EL050Lシリーズ フォトカプラ データシート - 8ピンSOPパッケージ - 3.3V/5Vデュアル電源 - 1Mbit/s高速 - 高絶縁耐圧 - 技術文書

1. 製品概要

EL050Lシリーズは、堅牢な電気的絶縁と高速デジタル信号伝送を必要とするアプリケーション向けに設計された、高性能・高速トランジスタフォトカプラ（光絶縁器）です。このデバイスのコア機能は、光を用いて2つの絶縁された回路間で電気信号を伝送し、それによりグランドループの防止、高電圧の遮断、ノイズ伝送の低減を実現します。

デバイスの中心には、赤外発光ダイオード（LED）が内蔵されており、これはロジックゲート出力を備えた高速集積フォト検出器に光学的に結合されています。この構成により、デジタル絶縁器として機能します。コンパクトな8ピン小型外形パッケージ（SOP）に収められており、現代の表面実装技術（SMT）組立プロセスに適しています。

1.1 中核的な利点とターゲット市場

EL050Lは、市場におけるその位置を定義するいくつかの重要な利点を備えて設計されています：

• 高速動作：最大1メガビット毎秒（1Mbit/s）のデータレートを実現可能であり、デジタル通信インターフェースや高速スイッチング制御信号に適しています。
• 堅牢な絶縁性能：入力側と出力側の間に3750 V_rmsの高い絶縁耐圧を提供し、高電圧環境における安全性と信頼性を確保します。
• 優れたノイズ耐性：最小15 kV/μsの高い同相過渡耐性（CMTI）を特徴とし、絶縁バリアを横切って現れる高速電圧過渡現象を除去することができます。これは、モータードライブなどのノイズの多いパワーエレクトロニクスにおいて極めて重要です。
• デュアル電源電圧：出力側は3.3Vおよび5Vの両方のロジックシステムに対応しており、設計の柔軟性を提供します。
• 環境規制対応：本デバイスはハロゲンフリー、鉛フリーであり、RoHS、REACH、および各種国際安全規格（UL、cUL、VDEなど）に準拠しています。

主なターゲット市場は、産業オートメーション、電源フィードバック回路、モータードライブシステム、通信インターフェース絶縁、およびグランド電位差や高電圧ノイズが懸念されるあらゆるアプリケーションが含まれます。

2. 詳細な技術パラメータ分析

このセクションでは、データシートに規定されている主要な電気的および光学的パラメータについて、詳細かつ客観的な解釈を提供します。

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ストレスの限界を定義します。通常動作を意図したものではありません。

• 入力順方向電流（I_F）：連続25 mA。これは入力LEDを流れる最大DC電流を制限します。
• ピーク順方向電流（I_FP）：デューティ比50%、パルス幅1msのパルスに対して50 mA。これにより、短時間のより高い瞬時駆動電流が可能になります。
• 逆電圧（V_R）：5 V。入力LEDにはこの値を超える逆バイアスを印加してはいけません。
• 出力電圧（V_O）および電源電圧（V_CC）：-0.5V から +7V。出力ピンおよび電源ピンは、出力側グランド（GND）に対してこの電圧範囲内に保たなければなりません。
• 絶縁耐圧（V_ISO）：1分間3750 V_rms。これは、絶縁バリアの完全性を検証するために、短絡された入力ピン（1-4）と短絡された出力ピン（5-8）の間に印加される高電圧試験電圧です。
• 動作温度（T_OPR）：-40°C から +85°C。デバイスはこの周囲温度範囲内で電気的特性を満たすことが保証されています。

2.2 電気的特性・伝達特性

これらのパラメータは、特に断りのない限り、動作温度範囲0°Cから70°Cで保証されています。

入力特性：

• 順方向電圧（V_F）：順方向電流（I_F）が16 mAのとき、標準値1.45V、最大1.8V。これはLEDが導通しているときの両端電圧降下です。
• V_F:の温度係数：

約-1.9 mV/°C。LEDの順方向電圧は温度が上昇すると低下します。これは半導体ダイオードの典型的な特性です。

• 出力特性：_OHロジックハイ出力電流（I）：_F入力がオフ（I
• =0）のとき、非常に低いリーク電流（最大0.5 µA）。これは良好なオフ状態を示します。 I_CCL電源電流：_CCH（ロジックロー状態、入力オン）は標準100 µA、一方I

（ロジックハイ状態、入力オフ）ははるかに低く、標準0.01 µA。これらの値は出力段の静止時消費電力を決定します。

• 伝達特性：電流伝達率（CTR）：_FEL050Lの場合、CTRは標準試験条件（I_O=16mA、V_CC=0.4V、V_A=3.3V、T_O=25°C）下で7%から50%の範囲で規定されています。CTRは出力トランジスタのコレクタ電流と入力LEDの順方向電流の比率です。わずかに異なる条件（V
• =0.5V）下では、最小CTR 5%が保証されています。このパラメータは、出力が十分な電流をシンクして出力電圧をローに引き下げられることを保証するために極めて重要です。_OLロジックロー出力電圧（V）：_FI

