EL827シリーズ フォトカプラ データシート - 8ピンDIPパッケージ - 絶縁耐圧5000Vrms - CTR 50-600% - 技術文書

1. 製品概要

EL827シリーズは、業界標準の8ピンデュアルインレイパッケージ（DIP）に収められたフォトトランジスタベースのフォトカプラ（オプトカプラ）のファミリーです。これらのデバイスは、異なる電位やインピーダンスで動作する回路間の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。中核機能は、シリコンフォトトランジスタ検出器に光結合された赤外線発光ダイオード（IRED）によって実現されます。この構成により、制御信号を入力側から出力側へ伝達しながら、高度な電気的絶縁を維持することが可能であり、多くの電子システムにおける安全性とノイズ耐性にとって極めて重要です。

本シリーズの主な利点は、高い電流伝達率（CTR）範囲と堅牢な絶縁耐圧定格の組み合わせにあります。コンパクトなDIPパッケージは、標準、広リード間隔、表面実装タイプなど、複数のリード形状オプションで提供され、異なるPCB実装プロセスに対応する柔軟性を提供します。本デバイスは主要な国際的な安全および環境規格に準拠しており、幅広いグローバルアプリケーションに適しています。

1.1 主要機能と対象アプリケーション

EL827シリーズは、その性能範囲とアプリケーション適合性を定義するいくつかの主要機能を備えて設計されています。50%から600%（IF=5mA、VCE=5V時）の範囲を持つ高い電流伝達率（CTR）は、良好な感度で効率的な信号伝送を保証します。入力部と出力部間の絶縁耐圧は5000 Vrmsに定格されており、高電圧トランジェントに対する強力なバリアを提供し、システムの安全性を高めます。

本製品はRoHSおよびEU REACH規制に準拠しています。UL、cUL（ファイルE214129）、VDE（ファイル132249）、SEMKO、NEMKO、DEMKO、FIMKO、CQCなど、複数の著名な国際認証機関から安全認証を取得しています。これらの認証は、厳格な安全要件を持つ市場向けの製品にとって不可欠です。

EL827シリーズの典型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）および産業オートメーションシステム。
• ノイズフリーな信号取得を必要とするシステム機器および精密測定機器。
• 信号絶縁およびインターフェース保護のための通信機器。
• ファンヒーターなどの家電製品およびその他の制御システム。
• 異なる電位およびインピーダンスの回路間の汎用信号伝送。基本的な絶縁部品として機能します。

2. 技術仕様と詳細解説

このセクションでは、デバイスの電気的および光学的パラメータの詳細な内訳を提供します。これらの仕様を理解することは、適切な回路設計と信頼性の高い長期動作を確保するために重要です。

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を定義します。これらの限界以下または限界での動作は保証されておらず、通常使用では避けるべきです。定格は周囲温度（Ta）25°Cで規定されています。

• 入力（ダイオード）側：連続順方向電流（IF）は60 mAを超えてはなりません。1マイクロ秒間の短時間ピーク順方向電流（IFP）1 Aは許容されます。ダイオードに印加する最大逆電圧（VR）は6 Vです。入力側の電力損失（PD）は100 mWに制限されます。
• 出力（トランジスタ）側：最大コレクタ電流（IC）は50 mAです。コレクタ-エミッタ電圧（VCEO）は最大80 V、エミッタ-コレクタ電圧（VECO）は最大7 Vです。出力電力損失（PC）は150 mWです。
• デバイス全体および環境：デバイス全体の電力損失（PTOT）は200 mWです。入力部と出力部間の絶縁耐圧（VISO）は5000 Vrmsです（相対湿度40-60%、1分間試験）。動作温度範囲（TOPR）は-55°Cから+110°C、保存温度（TSTG）は-55°Cから+125°Cです。実装時のはんだ付け温度（TSOL）は10秒間260°Cを超えてはなりません。

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（通常Ta=25°C）でのデバイスの性能を定義します。回路性能を計算するために不可欠です。

入力特性（赤外線発光ダイオード）：

• 順方向電圧（VF）：順方向電流（IF）20 mAを印加した場合、標準値1.2V、最大1.4Vです。このパラメータは、入力側の電流制限抵抗のサイジングに使用されます。
• 逆電流（IR）：逆電圧（VR）4Vを印加した場合、最大10 µAです。これはオフ状態でのダイオードのリークを示します。
• 入力容量（Cin）：標準値30 pF、最大250 pF（0V、1 kHzで測定）。これは高周波スイッチング性能に影響します。

