EL847シリーズ フォトカプラ データシート - 16ピンDIPパッケージ - 絶縁耐圧5000Vrms - CTR 50-600% - 日本語技術文書

1. 製品概要

EL847シリーズは、標準的な16ピンデュアルインレイパッケージ（DIP）に収められた4チャネルフォトトランジスタフォトカプラのファミリーです。各チャネルは、赤外線発光ダイオードと光学的に結合されたフォトトランジスタ検出器を統合しており、入力回路と出力回路の間に堅牢な電気的絶縁を提供します。このデバイスは、電位差やノイズ耐性が重要な懸念事項となる環境での信頼性の高い信号伝送のために設計されています。

中核となる機能は、光を用いて電気信号を伝送し、それによって電流絶縁を実現することです。これにより、グランドループを防止し、ノイズを抑制し、高電圧サージから敏感な回路を保護します。本シリーズは、標準的なスルーホールDIPと表面実装（SMD）リード形状の両方のオプションで提供され、異なるPCB実装プロセスに対応する柔軟性を提供します。

2. 技術パラメータ詳細

2.1 絶対最大定格

これらの定格は、デバイスに永久的な損傷が生じる可能性がある限界を定義します。これらの条件下での動作は保証されません。

• 入力順方向電流（I_F)）： 60 mA（連続）。これは入力LEDに印加できる最大の直流電流です。
• ピーク順方向電流（I_FP)）： 1 μsパルスで1 A。駆動やテストのための短時間の高電流パルスを許容します。
• 逆電圧（V_R)）： 6 V。入力LEDが耐えられる最大の逆バイアス電圧です。
• コレクタ-エミッタ電圧（V_CEO)）： 80 V。出力フォトトランジスタがオフの時に遮断できる最大電圧です。
• コレクタ電流（I_C)）： 50 mA。出力トランジスタがシンクできる最大連続電流です。
• 絶縁耐圧（V_ISO)）： 1分間 5000 V_rms。入力側と出力側の間の絶縁耐力（耐電圧）を示す重要な安全パラメータです。
• 動作温度（T_OPR)）： -55°C から +110°C。信頼性のある動作が保証される周囲温度範囲を指定します。
• はんだ付け温度（T_SOL)）： 10秒間 260°C。リフローはんだ付けプロファイルの許容範囲を定義します。

2.2 電気光学特性

これらのパラメータは、通常動作条件下（特に記載がない限りT_A= 25°C）でのデバイスの性能を定義します。

2.2.1 入力特性（LED側）

• 順方向電圧（V_F)）： I_F= 20 mAにおいて、標準値1.2V、最大1.4V。必要な電流制限抵抗を計算するために使用します。
• 逆電流（I_R)）： V_R= 4Vにおいて、最大10 μA。LEDが逆バイアスされた時の非常に低いリーク電流を示します。
• 入力容量（C_in)）： 標準値30 pF、最大250 pF。入力側の高周波スイッチング能力に影響します。

2.2.2 出力特性（フォトトランジスタ側）

• コレクタ-エミッタ暗電流（I_CEO)）： V_CE= 20V、I_F= 0mAにおいて、最大100 nA。LEDがオフの時のリーク電流です。値が低いほどノイズ耐性に優れます。
• コレクタ-エミッタ降伏電圧（BV_CEO)）： I_C= 0.1mAにおいて、最小80V。高電圧遮断能力を確認します。
• コレクタ-エミッタ飽和電圧（V_CE(sat))）： I_F= 20mA、I_C= 1mAにおいて、標準値0.1V、最大0.2V。トランジスタが完全にオン（飽和）状態の時のトランジスタ両端の電圧降下です。電力損失を最小限に抑えるために低い値が望ましいです。

