EL4XXA-Gシリーズ 4ピンDIP Form A ソリッドステートリレー データシート - 60-600V出力 - 550-50mA負荷電流 - ハロゲンフリー

1. 製品概要

EL4XXA-Gシリーズは、4ピンDIPパッケージの単極常開（Form A）ソリッドステートリレー（SSR）です。これらのデバイスは、AlGaAs赤外線LEDと、フォトボルタイックダイオードアレイおよびMOSFETで構成される高電圧出力検出回路を光結合した構造を採用しています。この設計により、1 Form A電磁リレー（EMR）と同等の機能をソリッドステートで実現し、長寿命、静粛動作、機械的衝撃や振動に対する耐性といった利点を提供します。本シリーズは表面実装（SMD）オプションも用意されており、ハロゲンフリーおよびRoHS規格に準拠しています。

1.1 中核的利点

• 高絶縁性：入力と出力の間に5000 Vrmsの絶縁を提供し、制御回路の安全性とノイズ耐性を向上させます。
• 低駆動電流：低いLED点灯電流（標準3-5mA）を特徴とし、低消費電力のマイクロコントローラ出力との互換性があります。
• 広い電圧範囲：シリーズは60V（EL406A）から600V（EL460A）までの出力耐圧をカバーし、様々なAC/DC負荷スイッチングアプリケーションに適しています。
• 堅牢な適合性：ハロゲンフリー構造であり、UL 1577、UL 508、VDE、CQCなどの主要な国際安全規格に準拠しています。
• 広い温度範囲：-40°Cから+85°Cの範囲で確実に動作し、産業用や過酷な環境に適しています。

1.2 ターゲットアプリケーション

これらのSSRは、信頼性の高い絶縁スイッチングを必要とするアプリケーション向けに設計されています。典型的な使用例は以下の通りです：

• 通信機器：信号ルーティングおよびラインカードの切り替え。
• 試験・計測機器：自動試験装置（ATE）の信号切り替え。
• ファクトリーオートメーション（FA）およびオフィスオートメーション（OA）：センサー、ソレノイド、小型モーターの制御。
• 産業用制御システム：PLC出力モジュール、プロセス制御インターフェース。
• セキュリティシステム：警報盤の切り替えおよび入退室管理。

2. 技術パラメータ分析

2.1 絶対最大定格

以下の表は、デバイスに永久的な損傷を与えないために超えてはならない重要な限界値をまとめたものです。これらは動作条件ではありません。

• 入力（LED側）：最大順方向電流（IF）は50mA DCで、パルス条件下（デューティサイクル0.1%）でのピーク順方向電流（IFP）は1Aです。最大逆電圧（VR）は5Vです。
• 出力（スイッチ側）：降伏電圧（VL）は、出力MOSFETが遮断できる最大電圧を定義します。モデルによって異なります：EL406A（60V）、EL425A（250V）、EL440A（400V）、EL460A（600V）。連続負荷電流（IL）定格は、電圧定格が高くなるにつれて減少し、EL406Aの550mAからEL460Aの50mAまでとなります。これは、電圧耐性とオン抵抗のトレードオフを反映しています。
• 絶縁・熱特性：絶縁電圧（Viso）は5000 Vrmsです。デバイスは-40°Cから+125°Cで保管でき、-40°Cから+85°Cで動作します。はんだ付け温度は260°Cで10秒間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、標準動作条件（TA=25°C）におけるデバイスの性能を定義します。

• 入力特性：順方向電圧（VF）は、IF=10mAで標準1.18V、最大1.5Vです。この低いVFは、低駆動電力要件に貢献します。
• 出力特性（主要な差別化要因）：オン抵抗（Rd(ON)）は、スイッチでの電力損失および電圧降下に影響を与える重要なパラメータです。シリーズ全体で大きく異なります：
  • EL406A：標準 0.7Ω、最大 2.5Ω
  • EL425A：標準 6.5Ω、最大 15Ω
  • EL440A：標準 20Ω、最大 30Ω
  • EL460A：標準 40Ω、最大 70Ω
  より高い電圧定格でRd(ON)が増加するのは、MOSFET設計の基本的な特性であり、所定の負荷電流での発熱に影響を与えます。
• スイッチング速度：ターンオン時間（Ton）は、フォトボルタイックゲート充電メカニズムのため、比較的遅いです（標準1.4ms、最大3ms）。ターンオフ時間（Toff）は非常に高速です（標準0.05ms、最大0.5ms）。この非対称性は、タイミングに敏感なアプリケーションで重要です。
• 伝達特性：LED点灯電流（IF(on)）は、出力MOSFETを完全にオンにするために必要な最小電流で、標準3-5mAです。ターンオフ電流（IF(off)）は、出力が確実にオフであることが保証される最大電流で、標準0.4mAです。これは入力制御ロジックの閾値を定義します。

