EL220Xシリーズ ロジックゲートフォトカプラ データシート - 8ピンDIPパッケージ - 高速5Mbd - 低入力電流1.6mA - 絶縁耐圧5000Vrms - 日本語技術文書

1. 製品概要

EL220Xシリーズは、デジタル信号絶縁を目的とした高性能・高速ロジックゲートフォトカプラ（光絶縁素子）のファミリーです。中核機能は、入力回路と出力回路間の電気的絶縁を提供しつつ、高忠実度かつ高速でロジックレベル信号を伝送することです。本デバイスは、赤外線発光ダイオードとロジックゲート出力段を備えた高速集積フォト検出器を光学的に結合したものを統合しています。標準的な8ピンデュアルインバックパッケージ（DIP）で提供され、表面実装デバイス（SMD）バリアントも利用可能です。

本シリーズの主な利点は、高速性と低入力電流要件の組み合わせにあります。厳しいデジタルインターフェースにおいてパルストランスや他の絶縁方式を置き換えるために設計されており、優れたノイズ耐性、よりシンプルな設計統合、広い温度範囲にわたる信頼性の高い性能を提供します。

1.1 中核的利点とターゲット市場

EL220Xフォトカプラは、その応用分野を定義するいくつかの主要な特徴によって際立っています：

• 高速データ伝送：典型的な信号速度5メガボー（Mbd）により、タイミングが重要な高速デジタル通信リンク、マイクロプロセッサシステムインターフェース、コンピュータ周辺機器インターフェースでの使用が可能です。
• 優れたノイズ耐性：最小1kV/μsのコモンモード過渡耐性（CMTI）により、入力と出力のグランド間の高速電圧過渡を除去することで、産業制御やモータードライブなどの電気的にノイズの多い環境での信頼性の高い動作を保証します。
• 低入力駆動要件：1.6mA（最大）の入力しきい値電流により、LSTTLやCMOSなどの低電力ロジックファミリと直接インターフェースでき、駆動回路設計を簡素化しシステム消費電力を削減します。
• 堅牢な絶縁：入力と出力間の高絶縁耐圧5000 V_rmsは、強力な安全バリアを提供し、医療機器、産業オートメーション、電源フィードバックループに不可欠な敏感な回路を保護します。
• 広い動作範囲：-40°Cから+85°C、および電源電圧（V_CC）範囲4.5Vから20Vで性能が保証されており、自動車、産業、拡張された商業温度アプリケーションに適しています。

ターゲット市場には、産業オートメーション、プログラマブルロジックコントローラ（PLC）、データ収集システム、絶縁バスドライバ、患者絶縁を必要とする医療機器、通信機器、およびグランドループ除去またはデジタル信号の高電圧絶縁を必要とするあらゆるアプリケーションが含まれます。

2. 技術パラメータ詳細

EL220Xシリーズの電気的および伝送特性は、T_A= -40°C から 85°C、V_CC= 4.5V から 20V、および特定の入力/イネーブル条件下で規定されており、規定された全範囲にわたる信頼性の高い動作を保証します。

2.1 絶対最大定格

これらの定格は、永久的な損傷が発生する可能性のある応力限界を定義します。連続動作のためのものではありません。

• 入力順方向電流（I_F）：50 mA（最大）。これは内部LEDを流れるピーク電流を制限します。
• 入力逆方向電圧（V_R）：5 V（最大）。LEDはこの値を超える逆バイアスにさらされてはなりません。
• 出力電流（I_O）：25 mA（最大）。出力トランジスタがシンクまたはソースできる最大連続電流です。
• 電源/出力電圧（V_CC, V_O）：20 V（最大）。出力側電源ピンまたは出力ピン自体に印加される最大電圧です。
• 絶縁耐圧（V_ISO）：5000 V_rms。これは1分間の高電圧試験電圧であり、入力と出力間の基本絶縁能力を定義します。
• 総消費電力（P_T）：210 mW。周囲温度25°Cにおいてパッケージ全体が消費できる最大電力です。

2.2 電気的特性：入力および出力

入力特性：

• 順方向電圧（V_F）：典型的に1.4V、I_F=10mAで最大1.8V。このパラメータは入力LEDの電流制限抵抗を設計する上で不可欠です。
• V_F:の温度係数：
• 約-1.8 mV/°C。LED順方向電圧は温度が上昇すると減少します。これはダイオードの一般的な特性です。_IN入力容量（C）：

