EL354N-Gシリーズ フォトカプラ データシート - 4ピンSOPパッケージ - AC入力 - 絶縁耐圧3750Vrms - 日本語技術文書

1. 製品概要

EL354N-Gシリーズは、AC入力アプリケーションに特化して設計された、コンパクトで高性能な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、入力極性が不明または交流である環境において、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。デバイスのコアは、逆並列接続された2つの赤外線発光ダイオードと、光学的に結合されたシリコンフォトトランジスタ検出器で構成されています。このユニークな構成により、入力LEDを流れる電流の方向に関わらずデバイスが応答するため、DC極性が固定されていないAC信号監視およびセンシングアプリケーションに本質的に適しています。

省スペースの4ピン小型外形パッケージ（SOP）に収められており、現代の高密度プリント基板（PCB）設計に最適です。このシリーズの重要な設計思想は、世界的な環境および安全基準への準拠です。デバイスはハロゲンフリーであり、臭素（Br<900 ppm）、塩素（Cl<900 ppm）、およびそれらの合計量（Br+Cl<1500 ppm）に対して厳格な制限を遵守しています。さらに、RoHS（有害物質の使用制限）指令およびEU REACH規則への準拠を維持しており、電子部品に対する現代の環境要件を満たしています。

1.1 中核的利点とターゲット市場

EL354N-Gシリーズの主な利点は、AC入力機能、高絶縁耐圧、およびコンパクトなフォームファクタの組み合わせにあります。入力と出力間の3750 V_rmsという高い絶縁耐圧は、堅牢な安全バリアを提供し、高電圧の商用電源やノイズの多い工業用ラインから繊細な低電圧制御回路を保護します。これは、絶縁を必要とするアプリケーションにおいて不可欠な特性です。

この部品のターゲット市場は多岐にわたり、産業オートメーション、通信、電源管理に及びます。主な応用分野には、電源や家電製品におけるACライン監視、プログラマブルロジックコントローラ（PLC）における入力絶縁、電話回線回路におけるインターフェース、および極性不明のDC信号のセンサとしての使用が含まれます。UL、cUL、VDE、SEMKO、NEMKO、DEMKO、FIMKO、CQCなどの主要な国際安全機関からの認証を取得しているため、世界市場向けの最終製品への使用が容易になり、機器メーカーの認証プロセスを簡素化します。

2. 詳細な技術パラメータ分析

信頼性の高い回路設計のためには、デバイスの限界値と性能特性を十分に理解することが重要です。これらのパラメータは動作範囲を定義し、部品が安全動作領域（SOA）内で使用されることを保証します。

2.1 絶対最大定格

絶対最大定格は、デバイスに永久的な損傷が生じる可能性のあるストレスの限界値を指定します。これらは動作条件ではありません。

• 入力順方向電流（I_F)）：±50 mA（DC）。この定格は、入力ダイオードを流れるいずれの方向の電流にも適用されます。
• ピーク順方向電流（I_FP)）：1 µsパルスで1 A。これにより、デバイスは短時間の電流サージに耐えることができます。
• 電力損失：デバイスの総電力損失（P_TOT）は200 mWを超えてはなりません。入力側（P_D）は70 mW定格で、周囲温度（T_a）が90°Cを超えると3.7 mW/°Cで減額されます。出力側（P_C）は150 mW定格で、70°C T_a.
• を超えると減額されます。電圧定格_CEO：コレクタ-エミッタ間電圧（V_ECO）は80 V、エミッタ-コレクタ間電圧（V
• ）は6 Vです。この非対称性はフォトトランジスタの構造に起因します。_ISO)絶縁耐圧（V_{）：相対湿度40-60%で1分間3750 V}rms
• 。これは重要な安全パラメータです。温度範囲_OPR：動作温度（T_STG）は-55°Cから+100°Cです。保存温度（T
• ）は-55°Cから+125°Cの範囲です。はんだ付け温度_SOL：デバイスは、ピークはんだ付け温度（T

）260°Cを10秒間耐えることができ、これは無鉛リフロー工程と互換性があります。

2.2 電気光学特性

これらのパラメータは、特に指定がない限り25°Cの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_F)順方向電圧（V_F）：順方向電流（I
• ）が±20 mAのとき、標準値1.2 V、最大1.4 V。この低い電圧降下は低電力回路に有利です。_{入力容量（C})in

）：1 kHzで50 pF（標準）から250 pF（最大）の範囲。このパラメータは高周波応答と潜在的な結合ノイズに影響します。

• 2.2.2 出力特性_CEO)暗電流（I_F）：入力LEDがオフ（I_CE=0）でV
• =20Vのときのコレクタからエミッタへのリーク電流は最大100 nAです。低い暗電流は、オフ状態での良好な信号対雑音比に不可欠です。降伏電圧_CEO：BV_ECOは最小80 V、BV

