8ピンDIP 高速1Mbit/s トランジスタ出力フォトカプラ 6N135 6N136 EL450xシリーズ データシート - パッケージDIP-8 - 絶縁耐圧5000Vrms - 日本語技術文書

1. 製品概要

6N135、6N136、EL4502、EL4503は、高速デジタル信号の絶縁を必要とするアプリケーション向けに設計された、高速トランジスタ出力フォトカプラ（フォトアイソレータ）のファミリーです。各デバイスは、赤外線発光ダイオード（LED）と高速フォト検出トランジスタを光学的に結合した構造を内蔵しています。本シリーズの中核的な利点は、フォトダイオードのバイアスと出力トランジスタのコレクタを分離した専用のピン配置にあります。このアーキテクチャ上の選択により、入力トランジスタのベース-コレクタ間容量が大幅に低減され、従来のフォトトランジスタベースのカプラよりも桁違いに高速な、最大1メガビット毎秒（1Mbit/s）のスイッチング速度を実現しています。

本デバイスは標準的な8ピンデュアルインチパッケージ（DIP）で提供され、広いリード間隔や表面実装タイプのオプションも用意されています。広い温度範囲での動作が保証されており、主要な国際安全規格に準拠しているため、産業機器、通信機器、パワーエレクトロニクスなどのアプリケーションに適しています。

2. 技術パラメータの詳細解釈

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。これらの限界値付近でデバイスを連続動作させることは推奨されません。主な定格は以下の通りです：

• 入力順方向電流（I_F)）： 連続25 mA。ピーク順方向電流（I_FP）は、デューティ比50%、パルス幅1msのパルスに対して50 mAと定格されています。
• 逆電圧（V_R)）： 入力LEDにかかる最大5 V。
• 出力電圧（V_O)）： 出力ピンにおける-0.5 Vから+20 Vの範囲。
• 電源電圧（V_CC)）： 出力側電源における-0.5 Vから+30 Vの範囲。
• 絶縁耐圧（V_ISO)）： 1分間5000 V_rms。これは重要な安全パラメータであり、入力側ピン（1-4）同士および出力側ピン（5-8）同士をそれぞれ短絡させた状態で試験されます。
• 動作温度（T_OPR)）： -55°Cから+100°C。この広い範囲により、過酷な環境下でも信頼性の高い性能が確保されます。
• 総消費電力（P_TOT)）： 200 mW（入力側と出力側の電力制限の合計）。

2.2 電気的特性および伝達特性

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で保証されます。これらは通常動作条件下でのデバイスの性能を定義します。

• 順方向電圧（V_F)）： I_F= 16 mAにおいて、典型的に1.45V。これは入力側の電流制限回路を設計する際に重要です。
• 電流伝達率（CTR）： 出力トランジスタのコレクタ電流と入力LEDの順方向電流の比で、パーセンテージで表されます。6N135の最小CTRは7%（典型的条件）であるのに対し、6N136、EL4502、EL4503の最小値は19%です。このパラメータは、所定の出力電流を得るために必要な駆動電流に直接影響します。
• ロジックLow出力電圧（V_OL)）： デバイスがON状態のときの出力ピンの電圧。6N135では、I_F=16mA、I_O=1.1mAにおいて最大0.4V以下が保証されます。6N136/EL450xでは、I_O=3mAにおいて0.4V以下です。低いV_OLは、クリーンなロジックLow信号を得るために重要です。
• 電源電流（I_CCL、I_CCH)）： I_CCLは出力がLow（LED点灯）時のV_CCから流れる電流で、典型的に140 µAです。I_CCHは出力がHigh（LED消灯）時の電流で、典型的に0.01 µAであり、アイドル状態での消費電力が非常に低いことを示しています。

