EL2514-G 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 50-200%

1. 製品概要

EL2514-Gシリーズは、高性能な4ピンデュアルインナラインパッケージ(DIP)フォトトランジスタフォトカプラのファミリーです。これらのデバイスは、2つの回路間で信頼性の高い電気的絶縁と信号伝送を提供するように設計されています。コアコンポーネントは、シリコンフォトトランジスタ検出器に光学的に結合された赤外線発光ダイオードです。EL2514-Gの重要な設計特徴は、キロオーム範囲の負荷抵抗があっても達成可能な、比較的高速なスイッチング速度に最適化されている点です。これは、絶縁と中程度の帯域幅の両方を必要とするアプリケーションに適しています。

本シリーズは、厳格な環境および安全基準への準拠が特徴です。ハロゲンフリー製品として製造され、臭素(Br)および塩素(Cl)含有量の特定の制限を遵守しています。さらに、UL、cUL、VDE、SEMKO、NEMKO、DEMKO、FIMKO、CQCなどの主要な国際安全機関の認証を取得しており、世界市場および規制対象アプリケーションへの適合性を保証しています。

2. 技術パラメータ詳細

2.1 絶対最大定格

本デバイスは、指定された限界内で確実に動作するように設計されています。これらの絶対最大定格を超えると、永久破損を引き起こす可能性があります。主要な定格は以下の通りです：入力LEDの連続順方向電流(I_F)は50 mA、1µsパルス時のピーク順方向電流(I_FP)は0.5 A、逆電圧(V_R)は6 Vです。出力側では、コレクタ電流(I_C)は20 mA、コレクタ-エミッタ間電圧(V_CEO)は40 Vと定格されています。デバイスの総消費電力(P_TOT)は200 mWです。重要な安全パラメータは、絶縁電圧(V_ISO)の5000 V_rmsであり、特定の湿度条件(40-60% RH)下で入力ピンと出力ピンをそれぞれ短絡した状態で1分間試験されます。動作温度範囲は広く、-55°Cから+110°Cです。

2.2 電気・光学特性

これらのパラメータは、25°Cにおける通常動作条件下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で駆動した場合、標準値1.2 V、最大1.4 V。これは駆動回路の電源電圧設計に重要です。
逆電流(I_R):V_R= 4V時、最大10 µA。良好なダイオード特性を示します。
入力容量(C_in):標準値30 pFから最大250 pFの範囲。この容量は高周波駆動能力に影響を与える可能性があります。

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):LEDオフ時、V_CE= 10Vで最大100 nA。この低いリーク電流は、良好なオフ状態を達成するために不可欠です。
コレクタ-エミッタ降伏電圧(BV_CEO):I_C= 0.1 mAで測定時、最小40 V。
エミッタ-コレクタ降伏電圧(BV_ECO):最小0.45 V。これは比較的低く、フォトトランジスタの非対称性を示しています。

2.2.3 伝達特性

電流伝達率(CTR):これはコア性能指標であり、(I_C/ I_F) * 100%と定義されます。EL2514-Gの場合、標準試験条件(I_F= 5 mA、V_CE= 5V)下で、CTRは50%から200%の範囲です。この広い範囲は、個体間のばらつきに対応する適切な回路設計を必要とします。
コレクタ-エミッタ飽和電圧(V_CE(sat)):I_F= 5 mA、I_C= 0.4 mA時、最大0.35 V。低い飽和電圧は、強いロジック低レベル出力を得るために望ましいです。
絶縁抵抗(R_IO):500 V¹⁰時、最小5 x 10_DCΩ。優れた直流絶縁を保証します。
浮遊容量(C_IO):標準値0.6 pF、最大1.0 pF。この低容量は、高いコモンモード過渡耐性に寄与します。
スイッチング時間:ターンオン時間(t_on)とターンオフ時間(t_off)は、試験条件(V_CC= 5V、I_F= 5 mA、R_L= 5 kΩ)下で最大25 µsと規定されています。これはデジタル信号伝送のためのデバイスの速度を定義します。

3. 特性曲線分析

データシートには代表的な電気・光学特性曲線が参照されています。提供されたテキストでは具体的なグラフは詳細に記述されていませんが、そのような曲線は通常、主要パラメータ間の関係を示します。設計者は以下の曲線を想定すべきです：