2.2.3 伝達特性

• 電流伝達率（CTR））： I_F= 5mA、V_CE= 5Vにおいて、50% から 600%。これは最も重要なパラメータで、(I_C/ I_F) * 100% として定義されます。入力電流を出力電流に変換する効率を表します。広い範囲は、デバイスが異なる利得区分で入手可能であることを示しています。
• 絶縁抵抗（R_IO)）： V¹⁰= 500V DCにおいて、最小5 x 10_IOΩ。絶縁された側の間の極めて高い抵抗で、リークを最小限に保証します。
• 浮遊容量（C_IO)）： 標準値0.6 pF、最大1.0 pF。絶縁バリアを横切る寄生容量で、同相過渡耐性（CMTI）や高周波ノイズ結合に影響します。
• 遮断周波数（f_c)）： V_CE= 5V、I_C= 2mA、R_L= 100Ωにおいて、標準値80 kHz。-3dB帯域幅であり、有効なデジタル信号の最大周波数を示します。
• 立上り時間（t_r）および立下り時間（t_f)）： 指定された試験条件下で、それぞれ標準値6 μsおよび8 μs（各最大18 μs）。これらのスイッチング速度パラメータは、デジタルアプリケーションにおける最大データレートを決定する上で重要です。

3. 性能曲線分析

データシートには典型的な特性曲線が含まれています（提供されたテキストには詳細は記載されていません）。これらは通常、主要パラメータ間の関係を示し、設計者に表形式の最小/標準/最大値を超えたデバイスの動作に関するより深い理解を提供します。

• CTR vs. 順方向電流（I_F)）： 駆動電流による効率の変化を示し、特定のI_F.
• でピークに達することが多いです。CTR vs. 温度
• ）： CTRの負の温度係数を示し、通常、温度が上昇すると減少します。これは全温度範囲にわたって安定した回路を設計する上で重要です。_C出力電流（I_CE)） vs. コレクタ-エミッタ電圧（V
• ）： 異なる入力電流に対するフォトトランジスタの出力特性を示す曲線群で、バイポーラトランジスタの出力曲線に似ています。_{飽和電圧（V}CE(sat)_C)） vs. コレクタ電流（I

）： オン状態の電圧降下が負荷電流とともにどのように増加するかを示します。

4. 機械的・パッケージ情報

4.1 パッケージ外形寸法

1. このデバイスは、主に2つのリード形状オプションで提供されます：標準DIPタイプ
2. ： 2.54mm（100ミル）ピッチの16ピンを備えたスルーホールパッケージです。詳細な外形図は、本体の長さ、幅、高さ、ピン長さ、間隔を指定します。オプションSタイプ（表面実装）

： SMD実装用のガルウィングリード形状です。寸法には、PCBランドパターン設計のためのフットプリント推奨値が含まれます。安全に関連する重要な機械的特徴は、パッケージの入力側と出力側の間の沿面距離

が>7.62 mmであることです。これは、導電部品間の絶縁パッケージ表面に沿った最短距離であり、高絶縁耐圧の安全基準を満たすために不可欠です。

4.2 ピン配置と回路図

• ピン構成はシンプルで、すべてのチャネルで一貫しています：
• ピン1, 3, 5, 7： それぞれチャネル1-4のアノード。
• ピン2, 4, 6, 8： それぞれチャネル1-4のカソード。
• ピン9, 11, 13, 15： それぞれチャネル1-4のエミッタ。

ピン10, 12, 14, 16： それぞれチャネル1-4のコレクタ。

この配置により、すべての入力が片側（ピン1-8）に、すべての出力が反対側（ピン9-16）にグループ化され、物理的に絶縁バリアが強化されています。

4.3 デバイスマーキング

デバイスは上面にEL847（デバイス番号）、続いて1桁の年コード（Y）、2桁の週コード（WW）、およびそのユニットのVDE承認を示すオプションのVサフィックスでマーキングされます。

5. はんだ付け・実装ガイドライン

5.1 リフローはんだ付けプロファイル

• データシートは、無鉛はんだ付けに対応したIPC/JEDEC J-STD-020D準拠の詳細なリフロープロファイルを提供します：プリヒート
• ： 60-120秒かけて150°Cから200°C。_L液相線温度以上時間（T=217°C）
• ： 60-100秒。_P)ピーク温度（T
• ）： 最大260°C。ピーク温度±5°C以内の時間
• ： 最大30秒。最大上昇レート_{： T}smax_p.
• からTまで毎秒3°C。
• 最大下降レート： 毎秒6°C。
• 総サイクル時間： 25°Cからピークまで最大8分。

リフロー回数

： デバイスは最大3回のリフローサイクルに耐えることができます。

このプロファイルに従うことは、熱応力によるパッケージのひび割れ、剥離、または内部ダイやワイヤボンドの損傷を防ぐために重要です。6. 梱包・発注情報.