出力特性（フォトトランジスタ）：

• コレクタ-エミッタ暗電流（ICEO）：VCE=20V、IF=0mA時、最大100 nAです。これは光が入射していないときのフォトトランジスタのリーク電流です。
• 降伏電圧：コレクタ-エミッタ降伏電圧（BVCEO）は最小80V（IC=0.1mA）です。エミッタ-コレクタ降伏電圧（BVECO）は最小7V（IE=0.1mA）です。

伝達特性（結合性能）：

• 電流伝達率（CTR）：これは主要なパラメータで、（IC / IF） * 100%と定義されます。EL827シリーズでは、標準試験条件IF=5mA、VCE=5Vにおいて、最小50%から最大600%の範囲です。この広い範囲は、異なるグレードまたは製造バラツキを示している可能性があります。設計者は出力トランジスタが適切に飽和することを保証するために、最小CTRを考慮に入れる必要があります。
• コレクタ-エミッタ飽和電圧（VCE(sat)）：IF=20mA、IC=1mA時、標準値0.1V、最大0.2Vです。出力スイッチング用途では、電圧降下を最小限に抑えるために低いVCE(sat)が望ましいです。
• 絶縁抵抗（RIO）：絶縁された両側間に500V DCを印加した場合、最小5 x 10^10 Ωです。これは優れたDC絶縁性能を示します。
• 浮遊容量（CIO）：標準値0.6 pF、最大1.0 pF（VIO=0V、f=1MHz）。この小さな容量は、高いコモンモードトランジェント耐性に寄与します。
• 遮断周波数（fc）：標準値80 kHz（VCE=5V、IC=2mA、RL=100Ω、-3dB点）。これはデバイスの小信号帯域幅を定義します。
• スイッチング時間：指定試験条件（VCE=2V、IC=2mA、RL=100Ω）下で、立ち上がり時間（tr）は標準3 µs（最大18 µs）、立ち下がり時間（tf）は標準4 µs（最大18 µs）です。これらの時間は最大デジタルスイッチング速度を決定します。

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。具体的なグラフは提供されたテキストには再現されていませんが、その目的は主要パラメータが動作条件とともにどのように変化するかを示すことです。設計者はこれらのグラフについては完全なデータシートを参照する必要があります。

典型的な曲線には以下が含まれます：

• CTR vs. 順方向電流（IF）：電流伝達率が入力ダイオード電流とともにどのように変化するかを示します。CTRは特定のIFでピークに達し、過度に高い電流では発熱やその他の影響により低下することがよくあります。
• CTR vs. 周囲温度（Ta）：結合効率の温度依存性を示します。CTRは通常、温度が上昇すると減少します。
• 出力電流（IC） vs. コレクタ-エミッタ電圧（VCE）：IFをパラメータとした曲線群で、標準トランジスタの出力特性に似ています。動作領域（飽和、活性）を示します。
• 飽和電圧（VCE(sat)） vs. 順方向電流（IF）：入力駆動と出力トランジスタの飽和との関係を示します。

3.1 スイッチング時間試験回路

データシートの図10は、スイッチング時間（ton、toff、tr、tf）を測定するための標準試験回路と波形定義を詳細に示しています。試験は、IREDを駆動するパルス入力電流で行われます。出力は、コレクタと電源電圧（VCC）の間に接続された負荷抵抗（RL）の両端で監視されます。立ち上がり時間（tr）は出力パルスの最終値の10%から90%まで、立ち下がり時間（tf）は90%から10%まで測定されます。この試験セットアップを理解することは、設計者が特定のアプリケーション回路でデバイスを特性評価する必要がある場合に条件を再現するのに役立ちます。

4. 機械的およびパッケージ情報

EL827は、異なるPCB設計および実装方法に対応するために、複数のリード形状オプションを備えた8ピンDIPパッケージで提供されます。

4.1 ピン配置と回路図

内部回路図は、ピン1/3（アノード）とピン2/4（カソード）の間に接続された赤外線発光ダイオードを示しています。フォトトランジスタのエミッタはピン5/7に、コレクタはピン6/8に接続されています。同じ機能を持つピンは内部で接続されており、機械的強度を高め、リードインダクタンスを低下させる可能性があります。標準的な接続は、各ペアから1本のピンを使用することです。

