EL815シリーズ フォトダーリントン フォトカプラ データシート - 4ピンDIPパッケージ - 絶縁耐圧5000Vrms - CTR 600-7500% - 動作温度 -55～+110°C

1. 製品概要

EL815シリーズは、コンパクトな4ピンデュアルインナラインパッケージ（DIP）に収められた高性能フォトダーリントンフォトカプラ（オプトカプラ）のファミリーです。このデバイスのコア機能は、異なる電位またはインピーダンスを持つ2つの回路間で、電気的絶縁と信号伝送を提供することです。これは、入力側の赤外線発光ダイオード（LED）を利用し、出力側のフォトダーリントントランジスタに光学的に結合させることで実現されます。この設計により完全な電気的絶縁が保証され、グランドループを防止し、他方の回路から発生する電圧スパイクやノイズから敏感な回路を保護します。

フォトダーリントン構成は非常に高い電流伝達比（CTR）を提供し、高い感度を持ち、小さな入力電流でより大きな出力電流を制御する必要があるアプリケーションに適しています。このシリーズの主な利点は、ハロゲンフリー要件、RoHS、EU REACHを含む様々な国際的な安全および環境規格に準拠していることであり、グローバル市場および環境配慮設計に適しています。

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発生する可能性がある限界を定義します。通常動作を意図したものではありません。

• 入力順方向電流（I_F)）： 60 mA（DC）。これは入力赤外線LEDに流すことができる最大連続電流です。
• ピーク順方向電流（I_FP)）： 1 µsパルスで1 A。LEDは短時間の高電流パルスに耐えることができ、特定のスイッチングまたは過渡状態に有用です。
• 入力逆電圧（V_R)）： 6 V。入力LEDにかけることができる最大逆バイアス電圧です。
• コレクタ-エミッタ電圧（V_CEO)）： 35 V。ベースがオープンの状態で、出力フォトダーリントントランジスタのコレクタとエミッタ間に持続できる最大電圧です。
• コレクタ電流（I_C)）： 80 mA。出力トランジスタがシンクできる最大連続電流です。
• 総消費電力（P_TOT): 200 mW. The maximum combined power that can be dissipated by the input and output sections of the device.
• 絶縁耐圧（V_ISO)）： 1分間 5000 V_rms。この重要なパラメータは、ピン1-2を短絡、ピン3-4を短絡した状態で試験される、入力側と出力側間の高電圧絶縁能力を規定します。
• 動作温度（T_OPR)）： -55°C ～ +110°C。デバイスが動作することが規定されている周囲温度範囲です。

2.2 電気・光学特性

これらのパラメータは、指定された試験条件（通常 T_a= 25°C）で測定され、デバイスの性能を定義します。

2.2.1 入力特性

• 順方向電圧（V_F)）： I_F= 20 mA で、標準 1.2V、最大 1.4V。これは駆動時の赤外線LED両端の電圧降下です。
• 逆電流（I_R)）： V_R= 4V で、最大 10 µA。LEDが逆バイアスされたときの小さなリーク電流です。

2.2.2 出力特性

• コレクタ-エミッタ暗電流（I_CEO)）： V_CE= 10V、I_F= 0mA で、最大 1 µA。入力LEDがオフのときの出力トランジスタのリーク電流です。
• コレクタ-エミッタ飽和電圧（V_CE(sat))）： I_F= 20mA、I_C= 5mA で、標準 0.8V、最大 1.0V。出力トランジスタが完全にオン（飽和）状態のときの両端電圧です。電力損失を最小限に抑えるためには低い値が望ましいです。

2.2.3 伝達特性

• 電流伝達比（CTR））： I_F= 1mA、V_CE= 2V で、600%（最小）～7500%（最大）。これはフォトカプラにとって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。この非常に広い範囲は、デバイスが複数の感度グレードで入手可能であることを示しています。高いCTRにより、最小限の入力駆動電流で効率的な信号伝送が可能になります。
• 絶縁抵抗（R_IO)）： V¹⁰= 500V DC で、最小 5 x 10_IOΩ。これは絶縁された側同士の非常に高い直流抵抗を示します。
• 立ち上がり時間（t_r)）： 標準 60 µs、最大 300 µs。立ち下がり時間（t_f）： 標準 53 µs、最大 250 µs。これらのパラメータと、標準 6 kHz のカットオフ周波数（f_c）は、デバイスのスイッチング速度を定義します。フォトダーリントン構造は、フォトトランジスタやフォトICカプラと比較して本質的にスイッチング時間が遅く、高速デジタル絶縁ではなく、DCおよび低周波ACアプリケーションにより適しています。