CTR vs. 順方向電流(I_F):電流伝達率が異なるLED駆動電流でどのように変化するかを示します。
CTR vs. 周囲温度(T_A):CTRの温度依存性を示し、通常、温度が上昇すると減少します。
コレクタ電流(I_C) vs. コレクタ-エミッタ間電圧(V_CE):異なるLED電流に対する曲線群で、フォトトランジスタの出力特性を示します。
スイッチング波形:試験回路と関連波形(図7)が提供され、t_onおよびt_offを測定する条件を定義しています。これは通常、LEDを駆動するパルスジェネレータと、負荷抵抗両端のフォトトランジスタ出力を監視するオシロスコープを含みます。

これらの曲線を分析することは、意図した動作温度および電流範囲全体で回路性能を最適化するために不可欠です。

4. 機械的仕様・パッケージ情報

4.1 パッケージオプションと外形寸法

EL2514-Gは、異なる実装プロセスに対応するいくつかの4ピンDIPパッケージバリアントで提供されます：

標準DIP:従来のスルーホールパッケージ。
オプションM:0.4インチ(約10.16mm)のリード間隔を提供するワイドリードベンドを特徴とし、特定のPCBレイアウトまたは沿面距離要件に有用です。
オプションS1:低プロファイルの表面実装(SMD)リード形状です。2つのテープ&リールオプション(TU、TD)で提供され、リールあたり1500個を梱包します。
オプションS2:別の表面実装リード形状で、同様に低プロファイルであり、テープ&リールオプションでリールあたり2000個を梱包します。

各パッケージタイプに対して、本体サイズ、リード長、リード間隔、スタンドオフ高さなどの重要な寸法を含む詳細な寸法図が提供されています。入力側と出力側の間の沿面距離は7.62 mm以上と規定されており、高い絶縁定格に寄与しています。

4.2 ピン配置と極性

デバイスは標準的な4ピンDIPピン配置を使用します：

アノード (入力LEDの)
カソード (入力LEDの)
エミッタ (出力フォトトランジスタの)
コレクタ (出力フォトトランジスタの)

正しい向きは非常に重要です。デバイスのマーキングにはコードEL2514GYWWVが含まれます。ここで、ELはメーカー、2514はデバイス番号、Gはハロゲンフリー、Yは1桁の年コード、WWは2桁の週コード、VはオプションのVDE認証を示します。

4.3 推奨PCBパッドレイアウト

表面実装オプション(S1およびS2)については、データシートに推奨パッドレイアウトが提供されています。これらは、確実なはんだ付けと機械的安定性を確保するための参考設計です。文書では、はんだペースト量や放熱対策などの個々の製造プロセスと要件に基づいてこれらの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

本デバイスのはんだ付け温度(T_SOL)定格は、最大10秒間260°Cです。これは一般的な鉛フリーリフローはんだ付けプロファイルと一致します。スルーホールパッケージのウェーブはんだ付けについては、最大パッケージ本体温度を超えないように注意しながら、標準的な業界慣行に従うべきです。保管温度範囲は-55°Cから+125°Cです。SMD実装を目的とする場合は、湿気敏感梱包にデバイスを保管し、湿気暴露レベルを超えた場合は適切なベーキング手順に従うことを推奨します。

6. 梱包および発注情報

発注コードは次のパターンに従います：EL2514X(Y)-VG。

X:リード形状オプション(S1、S2、M、または標準DIPの場合は無し)。
Y:テープ&リールオプション(TU、TD、またはチューブ梱包の場合は無し)。
V:VDE安全認証を示します(オプション)。
G:ハロゲンフリー構造を示します。

梱包数量は異なります：スルーホールオプションはチューブあたり100個、SMDテープ&リールオプションはリールあたり1500個または2000個です。自動ピック&プレースマシンのプログラミングのために、ポケット寸法(A0、B0)、テープ幅(W)、ピッチ(P0)、リールハブ径を含む詳細なテープ&リール仕様が提供されています。

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例

EL2514-Gは、絶縁、ノイズ耐性、またはレベルシフトを必要とするアプリケーションに適しています。言及されている具体的なアプリケーションは以下の通りです：

プログラマブルロジックコントローラ(PLC):デジタルI/Oモジュールを中央処理装置およびフィールドデバイスから絶縁するため。
システム機器および計測器:産業機器におけるセンサ信号または通信ラインの絶縁。
電子式電力量計:安全性とノイズ除去のための計測回路における絶縁を提供。
通信機器:データラインまたは電源フィードバックループにおける信号絶縁。
電源装置:スイッチング電源(SMPS)のフィードバックループで一般的に使用され、二次側フィードバック信号を一次側コントローラから絶縁し、安全性と安定性を向上させます。

