ソリッドステートリレー 8ピンDIP 2チャンネル データシート - 8ピンDIPパッケージ - 400V/600V耐圧 - 120mA/50mA負荷 - 技術文書

1. 製品概要

EL840AおよびEL860Aは、コンパクトな8ピンDIPフォーマットにパッケージされた汎用デュアルチャンネルソリッドステートリレー（SSR）です。これらのデバイスは光結合機構を採用しており、入力側にAlGaAs赤外LEDを、出力側に高耐圧出力検出回路を備え、光学的に絶縁されています。出力検出器は、MOSFETスイッチを駆動する光起電力ダイオードアレイで構成されています。この構成により、2つの独立したA形（常時開放）電磁リレーと同等の電気的機能を提供し、機械式リレーと比較して優れた信頼性、長寿命、高速スイッチングを実現します。

1.1 中核的利点とターゲット市場

このSSRシリーズの主な利点は、そのソリッドステート設計に由来します。主要な利点には、可動部品が完全に存在しないことが含まれ、これにより接点バウンス、アーク放電、機械的摩耗が排除され、非常に長い動作寿命と高い信頼性がもたらされます。入力と出力間の光絶縁は5000 Vrmsの高絶縁耐圧を提供し、システムの安全性とノイズ耐性を向上させます。これらのデバイスは、高感度と高速性を備えた低レベルアナログ信号の制御を目的として設計されています。コンパクトな8ピンDIPフットプリントは、高密度PCBレイアウトに適しています。ターゲットアプリケーションには、信号または低電力負荷の信頼性の高い高速絶縁スイッチングが必要とされる産業オートメーション、通信機器、コンピュータ周辺機器、高速検査機械などが含まれます。

2. 詳細な技術パラメータ分析

EL840AおよびEL860Aの性能は、電気的、光学的、熱的パラメータの包括的なセットによって定義されます。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動作にとって重要です。

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応力限界を定義します。これらの条件下での動作は保証されません。

• 入力（LED側）：最大連続順方向電流（I_F）は50 mAです。最大5Vまでの逆電圧（V_R）を印加できます。パルス条件下（100Hz、0.1%デューティサイクル）では、ピーク順方向電流（I_FP）1Aが許容されます。入力電力損失（P_in）は75 mWを超えてはなりません。
• 出力（MOSFET側）：EL840AとEL860Aの重要な違いは、その出力電圧と電流定格です。EL840Aは400Vの降伏電圧（V_L）と120 mAの連続負荷電流（I_L）定格を持ちます。EL860Aはより高い600Vの降伏電圧定格を持ちますが、連続電流は50 mAと低くなっています。設計者は、特定の電圧および電流要件に基づいてモデルを選択する必要があります。パルス負荷電流（I_LPeak）は、EL840Aで300 mA、EL860Aで150 mA（100ms間）です。出力電力損失（P_out）は800 mWに制限されています。
• 絶縁 & 熱：入力と出力間の絶縁電圧（V_{デバイスは標準的な8ピンDIPピン配置を使用します。ピン1と3は、2つの独立した入力LEDのアノードです。ピン2と4は対応するカソードです。出力側は2つの独立したMOSFETスイッチで構成されています。各チャンネルについて、ドレインとソース端子は内部回路図に従ってピン5、6、7、8に接続されており、SPSTスイッチとして柔軟に接続することができます。}）は5000 Vrmsです（1分間試験）。デバイスは周囲温度-40°Cから+85°Cの範囲で動作し、-40°Cから+125°Cの範囲で保管できます。リフロー工程中のはんだ付け温度は、10秒を超えて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（通常25°Cで規定）は、SSRの動作特性を定義します。

