ソリッドステートリレー 6ピンDIPタイプ Form A SSR データシート - 60V～600V出力 - 50mA～800mA負荷電流 - 日本語技術文書

1. 製品概要

本資料は、6ピンDIP（デュアル・インライン・パッケージ）構成の汎用ソリッドステートリレー（SSR）シリーズについて詳細に説明します。これらのデバイスは、単極単投（Form A）リレーであり、常時開放（NO）接点を提供します。可動部品がないため、優れた信頼性、長寿命、静粛動作を実現し、広範なアプリケーションにおいて従来の電磁リレー（EMR）を置き換えるように設計されています。

中核技術は、入力側のAlGaAs赤外線LEDと、高電圧出力検出回路への光結合です。この検出回路は、光起電力ダイオードアレイとMOSFETで構成され、ACおよびDC負荷の制御を可能にします。光絶縁により、低電圧制御回路と高電圧負荷回路の間に高絶縁電圧（5000 Vrms）が確保され、システムの安全性とノイズ耐性が向上します。

2. 主な特長と利点

• 常時開放（Form A）構成：シンプルな単チャネルスイッチング。
• 低動作電流：入力LEDは最小限の駆動電流で動作するため、低電力ロジック回路やマイクロコントローラとの互換性があります。
• 広い出力電圧範囲：出力耐圧が60Vから600V（EL606A、EL625A、EL640A、EL660A）までのモデルがあり、様々なアプリケーションの電圧レベルに対応します。
• 低オン抵抗：MOSFETベースの出力により、導通損失が低減され、効率が向上し、発熱が抑えられます。
• 広い動作温度範囲：-40°Cから+85°Cまでの信頼性の高い動作が可能で、産業用や過酷な環境に適しています。
• 高絶縁電圧：入力と出力の間の5000 Vrms絶縁により、安全性が確保され、繊細な制御電子機器が保護されます。
• 業界認証：UL 1577、UL 508、VDE、SEMKO、NEMKO、DEMKO、FIMKO、CQC規格に適合しており、国際的な安全性および性能要件への適合が保証されています。
• パッケージオプション：標準的なスルーホールDIPおよび表面実装（SMD）リード形状のバリエーションがあります。

3. 技術仕様の詳細

3.1 絶対最大定格

これらは、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です。動作は常にこれらの限界内で行う必要があります。

• 入力（LED側）：最大順方向電流（IF）は50 mAで、パルス条件下でのピーク順方向電流（IFP）は1 Aです。逆電圧（VR）は5 Vに制限されています。
• 出力（スイッチ側）：降伏電圧（VL）は出力が遮断できる最大電圧を定義し、60V（EL606A）から600V（EL660A）までの範囲です。連続負荷電流（IL）はモデルおよび接続タイプ（A、B、C）によって異なり、50 mAから800 mAまでです。短時間サージ用のパルス負荷電流（ILPeak）も規定されています。
• 絶縁：入力と出力の間で1分間5000 Vrmsに耐えます。
• 熱的：動作温度範囲は-40°Cから+85°Cです。保存温度は125°Cまでです。最大はんだ付け温度は260°Cで10秒間です。

3.2 電気・光学特性

これらのパラメータは、25°CにおけるSSRの動作性能を定義します。

• 入力特性：LEDの代表的な順方向電圧（VF）は、10mAで1.18Vです。逆方向リーク電流（IR）は非常に低い（<1 µA）です。
• 出力特性 - オフ状態：SSRがオフのときのリーク電流（Ileak）は最大1 µAと規定されており、優れた遮断能力を示しています。
• 出力特性 - オン状態：重要なパラメータはオン抵抗（Rd(ON)）です。これはモデルおよび接続タイプによって大きく異なります：
  • 接続A：最高の電流定格、最高のRd(ON)（例：EL606A：代表値0.75Ω、最大値2.5Ω）。
  • 接続B：バランスの取れた定格、中程度のRd(ON)。
  • 接続C：低い電流定格、最低のRd(ON)（例：EL606A：代表値0.2Ω、最大値0.5Ω）。
  選択は、最大負荷電流と電力損失（I²R損失）の間のトレードオフを伴います。
• 出力容量（Cout）：30 pFから85 pFの範囲です。低容量は高周波スイッチングにおける損失低減に有利です。
• 伝達特性：出力を確実にオンにするために必要な入力電流（IF(on)、最大3 mA）とオフにするために必要な入力電流（IF(off)、最小0.4 mA）を定義します。これにより、明確なスイッチング閾値が確保されます。
• スイッチング速度：ターンオン時間（Ton）は通常0.35 msから1.3 msの間です。ターンオフ時間（Toff）は非常に速く、通常0.1 msです。これは一部のSSRよりも遅いですが、多くの産業制御アプリケーションには十分です。
• 絶縁パラメータ：絶縁抵抗（RI-O）は極めて高く（>5×10¹⁰ Ω）、絶縁容量（CI-O）は低い（代表値1.5 pF）です。