3. 性能曲線分析

本文中に具体的なグラフデータは提供されていませんが、データシートでは標準的な電気光学特性曲線が参照されています。パラメータに基づき、主要な関係性を推測できます：

• オン抵抗 vs. 温度：MOSFETのRd(ON)は正の温度係数を持ちます。接合温度が上昇すると増加し、高温での導通損失が高くなります。適切な熱設計は必須であり、特に高電流定格（EL406A）のモデルでは重要です。
• LED順方向電圧 vs. 電流：VF対IF曲線は、AlGaAs LEDの標準的なものです。温度変動にわたる安定動作のため、LEDを定電流（例：10mA）で駆動することが推奨されます。
• 出力リーク電流 vs. 電圧：オフ状態リーク電流（Ileak）は、定格電圧全範囲で最大1μAと規定されています。このパラメータは、非常に高いオフ状態インピーダンスを必要とするアプリケーションで重要です。

4. 機械的・パッケージ情報

4.1 パッケージ寸法とタイプ

本シリーズは、異なるPCB組立プロセスに対応するために、3つの主要なリード形状オプションを提供します：

1. 標準DIPタイプ：従来のフローまたは手はんだ付け用に、0.1インチ（2.54mm）の列間隔を持つスルーホールパッケージ。
2. オプションMタイプ：より広いリードベンドを持ち、0.4インチ（10.16mm）の列間隔を提供するスルーホールパッケージ。より大きな沿面距離や特定のPCBレイアウトニーズを必要とするアプリケーション向け。
3. オプションS1タイプ：低プロファイルの表面実装デバイス（SMD）リード形状。このオプションは、自動ピックアンドプレース組立および高密度PCB設計に不可欠です。

4.2 極性識別とマーキング

ピン配置は明確に定義されています：

• ピン1：LEDアノード（+）
• ピン2：LEDカソード（-）
• ピン3 & 4：MOSFETドレイン端子（出力スイッチ）。これらは通常、負荷電流を扱うためにPCB上で接続されます。

デバイス上部には以下のコードがマーキングされています：EL [部品番号] G YWWV.
例："EL 460A G YWWV"は、EL460A、ハロゲンフリー（G）、製造年（Y）と週（WW）、VDEオプション（V）を示します。

4.3 推奨SMDパッドレイアウト

S1（表面実装）オプションでは、確実なはんだ付けと機械的強度を確保するために、特定のパッドレイアウトが推奨されます。寸法は、リフロー中に適切なはんだフィレット形成と熱放散を保証します。

5. はんだ付け・組立ガイドライン

• リフローはんだ付け（S1オプション）：デバイスは、ピークはんだ付け温度260°Cで10秒間の定格です。標準的な無鉛リフロープロファイル（IPC/JEDEC J-STD-020）が適用可能です。プロファイルが最大温度またはピーク温度での時間を超えないようにしてください。
• フローはんだ付け（DIP & Mオプション）：標準的なフローはんだ付けプロセスが使用できます。熱衝撃を最小限に抑えるために、予熱が推奨されます。
• 手はんだ付け：温度制御されたはんだごてを使用してください。パッケージへの過度な熱伝達を防ぐために、接触時間を制限してください。
• 洗浄：一般的なフラックス洗浄プロセスと互換性があります。強力な溶剤を使用する場合は互換性を確認してください。
• 保管：指定された温度範囲（-40°Cから+125°C）内の乾燥した静電気防止環境で保管してください。長期保管の場合は、湿気感受性レベル（MSL）ガイドラインに従い、通常SMD部品にはドライパック梱包を使用します。

6. 梱包・発注情報

6.1 型番体系

部品番号は以下の形式に従います：EL4XXA(Y)(Z)-VG

• XX：出力電圧/電流定格を定義する部品番号（06、25、40、60）。
• Y：リード形状オプション（表面実装の場合はS1、標準DIPの場合は空白）。
• Z：テープ＆リールオプション（TA、TB、TU、TD、またはチューブの場合は空白）。
• V：VDE安全認証オプションを示します。
• G：ハロゲンフリー構造を示します。

6.2 梱包仕様

• チューブ梱包：標準DIPおよびオプションMタイプは、100個単位のチューブで供給されます。
• テープ＆リール（S1オプション）：異なるリールタイプで利用可能：
  • TA、TB：リールあたり1000個。
  • TU、TD：リールあたり1500個。
  自動組立装置のフィーダーとの互換性のために、詳細なテープ寸法（ポケットサイズA0、B、ピッチP0、P1など）が提供されます。

