EL3H7U-G フォトカプラ データシート - 4ピンSSOPパッケージ - プロファイル2.0mm - 絶縁耐圧3750Vrms - CTR 100-560% - 技術文書

1. 製品概要

EL3H7U-Gシリーズは、現代の電子回路における信頼性の高い信号絶縁を目的として設計された、コンパクトな表面実装型フォトトランジスタフォトカプラ（オプトカプラ）のファミリーです。これらのデバイスは、光を用いて2つの絶縁された回路間で電気信号を伝達するという重要な機能を提供し、一方の回路の高電圧やグランドループが他方の回路に影響を与えたり損傷させたりするのを防ぎます。

コア構造は、ヒ化ガリウム赤外発光ダイオード（IRED）と、光学的に結合されたシリコンNPNフォトトランジスタで構成されています。両者はハロゲンフリーの緑色コンパウンド内に封止され、プロファイル2.0mmの4ピン小型アウトライン・パッケージ（SSOP）に収められています。このパッケージは、プリント基板（PCB）上のスペースが限られたアプリケーションに最適です。

1.1 中核的利点とターゲット市場

EL3H7U-Gシリーズの主な利点は、高い絶縁能力、コンパクトな形状、国際的な安全および環境規格への適合です。絶縁耐圧（Viso）3750 Vrmsにより、敏感な回路に対する堅牢な保護を提供します。ハロゲンフリーの材料構成は、RoHSやREACHなどの環境規制に準拠しています。本デバイスは、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、認証部品を必要とするグローバル市場に適しています。

ターゲットアプリケーションは多岐にわたり、電気的絶縁とノイズ耐性が最も重要となる分野に焦点を当てています。主な市場には、特にDC-DCコンバータなどのスイッチング電源（SMPS）、産業用プログラマブルロジックコントローラ（PLC）、通信機器、異なるグランド電位やインピーダンスレベルを持つ回路間の汎用信号伝送などが含まれます。

2. 詳細な技術パラメータ分析

絶対最大定格と電気的特性を理解することは、信頼性の高い回路設計とフォトカプラの長期信頼性を確保するために不可欠です。

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のあるストレスの限界を定義します。通常動作を意図したものではありません。

• 入力（LED側）：順方向電流（I_F）は20 mAを超えてはなりません。逆方向電圧（V_R）は5 Vに制限されており、入力が逆バイアスを受ける可能性がある場合は適切な極性保護が必要であることを示しています。
• 出力（フォトトランジスタ側）：コレクタ電流（I_C）は30 mAと定格されています。コレクタ-エミッタ間電圧（V_CEO）は最大60 Vまで耐えられますが、エミッタ-コレクタ間電圧（V_ECO）は5 Vとかなり低く、フォトトランジスタの降伏特性の非対称性を示しています。
• 熱および絶縁：デバイス全体の電力損失（P_TOT）は200 mWです。絶縁耐圧（V_ISO）3750 Vrmsは、ピン1-2と3-4を短絡し、制御された湿度（40-60% RH）下で1分間試験されます。動作温度範囲は-40°Cから+125°Cと規定されています。

2.2 電気光学特性

これらのパラメータは、通常25°Cで測定され、通常動作条件下でのデバイスの性能を定義します。

• 入力特性：順方向電圧（V_F）は、順方向電流（I_F）1 mAにおいて、典型的に1.3Vです。これは駆動回路設計において重要です。入力容量（C_in）は最大250 pFで、高周波スイッチング性能に影響を与える可能性があります。
• 出力特性：コレクタ-エミッタ暗電流（I_CEO）は非常に低く（V_CE=20V時最大100 nA）、LEDがオフの時のリーク電流を表します。コレクタ-エミッタ飽和電圧（V_CE(sat)）は、指定された試験条件（I_F=3mA, I_C=1.6mA）下で最大0.4Vであり、トランジスタが完全にオン時の電圧降下が低いことを示しています。
• 絶縁パラメータ：絶縁抵抗（R_IO）は最小5 x 10¹⁰Ω、絶縁容量（C_IO）は最大1.0 pFです。これらの値は、絶縁バリアを横断する同相除去比と高周波ノイズ結合を決定する上で重要です。

