EL816シリーズ 4ピンDIPフォトトランジスタフォトカプラ データシート - パッケージオプション - CTR 50-600% - 絶縁耐圧 5000Vrms - 技術文書

1. 製品概要

EL816シリーズは、業界標準の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、異なる電位を持つ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。各ユニットは、単一のコンパクトなパッケージ内に、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を統合しています。

中核となる機能はガルバニック絶縁であり、グランドループの防止、高電圧サージのブロック、異なる基準グランドまたは電圧レベルの回路間での信号転送を可能にします。本シリーズは堅牢な構造が特徴で、高絶縁耐圧と、単純なオン/オフ検出からリニア信号伝送まで様々なアプリケーションニーズに適合する広範囲の電流伝送比（CTR）グレードを提供します。

2. 技術パラメータ詳細分析

2.1 絶対最大定格

これらの定格は、永久的な損傷が発生する可能性のあるストレスの限界を定義します。デバイスはこれらの極限状態での動作を意図していません。

• 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。短時間の1 Aパルス（1 µs持続時間）は許容されます。最大逆電圧（V_R）は6 Vであり、適切な極性保護の必要性を強調しています。
• 出力（トランジスタ側）：フォトトランジスタは、コレクタ電流（I_C）50 mAおよびコレクタ-エミッタ間電圧（V_CEO）80 Vを扱うことができます。より低いエミッタ-コレクタ間電圧（V_ECO= 6V）は、フォトトランジスタ接合の非対称性を示しています。
• 絶縁 & 熱特性：重要な仕様は、絶縁耐圧（V_ISO）が5000 V_rms（1分間）であり、ピン1-2を短絡、ピン3-4を短絡した状態で試験されます。デバイスは-55°Cから+110°Cで動作し、260°Cで10秒間のはんだ付けに耐えることができます。
• 電力損失：デバイス全体の損失（P_TOT）は200 mWです。入力ダイオードは100°Cまでデレーティングなしで100 mWを損失できます。出力トランジスタは150 mW定格であり、80°C以上では5.8 mW/°Cでデレーティングが必要です。

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 入力ダイオード特性

• 順方向電圧（V_F）：通常1.2V、I_F= 20 mA時最大1.4V。これは電流制限抵抗値の計算に使用されます。
• 逆電流（I_R）：V_R= 4V時最大10 µA。良好なダイオード逆特性を示しています。
• 入力容量（C_in）：最大250 pF。これは高周波駆動回路設計に影響を与える可能性があります。

2.2.2 出力トランジスタ特性

• 暗電流（I_CEO）：LEDオフ時のリーク電流は、V_CE= 20V時最大100 nAであり、オフ状態のノイズフロアを定義します。
• 降伏電圧： BV_CEO≥ 80V および BV_ECO≥ 6V。電圧遮断能力を確認します。

2.3 伝達特性

これらはアプリケーション設計において最も重要なパラメータであり、入力電流と出力電流の関係を定義します。

• 電流伝送比（CTR）：これは出力コレクタ電流（I_C）と入力順方向電流（I_F）の比で、パーセンテージで表されます。EL816シリーズは、標準条件（ほとんどの場合I_F= 5mA、V_CE= 5V、I/J/KグレードはI_F= 10mA）で試験された幅広いCTRグレードを提供します。範囲は以下の通りです：
  • EL816: 50% ～ 600% （広範囲、非選別）
  • EL816A: 80% ～ 160%
  • EL816B: 130% ～ 260%
  • EL816C: 200% ～ 400%
  • EL816D: 300% ～ 600%
  • EL816X: 100% ～ 200%
  • EL816Y: 150% ～ 300%
  • EL816I: 63% ～ 125% （I_F=10mA時）
  • EL816J: 100% ～ 200% （I_F=10mA時）
  • EL816K: 160% ～ 320% （I_F=10mA時）
  I/J/Kグレードは、低電流動作に重要なI_F= 1mA時の最小CTRも規定しています。
• 飽和電圧（V_CE(sat)）：Typically 0.1V (max 0.2V) at I_F=20mA、I_C=1mA時。この低い値は、確実なLowロジックレベルを達成するためのデジタルスイッチングアプリケーションにおいて重要です。
• 絶縁抵抗 & 容量： R_IO> 5×10¹⁰Ω および C_IO <1.0 pF。高い抵抗は最小限のリークを保証し、低い容量はノイズ環境での高いコモンモード過渡耐性（CMTI）を維持するために不可欠です。
• 周波数応答：遮断周波数（f_c）は通常80 kHzであり、アナログ信号伝送の有効帯域幅を定義します。
• 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、指定された試験条件（I_C=2mA、R_L=100Ω）下で、通常それぞれ4 µsおよび3 µs（各最大18 µs）です。これは最大デジタルスイッチング周波数を決定します。