4. 性能曲線とグラフデータ

データシートには代表的な特性曲線が含まれています（提供されたテキストには詳細は記載されていません）。これらは通常、以下を示します：

• 順方向電圧 vs. 順方向電流（Vf-If）：入力LEDのダイオード的な特性を示します。
• オン抵抗 vs. 負荷電流（Rd(ON)-IL）：スイッチングされる電流の量に応じてRd(ON)がどのように変化するかを示します。
• オン抵抗 vs. 周囲温度（Rd(ON)-Ta）：熱設計において重要です。Rd(ON)は通常、温度の上昇とともに増加し、損失が大きくなるためです。
• 伝達特性グラフ：出力状態（オン/オフ）を入力LED電流に対してプロットし、ターンオン/オフの閾値とヒステリシスを視覚的に定義します。

これらの曲線は、設計者が25°Cの代表値を超える非標準的または変動する条件下でのデバイスの挙動を理解するために不可欠です。

5. 機械的仕様、パッケージ、実装情報

5.1 ピン配置と回路図

6ピンDIPの標準的なピン配置は以下の通りです：

• ピン1：LEDアノード（+）
• ピン2：LEDカソード（-）
• ピン4、6：MOSFETドレイン（出力端子、DCでは通常交換可能）
• ピン5：MOSFETソース（共通出力端子）
• ピン3：内部未接続（NC）、機械的安定性のために使用される場合があります。

内部回路図は、LEDが光起電力アレイを駆動し、それが電圧を生成してNチャネルMOSFET出力段のゲートを完全にオンにする様子を示しています。

5.2 パッケージ外形寸法と実装

以下の詳細な機械図が提供されています：

• 標準DIPタイプ：スルーホールPCB実装用。
• オプションS1タイプ（ロープロファイル表面実装）：SMD実装用。
• 推奨パッドレイアウト：SMDバージョン用で、リフロー中に適切なはんだ接合部が形成されることを保証します。

寸法には、本体サイズ、ピン間隔（DIPでは通常2.54mmピッチ）、リード長、スタンドオフ高さが含まれます。

5.3 デバイスマーキング

デバイスは上面にコードでマーキングされています："EL"接頭辞、品番（例：660A）、1桁の年コード（Y）、2桁の週コード（WW）、VDEオプションコード（V）。これによりトレーサビリティが確保されます。

5.4 はんだ付けおよび取り扱いガイドライン

絶対最大定格に基づきます：

• リフローはんだ付け（SMD）：ピーク温度は260°Cを超えてはならず、260°Cを超える時間は10秒以内に制限して、損傷を防止する必要があります。
• ウェーブ/手はんだ付け（DIP）：標準的な手法が適用されますが、熱ストレスは最小限に抑えるべきです。
• ESD対策：MOSFETベースですが、出力は光起電力駆動によって保護されています。敏感な部品に対する標準的なESD取り扱いが推奨されます。
• 保管：-40°Cから+125°Cの温度範囲内で、乾燥した静電気防止状態で保管してください。

6. 梱包および発注情報

6.1 型番体系

品番は以下の形式に従います：EL6XXA(Y)(Z)-V

• XX：出力電圧/電流を定義する品番（06、25、40、60）。
• Y：リード形状オプション。'S1'は表面実装ロープロファイルを表します。空白は標準DIPを表します。
• Z：SMD部品用のテープ&リールオプション（TA、TB、TU、TD）。チューブ梱包の場合は空白です。
• V：VDE安全認証オプションを表します。