2.3 伝達特性とグレーディングシステム

電流伝達比（CTR）はフォトカプラにとって最も重要なパラメータであり、出力コレクタ電流（I_C）と入力LED順方向電流（I_F）の比として定義され、パーセンテージで表されます：CTR = (I_CF) * 100%。

EL3H7U-GシリーズはCTRグレーディングシステムを採用し、設計者に一貫した性能区分を提供します：

• EL3H7U（標準）：I_F= 0.5 mA、V_CE= 5V時のCTR範囲は50%から600%。
• EL3H7UA：CTR範囲は100%から200%。
• EL3H7UB：CTR範囲は150%から300%。
• EL3H7UC：CTR範囲は200%から400%。

このグレーディングにより、特に電源のフィードバックループなど、ゲインの一貫性が重要な回路において、より精密な設計が可能になります。標準品は最も広い範囲を提供し、厳密なCTRがそれほど重要でない汎用アプリケーションに適しています。

3. 性能曲線分析

データシートには、主要な性能傾向を示すいくつかのグラフが提供されています。これらの曲線は典型的な動作を表しており、生産試験で保証されるものではないことに注意することが重要です。

3.1 順方向電流 vs. 順方向電圧（図1）

このグラフは、異なる周囲温度（-40°C、25°C、125°C）における入力IREDのI-V特性を示しています。順方向電圧（V_F）は負の温度係数を持ち、特定の電流に対して温度が上昇すると減少することを意味します。これはダイオードの典型的な動作であり、熱管理および定電流駆動設計で考慮する必要があります。

3.2 コレクタ電流 vs. 順方向電流（図2）およびCTR vs. 順方向電流（図3）

図2は、2つの異なるコレクタ-エミッタ間電圧（V_C=0.4Vおよび5V）に対して、出力コレクタ電流（I_F）を入力LED電流（I_CE）に対してプロットしています。関係は低電流では線形ですが、特に低いV_Fでは、高いI_CEレベルで飽和を示します。図3は、正規化されたCTRがI_Fの増加とともに減少することを示しています。これは、デバイスが低い駆動電流（典型的には0.5 mAの試験条件付近）で最も効率的（最高CTR）であることを示しています。

3.3 温度依存性（図6 & 7）

図6は、固定I_Cに対するコレクタ電流（I_F）が温度とともに増加することを示しています。図7は、正規化されたCTRが室温付近でピークに達し、高温および低温の両方で減少することを示しています。このCTRの温度依存性は重要な設計要素です。回路は、ゲインの変動を考慮して、規定された全温度範囲で正しく機能するように設計されなければなりません。

3.4 スイッチング特性（図9）

スイッチング時間 vs. 負荷抵抗（R_L）のグラフは、立ち上がり時間（t_r）と立ち下がり時間（t_f）の両方が負荷抵抗の減少とともに減少することを示しています。より小さな負荷抵抗で高速スイッチングが達成されますが、これは出力段でのより高い電力損失という代償を伴います。試験回路（図13）は、t_rを出力パルスの10%から90%までの時間、t_fを90%から10%までの時間として定義しています。

4. 機械的、パッケージング、および実装情報

4.1 ピン配置と極性

デバイスは標準的な4ピンSSOPフットプリントを使用しています。ピン配置は以下の通りです：ピン1：IREDのアノード、ピン2：IREDのカソード、ピン3：フォトトランジスタのエミッタ、ピン4：フォトトランジスタのコレクタ。損傷を防ぐため、PCBレイアウトおよび実装時に正しい極性を守る必要があります。

4.2 はんだ付けおよび取り扱いガイドライン

はんだ付け温度（T_SOL）の絶対最大定格は、10秒間260°Cです。これは典型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。湿気敏感デバイスに関する標準的なIPC/JEDEC J-STD-020ガイドラインに従う必要があります。デバイスは、制御された条件下で乾燥剤とともに元の防湿バッグに保管し、バッグが開封された場合や暴露時間制限を超えた場合は、はんだ付け前にベーキングする必要があります。

5. 注文情報とパッケージング

型番は以下の構造に従います：EL3H7U(X)(Y)-VG。

• X：CTRランク（A、B、C、または標準グレードは空白）。
• Y：テープ&リールオプション（TA、TB、または空白）。TAとTBは、異なるリールサイズまたはパッケージング方向を指している可能性があり、いずれもリールあたり5000個を含みます。
• V：オプションのVDE認証マーキング。
• G：ハロゲンフリー材料を示します。