3. グレーディングシステム説明

EL816シリーズは、電流伝送比（CTR）のみに基づく精密なグレーディングシステムを採用しています。

• CTRグレーディング：デバイスは、指定された試験電流で測定されたCTRに基づいてビン（A、B、C、D、X、Y、I、J、K）に選別されます。これにより、設計者は保証されたゲイン限界を持つ部品を選択でき、回路の一貫性と歩留まりを向上させることができます。例えば、EL816C（200-400%）を選択すると、EL816A（80-160%）よりも高い最小ゲインが保証され、より低いLED駆動電流での使用や、より多くの出力電流マージンの提供が可能になる場合があります。
• 波長/色グレーディングなし：エミッタが赤外線ダイオードであるため、可視波長または色のグレーディングは適用されません。フォトトランジスタは、対応するLEDから放出されるIRスペクトルに感度を持ちます。

4. 性能曲線分析

特定の曲線は提供されたテキストでは詳細に説明されていませんが、以下に、記載されたパラメータに基づくこのようなデバイスの典型的な性能傾向を分析します。

• CTR vs. 順方向電流（I_F）：CTRは一定ではありません。通常、特定のI_Fでピークに達し、非常に低い電流または非常に高い電流で減少します。5mAおよび10mA（一部グレードでは1mA）でのCTRの規定は、この非線形性を示唆しています。設計者は、予測可能なゲインを得るために試験条件に近い状態で動作させるべきです。
• CTR vs. 温度：CTRは一般に負の温度係数を持ちます。温度が上昇すると減少します。広い動作温度範囲（-55°C ～ +110°C）では、極限環境を想定した設計においてこのデレーティングを考慮する必要があります。
• スイッチング時間 vs. 負荷抵抗（R_L）：規定のt_rおよびt_fはR_L=100Ωでの値です。スイッチング速度はR_Lおよび寄生容量に大きく影響されます。より小さいR_Lは通常ターンオフを高速化しますが、電力損失を増加させる可能性があります。
• 順方向電圧 vs. 温度：ダイオードのV_Fは負の温度係数を持ち、約2 mV/°C低下します。これはCTRの温度依存性と比較すると影響は小さいです。

5. 機械的 & パッケージ情報

本シリーズは、異なるPCB実装プロセスと間隔要件に対応するために、複数のパッケージオプションを提供します。

• 標準DIPタイプ：標準リード間隔の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：ワイドリードベンドを備えたスルーホールパッケージで、0.4インチ（約10.16mm）のリード間隔を提供し、沿面距離/空間距離の増加または特定のソケットとの互換性を実現します。
• オプションS1タイプ：ロープロファイル表面実装（SMD）リード形状。テープ&リール（TUまたはTD）に供給され、リールあたり1500個です。
• オプションS2タイプ：別のSMDロープロファイルリード形状で、異なるフットプリントを持ち、テープ&リールに供給され、リールあたり2000個です。
• 沿面距離：7.62 mmを超えます。これは高絶縁耐圧での強化絶縁の安全基準を満たすために重要です。
• デバイスマーキング：パッケージにはEL（メーカーコード）、816（デバイス番号）、CTRランク（R）を示す文字、および1桁の年コード（Y）と週（WW）がマーキングされます。

6. はんだ付け & 実装ガイドライン

絶対最大定格とパッケージオプションに基づきます。

• はんだ付け温度：デバイスは、ピークはんだ付け温度260°Cで10秒間耐えることができます。これは標準的な鉛フリー（SnAgCu）リフロープロファイルと互換性があります。
• 湿気感受性：抜粋では明示されていませんが、SMD部品（S1、S2オプション）は通常、湿気感受性レベル（MSL）を持ちます。リフロー中のポップコーン現象を防ぐために、指定時間を超えて大気にさらされた場合はベーキングを含む、メーカーの取り扱い指示に従うことが重要です。
• 保管条件：保管温度範囲は-55°C ～ +125°Cです。部品は乾燥した管理された環境で保管する必要があります。
• 推奨パッドレイアウト：データシートには、S1およびS2表面実装オプションの特定のランドパターン推奨事項が記載されています。これらを使用することは、信頼性の高いはんだ接合の形成と機械的安定性に不可欠です。

