EL817-Gシリーズ 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 50-600% - 英語技術文書

1. 製品概要

EL817-Gシリーズは、異なる電位を持つ回路間の信号絶縁および伝送を目的として設計された、フォトトランジスタベースのフォトカプラ（オプトカプラ）のファミリーです。各デバイスは、赤外線発光ダイオードとシリコンフォトトランジスタ検出器を光学的に結合し、コンパクトな4ピンDual In-line Package (DIP)に収められています。主な機能は電気的絶縁を提供し、入力回路と出力回路の間での電圧スパイク、グランドループ、ノイズの伝播を防止することで、敏感なコンポーネントを保護し、信号の完全性を確保することです。

本シリーズの中核的価値提案は、その堅牢な絶縁性能にあり、5000V_rms. This makes it suitable for industrial control systems and mains-connected appliances. The devices are manufactured to be halogen-free, complying with environmental regulations (Br < 900 ppm, Cl < 900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). They also carry approvals from major international safety standards bodies including UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO, and CQC, underscoring their reliability for use in certified end products.

2. 技術仕様詳細解説

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応力限界を定義します。これらの条件下での動作は保証されません。

• 入力 (LED側): 赤外線ダイオードの最大連続順方向電流（I_F）は60 mAです。非常に短い1 μsのパルス電流（I_FP）は最大1 Aまで耐えることができ、過渡抑制に有用です。最大逆電圧（V_R) は6Vです。入力電力損失（P_D) は25°Cで100mW定格、周囲温度100°C以上では2.9mW/°Cで減額されます。
• 出力（トランジスタ側）： フォトトランジスタのコレクタ電流（I_C) は50 mAに制限されています。コレクタ-エミッタ電圧 (V_CEO) は80 Vまで高くなり得ますが、エミッタ-コレクタ電圧 (V_ECO) は7Vに制限されています。出力電力損失 (P_C) は25°Cで150 mW、100°C以上では5.8 mW/°Cで減額します。
• デバイス合計: パッケージ全体の総消費電力（P_TOT）は200 mWを超えてはならない。
• Isolation & Environment: 入力と出力間の絶縁電圧（V_ISO）は5000 Vです_rms (40-60% RHで1分間試験済み)。動作温度範囲（T_OPR）は非常に広く、-55°Cから+110°Cです。保管温度（T_STG) 動作温度範囲は-55°Cから+125°Cです。本デバイスは260°Cでのはんだ付けを最大10秒間耐えることができます。

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 = 25°C）におけるデバイスの性能を定義します。_a （特に記載がない限りT = 25°C）。

• 入力ダイオード特性： 順方向電圧（V_F通常、Iにおける電圧は1.2Vで、最大1.4Vです。_F = 20 mA。逆電流(I_R)は、Vにおける最大10 μAです。_R = 4V。入力容量(C_in) は通常30 pFです。
• 出力トランジスタ特性： コレクタ-エミッタ暗電流 (I_CEO）、すなわちLEDがオフ時のリーク電流は、V_CE = 20Vにおいて最大100 nAです。降伏電圧はBV_CEO ≥ 80VおよびBV_ECO ≥ 7V.
• 伝達特性（臨界）：
  • 電流伝達比（CTR）： これは、出力コレクタ電流（I_C）と入力LED順方向電流（I_F）の比率をパーセンテージで表したものです。デバイスの感度と利得を定義する重要なパラメータです。EL817-Gシリーズは、I_F = 5mA、V_CE = 5Vで測定された複数のCTRグレードで提供されています：
    • EL817: 50%から600%（広範囲）
    • EL817A: 80%から160%
    • EL817B: 130%から260%
    • EL817C: 200%から400%
    • EL817D: 300%から600%
    • EL817X: 100%から200%
    • EL817Y: 150%から300%
    このグレーディングにより、設計者はアプリケーションに適した利得を持つデバイスを選択でき、回路性能の一貫性を確保し、較正後の調整を不要にすることができます。
  • 飽和電圧： コレクタ-エミッタ間飽和電圧 (V_CE(sat)デバイスが完全にオン状態（I=20mA, I=1mA）の場合、通常0.1V（最大0.2V）であり、良好なスイッチング性能を示しています。_F=20mA, I_C=1mA), 良好なスイッチング性能を示しています。
  • 絶縁パラメータ: 絶縁抵抗（R_IO）は最低5×10¹⁰ Ω. アイソレーション容量（C_IO）は通常0.6 pFであり、非常に低い値であるため、高周波ノイズ除去性能の維持に寄与します。
  • スイッチング速度： 立ち上がり時間（t_r）と立ち下がり時間（t_f）は、規定の試験条件（V_CE=2V、I_C=2mA、R_L=100Ω)。カットオフ周波数（f_c）は通常80kHzです。これらのパラメータは、カプラが効果的に処理できる最大デジタル信号周波数を定義します。