3. スイッチング特性

これらのパラメータは、本デバイスの主な特長である速度を定量化します。試験はI_F=16mA、V_CC=5Vの条件下で行われます。

• 伝搬遅延時間（t_PHL、t_PLH)）： 入力信号のエッジとそれに対応する出力応答との間の時間遅延です。
  • 6N135： t_PHL（Lowへの遷移）は典型的に0.35 µs（最大2.0 µs）；t_PLH（Highへの遷移）はR_L=4.1kΩにおいて、典型的に0.5 µs（最大2.0 µs）。
  • 6N136/EL450x： t_PHLは典型的に0.35 µs（最大1.0 µs）；t_PLHはR_L=1.9kΩにおいて、典型的に0.3 µs（最大1.0 µs）。
  これらの高速な伝搬遅延により、1Mbit/sでの信頼性の高いデータ伝送が可能となります。
• 同相過渡耐性（CM_H、CM_L)）： 絶縁バリアの入力側と出力側の両方に等しく現れる高速な電圧過渡（ノイズ）を除去するデバイスの能力を測定します。単位はボルト毎マイクロ秒（V/µs）で規定されます。
  • 6N135/6N136/EL4502： High状態およびLow状態の両方で最小1000 V/µs。
  • EL4503： 著しく高く、典型的値20,000 V/µs、最小15,000 V/µsであり、モータードライブなどの非常にノイズの多い環境に最適です。

4. 機械的仕様およびパッケージ情報

4.1 ピン配置

本デバイスは8ピンDIPパッケージを使用します。6N135/6N136とEL4502/EL4503では、主にピン7の機能が異なります。

6N135 / 6N136の場合：

1. 未接続（NC）
2. アノード（入力LEDアノード）
3. カソード（入力LEDカソード）
4. 未接続（NC）
5. グランド（出力側グランド、GND）
6. 出力電圧（V_OUT)
7. バイアス電圧（V_B） - このピンは内部フォトダイオードをバイアスするための別接続を提供し、高速化の鍵となります。
8. 電源電圧（V_CC)

EL4502 / EL4503の場合：

1. 未接続（NC）
2. アノード（入力LEDアノード）
3. カソード（入力LEDカソード）
4. 未接続（NC）
5. グランド（出力側グランド、GND）
6. 出力電圧（V_OUT)
7. 未接続（NC） - 注：これらのバリアントではピン7は接続されていません。
8. 電源電圧（V_CC)

5. アプリケーション提案

5.1 代表的なアプリケーション例

• ラインレシーバおよび通信機器： デジタルデータライン（例：RS-232、RS-485）の絶縁によるグランドループの防止や、サージからの敏感な回路の保護。
• モータードライブおよびスイッチング電源（SMPS）におけるパワートランジスタの絶縁： ハイサイドのパワーMOSFET/IGBTへのゲート駆動信号を供給しながら、絶縁を維持します。高い同相過渡耐性（特にEL4503）がここでは重要です。
• 高速ロジックのグランド絶縁： 異なる電位で動作するデジタルサブシステム間のグランドループを断ち切り、ノイズの結合を防止します。
• 低速フォトトランジスタカプラの代替： 主要な回路変更なしに、既存の設計をより高いデータレートにアップグレードします。
• 家電製品および産業用制御装置： ユーザーインターフェースのマイクロコントローラとパワーステージとの絶縁。

5.2 設計上の考慮点

• 入力電流制限： 入力LEDと直列に外部抵抗を使用し、順方向電流（I_F）を所望の値（最適な速度とCTRを得るために通常16 mA前後）に制限する必要があります。抵抗値は（電源電圧 - V_F） / I_F.
• で計算されます。出力プルアップ抵抗_L： V_OUT（ピン6）とV_CC（ピン8）の間にプルアップ抵抗（R_L）が必要です。その値はスイッチング速度と出力電流能力の両方に影響します。データシートでは、6N135ではR
• =4.1kΩ、6N136/EL450xでは1.9kΩでの試験条件が規定されています。低い値は速度を向上させますが、消費電力も増加させます。バイパスコンデンサ_CC： 出力側のV
• ピンとGNDピンの近くに0.1 µFのセラミックコンデンサを配置し、高周波ノイズを除去します。高CMRのためのレイアウト

