Datenblatt des EL101XH-G Fototransistor-Optokopplers - 4-poliges SOP-Gehäuse - 8mm Kriechstrecke - 5000Vrms Isolationsspannung - Halogenfrei - Technisches Dokument in vereinfachtem Chinesisch

1. Produktübersicht

Die EL101XH-G-Serie ist eine Reihe von Hochleistungs-Fototransistor-Optokopplern (Optokoppler), die für eine zuverlässige Signalisolierung in anspruchsvollen elektronischen Anwendungen konzipiert sind. Diese Bauteile sollen eine robuste elektrische Isolationsbarriere zwischen Eingangs- und Ausgangsschaltung bieten und so verhindern, dass Erdungsschleifen, Spannungsspitzen und Rauschen zwischen verschiedenen Teilen des Systems übertragen werden. Ihre Kernfunktion wird durch die optische Kopplung einer Infrarot-Leuchtdiode mit einem Silizium-Fototransistor-Detektor realisiert, wobei alle Komponenten in einem kompakten 4-poligen Kleinbaugehäuse (SOP) untergebracht sind.

Ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal dieser Serie ist8 mm langer Kriechstrecke, was die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Anwendungen mit hoher Isolationsspannung erheblich verbessert. Dieses Design kombiniert5000 V_EffektivwertIsolationsspannungNennwerte, wodurch die Serie für industrielle Steuerungssysteme, Stromversorgungen und Elektrogeräte geeignet ist, bei denen Anwendersicherheit und Geräteschutz entscheidend sind. Das Bauteil verwendet zudemHalogenfreiFertigungsverfahren, das durch Begrenzung des Brom- (Br) und Chlorgehalts (Cl) Umweltvorschriften entspricht.

Die Zielmärkte der EL101XH-G-Serie sind breit gefächert und umfassen Industrieautomatisierung, Telekommunikation, Messinstrumente und Haushaltsgeräte. Typische Anwendungen umfassen die Isolierung in E/A-Modulen von speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS), die Signalübertragung in Telekommunikationsgeräten, die Schnittstellenisolierung in Messinstrumenten sowie die Sicherheitsisolierung in Haushaltsgeräten wie Ventilatorheizungen.

2. Detaillierte technische Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, die zu einer dauerhaften Beschädigung des Bauteils führen können. Ein Betrieb bei oder über diesen Grenzen wird nicht garantiert.

• Eingangs-Vorwärtsstrom (I_F)): 50 mA (kontinuierlich). Dies ist der maximale Gleichstrom, der durch die Infrarot-LED fließen darf.
• Spitzen-Strom (I_FP)): 1 A (für 1 µs Puls). Diese Spezifikation ist entscheidend, um kurze Stromspitzen während Schaltvorgängen zu verkraften.
• Eingangssperrspannung (V_R)): 6 V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann die LED beschädigen.
• Ausgangskollektor-Emitter-Spannung (V_CEO)): 80 V. Dies ist die maximale Spannung, die der Kollektor des Fototransistors im Verhältnis zu seinem Emitter aushalten kann, wenn die Basis (lichtgesteuert) offen ist.
• Gesamtverlustleistung (P_TOT)): 250 mW. Dies ist die maximale Gesamtleistung, die das gesamte Bauteil dissipieren kann und begrenzt das Produkt aus Eingangsstrom/-spannung und Ausgangsstrom/-spannung.
• Isolationsspannung (V_ISO)): 5000 V_Effektivwert, für eine Dauer von 1 Minute. Dieser kritische Sicherheitsparameter wird getestet, indem die Pins 1 und 2 sowie die Pins 3 und 4 jeweils kurzgeschlossen werden und eine Hochspannung zwischen diesen beiden Gruppen angelegt wird.
• Betriebstemperatur (T_OPR)): -55°C bis +125°C. Dieser weite Bereich gewährleistet die Funktionalität unter rauen industriellen und automobilen Umgebungsbedingungen.
• Löttemperatur (T_SOL)): 260°C für 10 Sekunden. Dies dient als Richtlinie für das Reflow-Lötverfahren.