3. 性能曲線分析

PDFには「代表的な電気光学特性曲線」の存在が示されていますが、具体的なグラフは本文中に提供されていません。通常、このようなデータシートには、設計上重要な以下の関係を示す曲線が含まれます：

• CTR対順方向電流（I_F）： LEDの駆動電流に応じて電流伝達比がどのように変化するかを示します。CTRは非常に高いI_F では発熱と効率低下により低下することがよくあります。
• CTR対周囲温度（T_a）： デバイスの利得の温度依存性を示す。フォトトランジスタベースのカプラは通常、CTRに対して負の温度係数を示す。温度が上昇すると利得は減少する。
• 順方向電圧（V_F）対順方向電流（I_F）： 標準的なダイオードのI-V特性曲線。入力側に必要な電流制限抵抗の計算に重要である。
• コレクタ電流 (I_C) 対 コレクタ-エミッタ電圧 (V_CE）： 出力トランジスタの特性曲線。異なる入力LED電流 (I_F) レベルにおける飽和領域と活性領域を示す。
• スイッチング時間対負荷抵抗（R_L）： コレクタのプルアップ抵抗の選択が出力信号の立ち上がり時間と立ち下がり時間にどのように影響するかを示しています。

設計者は、意図した動作条件全体でのデバイス動作を正確にモデル化するために、グラフ付きの完全なPDFを参照すべきです。

4. Mechanical & Package Information

4.1 ピン構成

標準的な4ピンDIPのピン配列は以下の通りです（上面から見て、ノッチまたはドットがピン1を示します）：

1. 入力LEDのアノード
2. 入力LEDのカソード
3. 出力フォトトランジスタのエミッタ
4. コレクタ（出力フォトトランジスタの）

この構成はシリーズ全体で共通です。沿面距離（絶縁パッケージ表面に沿った導電性ピン間の最短距離）は7.62 mm以上と規定されており、高い絶縁耐圧等級に寄与しています。

4.2 パッケージ外形図

本シリーズは複数のパッケージバリアントで提供されますが、提供された文書にはmm単位の詳細寸法は完全には規定されていません。選択肢には以下が含まれます：

• 標準DIPタイプ： クラシックなスルーホールパッケージ。
• オプションMタイプ： 標準の0.3インチ（7.62 mm）ではなく、0.4インチ（約10.16 mm）のリード間隔を実現する「ワイドリードベンド」を特徴とし、ブレッドボーディングやより多くのクリアランスを必要とする特定のPCBレイアウトに有用です。
• Option S1 & S2 Types: 表面実装デバイス（SMD）のリード形状。これらはリフローはんだ付け用に設計された「ロープロファイル」パッケージです。データシートには、適切なはんだ付けと機械的安定性を確保するための、S1およびS2オプション両方の推奨パッドレイアウトが記載されています。パッド寸法は参考として提案されており、特定のPCB製造プロセスに基づいて変更する必要があります。

5. Soldering & Assembly Guidelines

このデバイスの最大はんだ付け温度（T_SOL）は、10秒間260°Cに定格されています。これは一般的な無鉛リフローはんだ付けプロファイルに適合します。

スルーホール（DIP、M）パッケージの場合： 標準的なフローはんだ付けまたは手はんだ付け技術が使用可能です。内部ダイおよびエポキシパッケージへの熱ダメージを防ぐため、ピン接合部での加熱時間が10秒を超えないよう注意が必要です。

表面実装（S1、S2）パッケージの場合： 標準的な赤外線または対流リフローはんだ付けプロセスが適用可能です。適切なはんだフィレット形成とトゥームストーニング防止のため、データシートに記載の推奨パッドレイアウトに従ってください。ロー・プロファイル設計により、リフロー工程中の安定性が向上します。湿気敏感デバイス全般と同様に、リールが長時間環境湿度にさらされた場合は、リフロー前に「ポップコーン」現象を防ぐため、IPC/JEDEC規格に基づくベーキングが必要となる場合があります。