7.2 設計上の考慮点

CTRのばらつき:受信回路(例：コンパレータのしきい値、プルアップ抵抗値)を、50-200%の全CTR範囲で確実に動作するように設計してください。
速度 vs. 負荷:スイッチング速度は5 kΩ負荷で規定されています。より小さな負荷抵抗を使用すると、一般にスイッチング速度は向上しますが、出力振幅は減少し、消費電力は増加します。より大きな抵抗は、特にフォトトランジスタの蓄積時間により、応答、特にターンオフ時間を遅くします。
LED電流制限:常に直列抵抗を使用して、順方向電流(I_F)を推奨動作範囲(標準5-7 mA)または絶対最大定格以下に制限してください。これにより、長期信頼性と安定したCTRが確保されます。
ノイズ耐性:フォトカプラは優れたコモンモード除去比を提供しますが、入力と出力の配線を分離し、デバイスピン近くにバイパスコンデンサを使用して高周波ノイズを抑制するなど、適切なPCBレイアウトを確保してください。

8. 技術比較と市場ポジショニング

EL2514-Gは、主要な属性の組み合わせによって市場で差別化されています。その高い絶縁電圧(5000 Vrms)と長い沿面距離は、厳格な安全要件を持つアプリケーションでの有力な候補となります。ハロゲンフリー構造は、環境規制およびグリーンエレクトロニクスに対する顧客の嗜好に対応しています。幅広い認証ポートフォリオ(UL、VDEなど)は、世界市場を対象とする最終製品の認定障壁を低減します。そのスイッチング速度(25 µs)は多くのデジタル絶縁および電源フィードバックアプリケーションに適していますが、データ通信用の超高速カプラとしては位置付けられていません。それらのアプリケーションにはナノ秒範囲のスイッチング時間を持つデバイスが必要です。したがって、EL2514-Gは、信頼性、安全規格適合性、および中程度の性能に最適化された堅牢な汎用フォトカプラとして捉えるのが最適です。

9. よくある質問 (技術パラメータに基づく)

Q: CTR範囲が50-200%であることは、私の回路設計にとって何を意味しますか？

A: 出力電流が入力電流の半分から2倍まで変化する可能性があることを意味します。回路は両極端で正しく機能しなければなりません。デジタルインターフェースの場合、これはプルアップ抵抗の選択と、後段のゲートまたはマイクロコントローラの入力しきい値に影響を与えます。

Q: LEDを電圧源で直接駆動できますか？

A: いいえ。LEDは電流駆動デバイスです。望ましいI_Fを設定し、過電流による損傷を防ぐために、常にLEDと直列に電流制限抵抗を使用する必要があります。たとえ供給電圧が標準的なV_F.

Q: 絶縁電圧は5000 Vrmsです。これは入力と出力の間に連続的に5000Vを印加できるという意味ですか？

A: いいえ。これは制御条件下で1分間試験された耐電圧です。アプリケーションにおける連続動作電圧は、最終機器に関する関連安全規格で定義されるように、これよりも大幅に低くする必要があります。

Q: オプションS1とS2の違いは何ですか？

A: 主な違いはパッケージフットプリントとテープ寸法です。S2は本体幅(B0寸法)がわずかに大きく、より広いテープ(S1は16mmに対して24mm)を使用し、リールあたりのユニット数が多くなります(1500個に対して2000個)。選択は、PCBのスペース制約と組立ラインのフィーダ互換性に依存します。

10. 実践設計事例

シナリオ: マイクロコントローラからのデジタル信号を高電圧セクションへ絶縁する。

マイクロコントローラ(3.3Vロジック)が、異なるノイズの多い高電圧電位で動作する回路にON/OFF信号を送信する必要があります。EL2514-Gを絶縁に使用できます。

設計手順:

入力側:マイクロコントローラのGPIOピンを、電流制限抵抗(R_limit)を介してフォトカプラのアノードに接続します。R_limit= (V_{CC_MCU}- V_F) / I_Fを計算します。V_{CC_MCU}=3.3V、V_F~1.2V、目標I_F=5mAの場合、R_limit= (3.3-1.2)/0.005 = 420Ω。標準の470Ω抵抗を使用します。カソードをグランドに接続します。
出力側:コレクタを、絶縁された高電圧電源(例：12V)上のプルアップ抵抗(R_L)に接続します。エミッタは絶縁されたグランドに接続します。R_Lの値は速度と電流に影響します。データシートの試験条件である5kΩを使用すると、規定のスイッチング時間が得られます。コレクタノードからの信号は、絶縁側のMOSFETゲートまたは別のロジック入力を駆動できます。
レイアウト:PCB上で入力セクションと出力セクションを物理的に分離します。パッケージ能力に従って>7.62mmの沿面距離を維持します。カプラの両側の電源とグランド間に、デバイスピン近くに小さなバイパスコンデンサ(例：0.1µF)を配置します。

この設定により、グランドループを防止し、ノイズを遮断し、高電圧側の電圧過渡からマイクロコントローラを保護します。

11. 動作原理

フォトカプラ(またはオプトカプラ)は、光を使用して2つの絶縁された回路間で電気信号を伝送するデバイスです。EL2514-Gでは、入力ピン(1と2)に印加された電流により、赤外線発光ダイオード(LED)が光子を放出します。これらの光子は透明な絶縁ギャップ(通常はモールドコンパウンド製)を横断し、出力側のシリコンフォトトランジスタ(ピン3と4)のベース領域に到達します。入射光はベース内で電子-正孔対を生成し、実質的にベース電流として作用します。この光生成されたベース電流は、トランジスタの増幅率によって増幅され、入力LED電流(I_C)に比例するコレクタ電流(I_F)が生じます。比率I_C/I_Fが電流伝達率(CTR)です。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、これが電気的絶縁を提供することです。

12. 技術トレンド

フォトカプラ市場は進化を続けています。EL2514-Gのようなデバイスに影響を与えるトレンドは以下の通りです：

高集積化:複数の絶縁チャネルを組み合わせる、またはゲートドライバやエラーアンプなどの追加機能を単一パッケージに統合する。
高速化:統合アンプ付きフォトダイオードなどの高速検出器を使用したカプラの開発により、Mbpsデータレートでのデジタル通信プロトコル(USB、CAN、RS-485)をサポート。
信頼性と寿命の向上:CTRの長期安定性の改善に焦点を当てる。特に高温・高電流下ではLEDの経年劣化によりCTRが低下する可能性があります。
より厳格な環境適合性:RoHSやハロゲンフリーを超えて、PFASなどの物質やサプライチェーンにおけるより広範な持続可能性指標への関心が高まっています。
代替絶縁技術:フォトカプラは多くのアプリケーションで依然として支配的ですが、容量性絶縁(SiO₂バリア使用)や磁気絶縁(トランス使用)などの技術は、超高速、低消費電力、または高集積密度を必要とする分野で競合しています。フォトカプラは、シンプルさ、高いコモンモード過渡耐性(CMTI)、および確立された安全認証において利点を維持しています。

EL2514-Gは、安全認証、環境適合性、および堅牢な性能に焦点を当てることで、これらのトレンドが極めて重要な産業、電力、および機器市場の永続的なニーズに対応しています。

LED仕様用語集

LED技術用語の完全な説明

光電性能

用語	単位/表示	簡単な説明	なぜ重要か
発光効率	lm/W (ルーメン毎ワット)	電力ワット当たりの光出力、高いほどエネルギー効率が良い。	エネルギー効率等級と電気コストを直接決定する。
光束	lm (ルーメン)	光源から発せられる全光量、一般に「明るさ」と呼ばれる。	光が十分に明るいかどうかを決定する。
視野角	° (度)、例：120°	光強度が半分になる角度、ビーム幅を決定する。	照明範囲と均一性に影響する。
色温度	K (ケルビン)、例：2700K/6500K	光の暖かさ/冷たさ、低い値は黄色がかった/暖かい、高い値は白っぽい/冷たい。	照明の雰囲気と適切なシナリオを決定する。
演色性指数	無次元、0–100	物体の色を正確に再現する能力、Ra≥80は良好。	色の真実性に影響し、ショッピングモール、美術館などの高要求場所で使用される。
色差許容差	マクアダム楕円ステップ、例：「5ステップ」	色の一貫性指標、ステップが小さいほど色の一貫性が高い。	同じロットのLED全体で均一な色を保証する。
主波長	nm (ナノメートル)、例：620nm (赤)	カラーLEDの色に対応する波長。	赤、黄、緑の単色LEDの色相を決定する。
分光分布	波長 vs 強度曲線	波長全体の強度分布を示す。	演色性と色品質に影響する。