： 高い同相除去比を維持するために、回路基板レイアウト上の入力側と出力側の間の寄生容量を最小限に抑えてください。絶縁バリアの両側の配線は十分に離して配置します。

6. 技術比較および選定ガイド

• 本シリーズ内での主な違いは、電流伝達率（CTR）と同相除去比（CMR）にあります。6N135 対 6N136/EL4502
• ： 6N135は最小CTRが低い（7% 対 19%）。これは、同じ出力電流振幅を得るためにわずかに高い入力電流を必要とする可能性があることを意味します。6N136/EL4502はより良いマージンを提供します。EL4503 対 その他
• ： EL4503は、非常に高い同相過渡耐性（最小15,000 V/µs）で際立っています。これにより、高速な電圧スパイク（dV/dt）が一般的な可変速ドライブ（VFD）や産業用モーターコントローラなど、極めて電気ノイズの高いアプリケーションでの優先選択肢となります。:
  • 選定のまとめ
  • 良好なCTRを備えた汎用高速絶縁用途には： 6N136またはEL4502を選択してください。
  • コストが主要な要素であり、低いCTRが許容できる場合： 6N135で十分かもしれません。

最も要求の厳しい、高ノイズのパワーエレクトロニクス環境には： EL4503がこの役割のために特別に設計されています。

7. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: このフォトカプラの、標準的な4N35に対する主な利点は何ですか？_BA: 速度です。専用のバイアスピン（6N135/136のV

）アーキテクチャにより内部容量が低減され、1Mbit/sでの動作が可能となります。一方、4N35のような標準的なフォトトランジスタカプラは通常100 kbit/s以下に制限されます。

Q: 入力側と出力側の両方に単一の5V電源を使用できますか？_CCA: 電気的には可能ですが、これでは絶縁の目的が失われます。真の絶縁のためには、入力側（LED）と出力側（検出器、V

、GND）は、別々の、接続されていない電源、または絶縁型DC-DCコンバータから給電する必要があります。

Q: なぜ2つの異なる推奨プルアップ抵抗値（4.1kΩ 対 1.9kΩ）があるのですか？

A: デバイスの異なるCTR仕様が、異なる最適動作点をもたらします。CTRが低い6N135は、所定の出力Low電圧仕様に対して出力電流を制限しつつ、目標速度を達成するために、より高いプルアップ抵抗を使用します。CTRが高い6N136/EL450xは、より低い抵抗値を使用でき、これによりスイッチング速度をさらに向上させることができます。

Q: PbフリーおよびRoHS準拠は、私の組立プロセスにとって何を意味しますか？

A: これは、デバイスが鉛（Pb）を使用せずに製造され、有害物質使用制限指令に準拠していることを意味します。これにより、これらの環境規制がある地域で販売される製品に使用することが可能です。はんだ付け温度定格（10秒間260°C）は、鉛フリーはんだプロセス向けに規定されています。

8. 動作原理の紹介_CCトランジスタ出力フォトカプラは、光絶縁の原理で動作します。入力側に印加された電流により、赤外線発光ダイオード（LED）が光を発します。この光はパッケージ内の小さなギャップを横切り、出力側のフォトトランジスタのベース領域に当たります。入射した光子はベース内で電子-正孔対を生成し、実質的にベース電流として作用します。この光学的なベース電流によりトランジスタがオンし、V

から出力ピンへ、トランジスタを通じてLowにプルダウンされる、はるかに大きなコレクタ電流が流れます。入力電流がゼロのとき、LEDは消灯し、光はトランジスタに当たらず、トランジスタはオフ状態のままです。これにより、出力ピンは外部抵抗によってHighにプルアップされます。本シリーズの高速化の鍵は、トランジスタのベースに供給する内部フォトダイオードへの別接続にあり、これにより通常フォトトランジスタの速度を低下させるミラー容量が最小限に抑えられています。

9. パッケージおよび発注情報本デバイスは特定の部品番号体系に従います：6N13XY(Z)-Vまたは.

• XEL450XY(Z)-V
• Y： 部品番号識別子（6Nシリーズでは5または6；EL450シリーズでは2または3）。
  • ： リード形状オプション。
  • なし： 標準DIP-8（0.3" 列間隔）、チューブ入り45個。
  • M： 広リードベンド（0.4" 間隔）、チューブ入り45個。
• ZS： 表面実装リード形状。
• V： テープ＆リールオプション（例：TA）。SMD部品の'S'オプションと併用し、通常1リールあたり1000個。