典型的に60 pF。これは入力回路の高周波応答と駆動要件に影響します。

• 出力および電源特性：_CCH電源電流（I_CCL, I）：_CCH出力側ICが消費する電流。I_CCL（出力ハイ）は典型的に2.3-3mA、I_CC（出力ロー）は典型的に3.7-4.5mAで、V
• に依存します。これらの値はシステムの電力バジェット計算に重要です。
  • 出力ロジックレベル：_OHハイレベル出力電圧（V）：_OH-2.6mA（I
  • ）をシンクするとき最小2.4V。これはTTLおよびCMOSロジックのハイ入力しきい値との互換性を保証します。_OLローレベル出力電圧（V）：_OLV_CC=4.5Vで6.4mA（I
• ）をソースするとき最大0.5V。これにより確実なロジックロー状態が保証されます。イネーブル特性（EL2200のみ）：_EH3状態イネーブル機能は、ハイインピーダンス出力状態を適切に制御するために、特定の電圧（V_EL最小2.0V、V_EH最大0.8V）および電流（I_EL, I

）要件を持ちます。

2.3 伝送特性

• これらのパラメータは、入力から出力への信号伝送動作を定義します。_FT入力しきい値電流（I）：
• 最大1.6mA。これは、特定の条件下で出力を有効なロジックロー状態に強制するために入力LEDに必要な保証電流です。デバイスの感度に直接関係します。_HYS入力電流ヒステリシス（I）：
• 典型的に0.03mA。この内蔵ヒステリシスは差動モードノイズ耐性を提供し、入力信号がスイッチングしきい値付近にあるときの出力のチャタリングを防止します。_OHH出力リーク電流（I_OZL, I_OZH, I）：
• これらは、出力がオフのときに出力ハイ状態またはハイインピーダンス状態で流れる微小電流です。典型的にはマイクロアンペアの範囲ですが、ハイインピーダンスバスアプリケーションでは考慮する必要があります。_OSL短絡出力電流（I_OSH, I）：

出力が短絡状態に供給できる電流で、典型的に25-40mA。これは出力段の堅牢性を示しますが、連続動作の条件ではありません。

2.4 スイッチング特性

• これらのパラメータは、高速データ伝送に重要なタイミング性能を定義します。_PLH伝搬遅延（t_PHL, t）：
• 入力LEDがそのしきい値を超えてから出力がそのロジックしきい値を超えるまでの時間。典型的な値は100ns（ロー→ハイ）および105ns（ハイ→ロー）で、最大300nsです。これらの遅延は使用可能な最大データレートを制限します。_r立上り/立下り時間（t_f, t）：_r出力信号エッジの速度。典型的なt_fは45ns、t
• は10nsです。より速いエッジは信号の完全性を向上させますが、EMIを増加させる可能性があります。イネーブル/ディセーブル時間（EL2200のみ）：_PZHt_PZL, t_PHZ, t_PLZ, t
• などのパラメータは、イネーブルピンが切り替えられたときに出力がハイインピーダンス状態に入るまたは離れる速度を定義します。これらはバス共有アプリケーションに重要です。_Hコモンモード過渡耐性（CM_L, CM）：_CM最小1000 V/μs。これは、入力と出力のグランド間の高速電圧過渡中に正しい出力ロジック状態を維持するデバイスの能力を定量化します。試験は|V

|=50Vで実行されます。

3. デバイスバリアントと真理値表

EL220Xシリーズには、異なる出力構成を持つ特定のバリアントが含まれます。

3.1 EL2200（3状態出力）

EL2200は3状態（トライステート）出力を備えています。これにより、複数のデバイスを共通のデータバスに競合なく接続できます。出力は、ロジックハイ、ロジックロー、またはハイインピーダンス（Z）状態のいずれかになります。ハイインピーダンス状態は、アクティブローのイネーブル（E）ピンによって制御されます。

L（OFF）

イネーブルがハイのとき、入力に関係なく出力は無効（ハイ-Z）になります。イネーブルがローのとき、出力はアクティブに入力状態に追従します（非反転）。

3.2 EL2201/EL2202（標準出力）

EL2201およびEL2202は、イネーブルピンを持たない標準の常時アクティブ出力を持ちます。出力は直接入力状態に追従します。EL2201とEL2202の違いは、通常、チャネル間マッチングやこの抜粋では詳細に説明されていない他のパラメータ選択にあります。