• XEL847シリーズは、以下の部品番号形式で発注されます：
• VEL847X-V

： リード形状オプション。Sは表面実装、空白（なし）は標準DIP。： オプションのサフィックスで、その特定ユニットにVDE安全認証が含まれていることを示します。

梱包

： 両バリアントとも、各20個入りのチューブで供給されます。

7. アプリケーション提案

1. 7.1 代表的なアプリケーション回路EL847は汎用性が高く、様々な構成で使用できます：
2. デジタル信号絶縁： 入力LEDを電流制限抵抗と直列に接続し、マイクロコントローラのGPIOピンに接続します。出力コレクタは、抵抗を介して絶縁側の論理電圧にプルアップできます。エミッタは通常グランドに接続します。これにより、PLCのI/Oモジュールなどで、ON/OFF信号のノイズ耐性のある伝送が実現します。
3. アナログ信号絶縁（リニアモード）： フォトトランジスタをリニア領域（飽和しない）で動作させることにより、出力電流を入力LED電流にほぼ比例させることができます。これには注意深いバイアス設定が必要であり、CTRのばらつきや温度ドリフトの影響を受けます。低帯域幅、低精度のアナログ絶縁によく使用されます。

小負荷の駆動

• ： 出力は、コレクタ電流と電圧定格を超えない限り、リレー、LED、フォトトライアックドライバなどの小さな負荷を直接駆動できます。7.2 設計上の考慮事項とベストプラクティス_FCTRの選択と回路設計_L： 広いCTR範囲（50-600%）は、注意深い設計を必要とします。デジタルスイッチングの場合、選択したI_Cと負荷抵抗（R_{）で、最小指定CTRにおいて出力トランジスタの飽和を保証するCTR区分を選択してください。条件 I}= CTR_Fmin_CC* I_Lが V
• /Rより大きくなければ、飽和を保証できません。_F速度と電流のトレードオフ_r： 高いI_fは一般にスイッチング速度を向上させ（t_F/t
• を減少）、LEDの経年劣化によりCTRを時間とともに低下させます。設計では、速度とノイズ耐性の要件を満たす最低のIを使用すべきです。_IOノイズ耐性とバイパス
• ： 同相過渡耐性（CMTI）を改善するために、入力側と出力側の両方で、電源とグランドの間にバイパスコンデンサ（例：0.1 μF）を使用し、デバイスピンにできるだけ近くに配置してください。これは内部結合容量（C）の影響を打ち消すのに役立ちます。_TOT放熱_F： 総消費電力の制限（P_F= 200 mW）を遵守してください。電力は、入力側の（I_C* V_CE）と出力側の（I

* V

）の合計として計算されます。

• 8. 技術比較と主な利点_{EL847は、いくつかの主要な特徴によって市場で差別化されています：})高絶縁耐圧（5000 V
• rms）： 多くの産業制御や電源アプリケーションの要件を超え、大きな安全マージンを提供します。
• 広い動作温度範囲（-55°C から +110°C））： 極端な温度が一般的な過酷な産業および自動車環境に適しています。
• 包括的な安全認証： UL、cUL、VDE、SEMKO、NEMKO、DEMKO、FIMKO、CQCなどの認証を取得しており、様々な世界市場向けに認証を必要とする最終製品に本デバイスを組み込むプロセスを簡素化します。
• 1パッケージに4チャネル： マルチ信号絶縁タスクに4つのシングルチャネルオプトカプラを使用する場合と比較して、基板スペースの節約とコスト効率を提供します。

2種類のパッケージオプション

： スルーホール（DIP）と表面実装（SMD）の両方の形態で入手可能であり、試作と大量自動実装の両方に柔軟性を提供します。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）_{Q1: 入力LEDの正しい電流制限抵抗を選択するにはどうすればよいですか？}A1: 次の式を使用します： R_limit= (V_Fsupply_F- V_F) / I_F。最悪ケースの設計には、データシートの最大V_F（1.4V）を使用して、I

を超えないようにします。必要なCTRと速度に基づいてI

を選択します。5-20 mAが典型的です。_FQ2: 私の回路が完全にスイッチングしません。出力電圧が十分に低くなりません。何が問題ですか？_LA2: フォトトランジスタが飽和状態に入っていない可能性が高いです。これは通常CTRの問題です。設計が計算に最小CTR（50%）を使用していることを確認してください。I_Cを増やすか、コレクタのプルアップ抵抗R_{の値を増やして、飽和に必要なI}を減らします（I_CCC(sat)_L≈ V