2.2 Optoelektronische Eigenschaften

Diese Parameter definieren die Leistung des Bauteils unter normalen Betriebsbedingungen (sofern nicht anders angegeben, T_a= 25°C).

2.2.1 Eingangseigenschaften (LED-Seite)

• Durchlassspannung (V_F)): Typischer Wert 1,2 V, maximal 1,4 V bei I_F= 10 mA. Dies dient zur Berechnung des erforderlichen Vorwiderstands.
• Sperrstrom (I_R)): bei V_RMaximal 10 µA bei = 6V, was auf gute Leckage-Eigenschaften der Diode hinweist.
• Eingangskapazität (C_in)): Typisch 50 pF. Dies beeinflusst das Hochfrequenz-Schaltverhalten auf der Eingangsseite.

2.2.2 Ausgangscharakteristik (Phototransistor-Seite)

• Kollektor-Emitter-Dunkelstrom (I_CEO)): bei V_CE= 48V, I_F= maximal 200 nA bei 0mA. Dies ist der Leckstrom, wenn die LED ausgeschaltet ist, und wichtig für die Signalintegrität im Aus-Zustand.
• Kollektor-Emitter-Durchbruchspannung (BV_CEO)): minimal 80V bei I_C= 0.1mA, was die Hochspannungsfähigkeit bestätigt.
• Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung (V_CE(sat))): minimal 80V bei I_F= 10mA, I_C= 1mA maximal 0,3V. Eine niedrige Sättigungsspannung ist wünschenswert, wenn der Ausgang als Schalter im "EIN"-Zustand verwendet wird.

2.2.3 Übertragungscharakteristik

Diese Parameter definieren die Kopplungseffizienz und Geschwindigkeit zwischen Eingang und Ausgang.

• Current Transfer Ratio (CTR): Dies ist der zentrale Leistungsparameter, definiert als (I_C=5V, I_F=5mA) unter spezifizierten Bedingungen (V_CE/ I_F) * 100%. Die EL101XH-G-Serie bietet mehrere CTR-Klassen an:
  • EL1010H: 50% bis 600% (Breiter Bereich)
  • EL1011H: 100 % bis 200 %
  • EL1017H: 80 % bis 160 %
  • EL1018H: 130 % bis 260 %
  • EL1019H200 % bis 400 %
  Eine höhere CTR-Klasse ermöglicht die Verwendung eines geringeren Eingangs-LED-Stroms, um denselben Ausgangsstrom zu erzielen, wodurch die Effizienz der Stromversorgung verbessert wird.
• Isolationswiderstand (R_IO)): Mindestens 5 x 10 bei 500 V DC¹⁰Ω. Dieser extrem hohe Widerstandswert bestätigt die Qualität des internen Isoliermaterials.
• Floating-Kapazität (C_IO)): Maximal 1,0 pF. Diese geringe Gehäusekapazität ist entscheidend für eine hohe Gleichtakt-Transienten-Immunität (CMTI) in rauschintensiven Umgebungen.
• Schaltzeit: Testbedingung V_CE=5V, I_C=5mA, R_L=100Ω.
  • Einschaltzeit (t_on): Typischer Wert 12 µs.
  • Abschaltzeit (t_off): Typischer Wert 10 µs.
  • Anstiegszeit (t_r) und Abfallzeit (t_f): jeweils maximal 18 µs.
  Diese Geschwindigkeiten eignen sich für die Isolierung digitaler Signale mittlerer Frequenz (Zehntausende von Hz).

3. Beschreibung des Klassifizierungssystems

Die EL101XH-G-Serie verwendetEin auf CTR basierendes Einstufungssystem, das ist der Hauptunterschied zwischen den verschiedenen Modellen. Das Modell EL101XDas "X" in H-G steht für die CTR-Klasse (0, 1, 7, 8, 9). Jede Klasse entspricht einem bestimmten minimalen und typischen CTR-Bereich, siehe Abschnitt 2.2.3. Dies ermöglicht es Entwicklern, ein Bauteil mit dem für ihre Anwendung genau benötigten Verstärkungsfaktor auszuwählen. Die Wahl einer höheren CTR-Klasse (z.B. EL1019H) kann den für die Eingangs-LED erforderlichen Treiberstrom reduzieren, was den Leistungsverbrauch und die Wärmeentwicklung verringert. Umgekehrt kann für Anwendungen mit ausreichendem Treiberstrom eine niedrigere CTR-Klasse ausreichend sein.