ストレージ: デバイスは、はんだ付け性を維持し内部腐食を防ぐため、指定の保管温度範囲-55°C〜+125°C内の乾燥環境で保管する必要があります。

6. Ordering Information & Packaging

6.1 部品番号体系

部品番号は以下の形式に従います： EL817X(Y)(Z)-FVG

• Xリードフォームオプション。S1またはS2（SMD）、M（ワイドリードDIP）、または無し（標準DIP）。
• YCTRランク。A、B、C、D、X、Y、または無し（ベースEL817広範囲用）。
• ZSMD部品用テープ・アンド・リールオプション。TUまたはTD（テープ方向）、または無し。
• Fリードフレーム材質。Fは鉄、無しは銅。
• VオプションのVDE安全規格認証マーキング。
• Gハロゲンフリー構造を示します。

例： EL817B-S1(TU)-Gは、CTRランクB（130-260%）、TUスタイルのテープ＆リールにパッケージされ、ハロゲンフリー構造を備えたSMDデバイス（S1）となります。

6.2 梱包数量

• 標準DIPおよびMオプション：チューブあたり100個。
• S1 option on tape & reel: 1500 units per reel.
• S2 option on tape & reel: 2000 units per reel.

6.3 デバイス印字

パッケージの上面には以下のコードが印字されています： EL 817FRYWWV

• EL: メーカー識別子。
• 817: デバイス番号。
• F: 工場/プロセスコード。
• R: CTRランク (A, B, C, D, X, Y)。
• Y: 1桁の年次コード。
• WW: 2桁の週次コード。
• V: 記載されている場合、VDE承認を表します。

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

EL817-Gは多目的に使用でき、デジタルおよびリニアアプリケーションの両方に適用可能です。

• デジタル信号絶縁： 最も一般的な用途。入力LEDはデジタル信号（通常は電流制限抵抗を介して）によって駆動されます。フォトトランジスタはスイッチとして機能し、LEDが点灯すると出力ラインをグランドにプルダウンします。Vへのプルアップ抵抗_CC コレクタ側にが必要です。スイッチング速度（t_r, t_f）は最大データレートを制限し、GPIO絶縁、UART、またはPLCのI/Oラインなどの低速デジタルインターフェースに適しています。
• アナログ信号絶縁（リニアモード）： フォトトランジスタを能動領域（飽和していない状態）で動作させることで、デバイスはアナログ信号を伝送できます。CTRは完全に線形ではなく、温度や電流による変動を考慮する必要があります。このモードは、スイッチング電源における絶縁フィードバックによく使用され、非線形性は制御ループ内で補償することが可能です。
• 入力/出力（I/O）モジュール絶縁： プログラマブルロジックコントローラ（PLC）および産業用制御システムにおいて、これらのカプラは敏感なCPUをノイズの多いまたは高電圧のフィールド信号（24V、120VACなど）から絶縁します。

7.2 設計上の考慮事項 & Best Practices

• CTR Selection: 負荷（例えば、ロジックゲートやオプトトライアックドライバを駆動する場合）に十分な出力電流を供給し、過剰な入力電流を必要としないCTRグレードを選択してください。CTRが高いデバイスを使用すると、Iを低減でき_F、入力側の消費電力を削減できます。ただし、選択したグレードの最小CTRが、回路の最悪条件（例えば、高温、寿命末期）での要件を満たすことを確認してください。
• 入力電流制限： 常に直列抵抗（R_in) 入力LEDと共に所望の順方向電流（I_F）を設定する。R_in = (V_source - V_F) / I_F. 絶対最大定格 I を連続して 60 mA を超えないでください。_F を連続して 60 mA を超えないでください。
• 出力負荷抵抗： コレクタのプルアップ抵抗（R_L）の値は、出力の論理ハイレベルとスイッチング速度の両方に影響します。R_L が小さいほど、フォールタイムは速くなります（トランジスタがオンになると素早くプルダウンされます）が、ライズタイムは遅くなり（トランジスタの出力容量とのRC時定数が大きくなる）、出力がローの時に消費電力が大きくなります。R_L が大きい場合はその逆になります。典型的な値は1kΩから10kΩの間です。
• ノイズ耐性： デジタル用途では、コレクタとエミッタ（出力側）間に小さなコンデンサ（例：1-10 nF）を追加することで、高周波ノイズのフィルタリングに役立ちます。ただし、これによりスイッチング速度はさらに低下します。
• 温度影響： CTRは温度上昇に伴い低下することを留意してください。設計は、最大動作温度における最小予想CTRを用いて、全動作温度範囲にわたって検証する必要があります。
• 絶縁レイアウト： PCB上では、入力回路と出力回路の間に推奨される沿面距離および空間距離（≥7.62mm）を確保してください。これは、カプラ本体下のPCBにスロットまたはギャップを設け、銅パターンが絶縁バリアを近接して跨がないようにすることを意味します。