L（OFF）

伝達関数は非反転です。

4. アプリケーション提案と設計上の考慮事項

4.1 典型的なアプリケーション回路1. マイクロプロセッサシステムインターフェース / 絶縁バスドライバ：

EL2200はこれに理想的です。複数のEL2200の出力をマイクロプロセッサデータバスに接続できます。各デバイスのイネーブルピンはアドレスデコーダによって制御されます。選択されたデバイスのみがバスを駆動し、他のデバイスはハイ-Z状態のままとなり、バス競合を防止します。2. データ伝送におけるグランドループ除去：

異なるグランド電位を持つシステム間でデジタル信号（例：RS-232、RS-485制御信号）を送信する場合、EL220Xは電気的接続を遮断し、ノイズやエラーを引き起こすグランドループ電流を防止します。その高いCMTIはグランドシフトを処理します。3. パルストランスの置き換え：

スイッチング電源のフィードバックループやゲート駆動回路において、EL220Xは小型パルストランスを置き換えることができます。よりシンプルな設計（トランスの飽和を気にしない、よりシンプルなドライバ）、温度に対するより良い安定性、そして潜在的に低コストなどの利点を提供します。

• 4.2 重要な設計上の考慮事項_LIM入力電流制限抵抗（R）：_Fこれは最も重要な外部部品です。LEDの順方向電圧（V_{）、駆動電圧（V}DRIVE_F）、および所望の順方向電流（I_F）に基づいて計算する必要があります。I_FTは、保証されたロー出力のためにI
  （最大1.6mA）より大きくなければなりませんが、絶対最大定格を超えてはなりません。_LIM式：R_{= (V}DRIVE_F- V_F
  ) / I_例：VDRIVE_F=5V、V_F=1.4V、I_LIM=5mAの場合、R
• = (5 - 1.4) / 0.005 = 720Ω。標準の680Ωまたは750Ω抵抗を使用します。電源デカップリング：_CCバイパスコンデンサ（典型的には0.1µFセラミック）は、出力側のV
• とGNDピンの間にできるだけ近くに配置し、ノイズを最小限に抑え安定したスイッチングを確保する必要があります。出力負荷：_OL接続された負荷が、規定値以上のシンク/ソース電流（I_OH/I_CC）を必要としないことを確認してください。重い負荷の場合、外部バッファが必要になることがあります。I
• と負荷電流の合計は、出力側電源について考慮する必要があります。イネーブルピンの取り扱い（EL2200）：_CCイネーブルピンをフローティング状態にしてはいけません。出力を無効にするためにV
• に接続する（必要に応じて抵抗を介して）、または制御ロジックによってアクティブに駆動する必要があります。高CMTIのためのPCBレイアウト：

高いCMTI定格を維持するために、PCB上の入力部と出力部の間の沿面距離および空間距離を最大化してください。入力と出力のトレースを平行または近接して配線しないでください。必要に応じてPCBにスロットまたはバリアを使用してください。

5. 機械的、パッケージング、および組立

5.1 パッケージ情報

• デバイスは標準的な8ピンDIPパッケージに収められています。正確な本体寸法、リード間隔、およびシーティングプレーンは、詳細な機械図面（この抜粋では完全には提供されていません）から取得する必要があります。重要なポイントは以下の通りです：
• 標準DIPピン間隔：列内のピン間2.54mm（0.1"）、列間7.62mm（0.3"）。
• パッケージはスルーホールおよびSMDスタイルの両方で利用可能です。

極性は、ピン1に対応するパッケージ端のノッチまたはドットで示されます。

• 5.2 はんだ付けおよび取り扱いはんだ付け温度：
• 絶対最大はんだ付け温度は260°Cです。これは、リフローまたはフローはんだ付けプロセス中にパッケージ本体が経験するピーク温度を指します。ESD予防措置：
• フォトカプラには敏感な半導体接合が含まれています。組立および取り扱い中は、標準的なESD（静電気放電）取り扱い手順に従う必要があります。保管条件：

保管温度範囲は-55°Cから+125°Cです。デバイスは乾燥した、帯電防止環境で保管する必要があります。

6. 技術比較とFAQ

6.1 他のフォトカプラとの違い

• EL220Xシリーズは、その特定の属性の組み合わせによってフォトカプラ市場で差別化されています：標準トランジスタ出力オプトカプラ（例：4N25）との比較：
• EL220Xは大幅に高速（5Mbd対～100kbd）、定義されたロジック出力段（対アナログトランジスタ）、そしてはるかに高いCMTIを備えています。アナログ絶縁ではなく、デジタル信号用に設計されています。他の高速ロジックゲートオプトカプラとの比較：
• その競争上の利点には、ドライバ負荷を軽減する非常に低い1.6mA入力しきい値電流、およびバスアプリケーション用の3状態バージョン（EL2200）の利用可能性が含まれます。これはすべてのファミリーで一般的ではありません。デジタルアイソレータ（シリコンベース）との比較：_RMSデジタルアイソレータは容量性または磁気結合を使用し、はるかに高い速度（例：100Mbps以上）を達成できます。しかし、EL220Xのようなオプトカプラは、優れた絶縁耐圧（5000Vrms対多くのデジタルアイソレータの典型的に2500-5000V