4. Analyse der Leistungskurve

Obwohl das PDF auf eine "typische optoelektronische Kennlinie" hinweist, enthält der Textinhalt kein spezifisches Diagramm. Typischerweise enthalten solche Datenblätter Kurven, die folgende Zusammenhänge darstellen:

• CTR vs. Vorwärtsstrom (I_F)): Diese Kurve zeigt, wie sich das Stromübertragungsverhältnis mit dem LED-Treiberstrom ändert. Der CTR sinkt typischerweise bei sehr hohem I_Faufgrund von Erwärmung und abnehmender Effizienz.
• CTR in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur (T_a)): Dies ist die entscheidende Kurve für das thermische Design. Der CTR eines fototransistor-gekoppelten Optokopplers hat typischerweise einen negativen Temperaturkoeffizienten, was bedeutet, dass er mit steigender Temperatur abnimmt. Entwickler müssen diese Entwertung über den gesamten Betriebstemperaturbereich berücksichtigen.
• Kollektorstrom in Abhängigkeit von der Kollektor-Emitter-Spannung (I_C-V_CE)): Diese Ausgangskennlinien, aufgetragen für verschiedene Eingangsströme (I_F), zeigen den Arbeitsbereich (Sättigungsbereich, Verstärkungsbereich) des Fototransistors.
• Vorwärtsspannung vs. Vorwärtsstrom (V_F-I_F)): Standard LED I-V curve, useful for thermal management on the input side.

Designer sollten das offizielle Datenblatt mit grafischen Diagrammen konsultieren, um das Verhalten des Bauteils unter nicht standardmäßigen Bedingungen genau zu simulieren.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Pin-Konfiguration

Das 4-Pin-SOP-Gehäuse hat folgende Pinbelegung:

1. Eingang für die Infrarot-LEDAnode
2. 。Eingang für die Infrarot-LED
3. Kathode。
4. Ausgang des FototransistorsEmitter

。

Ausgang des Fototransistors

Kollektor

。

Dies ist die Standardkonfiguration für einen fototransistoroptokoppler.5.2 Gehäuseabmessungen und Lötpads-LayoutDas Bauteil wird als "kompaktes 4-Pin-SOP mit einer Höhe von 2,2 mm" beschrieben. Das PDF enthält eine "Gehäuseabmessungen"-Zeichnung und ein "Empfohlenes Lötflächenlayout für Oberflächenmontage". Die Lötflächenlayout-Empfehlung dient nur als Referenz; das Datenblatt empfiehlt ausdrücklich, dass Designer die Lötflächengröße basierend auf ihren spezifischen PCB-Fertigungsprozessen und thermischen Anforderungen anpassen. Ein korrektes Lötflächendesign ist für zuverlässige Lötverbindungen und mechanische Festigkeit entscheidend.

6. Löt- und Montageanleitung

Die bereitgestellten Schlüsselparameter sind

Schweißtemperatur260°C für 10 Sekunden. Dies entspricht dem typischen bleifreien Reflow-Lötprofil (IPC/JEDEC J-STD-020). Designer und Hersteller müssen sicherstellen, dass ihr Reflow-Ofenprofil diese Temperaturdauer nicht überschreitet, um Schäden am internen Epoxid-Formstoff und an den Bonddrähten zu vermeiden. Es sind die Standardhandhabungsverfahren für feuchtigkeitsempfindliche Bauteile (MSL-Level, im bereitgestellten Text nicht angegeben, sollte aber im vollständigen Datenblatt überprüft werden) einzuhalten, einschließlich des Backens, falls die Verpackung einer Umgebungsfeuchtigkeit ausgesetzt war, die über ihrem spezifizierten Niveau liegt.

• 7. Verpackungs- und Bestellinformationen7.1 Modellbezeichnungssystematik
• XDie Modellnummer folgt dem folgenden Format:
• HEL101X H(Y)- VG
• EL101: Grundmodell.
• V: CTR-Klasse (0, 1, 7, 8, 9).
• G: Zeigt die Fähigkeit zum Betrieb bei hohen Temperaturen an.