例：EL660AS1(TA)-Vは、600V、50-80mAのSSRで、SMDパッケージ、TAテープ&リール、VDE認証済みです。

6.2 梱包仕様

• 標準DIP：チューブ梱包、1チューブあたり65個。
• 表面実装（S1）：テープ&リール梱包、1リールあたり1000個。自動ピック&プレースマシンのセットアップ用に、詳細なテープ寸法（ポケットサイズA、B、穴Do、D1、ピッチE、F）およびリール仕様が提供されています。

7. アプリケーションガイドラインと設計上の考慮点

7.1 対象アプリケーション

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幅広いアプリケーションに適しています：

• 通信・交換機：信号ルーティング、ラインカードインターフェース。
• 試験・計測機器：センサ入力のスイッチング、信号の多重化。
• 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）：ソレノイド、小型モーター、ランプ、ヒーターの制御。
• 産業制御システム（ICS）：PLC出力モジュール、ロジック回路とパワー回路のインターフェース。
• セキュリティシステム：警報、ドアロック、カメラ電源のスイッチング。

7.2 重要な設計上の考慮点

1. 入力駆動回路：LEDと直列に電流制限抵抗を使用してください。電源電圧（例：3.3V、5V、12V）、所望のLED電流（確実なターンオンのためには通常5-10mA）、およびLEDのVFに基づいて抵抗値を計算します。駆動回路が少なくとも最大IF(on)（3mA）を供給でき、IF(off)（0.4mA）以下に引き下げて確実にターンオフできることを確認してください。
2. 出力負荷に関する考慮点：
   • 電圧定格：最大負荷電圧（トランジェントを含む）がデバイスのVL定格を下回るモデル（EL606A/625A/640A/660A）を選択してください。デレーティング（例：240VACラインに400V品を使用する）は良い習慣です。
   • 電流定格：連続RMSまたはDC負荷電流に基づいて選択してください。接続タイプ（A/B/C）のトレードオフを考慮してください。最悪の温度条件下で、選択した接続およびモデルに対する規定のILを負荷電流が超えてはなりません。
   • 誘導性負荷：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、負荷の両端にスナバ回路（RCネットワーク）またはフライバックダイオード（DC用）を設けることが不可欠です。これは、SSRの降伏電圧を超える可能性のある電圧スパイクを抑制するためです。
   • 突入電流：ランプや高ターンオンサージを持つ容量性負荷などの場合、ピークサージ電流がILPeak定格内に収まることを確認してください。負性温度係数（NTC）サーミスタや他の突入電流制限器が必要になる場合があります。
3. 熱管理：SSRでの電力損失（Pout）は、I_load² * Rds(on)として計算されます。最大電流および高温時には、これは無視できない値になる可能性があります。特にSMDバージョンでは、PCBレイアウトが十分な銅面積をヒートシンクとして提供することを確認してください。最大接合温度を超えないようにしてください。これは周囲温度（Ta）と熱抵抗に関連しています。
4. PCBレイアウト：安全規格（例：IEC 61010-1）に従って、PCB上の入力と出力のトレース間の沿面距離および空間距離を確保してください。大電流出力トレースは短く、幅広くしてください。

8. 技術比較と選定ガイド

このシリーズの4つのモデルは、電圧および電流能力に基づいて明確な階層を形成しています：

• EL606A（60V）：低電圧DCアプリケーション用。最高の連続電流（接続Cで最大800mA）と最低のオン抵抗を提供します。
• EL625A（250V）：120VACライン電圧アプリケーション（デレーティング適用）または中電圧DCシステムに適しています。電流（最大300mA）と電圧の良いバランスを提供します。
• EL640A（400V）：240VACライン電圧アプリケーションに理想的です。電流定格は最大150mAです。
• EL660A（600V）：高電圧DCまたは大きなトランジェントを持つ過酷な産業用ACライン用。電流定格は最大80mAです。

電磁リレー（EMR）との比較：これらのSSRは、接点バウンスがなく、はるかに長い寿命（数十億サイクル）、静粛動作、衝撃および振動に対する優れた耐性を提供します。一般的に速度は遅く、初期コストは高く、ゼロではないオン抵抗による発熱があります。