7. パッケージング & 注文情報

型番は次の形式に従います：EL816X(Y)(Z)-FV

• X （リード形状）：S1、S2、M、または無し（標準DIP）。
• Y （CTRランク）：A、B、C、D、X、Y、I、J、K、または無し（非選別）。
• Z （テープ & リール）：TU、TD（SMDオプション用）、または無し。
• F （リードフレーム）：Fは鉄、空白は銅。
• V：オプションのVDE安全認証マーク。

梱包数量：スルーホール部品はチューブに100個単位で供給されます。SMD部品はテープ&リール：S1は1500個/リール、S2は2000個/リール。

8. アプリケーション推奨事項

8.1 典型的なアプリケーションシナリオ

• 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します。
• システム機器 & 計測器：電源、データ収集システム、試験装置における絶縁を提供します。
• 通信機器：モデム、インターフェース、ネットワーク機器の信号ラインを絶縁します。
• 家電製品：ファンヒーター、洗濯機などの家電製品の制御回路で使用され、商用電源に接続された部品の安全な低電圧制御を実現します。
• 一般的な信号伝送：回路間の電圧レベルシフトまたはグランドループ除去を必要とするあらゆるアプリケーション。

8.2 設計上の考慮事項

• LED電流制限：常に直列抵抗を使用してI_Fを設定します。R_limit= (V_CC- V_F) / I_Fを計算します。予測可能なゲインを得るために、CTR試験条件（5mAまたは10mA）付近で動作させます。
• 出力負荷：コレクタの負荷抵抗（R_L）は、スイッチング速度、出力振幅、および電力損失に影響を与えます。より小さいR_Lはターンオフを高速化しますが、出力電圧振幅は低くなり、I_C.
• は高くなります。ノイズ耐性：_Cデジタルアプリケーションでは、十分なCTRマージンを確保し、オン状態のI_{がトランジスタを完全に飽和させ（V}
• 0.4V）、オフ状態の暗電流がバイアス条件と比較して無視できるようにします。温度影響：
• 高温でのCTR低下を考慮します。経験則として、25°Cを超えると使用可能なCTRを°Cあたり0.5%から1%デレートします。動作温度範囲全体でデバイスがその電力損失限界内に収まるようにします。高電圧レイアウト：_5000Vrms

の絶縁定格を維持するために、PCBレイアウトは安全基準（例：IEC 60664-1）で規定された沿面距離と空間距離を尊重する必要があります。これは、パッケージの下にスロットまたはバリアを配置することを意味することがよくあります。

9. 技術比較 & 差別化

• 仕様から示されるEL816シリーズの主な利点：高絶縁耐圧：_5000Vrms
• は、多くの産業および商用電源接続アプリケーションに適した堅牢な定格です。幅広いCTR選択肢：
• 広範なグレーディング（9つの異なるビンに非選別版を加えた）により、コスト対性能の最適化のための優れた設計柔軟性を提供します。拡張温度範囲：
• +110°Cまでの動作は、多くの標準フォトカプラの典型的な+85°Cまたは+100°Cの範囲を超えており、より過酷な環境での使用を可能にします。パッケージの多様性：
• スルーホール（標準およびワイド）と2つのロープロファイルSMDオプションの両方での入手可能性は、現代および従来の実装プロセスに対応します。適合性：

本デバイスは、主要な業界基準に適合しています：ハロゲンフリー（銅リードフレーム版）、RoHS、EU REACH、およびUL、cUL、VDE、SEMKO、NEMKO、DEMKO、FIMKO、CQCからの承認を取得しており、グローバル市場へのアクセスを容易にします。

• 10. よくある質問（技術パラメータに基づく）
  Q: EL816とEL816A/B/Cなどの違いは何ですか？
• A: サフィックスはCTRグレードを示します。EL816は広いCTR範囲（50-600%）を持つ非選別部品です。EL816A、B、C、D、X、Y、I、J、Kは、より厳密で保証されたCTR範囲を持つ選別部品であり、より精密な回路設計を可能にします。
  Q: アナログ信号伝送に使用できますか？_FA: はい、ただし制限があります。典型的な帯域幅は80 kHzであり、CTRはI
• と温度に対して非線形です。低周波または低精度のアナログ絶縁に適しています。より高性能が必要な場合は、専用のリニアフォトカプラまたは絶縁アンプが推奨されます。
  Q: 適切なCTRグレードをどのように選択しますか？_FA: デジタルスイッチングの場合、動作I_Cでの最小CTRが、マージンを持って負荷（例：ロジック入力をプルダウン）を駆動するのに十分なI_Cを提供するグレードを選択します。例えば、I_F=5mAでI
• > 1mAが必要な場合、CTR > 20%が必要です。より高いグレード（例：CまたはD）はより多くのマージンを提供します。より低いグレード（A、I）は、単純なオン/オフ検出にはよりコスト効果的かもしれません。
  Q: 沿面距離 > 7.62 mmはPCB設計にとって何を意味しますか？