(Y)

: Bandrollen-Verpackungsoption. Kann TA, TB oder keine (für Rohrverpackung) sein.

: Optionale Nachsilbe, die die VDE-Sicherheitszertifizierung angibt.

• : Gibt eine halogenfreie Konstruktion an.Beispiel: EL1018H-VG ist eine halogenfreie Version mit CTR-Klasse 8 und VDE-Zertifizierung.
• 7.2 VerpackungsspezifikationDas Bauteil ist in zwei Hauptverpackungsformen erhältlich:

Röhrenverpackung

: 100 Stück pro Rohr. Optionen: Standardversion oder Version mit VDE-Zertifizierung.Bandrollenverpackung

• EL: 3000 Stück pro Rolle. Zwei Zuführrichtungsoptionen (TA und TB) verfügbar. Das Datenblatt enthält detaillierte Abmessungen der Trägerbahn (Ao, Bo, Po, P etc.) für die Programmierung von Bestückungsautomaten.
• 7.3 BauteilkennzeichnungAuf der Oberseite des SOP-Gehäuses ist folgender Code aufgedruckt:
• HEL 101X H Y WW V
• YHerstellercode.
• WW101X
• VBauteilnummer (X steht für die CTR-Klasse).

Kennzeichnung für Arbeiten bei hohen Temperaturen.

1-stelliger Jahrescode.

2-stelliger Wochencode.

1. Optionale Kennzeichnung für die VDE-zertifizierte Version.8. Anwendungsempfehlungen_CC8.1 Typische Anwendungsschaltung
2. Optokoppler können in zwei Hauptbetriebsarten eingesetzt werden:Digitales Schalten/Isolieren

: Die Eingangs-LED wird von einem digitalen Signal (z.B. von einem Mikrocontroller-GPIO) angesteuert. Der fotoelektrische Transistorausgang fungiert als Schalter und zieht die Leitung über einen Pull-up-Widerstand auf Masse oder V

• . Die Schaltzeitspezifikationen bestimmen die maximale Datenrate.Lineare SignalisolierungDurch den Betrieb des Fototransistors im linearen Bereich (nicht gesättigter Bereich) kann er zur Übertragung analoger Signale verwendet werden. Die Nichtlinearität des CTR und seine Temperaturabhängigkeit machen dies jedoch ohne zusätzliche Kompensationsschaltung schwierig. Für solche Aufgaben werden üblicherweise spezielle lineare Optokoppler eingesetzt.8.2 Designhinweise_FEingangsstrombegrenzung_：Immer_{Ein externer Widerstand ist in Reihe mit der Eingangs-LED erforderlich, um den Vorwärtsstrom (I}) einzustellen. Berechnung von R_Flimit_F= (V_FAntrieb
• - V) / I
• . Sicherstellen, dass I_L)50 mA DC nicht überschreitet._LCTR-Derating mit der Temperatur_L: Berücksichtigen Sie den Rückgang des CTR bei hohen Temperaturen. Entwerfen Sie die Schaltung so, dass sie auch bei der maximalen Betriebstemperatur und unter Verwendung des minimalen CTR-Werts der gewählten Klasse ordnungsgemäß funktioniert.
• Ausgangslastwiderstand (R): Der Wert des Kollektor-Pull-up-Widerstands beeinflusst Schaltgeschwindigkeit, Leistungsaufnahme und Rauschunterdrückung. Ein kleinerer R

bietet schnellere Schaltgeschwindigkeiten, aber höheren Stromverbrauch. R

= 100Ω ist die Testbedingung zur Charakterisierung; der tatsächliche Wert liegt typischerweise zwischen 1kΩ und 10kΩ.