8. Technical Comparison & Differentiation

EL817-Gシリーズは、汎用4ピンフォトカプラの競争激しい市場で競合しています。その主な差別化要因は以下の通りです：

• 高温定格： 最大動作温度+110°Cは、競合他社の一般的な+85°Cや+100°C定格を上回り、自動車のボンネット内や熱源付近の産業機器などの過酷な環境での使用に適しています。
• 複数の安全規格認証: 国際的な安全規格認証（UL、VDEなど）を包括的に取得していることは、世界市場での認証を必要とする製品にとって大きな利点です。
• ハロゲンフリー準拠: 現代の環境規制を満たしており、これは民生用電子機器やその他の分野でますます求められる要件となっています。
• 広範囲CTRグレーディング: 7つの異なるCTRグレード（広範囲なEL817を含む）の用意により、設計者は最適な回路性能とコストのために利得選択をきめ細かく制御できます。
• パッケージの種類: 標準DIP、ワイドリードDIP、および2種類のSMDプロファイルを提供することで、異なる実装プロセスや基板スペースの制約に対して柔軟性を確保しています。

9. よくあるご質問 (FAQ)

Q1: What is the main purpose of the creepage distance specification (>7.62 mm)?
A1: 沿面距離とは、2つの導電性端子（例：ピン1とピン4）間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、特に湿気や汚染のある環境において、表面漏れ電流やアーク放電を防止し、高耐圧5000Vの絶縁定格を達成するための重要な要素です。_rms 絶縁定格。

Q2: 異なるCTRグレード（A, B, C, D, X, Y）の間で、どのように選択すればよいですか？
A2: 必要な出力電流と望ましい入力電流効率に基づいて選択してください。特定の出力電流要件に対して、CTRグレードが高いほど（例：D: 300-600%）、入力LED電流は低くなり、電力を節約できます。ただし、CTRが高いデバイスは温度係数が若干異なる場合や、コストが高くなる可能性があります。グレードXとYは中間的でより狭い範囲を提供します。最悪条件の設計計算には、データシートの最小CTR値を使用してください。

Q3: これは240VAC商用電源信号の絶縁に使用できますか？
A3: The 5000V_rms アイソレーション電圧は、多くの商用電源接続アプリケーションにおいて強化絶縁を提供するのに適しています。ただし、最終設計では、部品定格を超えた必要な距離や試験を規定するシステムレベルの安全規格（例：IEC 62368-1、IEC 60747-5-5）を考慮する必要があります。カプラはソリューションの重要な部分ですが、適切なPCBレイアウトと筐体設計も同様に重要です。

Q4: なぜコレクタ-エミッタ間電圧定格には2つの異なる値（V_CEO 80VとBV_CEO 80V）があるのですか？
A4: V_CEO Absolute Maximum Ratings表の(80V)は、損傷を引き起こさずに印加できる最大電圧です。BV_CEO Characteristics表の(80V min)は降伏電圧であり、LEDがオフの状態でもデバイスが著しく導通し始めるポイントです。これらは密接に関連していますが、定義が異なります。実際の設計では、V_CE 動作中は80Vに達することはなく、安全マージンを確保しています。

Q5: S1とS2のSMDオプションの違いは何ですか？
A5: 主な違いはパッケージのフットプリントと1リールあたりの数量です（S1は1500個、S2は2000個）。S2パッケージは標準リールにより多くのデバイスを実装できるよう若干変更されている可能性があります。データシートにはそれぞれに推奨されるパッドレイアウトが別々に記載されているため、発注部品に正しいフットプリントを使用することが不可欠です。

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