7. アプリケーション設計上の考慮点

7.1 入力回路設計

入力LEDは、定電流源または直列電流制限抵抗付きの電圧源で駆動してください。抵抗値は R = (Vcc - VF) / IF を使用して計算します。ここで、VFは標準1.18V-1.5V、IFは最適な速度と信頼性のために5mAから20mAの間で選択します。駆動回路が、少なくとも最小IF(on)（最大5mA）を供給できることを確認し、出力の完全なターンオンを保証してください。LEDの逆保護ダイオードは、内蔵の5V逆電圧定格があるため厳密には必要ありませんが、ノイズの多い環境での堅牢性のために追加しても構いません。

7.2 出力回路設計

電圧選択：負荷のピーク電圧（DCまたはAC）、過渡電圧やサージを含めて、モデル（EL406A、425A、440A、460A）を選択してください。20-30%の安全マージンを推奨します。
電流と電力損失：主要な設計制約は、電力損失と熱です。SSRで消費される電力（Pdiss）は、Pdiss = (IL^2 * Rd(ON)) + (IF * VF) として計算されます。第一項が支配的です。例えば、EL406Aを最大550mA負荷で、標準Rd(ON) 0.7Ωで動作させると、約212mWの熱が発生します。総電力損失（Pout最大500mW）を超えないこと、特に高電流モデルではPCBが十分な熱放散を提供することを確認してください。
誘導性/容量性負荷：誘導性負荷（リレー、ソレノイド、モーター）をスイッチングする場合、デバイスのVL定格を超える可能性のある電圧スパイクを抑制するために、スナバ回路（RCネットワーク）またはフライバックダイオードを負荷に並列に使用してください。容量性負荷の場合は、突入電流制限を考慮してください。

7.3 熱管理

SSRには内部ヒートシンクはありません。熱はリードを通じて放散されます。特にピン3と4（出力）では、ヒートシンクとして機能する十分な銅面積をPCBパッド上に使用してください。高い周囲温度または連続的な高電流動作では、デバイス温度が動作範囲内に収まるように監視してください。オン抵抗は温度とともに増加し、自己制限効果を生み出しますが、性能も低下させます。

8. 技術比較・選定ガイド

EL4XXA-Gシリーズは、明確なトレードオフマトリックスを提供します：

• EL406A（60V、550mA）：低電圧降下と電力損失が重要な、低電圧・高電流DCスイッチング（例：12V/24Vシステム、バッテリー駆動デバイス）に最適な選択肢です。最も低いRd(ON)を持ちます。
• EL425A（250V、150mA）およびEL440A（400V、120mA）：インジケーター、小型ソレノイドなどの小負荷のスイッチング、または大型接触器のパイロットデバイスとしての、主流のACライン電圧アプリケーション（120VAC、240VAC）に理想的です。EL440Aは240VACシステムに余裕を持たせます。
• EL460A（600V、50mA）：高電圧産業アプリケーションまたは大きな電圧過渡現象がある状況向けに設計されています。高電圧環境での信号または非常に低電力負荷のスイッチングに適しています。

電磁リレー（EMR）との比較：これらのSSRは可動部品を持たないため、接点バウンス、アーク、サイクル数に関連する摩耗メカニズムがありません。静粛に動作し、振動の影響を受けません。ただし、固有のオン抵抗による発熱と電圧降下があり、通常、同等のEMRと比較して電流定格が低く、アンペアあたりのコストが高くなります。

他のSSRとの比較：フォトボルタイックMOSFET結合方式は、非常に高い絶縁性とクリーンなスイッチングを提供し、出力側に外部バイアス電源を必要としません（フォトトランジスタやフォトトライアックカプラとは異なります）。ターンオン速度は他のオプトMOSFETよりも遅いですが、ほとんどの制御アプリケーションには十分です。

9. よくある質問 (FAQ)

Q1: このSSRでAC負荷を直接スイッチングできますか？
A1: はい、ただし重要な注意点があります。出力は一対のMOSFETです。ほとんどのMOSFETには固有のボディダイオードがあります。標準構成では、このSSRはオフ時にいずれの極性の電圧も遮断できますが、オン時には一方向にのみ電流を導通できます（ダイオードのように）。真のAC負荷スイッチングには、2つのデバイスを逆直列（バックツーバック）に構成する必要があります。一部のSSRは内部にこの構成を持っていますが、EL4XXA-Gのデータシートは単一MOSFETの回路図を示しており、DCまたは単方向スイッチング用であることを示しています。ACアプリケーションでの特定モデルの能力を確認してください。

Q2: なぜターンオン時間はターンオフ時間よりもずっと遅いのですか？
A2: ターンオン時間は、フォトボルタイックダイオードアレイが出力MOSFETのゲート容量をその閾値電圧まで充電するのに十分な電流を生成する速度によって制限されます。これは比較的遅い、電流制限されたプロセスです。ターンオフは高速です。なぜなら、内部回路を通じてゲートを放電するだけで済み、それは迅速に行えるためです。