3. 特性曲線分析

データシートには、非標準条件下でのデバイス動作を理解するために不可欠な代表的な特性曲線が含まれています。具体的なグラフは本文では再現されていませんが、その意味合いは設計にとって極めて重要です。

• CTR vs. 順方向電流（I_F)）： 一般的に、CTRは順方向電流が増加すると減少します。設計者は、必要な出力電流と伝達効率に対して最適な動作点を選択するために、この曲線を参照する必要があります。
• CTR vs. 周囲温度（T_a)）： CTRは温度依存性があり、通常、温度極限で減少します。この曲線は、指定された-55°Cから+110°Cの範囲で信頼性の高い動作を確保するために不可欠です。過酷な環境向けの設計では、このデータに基づいて性能をデレーティングする必要があります。
• コレクタ電流 vs. コレクタ-エミッタ電圧（I_C-V_CE)）： 異なる入力電流（I_F）をパラメータとしたこれらの出力曲線は、フォトダーリントンの動作領域（飽和、活性）を示します。これらは負荷線を決定し、デバイスが安全かつ機能的な限界内で動作することを確認するために使用されます。
• スイッチング時間波形）： 試験回路と波形図は、立ち上がり時間（t_r）、立ち下がり時間（t_f）、ターンオン遅延時間（t_on）、およびターンオフ遅延時間（t_off）がどのように測定されるかを示しています。これらを理解することは、タイミング回路の設計と信号の完全性の予測に役立ちます。

4. 機械的・パッケージ情報

4.1 パッケージ寸法

EL815は、3つの主要なリード形状オプションで提供され、それぞれにミリメートル単位ですべての重要な寸法を規定した詳細な機械図面があります。

• 標準DIPタイプ： 標準ピン間隔のクラシックなスルーホールパッケージです。
• オプションMタイプ： 広いリードベンドを特徴とし、0.4インチ（約10.16mm）のリード間隔を提供します。これはPCB上の沿面距離および空間距離要件に有益です。
• オプションS1タイプ： 低プロファイルの表面実装デバイス（SMD）リード形状です。これはパッケージのSMDバリアントです。

すべてのパッケージは、沿面距離が7.62 mm以上を維持しており、高い絶縁耐圧定格に貢献しています。

4.2 極性識別とマーキング

ピン配置は4ピンDIPフォトカプラの標準です：

1. アノード（入力LED プラス）
2. カソード（入力LED マイナス）
3. エミッタ（出力トランジスタ エミッタ）
4. コレクタ（出力トランジスタ コレクタ）

デバイスは上面にEL（シリーズを示す）、815（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VDE承認版の場合はオプションのVがマーキングされます。

4.3 推奨SMDパッドレイアウト

S1（表面実装）オプションについては、データシートに推奨パッドレイアウト図が提供されています。寸法は参考として与えられており、注記には設計者が特定のPCB製造プロセスと信頼性要件に基づいてパッド寸法を変更すべきであると明記されています。

5. はんだ付けおよび実装ガイドライン

絶対最大定格では、はんだ付け温度（T_SOL）が10秒間260°Cと規定されています。これはリフローはんだ付けプロセスにとって重要なパラメータです。

• リフローはんだ付け： SMD（S1オプション）実装の場合、ピーク温度が指定時間を超えない標準の無鉛リフロープロファイルを使用する必要があります。プロファイルは熱衝撃を避けるために制御されなければなりません。
• ウェーブ/手はんだ付け： スルーホール（標準およびMオプション）パッケージの場合、標準的なウェーブまたは手はんだ付け技術を使用できますが、デバイス本体の高温への暴露時間を制限するように注意する必要があります。
• 保管条件： 保管温度範囲は-55°C～+125°Cと規定されています。デバイスは乾燥した静電気防止環境で保管する必要があります。テープ＆リールで供給されるSMD部品の場合、デバイスが湿気に敏感な場合（このデータシートではMSL定格として明示されていませんが）、リールは乾燥剤とともに元の防湿バッグに保管する必要があります。

6. 梱包および発注情報

6.1 型番構成

品番は以下の形式に従います：EL815X(Z)-V

• X： リード形状オプション。
  • なし： 標準DIP-4（100個/チューブ）。
  • M： 広リードベンド、0.4"間隔（100個/チューブ）。
  • S1： 表面実装リード形状、低プロファイル。
• Z： テープ＆リールオプション（S1にのみ適用可能）。
  • TA, TB, TU, TD： 梱包数量と供給方向に影響を与える異なるテープ＆リール仕様。
• V： VDE安全承認を示すオプションの接尾辞。