• Rauschunterdrückung：低耦合电容（<1pF）提供了良好的共模抑制。对于非常嘈杂的环境，确保布局干净，接地良好，并考虑在输出侧电源轨之间添加一个小旁路电容（例如0.1µF）。
• 9. Technischer Vergleich und Vorteile_{Die EL101XH-G-Serie hebt sich auf dem Markt durch mehrere Schlüsseleigenschaften hervor:})Langer Kriechstreckenabstand (8 mm)
• Im Vergleich zu Standard-SOP-Optokopplern stellt diese verlängerte Kriechstrecke einen deutlichen Vorteil für Anwendungen dar, die verstärkte Isolierung erfordern oder in verschmutzten Umgebungen betrieben werden, da sie das Risiko von Oberflächenkriechströmen verringert.Hohe Isolationsspannung (5000 V
• Effektivwert): Dies ist eine robuste Isolationsbewertung für industrielle Netzanschlussgeräte (z.B. 240V/480V-Systeme).
• Entspricht halogenfreien Standards.: Erfüllt die ökologischen und regulatorischen Anforderungen zur Reduzierung des Halogengehalts, was in grüner Elektronik zunehmend wichtig ist.

Breiter Arbeitstemperaturbereich (-55°C bis +125°C)

Übertrifft den typischen kommerziellen Bereich (0°C bis 70°C) und eignet sich daher für industrielle, automobiltechnische und militärische Anwendungen.
Ausstehende Sicherheitszertifizierungen

Das Datenblatt listet die Zertifizierungen von UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO und CQC als "ausstehend". Dies zeigt, dass das Bauteil darauf ausgelegt ist, diese strengen internationalen Sicherheitsstandards zu erfüllen.
10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

Q1: Was ist der Zweck eines großen Kriechstreckenabstands?
A1: Die Kriechstrecke ist der kürzeste Pfad entlang der Oberfläche der Isoliergehäuse zwischen zwei leitenden Teilen (Eingangs- und Ausgangsanschlüssen). Ein Abstand von 8 mm erhöht den Schutz vor Hochspannungslichtbögen oder Kriechströmen entlang der Gehäuseoberfläche, insbesondere in feuchter oder verschmutzter Umgebung, und verbessert so die Langzeitzuverlässigkeit und Sicherheit.

Q2: Wie wählt man die richtige CTR-Klasse aus?
A2: Wählen Sie basierend auf Ihrem verfügbaren Treiberstrom und dem benötigten Ausgangsstrom. Wenn Ihr Mikrocontroller nur 5mA liefern kann, wählen Sie eine hohe CTR-Klasse (z.B. EL1019H), um ausreichenden Ausgangsstrom zu erhalten. Wenn Sie ausreichend Treiberstrom zur Verfügung haben, kann eine niedrigere Klasse kostengünstiger sein. Entwerfen Sie stets für den Worst-Case (minimale CTR bei höchster Temperatur)._{Q3: Kann dies zur Isolation von Wechselstromsignalen verwendet werden?}Q4: Was ist der Unterschied zwischen der Isolationsspannung und der Nennspannung Kollektor-Emitter?A4: Die Isolationsspannung (5000VEffektivwert) bezieht sich auf das Gehäusezwischen Eingangs- und Ausgangsseite

die dielektrische Durchschlagsfestigkeit. Die Kollektor-Emitter-Spannung (80V) ist während des normalen Betriebs

die am Ausgangstransistor selbst anliegen kanndie maximale Spannung. Es handelt sich um völlig unterschiedliche Parameter.

11. Fallstudien aus der Praxis

1. Szenario:In einem industriellen PLC-Modul wird ein 3,3-V-GPIO-Signal eines Mikrocontrollers isoliert, um eine 24-V-Relais-Spule in einer separaten Stromversorgungsdomäne zu steuern._FEntwurfsschritte:_FEingangsseite:_{MCU GPIO beträgt 3,3 V. Angenommen, der gewünschte I}beträgt 5 mA, der typische V
2. beträgt 1,2 V, berechnen Sie Rlimit_F= (3,3 V - 1,2 V) / 0,005 A = 420 Ω. Verwenden Sie einen Standard-430-Ω-Widerstand.
3. CTR-Auswahl:Die Basis des Transistors, der die Relaisspule ansteuert, benötigt etwa 5mA. Bei I_L=5mA beträgt der erforderliche minimale CTR = (5mA / 5mA)*100% = 100%. Um den Betrieb bei 125°C (niedrigerer CTR) sicherzustellen, wird eine Güteklasse mit ausreichender Reserve gewählt. EL1018H (min. CTR 130%) ist eine gute Wahl.
4. Ausgangsseite:Der Kollektor des Fototransistors wird über einen Pull-up-Widerstand (R