=16mAで出力が3 mAをシンクしているとき、標準値0.12V、最大0.4V。この低い飽和電圧は、クリーンなロジックロー信号伝送に不可欠です。

2.3 スイッチング特性_Fこれらのパラメータは、高速アプリケーションにとって重要なフォトカプラの動的性能を定義します。試験はI_CC=16mA、V

• =3.3Vで行われます。
  • T_PHL伝搬遅延時間：（ロジックローへの）：_L4.1kΩの負荷抵抗（R
  • T_PLH）を使用した場合、最大2.0 µs。より小さい1.9kΩ負荷を使用すると、より高速なスイッチング（最大0.9 µs）が達成されます。これは入力LEDがオンしてから出力電圧がロジックローレベルに低下するまでの遅延です。（ロジックハイへの）：
• 同様に、最大2.0 µs（4.1kΩ）および0.9 µs（1.9kΩ）。これは入力LEDがオフしてから出力電圧がロジックハイレベルに上昇するまでの遅延です。同相過渡耐性（CMTI）：_CM堅牢性の重要な指標です。デバイスは、正しい出力ロジック状態（ハイおよびロー）を維持しながら、最小1000 V/μs（標準）の同相電圧変化率（dV

/dt）に耐えるように試験されています。試験には10Vピークtoピークの同相パルスが使用されます。高いCMTIにより、絶縁バリアを横切るノイズスパイクによる誤動作を防止します。

3. ピン配置と機能説明

• デバイスは8ピンSOPパッケージを使用しています。ピン配置は以下の通りです：ピン1、4：
• 未接続（NC）。これらのピンは内部で接続されておらず、フローティングのままにするか、PCBレイアウトでシールディングのためにグランドに接続することができます。ピン2：
• 入力赤外LEDのアノード。ピン3：
• 入力赤外LEDのカソード。ピン5：
• 出力側回路のグランド（GND）。ピン6：_OUT出力電圧（V_CC）。これはフォト検出器のオープンコレクタ出力です。V
• への外部プルアップ抵抗が必要です。ピン7：_Bストローブまたはバイアス電圧（V
• ）。説明（"ストローブ可能出力"）に基づくと、このピンはノイズ低減や複数デバイスのマルチプレクシングのために出力段をイネーブルまたはディセーブルする手段を提供する可能性があります。データシートにはこのピンの詳細なアプリケーション情報は記載されていません。メーカーのアプリケーションノートを参照することを推奨します。ピン8：_CC出力側の電源電圧（V

）。3.3Vまたは5Vを受け付けます。

4. アプリケーションガイドラインと設計上の考慮点

• 4.1 代表的なアプリケーションシナリオモータードライブ/インバータにおけるゲート駆動絶縁：
• 低電圧マイクロコントローラのPWM信号を、IGBTやMOSFET用の高電圧・ノイズの多いゲートドライバ回路から絶縁します。ここでは高いCMTIが不可欠です。スイッチング電源（SMPS）におけるフィードバックループ絶縁：
• 二次側（出力側）から一次側コントローラへの絶縁された電圧/電流フィードバックを提供し、安全性とレギュレーションを確保します。通信インターフェース絶縁：
• シリアルデータライン（例：RS-485、CAN、UART）を絶縁し、グランドループを断ち切り、過渡現象から敏感なロジックを保護します。ロジックレベル変換とグランド分離：
• 異なるグランド電位やロジック電圧レベル（例：3.3V LVTTLから5V CMOS）を持つシステム間のインターフェース。パルストランスや低速フォトトランジスタカプラの代替：

同等またはそれ以上の速度で、より小型で集積度が高く、潜在的に信頼性の高いソリューションを提供します。

• 4.2 重要な設計上の考慮点入力電流制限抵抗：_F入力LEDには常に直列抵抗を使用して、順方向電流（I_{）を安全な値（データシートの試験条件に従って通常5mAから16mAの間）に制限しなければなりません。抵抗値はR}limit_{= (V}drive_F- V_F.
• ) / Iで計算されます。_CC出力プルアップ抵抗：_Lピン6のオープンコレクタ出力には、V
  • への外部プルアップ抵抗が必要です。この抵抗の値（R_L）は重要なトレードオフです：小さいR_PLH（例：1.9kΩ）：_OLより速い立ち上がり時間（低いT_CC）と強いプルアップを提供しますが、出力がロー（I_L= V
  • /R_L）のときの消費電力が増加します。出力の電流シンク能力を超えないことを確認してください。大きいR
• （例：4.1kΩまたは10kΩ）：消費電力を削減しますが、立ち上がり時間が遅くなり、ノイズの影響を受けやすくなる可能性があります。_CC電源デカップリング：
• 0.1µFのセラミックコンデンサをピン8（V）とピン5（GND）の近くに配置し、高速スイッチングのための局所的な低インピーダンス電流源を提供し、ノイズを除去します。
• 高CMTIのためのPCBレイアウト：_B高い同相過渡耐性を維持するために、絶縁バリアを横切る寄生容量を最小限に抑えます。これは、PCB上で入力と出力のトレースを物理的に分離し、平行走線を避け、安全規格で規定されている推奨クリアランスおよび沿面距離に従うことを意味します。ストローブピン（V_CC）の使用方法：