• 入力特性：入力LEDの順方向電圧（V_F）は、駆動電流10mAで典型的に1.18V、最大1.5Vです。逆方向リーク電流（I_R）は、5V逆バイアスで最大1 µAです。
• 出力特性：オフ状態リーク電流（I_leak）は非常に低く、入力LEDがオフで出力が最大定格電圧の時に最大1 µAです。オン抵抗（R_d(ON)）は、電圧降下と電力損失に影響を与える重要なパラメータです。EL840Aの典型的なR_d(ON)は20Ω（最大30Ω）であり、EL860Aは最大負荷で10mA入力電流駆動時の典型的な値が40Ω（最大70Ω）です。
• 伝達特性：これは入力と出力の関係を定義します。出力MOSFETを完全に活性化するために必要なLEDターンオン電流（I_F(on)）は、両モデルで最大5mA（典型的3mA）です。LEDターンオフ電流（I_F(off)）は最小0.4mAで、これを下回ると出力が確実にオフになります。これは入力電流のヒステリシスを定義します。
• スイッチング速度：ターンオン時間（T_on）は、入力電流を印加してから出力がオン状態値の90%に達するまでの遅延です。EL840Aでは典型的に0.4ms（最大3ms）、EL860Aでは典型的に1.4ms（最大3ms）です。ターンオフ時間（T_off）は、両モデルで典型的に0.05ms（最大0.5ms）です。これらはSSRとしては比較的高速で、多くの信号スイッチングアプリケーションに適しています。
• 絶縁パラメータ：絶縁抵抗（R_I-O）は、DC 500Vで最小5 x 10¹⁰Ωです。絶縁容量（C_I-O）は最大1.5 pFで、高周波ノイズ結合の考慮において重要です。

3. 性能曲線分析

データシートでは特定のグラフィカルデータ（代表的な電気光学特性曲線、ターンオン/ターンオフ時間図）が参照されていますが、テキストデータから主要な傾向を分析することができます。入力LEDの順方向電流と順方向電圧の関係は、標準的なダイオードの指数曲線に従います。オン抵抗は特定の条件で規定されています。これは正の温度係数を持ち、出力MOSFETの接合温度が上昇すると増加することを意味します。スイッチング時間は負荷に依存します。規定の時間は抵抗負荷（R_L= 200Ω）に対するものです。容量性または誘導性負荷はこれらの時間に影響を与え、保護とタイミング安定性のためにスナバ回路が必要になる可能性があります。

4. 機械的仕様とパッケージ情報

4.1 ピン配置と回路図

The device uses a standard 8-pin DIP pinout. Pins 1 and 3 are the anodes for the two independent input LEDs. Pins 2 and 4 are the corresponding cathodes. The output side consists of two independent MOSFET switches. For each channel, the drain and source terminals are connected to pins 5, 6, 7, and 8 as per the internal schematic, allowing for flexible connection as a SPST switch.

4.2 パッケージ寸法とオプション

この製品は、主に2つのパッケージスタイルで提供されています：標準DIPタイプ（スルーホールリード）と、オプションS1タイプ（表面実装リードフォーム、ロープロファイル）です。両方について、本体の長さ、幅、高さ、リードピッチ（DIP標準2.54mm）、リード寸法を含む詳細な寸法図が提供されています。SMDオプションについては、信頼性の高いはんだ付けと機械的強度を確保するために、推奨パッドレイアウトも提供されています。

4.3 極性とデバイスマーキング

デバイスは上面にマーキングされています。マーキングは次の形式に従います："EL"（メーカー識別子）、続いて部品番号（例：860A）、1桁の年コード（Y）、2桁の週コード（WW）、およびVDE承認バージョンを示すオプションの"V"。ピン1の正しい識別（通常、パッケージ本体のドットまたはノッチでマーク）は、正しい向きのために不可欠です。

5. はんだ付けと実装ガイドライン

5.1 リフローはんだ付けプロファイル

表面実装アセンブリでは、損傷を防ぐために特定のリフロー温度プロファイルに従う必要があります。このプロファイルはIPC/JEDEC J-STD-020Dに準拠しています。主要なパラメータには、60-120秒かけて150°Cから200°Cまでの予熱段階、最大3°C/秒の立ち上がり速度、液相線以上（217°C）の時間60-100秒、およびパッケージ本体のピーク温度260°C（最大30秒）が含まれます。これらの条件は、内部の半導体接合部を過度の熱応力にさらすことなく、適切なはんだ接合部の形成を保証します。