ピン割り当て：

• ピン1, 3: アノード（A）
• ピン2, 4: カソード（K）
• ピン5, 7: エミッタ（E）
• ピン6, 8: コレクタ（C）

4.2 パッケージ寸法とオプション

各パッケージバリアントについて詳細な機械図面が提供されています：

• 標準DIPタイプ：従来のスルーホールパッケージ。
• オプションMタイプ：0.4インチ（約10.16mm）のリード間隔を提供する広リードベンドを特徴とし、ブレッドボーディングや特定のレイアウト要件に有用です。
• オプションSタイプ：リフローはんだ付け用の表面実装リード形状。
• オプションS1タイプ：ロープロファイル表面実装リード形状。Sオプションと比較してスタンドオフ高さが低減されている可能性があります。

データシートには、表面実装オプション（SおよびS1）の推奨パッドレイアウトも含まれており、リフローはんだ付け時に信頼性の高いはんだ接合と適切な機械的位置合わせを実現するために重要です。

4.3 デバイスマーキング

デバイスは上面にEL827（シリーズを示す）と1桁の年コード（Y）、2桁の週コード（WW）、およびユニットがVDE承認済みの場合はオプションのVサフィックスでマーキングされます。このマーキングにより、製造日とバリアントのトレーサビリティが可能になります。

5. はんだ付けおよび実装ガイドライン

5.1 はんだ付け条件

データシートは、特に表面実装バリアントの実装プロセスに関する重要な情報を提供します。はんだ付け中の最大許容ボディ温度は、IPC/JEDEC J-STD-020Dを参照したリフロープロファイルによって定義されます。このプロファイルの主要パラメータは以下の通りです：

• プリヒート温度：最小（Tsmin）150°C、最大（Tsmax）200°C。
• プリヒート時間：プロファイルは、この温度範囲内の特定の時間（ts）を示しており、部品と基板を徐々に加熱して熱衝撃を最小限に抑えます。
• ピーク温度と時間：プロファイルは最大はんだ付け温度（TSOL）260°Cを超えてはならず、260°Cを超える時間は制限されるべきです（絶対最大定格に記載されているように通常10秒）。

このプロファイルに従うことは、プラスチックパッケージ、内部ワイヤボンディング、または半導体ダイ自体への損傷を防ぐために不可欠です。スルーホール部品の場合、波はんだ付けや手はんだ付けも260°C、10秒の制限を尊重する必要があります。

6. 梱包および発注情報

6.1 発注品番構成

品番は以下の形式に従います：EL827X(Z)-V

• X：リード形状オプション：なし（標準DIP）、M（広リードベンド）、S（表面実装）、S1（ロープロファイル表面実装）。
• Z：テープおよびリールオプション：なし（チューブ梱包）、TA、またはTB（異なるテープ送り方向）。
• V：オプションのVDE安全認証マーキング。

6.2 梱包数量

• 標準DIPおよびオプションM：チューブあたり45個。
• オプションS(TA)、S(TB)、S1(TA)、S1(TB)：リールあたり1000個。

6.3 テープおよびリール仕様

キャリアテープの詳細寸法がSおよびS1オプション（TAおよびTB）について提供されています。パラメータには、ポケット寸法（A、B、Do、D1）、テープピッチ（Po、P1）、テープ厚さ（t）、および全体のテープ幅（W）が含まれます。オプションTAとTBはリールからの送り方向が異なり、ピックアンドプレースマシンで正しく設定する必要があります。図面はテープポケット内のデバイスの向きを示しています。

7. アプリケーション提案および設計上の考慮事項

EL827フォトカプラを使用して設計する際には、最適な性能と信頼性を確保するために、いくつかの要因を考慮する必要があります。

入力回路設計：入力IREDと直列に電流制限抵抗を配置する必要があります。その値は、供給電圧（Vcc_in）、所望の順方向電流（IF）、およびダイオードの順方向電圧（VF）に基づいて計算されます：R_in = (Vcc_in - VF) / IF。選択したIFは、CTR、スイッチング速度、およびデバイスの寿命に影響します。連続動作では推奨される20mA以下で動作することが望ましいです。

出力回路設計：フォトトランジスタは、スイッチング（飽和）モードまたはリニア（活性）モードのいずれかで使用できます。デジタルスイッチングの場合、プルアップ抵抗（RL）がコレクタと出力側供給電圧（Vcc_out）の間に接続されます。RLの値はスイッチング速度（RLが低いほど高速だが、ICは高くなる）と消費電流に影響します。出力電流（IC）が最大50mAを超えないようにしてください。リニアアプリケーションの場合、デバイスは活性領域で動作しますが、IFに対するCTRの非線形性とその強い温度依存性を慎重に考慮する必要があります。