は最小7 Vです。これらは持続可能な最大逆電圧を定義します。

2.2.3 伝達特性

• これらのパラメータは、入力と出力間の結合効率と速度を記述します。電流伝達率（CTR）_C：これは出力コレクタ電流（I_F）と入力順方向電流（I_F）の比率で、パーセンテージで表されます。これは利得の主要パラメータです。標準EL354Nは、I_CE= ±1mA、V
• = 5VでCTR範囲が20%から300%です。EL354NAバリアントは、同じ条件下でより狭く、高いビン（50%から150%）を提供します。このビニングにより、設計者は生産においてより一貫した利得を得るためにデバイスを選択できます。_{飽和電圧（V})CE(sat)_F）：I_C=±20mAおよびI
• =1mAのとき、標準値0.1 V、最大0.2 V。低い飽和電圧は、出力トランジスタが完全にオンしているときの電力損失を最小限に抑えます。_IO)絶縁抵抗（R¹⁰）：最小5×10¹¹Ω、標準値10
• Ω（500 V DC時）。この極めて高い抵抗は絶縁機能の基本です。_c)遮断周波数（f
• ）：指定された試験条件下で標準値80 kHz（-3dB点）。これは有効な最大信号周波数を定義します。_IO)浮遊容量（C
• ）：1 MHzで標準値0.6 pF、最大1.0 pF。これは絶縁バリアを横切る寄生容量であり、高周波ノイズを結合させる可能性があります。スイッチング速度_r：立ち上がり時間（t_f）と立ち下がり時間（t

）はともに最大18 µsと規定されています。この比較的穏やかな速度は、電源周波数監視（50/60 Hz）や多くの産業制御信号には適していますが、高速デジタル通信には適していません。

3. 性能曲線分析

データシートには典型的な電気光学特性曲線が参照されていますが、その具体的なプロット（例：CTR対温度、CTR対順方向電流）は詳細な設計に不可欠です。これらの曲線は通常、CTRが周囲温度の上昇とともに減少し、順方向電流と非線形の関係を持つ可能性があることを示しています。設計者は、特定の動作環境に対して性能を適切に減額し、回路が意図した温度範囲全体で十分な利得を維持することを保証するために、これらのグラフを参照する必要があります。出力電流と順方向電流の関係も、特にCTR仕様の限界付近で動作する場合に、所望の出力状態を達成するために必要な駆動電流を決定する上で重要です。

4. 機械的、パッケージ、および実装情報

4.1 パッケージ寸法と極性

デバイスは4ピンSOPパッケージに収められています。ピン構成は以下の通りです：ピン1はアノード/カソード、ピン2はカソード/アノード（逆並列LEDペア用）、ピン3はフォトトランジスタのエミッタ、ピン4はコレクタです。このピン配置は正しいPCBレイアウトにとって重要です。パッケージ図面には、本体の長さ、幅、高さ、リードピッチ、リード寸法など、正確な機械的寸法が記載されており、正確なPCBフットプリント設計のために遵守する必要があります。

4.2 推奨PCBパッドレイアウト

表面実装パッドレイアウトの提案が提供されています。これは参考設計であり、個々の製造プロセス、PCB材料、および熱要件に基づいて変更する必要があることが強調されています。パッド設計の目標は、リフロー中に信頼性の高いはんだ接合を形成しつつ、部品にかかる熱応力を管理することです。

4.3 はんだ付けおよびリフローガイドライン

• 詳細なリフローはんだ付け条件が、IPC/JEDEC J-STD-020Dを参照して規定されています。このプロファイルは無鉛実装にとって重要です：プリヒート
• ：150°Cから200°Cまで60-120秒かけて。立ち上げ
• ：200°Cからピークまで最大3°C/秒。液相線温度以上（217°C）の時間
• ：60-100秒。ピーク温度
• ：最大260°C。ピーク温度±5°C以内の時間
• ：最大30秒。冷却速度
• ：最大6°C/秒。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で、プラスチックパッケージおよび内部ワイヤボンドへの熱損傷を防ぎます。

5. 発注、包装、およびマーキング

5.1 品番体系とビニングシステム

• X品番は以下の構造に従います：EL354N(X)(Y)-VG。
• Y：CTRランクオプション。'A'は50-150%ビン（EL354NA）を示します。文字なしは標準20-300%ビン（EL354N）を示します。
• V：テープアンドリールオプション。'TA'または'TB'はリールタイプと向きを指定します。省略はチューブ包装（100個）を示します。
• G：VDE認証を含むことを示すオプションの接尾辞。

：ハロゲンフリー構造を示します。

包装オプションには、チューブ（100個）またはテープアンドリール（TAおよびTBオプションともにリールあたり3000個）が含まれます。'TA'と'TB'オプションは、キャリアテープ上の部品の向きが異なり、これはピックアンドプレースマシンのフィーダー要件と一致する必要があります。

5.2 デバイスマーキングデバイスは上面に以下のコードでマーキングされています：.