）を提供し、高ノイズ、高電圧環境での長年にわたる実績のある信頼性を持っています。選択は、必要な速度、絶縁強度、およびコスト目標に依存します。

6.2 よくある質問（パラメータに基づく）
Q: このデバイスで達成できる最大データレートはどれくらいですか？_PLHA: 典型的な信号速度は5メガボーです。実用的な最大データレートは、伝搬遅延と立上り/立下り時間によって制限されます。非復帰ゼロ（NRZ）信号の場合、最大周波数の控えめな見積もりは1/(2 * t_PLH)です。典型的なt

100nsを使用すると、最大周波数は約5 MHzとなり、5 Mbd定格と一致します。信頼性の高い動作のためには、規定された最大遅延（300ns）で設計してください。
Q: EL2200の3状態機能をどのように使用しますか？2.0V）に駆動すると、出力はハイインピーダンス状態になり、バスまたはラインから効果的に切断されます。ロー（<0.8V）に駆動すると、出力が有効になり、入力LEDの状態に基づいてアクティブにハイまたはローを駆動できるようになります。ピンを未接続のままにしないでください。

Q: データシートにヒステリシスとありますが、これは私の設計にとって何を意味しますか？
A: 入力電流ヒステリシスとは、出力をオンにするために必要な電流（I_FT）が、オフになる電流よりもわずかに高いことを意味します。これによりノイズマージンが生まれます。入力信号のエッジが遅い場合やノイズが重畳されている場合、ヒステリシスは入力がスイッチングしきい値を通過する際の出力の振動やチャタリングを防止し、クリーンなデジタル遷移を保証します。

Q: このデバイスを使用してアナログ信号を絶縁できますか？
A: いいえ、EL220Xは特にロジックゲートフォトカプラです。その出力はデジタルロジックレベル（ハイ/ロー/Z）であり、入力LED電流の線形表現ではありません。アナログ信号絶縁には、リニアオプトカプラ（フォトトランジスタまたはフォトダイオード出力がその線形領域で動作するもの）または絶縁アンプを使用する必要があります。

7. 動作原理とトレンド

7.1 基本的な動作原理

動作は光電変換に基づいています。入力側に印加された電流により、赤外線発光ダイオード（IRED）が光を発します。この光は、パッケージ内の光学的に透明な絶縁バリアを通過します。出力側では、シリコンフォト検出器（典型的には信号調整ICと統合されたフォトダイオード）が受信した光を電気電流に変換します。この光電流は、ヒステリシスを備えた高速コンパレータまたはロジック回路によって処理され、入力ロジック状態を再現するクリーンでノイズ耐性のあるデジタル出力信号が生成されます。重要な点は、信号が光によって伝送され、2つの電気回路間の電気的絶縁を提供することです。

7.2 業界トレンド

フォトカプラ技術は進化を続けています。EL220Xのようなデバイスに関連するトレンドには以下が含まれます：

• より高速化：産業用イーサネット、サーボドライブ、再生可能エネルギーシステムにおけるより高速なデータ絶縁の需要により、10 Mbdを超え、25-50 Mbdの範囲に達する速度のフォトカプラが求められています。
• 低消費電力化：I_FおよびI_CCを削減することは、携帯機器および省エネルギー機器のニーズを満たすための絶え間ない目標です。
• 統合の強化：単一パッケージ内での複数の絶縁チャネルの統合（デュアル、クワッド）、またはフェイルセーフ出力やI2C絶縁などの追加機能の統合がより一般的になっています。
• パッケージの小型化：コンパクトな設計で基板スペースを節約するために、SOIC-8やさらに小さなフットプリントなどのより小さな表面実装パッケージへの移行。
• 信頼性と寿命の向上：高温および連続動作条件下での、特にLEDの寿命を含む動作寿命の延長に焦点が当てられています。

EL220Xシリーズは、速度、低入力電流、および堅牢な絶縁のバランスの取れたセットにより、この進化する状況において確固たる地位を占めており、その特定の性能範囲が最適であるアプリケーションに役立っています。