電気パラメータ

用語	記号	簡単な説明	設計上の考慮事項
順電圧	Vf	LEDを点灯するための最小電圧、「始動閾値」のようなもの。	ドライバ電圧は≥Vfでなければならず、直列LEDの場合は電圧が加算される。
順電流	If	LEDの正常動作のための電流値。	通常は定電流駆動、電流が明るさと寿命を決定する。
最大パルス電流	Ifp	短時間耐えられるピーク電流、調光やフラッシュに使用される。	パルス幅とデューティサイクルは損傷を避けるために厳密に制御する必要がある。
逆電圧	Vr	LEDが耐えられる最大逆電圧、それを超えると破壊される可能性がある。	回路は逆接続や電圧スパイクを防ぐ必要がある。
熱抵抗	Rth (°C/W)	チップからはんだへの熱伝達抵抗、低いほど良い。	高い熱抵抗はより強力な放熱を必要とする。
ESD耐性	V (HBM)、例：1000V	静電気放電に耐える能力、高いほど脆弱性が低い。	生産時には帯電防止対策が必要、特に敏感なLEDには。

熱管理と信頼性

用語	主要指標	簡単な説明	影響
接合温度	Tj (°C)	LEDチップ内部の実際の動作温度。	10°Cの低下ごとに寿命が2倍になる可能性がある；高すぎると光衰、色ずれを引き起こす。
光束減衰	L70 / L80 (時間)	明るさが初期の70%または80%に低下するまでの時間。	LEDの「サービス寿命」を直接定義する。
光束維持率	% (例：70%)	時間経過後に残った明るさの割合。	長期使用における明るさの保持能力を示す。
色ずれ	Δu′v′またはマクアダム楕円	使用中の色変化の程度。	照明シーンでの色の一貫性に影響する。
熱劣化	材料劣化	長期的な高温による劣化。	明るさ低下、色変化、または開放回路故障を引き起こす可能性がある。

パッケージングと材料

用語	一般的な種類	簡単な説明	特徴と応用
パッケージタイプ	EMC、PPA、セラミック	チップを保護し、光学的/熱的インターフェースを提供するハウジング材料。	EMC：耐熱性が良く、低コスト；セラミック：放熱性が良く、寿命が長い。
チップ構造	フロント、フリップチップ	チップ電極配置。	フリップチップ：放熱性が良く、効率が高い、高電力用。
蛍光体コーティング	YAG、珪酸塩、窒化物	青チップを覆い、一部を黄/赤に変換し、白に混合する。	異なる蛍光体は効率、CCT、CRIに影響する。
レンズ/光学	フラット、マイクロレンズ、TIR	光分布を制御する表面の光学構造。	視野角と配光曲線を決定する。

品質管理とビニング

用語	ビニング内容	簡単な説明	目的
光束ビン	コード例：2G、2H	明るさでグループ化され、各グループに最小/最大ルーメン値がある。	同じロット内で均一な明るさを保証する。
電圧ビン	コード例：6W、6X	順電圧範囲でグループ化される。	ドライバのマッチングを容易にし、システム効率を向上させる。
色ビン	5ステップマクアダム楕円	色座標でグループ化され、狭い範囲を保証する。	色の一貫性を保証し、器具内の不均一な色を避ける。
CCTビン	2700K、3000Kなど	CCTでグループ化され、各々に対応する座標範囲がある。	異なるシーンのCCT要件を満たす。

テストと認証

用語	標準/試験	簡単な説明	意義
LM-80	光束維持試験	一定温度での長期照明、明るさの減衰を記録する。	LED寿命の推定に使用される (TM-21と併用)。
TM-21	寿命推定標準	LM-80データに基づいて実際の条件下での寿命を推定する。	科学的な寿命予測を提供する。
IESNA	照明学会	光学的、電気的、熱的試験方法を網羅する。	業界で認められた試験基盤。
RoHS / REACH	環境認証	有害物質 (鉛、水銀) がないことを保証する。	国際的な市場参入要件。
ENERGY STAR / DLC	エネルギー効率認証	照明製品のエネルギー効率と性能認証。	政府調達、補助金プログラムで使用され、競争力を高める。

EL2514-G 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 50-200% - 日本語技術文書

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