他のSSRとの比較：光起電力MOSFET結合は、非常に低い出力リークと安定したオン抵抗を提供します。これはACスイッチングに使用されるトライアックベースのSSRとは異なり、これらのMOSFETベースのリレーはDCをスイッチングできます。

9. よくある質問（FAQ）

9.1 このSSRはAC負荷をスイッチングできますか？

Yes.MOSFET出力はオフ時には双方向性です。しかし、単一MOSFETのボディダイオードにより、オン時には単方向性になります。真のACスイッチングには、2つのMOSFETがバックツーバックで使用されることが多いです。データシートにはAC/DCおよびDC専用出力接続を可能にすると記載されています。回路図および接続図（A、B、C）は単一のMOSFETを示しています。したがって、ACスイッチングには、オン時に両方向の電流を遮断するための外部回路または特定の接続構成（おそらくドレインピン4と6の両方を含む）が暗示されています。設計者は、ACスイッチングを正しく実装するために詳細な接続図を参照する必要があります。

9.2 接続A、B、Cの違いは何ですか？

これらは、光起電力アレイとMOSFETの異なる内部または外部配線構成であり、最大負荷電流（IL）と低いオン抵抗（Rd(ON)）の間でトレードオフします。接続Aは、高い電流能力を優先します。接続Cは、可能な限り低い導通損失（最低のRd(ON)）を優先します。接続Bは中間的な特性を提供します。選択は、設計が電流処理能力によって制限されるか、電力損失/電圧降下によって制限されるかによります。

9.3 電力損失と発生熱はどのように計算しますか？

SSRでの電力損失（P_ssr）は、ほとんどが出力MOSFETに由来します：P_ssr = I_load² * Rds(on)です。保守的な見積もりのために、予想される動作接合温度におけるデータシートの最大Rds(on)を使用してください。例えば、接続CのEL606A（Rds(on)_max = 0.5Ω）で500mA DCをスイッチングする場合、P = (0.5)² * 0.5 = 0.125Wの損失が発生します。この熱は、ピンとPCBの銅を通じて放散され、接合温度を限界内に保つ必要があります。

9.4 ヒートシンクは必要ですか？

SMDパッケージで高電流の場合、必要です。必要性は、計算された電力損失、PCBレイアウトに対する接合-周囲間熱抵抗（RθJA）、および最大周囲温度に依存します。計算された接合温度（Tj = Ta + (P_ssr * RθJA)）が85°Cに近づくか超える場合、改善された放熱（より多くの銅面積、スルーホールビア、外部ヒートシンク）が必要です。

10. 動作原理

SSRは、光絶縁と光起電力電圧生成の原理に基づいて動作します。入力側のAlGaAs赤外線LEDに電流が流れると、光を発します。この光は出力側の光起電力ダイオードアレイによって検出されます。このアレイは、出力段のNチャネルMOSFETのゲートを完全にオンにするのに十分な開放電圧を生成します。これによりMOSFETがオンになり、ドレインとソース端子の間に低抵抗の経路が形成され、スイッチが閉じます。LED電流が除去されると、光起電力電圧が崩壊し、MOSFETゲートが放電し、デバイスがオフになります。光路が高い電気的絶縁を提供します。

11. 業界動向とトレンド

ソリッドステートリレーは、より高い信頼性、長寿命、小型化への要求により、多くのアプリケーションで電磁リレーに対して市場シェアを拡大し続けています。SSR開発を推進するトレンドには以下が含まれます：

• 高電力密度：より小さなパッケージでより多くの電流を扱うために、より低いRds(on)を持つSSRを開発し、基板面積を削減します。
• 統合：過電流検出、サーマルシャットダウン、状態フィードバックなどの保護機能をSSRパッケージに組み込みます。
• 広い電圧範囲：低電圧（例：12V/24V自動車/産業用）および商用電源電圧アプリケーションの両方に対応するデバイスが求められています。
• 改良された絶縁材料：高度なモールドコンパウンドと内部構造を通じて、安全定格と信頼性を向上させます。

このデータシートで説明されているデバイスファミリーは、複数の業界にわたる汎用絶縁スイッチングニーズに対する成熟した、十分に特性評価されたソリューションを表しています。