• ELEL 354N RYWWV
• ：メーカーコード。354N
• R：基本デバイス番号。
• Y：CTRランク（例：'A'または空白）。
• WW：1桁の年コード。
• V：2桁の週コード。

：存在はVDE認証を示します（オプション）。

5.3 テープアンドリール仕様

エンボス加工されたキャリアテープの詳細な寸法が提供されており、ポケット寸法（A、B、D0、D1）、テープ幅（W）、ピッチ（P0）、およびカバーテープシール寸法が含まれます。これらは自動実装装置を正しく設定するために必要です。

6. 応用ガイドラインと設計上の考慮事項

6.1 典型的な応用回路_F主な応用はACライン電圧検出またはゼロクロス検出です。典型的な回路では、入力ピン（1 & 2）をACラインに直列に電流制限抵抗を接続します。抵抗値は、ピークAC電圧を考慮して、ピーク順方向電流（I

）を50 mA未満の安全な値に制限するように計算する必要があります。出力トランジスタは、コモンエミッタ構成（エミッタをグランドに、コレクタを負荷抵抗を介してロジック電源にプルアップ）で接続し、ACサイクルとともに切り替わるデジタル信号を提供できます。極性不明のDC検出の場合、電流の方向に関わらず導通するため、デバイスを検出ラインに直接配置できます。

• 6.2 重要な設計要因電流制限
• ：入力回路設計の最も重要な側面です。抵抗は、最悪の条件（最大ライン電圧、最小抵抗許容差）下で電流を制限する必要があります。CTR劣化
• ：CTRは時間とともに劣化する可能性があり、特に高い動作温度と電流で顕著です。設計にはマージン（例：データシートの最小CTRを使用し、さらに寿命に対する減額係数を適用する）を組み込むべきです。ノイズ耐性_IO：寄生容量（C
• ）は、高周波過渡現象（ESDやEMIなど）を絶縁バリアを横切って結合させる可能性があります。ノイズの多い環境では、出力側での追加のフィルタリングやマイクロコントローラでの高速デジタルフィルタの使用が必要になる場合があります。スイッチング速度の制限
• ：18 µsの立ち上がり/立ち下がり時間は、デバイスを低周波アプリケーションに限定します。高速デジタルデータラインの絶縁には適していません。放熱

温度による減額を考慮して、総電力損失（入力LED損失 + 出力トランジスタ損失）が200 mWを超えないようにしてください。

7. 技術比較と差別化

EL354N-Gの重要な差別化要因は、統合された逆並列LED入力であり、ACまたは極性不明のDC信号を処理するための外部ブリッジ整流器や複雑な回路が不要になります。標準的なDC入力フォトカプラと比較して、これはBOMを簡素化し、基板スペースを節約します。AC入力フォトカプラセグメント内では、3750Vrms絶縁、ハロゲンフリー材料、およびコンパクトなSOPパッケージでの包括的な国際安全認証（UL、VDEなど）の組み合わせが、コストに敏感でありながら安全が重要な世界的なアプリケーションに対して強力な価値提案を提供します。より狭いCTRビン（EL354NA）の入手可能性は、手動選別や校正なしにより一貫した利得を必要とする設計に利点をもたらします。

8. よくある質問（FAQ）

Q: このデバイスを120VACまたは230VACの商用電源を直接検出するために使用できますか？

A: はい、ただし外部の直列電流制限抵抗を使用する必要があります。その値は、ピーク商用電圧（例：230VAC RMSのピークは約325V）と所望のLED電流に基づいて計算し、ピーク電流が絶対最大定格50 mAを十分に下回るようにしてください。

Q: EL354NとEL354NAの違いは何ですか？

A: 違いは電流伝達率（CTR）のビニングにあります。EL354Nはより広い範囲（20-300%）を持ち、EL354NAはより狭く、高い最小範囲（50-150%）を持ちます。ユニット間でより一貫した利得を必要とするアプリケーションには'NA'バージョンを使用してください。

Q: 出力はフォトトランジスタです。リレーを直接駆動するために使用できますか？

A: 推奨されません。フォトトランジスタの電流処理能力は限られています（その電力損失定格に関連）。これは信号レベルデバイスとして設計されています。リレーを駆動するには、フォトカプラ出力を使用してより大きなパワートランジスタやMOSFETゲートを駆動してください。

Q: 設計において信頼性の高い絶縁を確保するにはどうすればよいですか？

A: 関連する安全規格（例：IEC 60950-1、IEC 62368-1）に従って、PCB上の入力回路と出力回路の間に適切な沿面距離および空間距離を維持してください。部品自体の3750Vrms定格は、基板上の十分な間隔によってサポートされる必要があります。

9. 動作原理

デバイスは、光電変換と絶縁の原理に基づいて動作します。2つの入力赤外線LEDのいずれか（極性に依存）に電流が流れると、光を発します。この光は透明な絶縁バリア（通常は成形プラスチック）を通過し、出力側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。光子はベースで電子-正孔対を生成し、実質的にベース電流として作用し、トランジスタをオンにして、はるかに大きなコレクタ電流を流します。重要な点は、入力と出力の間の唯一の接続が光学的であることであり、これが絶縁を提供します。逆並列LED構成は、ピン1（アノード）からピン2（カソード）に流れる電流が一方のLEDを点灯させ、逆方向の電流がもう一方のLEDを点灯させることを意味し、ACまたは双方向DCでの動作を保証します。

10. 業界動向