例：EL3H7UB-TA-VGは、BグレードCTRデバイスで、TAテープ&リールにパッケージングされ、VDE認証およびハロゲンフリー材料を備えています。

6. アプリケーションガイドラインと設計上の考慮事項

6.1 代表的なアプリケーション回路

主なアプリケーションは信号絶縁です。代表的な回路は、デジタル信号源（例：マイクロコントローラのGPIO）からの電流制限抵抗で入力LEDを駆動することを含みます。出力フォトトランジスタは、反転出力信号を生成するためのコモンエミッタ構成（コレクタをプルアップ抵抗に接続、エミッタをグランド）で使用するか、非反転信号のためのエミッタフォロワ構成で使用できます。

6.2 主要な設計上の考慮事項

• LED駆動電流：必要なスイッチング速度とCTRに基づいてI_Fを選択します。低いI_Fはより高いCTRを提供しますが、スイッチングは遅くなります。直列抵抗はR = (V_source- V_F) / I_F.
• を使用して計算する必要があります。_L出力負荷抵抗（R）：_Lこの抵抗は、出力電圧振幅、スイッチング速度、および電力損失を設定します。小さいR_C.
• は高速スイッチングをもたらしますが、出力電圧振幅は低く、Iは高くなります。_FCTR劣化：
• フォトカプラのCTRは、特に高温および高LED電流で動作させると、時間とともに劣化する可能性があります。長寿命設計のためには、動作Iをディレーティングし、適切な熱管理を確保してください。

ノイズ耐性：

ノイズの多い環境では、入力ピン間にデバイス近くに小さなバイパスコンデンサ（例：0.1 μF）を配置することが有効です。出力側では、高速信号に対して浮遊容量を最小限に抑えるための注意深いPCBレイアウトが重要です。

7. 技術比較とFAQ

7.1 他のフォトカプラとの違い

EL3H7U-Gシリーズは、コンパクトなSSOPパッケージ、高い3750 Vrms絶縁定格、広い-40°Cから+125°Cの動作温度範囲、そして包括的な国際安全認証の組み合わせによって差別化されています。多くの競合デバイスは同様のCTRや速度を提供するかもしれませんが、完全な認証スイートや高温耐性を欠いている場合があります。

7.2 よくある質問（FAQ）

Q: 標準グレードとA/B/Cグレードの違いは何ですか？

A: 標準グレードは非常に広いCTR範囲（50-600%）を持っています。A、B、Cグレードは、より狭く保証されたCTR範囲（例：Cグレードで200-400%）に区分されています。予測可能なゲインを必要とする設計には、グレード付き部品を使用してください。

Q: これはAC入力信号絶縁に使用できますか？

A: 直接はできません。入力はIREDであり、これはダイオードで一方向にのみ導通します。AC信号を絶縁するには、まずそれを整流するか、専用のAC入力フォトカプラを使用する必要があります。_rQ: 最大データレートはどのように計算しますか？_fA: 最大データレートは、立ち上がり時間と立ち下がり時間の合計（t_r+ t_r）によって制限されます。デジタル信号の大まかな推定は、帯域幅 ≈ 0.35 / (t

) です。典型的なt

が8 μsの場合、帯域幅は約44 kHzです。信頼性の高いデジタル通信のためには、実用的なデータレートはこれより低くなります。_IOQ: 絶縁容量が重要なのはなぜですか？_IOA: 低い絶縁容量（C

）は、高周波同相ノイズを除去するために重要です。絶縁バリアを横断する高速電圧過渡（モータードライブなど）があるアプリケーションでは、高いC

が一次側から二次側にノイズを結合させ、誤動作を引き起こす可能性があります。

8. 動作原理と技術動向

8.1 基本的な動作原理

フォトカプラは、電気-光-電気変換の原理に基づいて動作します。入力側に印加された電気信号により、IREDが電流に比例した赤外線を発光します。この光はパッケージ内の透明な絶縁バリアを通過します。出力側では、フォトトランジスタがこの光を検出し、ベース電流を生成し、それがはるかに大きなコレクタ電流を制御します。2つの回路は電気的に絶縁されており、それらの間には光学的結合のみが存在します。