist. Der separate Vorspannungspin (V_Bin einigen Varianten) ermöglicht die Vorspannung der Fotodiode, wodurch deren Sperrschichtkapazität minimiert wird. Wenn Licht auf die Fotodiode trifft, erzeugt es einen Strom, der direkt die Basis des Transistors ansteuert und ihn einschaltet. Dieses Design vermeidet die große Miller-Kapazität, die mit der Basis-Kollektor-Sperrschicht eines Standard-Fototransistors verbunden ist, und ermöglicht so viel schnellere Schaltgeschwindigkeiten – bis zu 1 Mbit/s. Der optische Pfad bietet galvanische Trennung, blockiert hohe Spannungen (bis zu 3750 V_eff) und unterdrückt Gleichtaktrauschen zwischen den Eingangs- und Ausgangsschaltungen.

9. Anwendungsszenarien

• Rückkopplungsschleifen in Schaltnetzteilen (SMPS):Bereitstellung einer isolierten Spannungsrückführung von der Sekundärseite zum Primärseiten-Controller, wobei sowohl Geschwindigkeit für die Regelkreisstabilität als auch hohe CMTI zur Bewältigung von Schaltrauschen erforderlich sind.
• Isolation in Motorantriebswechselrichtern:Isolierung von Gate-Treibersignalen für IGBTs oder MOSFETs in Frequenzumrichtern. Die hohe CMTI des EL0453 ist hier entscheidend, um Fehlauslösungen durch hohe dv/dt-Transienten zu verhindern.
• Industrielle Kommunikationsschnittstellen:Einsatz als Leitungsempfänger für isolierte RS-485-, CAN- oder Profibus-Netzwerke, um empfindliche Logikschaltungen vor Masseschleifen und Überspannungen zu schützen.
• Telekommunikationsgeräte:Bereitstellung von Signalisolierung in Leitungskarten oder Schnittstellenmodulen.
• Ersatz für langsame Fototransistor-Koppler:Upgrade bestehender Designs, um höhere Datenraten zu erreichen, ohne den Board-Fußabdruck zu ändern (SO-8-kompatibel).
• Haushaltsgerätesteuerung:Isolierung von Benutzerschnittstellen-Mikrocontrollern von Leistungsschaltabschnitten (z.B. in Waschmaschinen, Klimaanlagen).

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F1: Was ist der Hauptunterschied zwischen EL0500 und EL0501?

A1: Der Hauptunterschied ist das garantierte minimale Stromübertragungsverhältnis (CTR). Der EL0500 hat einen niedrigeren minimalen CTR (7% unter spezifizierten Bedingungen) im Vergleich zum EL0501 (19%). Das bedeutet, der EL0501 ist empfindlicher und kann mit etwas niedrigerem Eingangs-LED-Strom arbeiten, um denselben Ausgang zu erreichen, aber der EL0500 kann in Schaltungen, die für höhere Treiberströme ausgelegt sind, ausreichend und kostengünstiger sein.

F2: Wann sollte ich speziell die EL0453-Variante wählen?

A2: Sie sollten EL0453 wählen, wenn Ihre Anwendung in einer Umgebung mit sehr hohem elektrischem Rauschen und schnellen Spannungstransienten zwischen den isolierten Massen arbeitet. Seinegarantierte minimaleGleichtakt-Transienten-Immunität von 15 kV/µs macht ihn für einen zuverlässigen Betrieb in Motorantrieben, Hochleistungs-Schaltnetzteilen oder industriellen Steuerungssystemen unerlässlich, wo andere Varianten möglicherweise Fehlschaltungen erfahren.

F3: Wie wähle ich den Wert für den LED-strombegrenzenden Widerstand (R_serie)?

A3: Verwenden Sie das Ohmsche Gesetz: R_serie= (V_Versorgung- V_F) / I_F. V_Fist die LED-Durchlassspannung (verwenden Sie 1,8V max. für Design-Spielraum). I_Fist Ihr gewünschter Betriebsstrom (16 mA ist eine übliche Testbedingung für optimale Leistung). Für eine 5V-Versorgung: R_serie≈ (5V - 1,8V) / 0,016A ≈ 200 Ω. Überprüfen Sie stets die Verlustleistung im Widerstand.

F4: Kann ich diese Photokoppler für analoge Signalisolierung verwenden?

A4: Obwohl möglich, sind sie primär für die digitale (Ein/Aus) Signalisolierung aufgrund ihres Transistorausgangs und nichtlinearen CTR-Verhaltens ausgelegt. Für lineare analoge Isolation wäre ein dedizierter linearer Optokoppler oder ein Isolationsverstärker die geeignetere Wahl.

F5: Was ist der Zweck des V_B-Pins am EL0500/01?

A5: Der V_B-Pin wird verwendet, um eine Vorspannung an die interne Fotodiode anzulegen. Die ordnungsgemäße Vorspannung der Fotodiode reduziert deren Sperrschichtkapazität, was ein Hauptgeschwindigkeitsbegrenzungsfaktor ist. Dieses externe Vorspannungsnetzwerk ermöglicht die Hochgeschwindigkeitsleistung (1 Mbit/s) dieser Bauteile im Vergleich zu einfachen Fototransistor-Kopplern.