絶縁とレイアウト：高い絶縁定格を維持するために、関連する安全規格（例：IEC 60950-1、IEC 62368-1）に従って、PCB上の入力側と出力側の銅パターン間に十分な沿面距離および空間距離を確保してください。レイアウトでは、フォトカプラを絶縁バリアをまたぐように配置します。

バイパスとノイズ：ノイズに敏感なアプリケーションや、スイッチング回路の安定性を向上させるために、デバイスの入力側と出力側の両方の電源ピン近くに小さなバイパスコンデンサ（例：0.1 µF）を配置することを検討してください。

8. 技術比較とよくある質問

8.1 他のフォトカプラとの違い

EL827の主な差別化要因は、高い5000Vrms絶縁耐圧と広いCTR範囲（50-600%）です。基本的な4ピンフォトカプラと比較して、8ピンDIPは各端子にデュアルピンを提供し、基板への機械的保持力を向上させ、わずかに優れた熱性能を提供する可能性があります。表面実装（S、S1）および広リード（M）オプションの可用性は、多くの単一パッケージ製品よりも柔軟性を提供します。国際的な安全認証（UL、VDEなど）の包括的なセットは、認証を必要とする商業および産業製品にとって大きな利点です。

8.2 よくある質問（パラメータに基づく）

Q: CTR範囲が50-600%ということは、私の設計にとって何を意味しますか？

A: 製造バラツキを示しています。設計者は、すべての条件下で出力が適切にスイッチすることを保証するために、保証された最小CTR（この場合は50%）で確実に動作するように回路を設計する必要があります。設計が特定の感度を必要とする場合は、測定されたCTRに基づいてデバイスを選択（ビニング）するか、バラツキを補償する回路を使用する必要があるかもしれません。

Q: これはアナログ信号絶縁に使用できますか？

A: 可能ではありますが（リニアモードで使用）、IFに対するCTRの非線形性とその強い温度依存性のため理想的ではありません。精密なアナログ絶縁には、専用のリニアオプトカプラまたは絶縁アンプが推奨されます。

Q: SとS1の表面実装オプションの間でどのように選択すればよいですか？

A: S1ロープロファイルオプションは、PCB実装に厳しい高さ制限があるアプリケーション向けに設計されています。データシートのパッケージ寸法図を参照して、スタンドオフ高さと全体寸法を比較してください。電気的特性は同一です。

Q: スイッチング時間が遅いようです（最大18µs）。これは私の高速デジタル通信に適していますか？

A: PLCやマイクロコントローラインターフェースにおける標準的なデジタルI/O絶縁には、これらの速度は通常十分です。高速シリアル通信（例：USB、RS-485絶縁）には、Mbps範囲のデータレート向けに特別に設計された、はるかに高速なデジタルアイソレータ（容量結合または磁気結合ベース）または高速フォトカプラを検討すべきです。

9. 動作原理とトレンド

9.1 基本的な動作原理

フォトカプラは、電気信号を光に変換し、その光を電気的に絶縁されたギャップを介して伝送し、その後光を電気信号に戻すことによって動作します。EL827では、入力赤外線発光ダイオード（IRED）に印加された電流により、赤外線波長で光子（光）を発光します。この光は透明な絶縁モールド樹脂を通過し、出力側のシリコンフォトトランジスタのベース領域に照射されます。入射光はベースで電子-正孔対を生成し、実質的にベース電流として作用し、はるかに大きなコレクタ電流が流れることを可能にします。このコレクタ電流は入射光の強度に比例し、それは入力ダイオード電流に比例するため、電流伝達率（CTR）が確立されます。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、電気的絶縁を提供することです。

9.2 業界トレンド

オプトカプラの市場は進化し続けています。主要なトレンドには、より高速な産業用通信プロトコルやデジタル電源制御に対応するためのより高いデータレートへの推進が含まれます。また、単一パッケージに複数の絶縁チャネルを組み合わせたり、IGBT/MOSFET用のゲートドライバなどの追加機能を統合したりするなど、より高い集積化への需要もあります。さらに、特に自動車および産業アプリケーションにおける信頼性の向上の必要性が、高温性能とCTRの長期安定性の改善を推進しています。EL827のような従来のフォトトランジスタベースのカプラは、そのシンプルさ、コスト効率、および高電圧能力により、基本的な絶縁の主力として残っていますが、容量結合および磁気（巨大磁気抵抗）アイソレータなどの新しい技術は、非常に高速、低消費電力、および堅牢なノイズ耐性を必要とするアプリケーションでシェアを拡大しています。