A: 沿面距離は、絶縁体表面に沿った導電部間の最短距離です。規定の絶縁定格を維持するためには、入力側と出力側のPCB銅配線/パッドが、部品下の基板表面全体で少なくともこの距離（または関連する安全基準に従ってそれ以上）を維持するようにする必要があります。

11. 実践的な設計例シナリオ：

1. 3.3VマイクロコントローラのGPIOピンを絶縁し、別の回路上の12Vリレーコイルを制御します。部品選択：
2. 良好なゲインマージンのためにEL816C（CTR 200-400%）を選択します。試作には標準DIPパッケージを使用します。入力回路：_Fマイクロコントローラピン出力は3.3V。V_F～ 1.2V。目標I
   R_{= 5mA（標準試験条件）。}limit_F= (3.3V - 1.2V) / 0.005A = 420Ω。標準470Ω抵抗を使用。実際のI
3. ≈ (3.3-1.2)/470 = 4.5mA。出力回路：_{リレーコイルは12Vで動作、コイル抵抗240Ω（50mA必要）。フォトカプラのI}C(max)
   は50mAであり、これは限界です。より良い設計は、フォトカプラでトランジスタを駆動し、そのトランジスタがリレーを駆動する方法です。デモンストレーションとして、12V、100Ωコイル（120mA）の小さな信号リレーを想定します。フォトカプラはこれを直接駆動できません。
4. 代わりに、フォトトランジスタをスイッチとして構成し、NPNトランジスタ（例：2N2222）のベースをグランドにプルダウンします。フォトトランジスタのコレクタは、10kΩのプルアップ抵抗を介して12V電源およびNPNのベースに接続します。エミッタはグランドに接続します。LEDが点灯すると、フォトトランジスタが飽和し、NPNベースをLowにプルダウンしてオフにします。LEDが消灯すると、10kΩ抵抗がNPNベースをHighにプルアップし、オンにしてリレーを励磁します。リレーコイルにはフライバックダイオードが必須です。絶縁：

12Vリレー電源と3.3Vマイクロコントローラ電源は、絶縁を維持するために完全に分離され、共通のグランド接続があってはなりません。

12. 動作原理

EL816は光電子デバイスです。入力側（ピン1-アノードおよび2-カソード）に電流を流すと、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（通常は成形プラスチック）を横断し、出力側（ピン3-エミッタおよび4-コレクタ）のシリコンNPNフォトトランジスタのベース領域に衝突します。_FE入射光子はトランジスタのベース-コレクタ接合で電子-正孔対を生成し、実質的にベース電流として作用します。この光生成電流は、トランジスタの電流増幅率（h

）によって増幅され、ピン4と3の間にはるかに大きなコレクタ電流が流れます。重要な点は、信号が電気的接続ではなく光によって転送されることであり、それにより入力回路と出力回路の間のガルバニック絶縁が提供されます。出力コレクタ電流と入力LED電流の比が電流伝送比（CTR）です。

13. 技術トレンド

• EL816のようなフォトトランジスタフォトカプラは、成熟したコスト効果の高い絶縁技術を代表しています。絶縁部品市場の現在のトレンドには以下が含まれます：高速化：
• 100 Mbpsを超える速度の通信インターフェース（USB、SPI、I2C）向けに、CMOSおよびRF結合技術に基づくより高速なデジタルアイソレータへの需要。統合機能：
• 単一パッケージ内に統合された電源（isoPower）またはゲートドライバ（絶縁ゲートドライバ）を備えたアイソレータの成長。小型化：
• 特に表面実装オプションにおいて、PCBスペースを節約するためのより小さなパッケージフットプリントとより低いプロファイルへの継続的な推進。信頼性 & 堅牢性の向上：
• モータードライブや電力システムで一般的な高速電圧スパイクに耐えるためのコモンモード過渡耐性（CMTI）の改善、および動作寿命と温度範囲の拡張に焦点を当てています。フォトカプラの役割：