5.2 使用上の注意点

いくつかの重要な設計上の考慮点が強調されています。電圧、電流、電力の絶対最大定格を決して超えてはなりません。出力MOSFETは、電圧トランジェントや誘導性キックバックに対して本質的に保護されていません。過酷な電気的環境では、スナバやTVSダイオードなどの外部保護部品が必要になる場合があります。パッケージの熱容量が小さいため、特に最大負荷電流付近または高周囲温度で動作する場合、電力損失と十分なPCB銅面積による放熱に注意を払う必要があります。

6. 梱包と発注情報

6.1 型番体系

部品番号は次の構造に従います：EL8XXA(Y)(Z)-V。

• XX：部品番号を示し、40（EL840A）または60（EL860A）のいずれかで、電圧/電流定格を定義します。
• Y：リードフォームオプション。"S1"は表面実装リードフォームを示します。省略は標準スルーホールDIPを示します。
• Z：自動実装用のテープ&リールオプション（TA, TB, TU, TD）。省略はチューブ梱包を示します。
• V：VDE安全承認オプションを示す接尾辞。

6.2 梱包仕様

標準DIPバージョンは、45個を収納するチューブで供給されます。表面実装オプション（TAまたはTBテープ付きS1）は、各1000個のリールで供給されます。自動ピック&プレース装置との互換性にとって重要な、ポケットサイズ（A, B）、ポケット深さ（D0, D1）、フィードホールピッチ（P0）、リール幅（W）を含む詳細なテープ寸法が提供されています。

7. アプリケーションノートと設計上の考慮点

7.1 代表的なアプリケーション回路

SSRは、主に2つの構成で使用できます：2つの独立した単極単投（SPST）スイッチとして、または出力を適切に接続して単一のA形切替えまたはその他の構成として。入力LEDは通常、デジタル論理ゲートまたはトランジスタによって駆動され、電源電圧と所望のLED電流（例：完全な出力活性化のための10-20 mA）に基づいて計算された電流制限抵抗が使用されます。出力は、その電圧および電流定格内でDCまたはAC負荷をスイッチングできます。AC負荷の場合、MOSFETのボディダイオードが半サイクル中に導通するため、デバイスは本質的に双方向スイッチとなります。

7.2 設計上の考慮点

• 熱管理：電力損失をP_diss= I_L²* R_d(ON)として計算します。総デバイス損失（P_T= 最大850mW）を超えないようにします。放熱器として十分なPCB銅面積を使用してください。
• 負荷互換性：SSRは抵抗負荷に理想的です。容量性負荷の場合、突入電流がI_LPeakを超える可能性があります。誘導性負荷の場合、スナバネットワーク（負荷両端のRCまたは過渡電圧サプレッサ）を使用して、スイッチオフ時に発生する電圧スパイクをクランプしてください。
• 入力駆動：信頼性の高いターンオンのために入力電流がI_F(on)を超え、信頼性の高いターンオフのためにI_F(off)を下回るようにします。しきい値電流付近での遅い入力信号エッジは避けてください。
• 絶縁完全性：高絶縁定格を維持するために、PCB上の入力回路と出力回路の間に適切な沿面距離と空間距離を維持してください。

8. 技術比較と選定ガイド

このシリーズ内の重要な違いは、電圧と電流能力のトレードオフです。EL840Aは、より高い連続電流（最大120mA）が必要だが、より低い電圧（400V）でのアプリケーションに最適化されています。より低いオン抵抗を特徴とし、より少ない電圧降下と電力損失をもたらします。EL860Aは、より高い遮断電圧（600V）が必要だが、より低い連続電流（50mA）でのアプリケーション向けに設計されています。そのオン抵抗はより高くなっています。選択は、負荷のピーク電圧と定常状態電流に基づくべきです。大きな突入電流を持つ負荷（ランプやコンデンサなど）の場合、EL840Aのより高いパルス電流定格（300mA対150mA）も決定要因となる可能性があります。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