) mit der 24-V-Stromversorgung verbunden. Der Emitter ist mit der Basis des Relaistreibertransistors (ein NPN-BJT oder das Gate eines N-Kanal-MOSFET) verbunden. Wenn der MCU-Ausgang auf High-Pegel ist, leuchtet die LED, der Fototransistor sättigt und zieht die Basis auf nahezu Massepotential, wodurch der Treiber abgeschaltet wird. Wenn der MCU-Ausgang auf Low-Pegel ist, ist die LED aus, der Fototransistor sperrt, und ein separater Vorspannungswiderstand zieht die Basis des Treibers hoch, um das Relais zu aktivieren. Eine Freilaufdiode ist über die Relaisspule erforderlich.

Layout:

Halten Sie die Eingangs- und Ausgangsleitungen auf der Leiterplatte physisch getrennt. Platzieren Sie die Entkopplungskondensatoren in der Nähe der Bauteilanschlüsse. Befolgen Sie das empfohlene Pad-Layout für zuverlässige Lötverbindungen.

1. Dieses Design bietet eine robuste Isolation und schützt den empfindlichen Mikrocontroller vor transienten Störungen, die von induktiven Relaisspulen erzeugt werden.12. FunktionsweiseEin Optokoppler (oder Optoisolator) ist ein Bauteil, das Licht zur Übertragung elektrischer Signale zwischen zwei isolierten Schaltkreisen nutzt. In der EL101XH-G-Serie:Angelegt anEingangsanschlüsse (Anode und Kathode)
2. bewirkt, dass die integrierte
3. Infrarot-Leuchtdiode (LED)Photonen emittieren.Diese Photonen breiten sich im transparenten Isoliermaterial (typischerweise Epoxidharz) innerhalb des Gehäuses aus.Photonen treffen auf.
4. Ausgangsseite的 Pins.
5. Silizium-Fototransistor_CBasiszone._FLichtenergie erzeugt in der Basiszone Elektron-Loch-Paare, die effektiv als Basisstrom fungieren und dazu führen, dass der Transistor in seinem

Kollektor und Emitter

leiten zwischen sich.

Die Größe des Ausgangskollektorsstroms (I

• ) entspricht dem Eingangs-LED-Strom (I), wobei die Proportionalitätskonstante die Stromübertragungsrate (CTR) ist.
• Der entscheidende Punkt ist, dass die einzige Verbindung zwischen Eingang und Ausgang ein Lichtstrahl ist, der eine hervorragende elektrische Isolation bietet, die durch die Eigenschaften der Isolierbarriere und den internen Abstand zwischen LED- und Fototransistor-Chip bestimmt wird.13. Branchentrends
• Der Markt für Isolationskomponenten wie Optokoppler entwickelt sich unter dem Einfluss mehrerer wichtiger Trends:Höhere Geschwindigkeiten und Bandbreiten:
• Die wachsende Nachfrage nach digitalen Isolatoren und Hochgeschwindigkeits-Optokopplern, die Kommunikationsprotokolle wie USB, CAN FD und Ethernet in isolierten Netzwerken unterstützen können, treibt die Datenraten in den Bereich von zehn bis hunderten Mbps.Integration:
• Der Trend geht dahin, mehrere isolierte Kanäle in einem einzigen Gehäuse zu integrieren oder die Isolation mit anderen Funktionen wie z.B. Gate-Treibern für Leistungs-MOSFETs/IGBTs zu kombinieren.Verschärfte Sicherheits- und Zuverlässigkeitsstandards:

In den Bereichen Industrie, Automobil (ISO 26262) und Medizingeräte verschärfen sich die Vorschriften kontinuierlich, was höhere zertifizierte Isolationsstufen, größere Kriech-/Luftstrecken sowie nachgewiesene Zuverlässigkeitsdaten für Komponenten erfordert.