6.2 テープ＆リール仕様

テープ（キャリアテープ、カバーテープ）およびリールの詳細な寸法図と表が提供されています。主要な寸法には、ポケットサイズ（A、B）、穴径（D0）、部品間隔（P0）、テープ幅（W）、およびリールハブ寸法が含まれます。オプションTAとTBは、リールからの供給方向が異なり、自動実装機で正しく設定する必要があります。

7. アプリケーション提案

7.1 代表的なアプリケーション回路

データシートには、電話機/交換機、シーケンスコントローラ、システム機器、計測器、および異なる電位/インピーダンスの回路間の信号伝送など、いくつかのアプリケーション分野がリストされています。高いCTRと絶縁耐圧は、特に以下に適しています：

• マイクロコントローラI/O絶縁： 低電圧マイクロコントローラを、より高い電圧またはノイジーな産業制御信号から保護します。
• ACライン検出： AC負荷を駆動するトライアックまたはリレーからの絶縁されたフィードバックを提供するためにフォトカプラを使用します。
• グランドループ除去： センサーとデータ収集システム間のアナログ信号チェーンにおけるグランドループを遮断します。
• 絶縁付きロジックレベル変換： 絶縁を維持しながら、異なる電圧レベルで動作するロジック回路をインターフェースします。

7.2 設計上の考慮点

• 入力電流制限： 入力LEDには常に直列抵抗を使用して、順方向電流（I_F）を所望の値に制限する必要があります。計算式は（電源電圧 - V_F） / I_F.
• です。出力負荷_CC： 出力フォトダーリントンは電流シンクとして機能します。通常、プルアップ抵抗がコレクタから正の電源電圧（V
• ）に接続されます。この抵抗の値と負荷は、出力電圧スイングとスイッチング速度を決定します。速度と感度のトレードオフ
• ： 高いCTRは、スイッチング速度が遅くなるという代償を伴います。このデバイスは高周波通信（例：USB、SPI > 10 kHz用のデジタルアイソレータ）には適していません。状態検出、低速制御信号、およびAC電源ライン同期（50/60 Hz）に理想的です。熱に関する考慮事項_OPR： 消費電力は低いですが、最大接合温度（T

から推測される最大110°C）で動作する場合、最大許容電流または消費電力のデレーティングが必要になる場合があります。

8. 技術比較と差別化

• EL815シリーズは、フォトダーリントンカプラとして、他のオプトカプラタイプと比較して特定のニッチを占めています：標準フォトトランジスタカプラとの比較
• ： フォトダーリントンカプラははるかに高いCTR（多くの場合10～100倍）を提供しますが、大幅に遅くなります。中程度の速度（数十kHz）にはフォトトランジスタを、低周波で低入力電流での最大感度にはフォトダーリントンを選択してください。フォトIC（ロジック出力）カプラとの比較_CEO： フォトICカプラはデジタル出力（クリーンなスイッチング）を持ち、非常に高速（MBd範囲）になることができますが、固定された、しばしば低い電流伝達関数を持ち、出力側で特定の電源電圧を必要とします。EL815はアナログ電流出力を提供し、広範囲の出力電圧（最大V
• まで）で動作できます。他のフォトダーリントンとの比較_{： EL815の主な差別化要因は、高い5000V}rms

絶縁、広い動作温度範囲（-55°C～+110°C）、および主要な国際安全承認（UL、VDE、cUL、SEMKOなど）への準拠です。広いCTRビニング（600-7500%）により、特定の感度ニーズに合わせた部品の調達が可能です。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 高い絶縁耐圧（5000Vrms）の目的は何ですか？

A: オフライン電源、産業用モーター制御、医療機器など、絶縁された回路間に大きな電位差があるアプリケーションで、信頼性の高い動作と安全性を確保します。高電圧過渡現象からの保護と絶縁破壊の防止に役立ちます。

Q: 私の回路は1 kHzでスイッチングする必要があります。EL815は適していますか？_cA: はい、全く問題ありません。標準カットオフ周波数（f

）が6 kHzで、立ち上がり/立ち下がり時間が数十マイクロ秒であるため、EL815は1 kHzでのスイッチングを快適に処理できます。出力波形は方形ではなく丸みを帯びますが、この周波数でのオン/オフ制御には完全に十分です。