9.1 このSSRはAC負荷をスイッチングできますか？

はい。出力MOSFET構造は、その固有のボディダイオードにより、双方向電流の流れを可能にします。したがって、降伏電圧（V_L）定格内のAC電圧をスイッチングできます。電流定格はDCとACのピーク値の両方に適用されます。

9.2 出力検出器内の光起電力ダイオードアレイの目的は何ですか？

光起電力アレイは、入力側からの赤外LEDによって照射されると電圧を生成します。この電圧は、出力MOSFETのゲートを駆動してオンにするために使用されます。この方法は、MOSFETゲートをバイアスするための電気的接続を必要としないため、完全な電気的絶縁を提供します。

9.3 5Vマイクロコントローラと入力側をどのようにインターフェースしますか？

単純な直列抵抗を使用します。例えば、マイクロコントローラのGPIOピンが5V、LEDのV_Fが約1.2V、所望のI_Fが10mAの場合、抵抗値R = (5V - 1.2V) / 0.01A = 380Ωです。標準の390Ω抵抗が適しています。マイクロコントローラが必要な電流を供給できることを確認してください。

9.4 EL860Aのターンオン時間がEL840Aよりも長いのはなぜですか？

より長い典型的なターンオン時間（1.4ms対0.4ms）は、EL860Aの高電圧MOSFETの内部設計、または600Vプロセス用に最適化された光起電力駆動回路の特性に関連している可能性があります。

10. 動作原理

このデバイスは、光絶縁と光起電力駆動の原理に基づいて動作します。入力AlGaAs赤外LEDに順方向電流が印加されると、光を発します。この光は絶縁ギャップを横切り、出力側の光起電力ダイオードアレイに当たります。アレイは光エネルギーを電気エネルギーに変換し、NチャネルMOSFETのゲートを導通状態にバイアスするのに十分な電圧を生成します。これにより、ドレインとソース端子間に低抵抗経路が作成され、リレーの接点が閉じます。入力電流が除去されると、光放射が停止し、光起電力電圧が減衰し、MOSFETゲートが放電してデバイスがオフになり、回路が開きます。このプロセス全体に物理的接触や磁気結合は含まれず、長寿命と高いノイズ耐性が保証されます。

11. 実践的設計ケーススタディ

シナリオ：データ収集システムのアナログ入力から24V DC、80mAのセンサ信号を絶縁する。

実装：EL840Aは、その120mA電流定格（マージンを提供）と400V電圧定格（24Vをはるかに超える）のために選択されます。センサ出力は、5Vレールからの330Ω抵抗を介してSSR入力に駆動され、LEDに約11mAを供給し、最大I_F(on)である5mAを十分に上回ります。SSR出力は、24Vセンサ信号とデータ収集入力の間に接続されます。SSRがオフの時の論理ロー状態を定義するために、10kΩのプルダウン抵抗が収集入力に配置されます。低リーク電流（最大1µA）により、SSRがオフの時にプルダウン抵抗にかかる誤差電圧が最小限に抑えられます。高速スイッチング速度（典型的0.4ms）により、必要に応じて高速サンプリングが可能です。5000Vrmsの絶縁は、センサ環境におけるグランドループやトランジェントから敏感な収集回路を保護します。

12. 技術トレンドと背景

ソリッドステートリレーは、成熟しているが継続的に進化する技術を表しています。中核的なトレンドは、より高い集積度、より小さなパッケージ、および改善された性能指標に向かっています。このデバイスは光起電力MOSFETドライバを使用していますが、ACスイッチング用のフォトトライアックドライバを使用するものや、統合保護機能（過電流、過熱）を備えたより高度なICベースの設計など、他の技術も存在します。表面実装パッケージ（S1オプションなど）への移行は、業界全体の自動実装と基板スペース削減のトレンドに沿っています。高絶縁電圧と複数の国際安全認証（UL、VDEなど）は、特に産業および医療機器におけるグローバル市場でのシステムの安全性と信頼性の重要性の高まりを反映しています。将来の開発は、オン抵抗のさらなる低減、高周波アプリケーションのためのスイッチング速度の向上、および同じ絶縁パッケージ内でのよりインテリジェントな制御および監視機能の統合に焦点を当てる可能性があります。