ストローブ機能が不要な場合、このピンはメーカーの推奨に従って接続する必要があります。多くの場合、V

に接続するかフローティングのままにします。データシートには明確なガイダンスがないため、確認が必要です。

5. 機械的仕様、パッケージング、および実装情報

5.1 パッケージ寸法と実装

デバイスは8ピンSOP（小型外形パッケージ）に収められています。データシートには、重要な寸法（長さ、幅、高さ、リードピッチなど）を含むパッケージ図面が記載されています。設計者はPCBフットプリント作成時にこれらの寸法を遵守しなければなりません。

• リフローはんだ付け時に信頼性の高いはんだ接合を形成するために、通常、表面実装用の推奨パッドレイアウトが提供されます。このレイアウトは、サーマルリリーフと適切なはんだフィレットを考慮しています。5.2 はんだ付けと取り扱い_SOLリフローはんだ付け：
• デバイスは、最大はんだ付け温度（T）260°Cを10秒間耐えることができます。標準的な鉛フリーリフロープロファイル（IPC/JEDEC J-STD-020）が一般的に適用可能です。
• 湿気感受性：SOPパッケージは通常、湿気感受性があります。デバイスがドライパックで供給される場合、はんだ付け前に暴露時間制限を超えた場合は、メーカーの指示に従ってベーキングする必要があります。

保管条件：

絶対最大保管温度範囲は-40°Cから+125°Cです。乾燥した静電気防止環境で保管してください。6. 発注情報とモデル識別

• 型番は以下の形式に従います：EL050L(Z)-V
• EL050L：シリーズの基本型番。
  • (Z)：
  • テープ＆リールオプション。
  • なし：100個単位のチューブ入り。
• (TA)：TAタイプテープ＆リール、1リールあたり2000個。(TB)：TBタイプテープ＆リール、1リールあたり2000個。

-V：

• デバイスがVDE規格に認証されていることを示すオプションの接尾辞。省略された場合、デバイスは標準的な認証（UL、cULなど）を有しています。例：
• EL050L：チューブ入りの標準品。
• EL050L-V：チューブ入りのVDE認証品。

EL050L(TA)-V：

TAタイプテープ＆リール上のVDE認証品。

• 7. 技術比較とFAQ7.1 他の絶縁方式との比較
• 従来のフォトトランジスタカプラとの比較：EL050Lは、集積ロジックゲート出力段を備えているため、受動的なフォトトランジスタに依存するのではなく、能動的に出力を駆動するため、大幅に高速です（1Mbit/s 対 しばしば <100kbit/s）。
• デジタル絶縁器（CMOSベース）との比較：デジタル絶縁器はRFまたは容量結合を使用し、はるかに高い速度（例：100Mbit/s以上）と低消費電力を実現できます。しかし、EL050Lのようなフォトカプラは、一般に、より高い固有の絶縁耐圧と、磁場の影響を受けない光学的絶縁による長期的な信頼性を提供します。

パルストランスとの比較：

EL050Lは静的なDCレベル変換を提供しますが、トランスはAC信号のみを通過させます。また、より小型であり、信号整形のための複雑なドライバ回路を必要としません。

7.2 よくある質問（パラメータに基づく）_{Q: 入力LEDを5Vマイクロコントローラピンから直接駆動できますか？}A: いいえ。電流制限抵抗を使用しなければなりません。5V MCUピンの場合、V_Fdrive_F=5V。V_{≈1.5V、希望するI}=10mAと仮定すると、R

limit_L= (5V - 1.5V) / 0.01A = 350Ω。330Ωまたは360Ωの抵抗が適しています。

Q: 出力にはどの値のプルアップ抵抗（R_CC）を使用すべきですか？_OLA: 速度と電力の要件によります。最大速度のためには、1.9kΩを使用します（V_IL=3.3Vの場合、I_OL≈1.7mA）。低電力と中程度の速度のためには、4.7kΩまたは10kΩが一般的です。選択したI_OL.

におけるフォトカプラのV

が、負荷の入力ロジックロー閾値（V_F）よりも安全に低いことを確認してください。

Q: CTRの範囲が広いです（7%から50%）。これは設計にどのように影響しますか？

A: 最悪ケースの最小CTR（データシートの特定条件下での5%）に対して設計し、出力が常に十分な電流をシンクして有効なロジックロー電圧に到達できることを保証しなければなりません。最小CTRで設計マージンが不十分な場合は、入力LED電流（I

）を増加させる必要があるかもしれません。

Q: 3750Vrmsの絶縁定格は、私の産業用アプリケーションに十分ですか？

A: 3750Vrmsは、多くの産業制御システムにおける機能絶縁の標準定格です。強化絶縁やより高い商用電源電圧（例：480VAC三相）を扱うアプリケーションの場合は、特定の安全規格（IEC/UL 60747-5-5）を確認し、デバイスの定格が要求される使用電圧、汚染度、材料グループの基準を満たしていることを確認しなければなりません。

8. 動作原理と技術動向

8.1 動作原理