Q3: "パルス負荷電流"定格はどのように解釈すればよいですか？
A3: パルス負荷電流（ILPeak）は、非常に短い時間（100ms、単一パルス）で扱うことができるより高い電流です。これは、ランプやモーターからの突入電流を扱うのに役立ちます。この定格を連続的または繰り返しのパルス動作に使用しないでください。繰り返しパルスの場合、平均電力損失はPout限界内に留まる必要があります。

Q4: 外部ヒートシンクは必要ですか？
A4: 通常、定格条件下でのDIPパッケージには必要ありません。主要なヒートシンクはPCBの銅です。最大負荷電流での連続動作、特にEL406Aでは、熱を放散するために出力ピンに接続された十分な銅面積（例：数平方センチメートル）がPCBにあることを確認してください。狭い空間や高い周囲温度では、熱解析が推奨されます。

10. 設計事例

シナリオ：定常状態電流200mAの24VDC誘導性負荷（小型ソレノイドバルブ）をスイッチングする必要があるPLC用のデジタルI/Oモジュールを設計する。環境は産業用ノイズが多い。

部品選定：EL406Aは、60V定格（24VDCを十分に上回る）と低いオン抵抗のために選択されました。200mAでは、標準的な電圧降下はわずか200mA * 0.7Ω = 0.14V、電力損失は(0.2^2)*0.7 = 0.028Wで無視できます。

入力回路：PLCのデジタル出力は24VDCです。直列抵抗を計算：R = (24V - 1.3V) / 0.01A = 2270Ω。標準2.2kΩ抵抗を選択し、IF ≈ 10.3mAを提供し、最大IF(on)の5mAを安全に上回ります。

出力回路：フライバックダイオード（1N4007）をソレノイドコイルに直接並列に配置し、誘導性キックバック電圧をクランプしてEL406Aの出力を保護します。ダイオードのカソードは正電源に、アノードはSSR出力/負荷接続に接続します。

PCBレイアウト：ピン3と4は、熱放散を助けるためにPCB上の大きな銅面に接続されますが、このケースでは発生する熱は最小限です。良好な絶縁を維持するために、入力と出力のトレースは分離されています。

この設計は、小型電磁リレーと比較して、堅牢で長寿命、静粛なスイッチングソリューションを提供します。

11. 動作原理

EL4XXA-Gは、光絶縁とフォトボルタイック駆動の原理で動作します。入力AlGaAs赤外線LEDに順方向電流が流れると、光を発します。この光は出力側のフォトボルタイックダイオードアレイによって検出されます。このアレイは、光が当たると小さな電圧（光起電力効果）を生成します。この生成された電圧は、1つ以上のパワーMOSFETのゲートに直接印加され、それらをオンにして出力ピン（3 & 4）間の低抵抗パスを作ります。LED電流が除去されると、光が止まり、フォトボルタイック電圧が崩壊し、MOSFETゲートが放電して出力がオフになります。このメカニズムは、低電圧制御回路と高電圧負荷回路の間の完全な電気的絶縁を提供します。なぜなら、光のみが絶縁バリアを越えるからです。

12. 技術トレンド

ソリッドステートリレーは、EL4XXA-Gの技術に関連するいくつかの主要な方向性で進化を続けています：

• より低いオン抵抗（Rd(ON)）：MOSFETおよびパッケージ技術の進歩により、所定の電圧定格およびパッケージサイズでのRd(ON)が着実に低下し、より小さなフットプリントでより高い電流スイッチングが可能になり、損失も低減されています。
• 高集積化：入力側ドライバー（定電流源、ロジックレベル変換器）および出力側保護機能（過電圧クランプ、過熱シャットダウン）をSSRパッケージに統合する傾向があり、外部回路を簡素化します。
• 改善された熱性能：露出した熱放散パッド（例：底面パッド付きDIPパッケージ）を持つ新しいパッケージ設計により、PCBへの熱伝達がはるかに効率的になり、同じシリコンでの連続電流定格が大幅に向上します。
• より広い電圧範囲：より高い電圧（1kV+）を遮断できるデバイスが、再生可能エネルギーや電気自動車のアプリケーションによって駆動され、コンパクトなパッケージでより一般的になっています。
• 安全性と適合性への焦点：EL4XXA-Gと同様に、最新の国際安全規格（UL、VDE、CQC）、環境規制（ハロゲンフリー、RoHS）、および信頼性のための自動車グレード認定を満たすことへの重要性が高まっています。

EL4XXA-Gシリーズは、フォトボルタイックMOSFET SSR技術の成熟した信頼性の高い実装を表しており、安全で絶縁された信頼性の高い低～中電力スイッチングを必要とする幅広い産業用および商業用制御アプリケーションに適しています。