Q: 適切なCTRグレードをどのように選択すればよいですか？_FA: 計画している最悪ケース（最低）の入力電流で出力トランジスタが飽和（完全にオン）することを保証する最小CTRを選択してください。例えば、設計でI_C= 1mAを駆動し、負荷を飽和させるためにI

> 5mAが必要な場合、CTR > 500%が必要です。より高いCTRビンから部品を選択すると、より多くの設計マージンが得られます。動作条件に対して常にCTR vs. 温度曲線を参照してください。

Q: これはアナログ信号絶縁に使用できますか？

A: 可能ではありますが、理想的ではありません。フォトダーリントンのCTRは非線形であり、温度と順方向電流によって大きく変化します。高精度アナログ絶縁には、専用のリニアオプトカプラまたは絶縁アンプが推奨されます。EL815はデジタル（オン/オフ）または低精度アナログ絶縁に最適です。

10. 実践的設計ケーススタディ

シナリオ: 24V PLCモジュール用絶縁デジタル入力。

1. プログラマブルロジックコントローラ（PLC）は、安全性とノイズ耐性のために4000Vの絶縁を提供しながら、24V DCセンサ信号を読み取る必要があります。回路設計_F： 24Vセンサ出力は、電流制限抵抗とEL815の入力LED（ピン1-2）と直列に接続されます。抵抗値は、24VでI
2. ≈ 5-10 mAとなるように計算されます。出力側では、コレクタ（ピン4）が10kΩのプルアップ抵抗を介してPLCの内部3.3Vロジック電源に接続されます。エミッタ（ピン3）はPLCの内部グランドに接続されます。出力信号はコレクタから取り出されます。部品選定_F： I_{= 5mAで飽和を保証するCTRグレードのEL815が選択されます。5000V}rms
3. 絶縁と安全承認（UL、VDE）は産業規格を満たしています。高密度PCB実装のためにS1（SMD）パッケージが選択されます。性能_{： 24Vセンサがアクティブになると、LEDが点灯し、フォトダーリントンが導通してコレクタ出力電圧を低く（V}CE(sat)

≈ 0.8Vに）引き下げ、PLCによってロジック0として読み取られます。センサがオフのとき、フォトダーリントンはオフになり、プルアップ抵抗が出力を3.3V（ロジック1）に引き上げます。絶縁バリアは、敏感なPLCロジックを24Vセンサライン上の故障や過渡現象から保護します。

11. 動作原理_FEL815は、光電変換の基本原理に基づいて動作します。入力側に印加される電気信号により、電流（I

）が赤外線発光ダイオード（LED）を流れます。このLEDは、順方向電流に比例した強度の赤外線を放射します。光はパッケージ内の透明な絶縁ギャップを横断し、出力側のフォトダーリントントランジスタのベース領域に当たります。_FEフォトダーリントンは、本質的にダーリントン構成で接続された2つのバイポーラトランジスタであり、最初のトランジスタのベース-コレクタ接合（フォトダイオードとして機能）で生成された光電流が2番目のトランジスタによって増幅されます。この構造は非常に高い電流増幅率（h_C）を提供し、観測される高い電流伝達比（CTR）に変換されます。したがって、出力コレクタ電流（I

）は入力光強度、ひいては入力電気信号によって制御され、両側の間に電気的接続は一切ありません。

12. 技術トレンド

• フォトカプラ技術は進化を続けています。EL815のような従来のデバイスは、コスト重視、高絶縁、高CTRアプリケーションで依然として重要ですが、いくつかのトレンドが注目されます：統合
• ： 新しいデバイスは、温度安定性とスイッチング速度を改善するために、出力トランジスタ上のベース-エミッタ抵抗などの追加コンポーネントを統合しています。高速デジタル絶縁
• ： RFカプラ、巨大磁気抵抗（GMR）、または容量結合に基づく技術は、優れた速度、安定性、寿命により、高速データ絶縁（≥1 Mbps）においてオプトカプラに挑戦しています。小型化
• ： より高いPCB密度の必要性により、同じまたはより良い絶縁定格を持つより小さなSMDパッケージ（例：SO-4、SO-5）への継続的な推進があります。信頼性の向上

： 特に高温および高電流ストレス条件下での長期CTR劣化の改善に焦点を当て、より長い寿命を持つ自動車および産業アプリケーションの要求を満たします。 これらのトレンドにもかかわらず、EL815シリーズに代表される基本的なフォトダーリントンカプラは、そのシンプルさ、堅牢性、高い絶縁能力、および意図された低～中周波数領域での優れた性能により、市場で強固な地位を維持しています。