/R

）。

Q3: センサ出力のようなアナログ信号の絶縁にこれを使用できますか？

A3: 可能ですが困難です。フォトトランジスタの直線性は悪く、CTRは温度やデバイス間で大きく変動します。正確なアナログ絶縁には、専用の絶縁アンプまたはリニアオプトカプラ（非線形性を補償するフィードバックを含む）の使用を強くお勧めします。_{Q4: 沿面距離>7.62 mmの重要性は何ですか？}.

A4: 沿面距離は、導電部品間（例：入力ピン1と出力ピン9）の絶縁パッケージ表面に沿った最短経路です。長い沿面距離は、表面トラッキング（汚染や湿度による表面でのアーク放電）を防止し、5000 V

rms

1. のような高絶縁耐圧での安全認証の必須要件です。10. 実践的な設計ケーススタディ
2. シナリオ： マイクロコントローラから24V産業用アクチュエータドライバへの4つのデジタル制御信号の絶縁。:
   • 要件： 信号周波数 < 1 kHz、高いノイズ耐性、安全性とグランドループ防止のための絶縁。
   • 設計選択デバイス_F： EL847（標準DIP）。_入力側： マイクロコントローラGPIO（3.3V、20mA駆動可能）。良好な速度と寿命のためにI
   • = 10 mAを選択。Rlimit_L= (3.3V - 1.4V) / 0.01A = 190Ω。標準の200Ω抵抗を使用。_出力側： アクチュエータドライバは24Vの論理ハイを期待し、ONの時はグランドにプルダウン。コレクタをプルアップ抵抗を介して24V電源に接続。最小CTRで飽和を保証するようにR_Lを選択。必要なI_C(sat)> 24V / R_F。CTR_Cmin_L=50%、I_{=10mAの場合、I}>= 5mA。したがって、R
   • は < 24V / 0.005A = 4.8 kΩでなければならない。3.3 kΩ抵抗を選択すると、IC(sat)
3. ≈ 7.3mAとなり、デバイスの50mA定格内に十分収まり、良好なマージンを提供する。バイパス

： ノイズ耐性を向上させるために、ピン10（コレクタ1）とピン9（エミッタ1）の間に0.1 μFセラミックコンデンサを追加し、他のチャネルについても同様に行う。

結果_F： 電気的にノイズの多い産業環境において、制御信号を確実に伝送できる堅牢な電気絶縁インターフェース。_C11. 動作原理_Cフォトカプラの動作は、電気-光-電気変換に基づいています。入力の赤外線発光ダイオード（IRED）に順方向電流（I_F）が流れると、通常約940 nmの波長の光子（光）を発します。この光は、パッケージ内の透明な絶縁ギャップ（通常はモールド樹脂または空気）を横断します。光は出力のシリコンフォトトランジスタのベース領域に当たります。吸収された光子は電子-正孔対を生成し、ベース電流を作り出してトランジスタをオンにし、コレクタ電流（I

）を流します。重要な点は、入力と出力の間の唯一の接続が光ビームであり、これが電流絶縁を提供することです。比率 I

/I

• が電流伝達率（CTR）であり、LEDの発光効率、フォトトランジスタの感度、およびそれらの間の光学的結合効率に依存します。12. 業界動向と背景
• EL847のようなフォトカプラは、高電圧絶縁が必須であるパワーエレクトロニクス、産業オートメーション、再生可能エネルギーシステムにおいて基本的なコンポーネントであり続けています。この分野のトレンドは以下の方向に向かっています：高速化
• ： CMOS RFまたは容量結合技術に基づくデジタルアイソレータの開発により、MbpsからGbpsの範囲のデータレートを実現し、従来のフォトトランジスタカプラの約100 kHzの限界をはるかに超えています。高集積化
• ： 絶縁機能をゲートドライバ、ADCインターフェース、またはUSB/I2C/SPIアイソレータなどの他の機能と単一パッケージで組み合わせること。信頼性と寿命の向上

： 時間と温度による劣化が少ないLED技術に焦点を当て、製品寿命にわたってより安定したCTRを実現すること。