8ピンSOP高速1Mbit/sトランジスタフォトカプラ EL045X EL050Xシリーズ データシート - パッケージSO-8 - 電圧5V/15V/30V - 日本語技術文書

1. 製品概要

EL045XおよびEL050Xシリーズは、要求の厳しい電子回路における信号絶縁を目的として設計された高速トランジスタ出力フォトカプラ（オプトカプラ）です。各デバイスは、高速フォト検出トランジスタに光結合された赤外発光ダイオード（LED）を内蔵しています。重要なアーキテクチャ的特徴は、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に対して別々の接続が提供されている点です。この設計により、従来のフォトトランジスタカプラと比較して入力トランジスタのベース-コレクタ容量が低減され、スイッチング速度が大幅に向上しています。デバイスは、標準SO-8フットプリントに準拠したコンパクトな8ピン小型アウトライン・パッケージ（SOP）に収められており、スペースに制約のあるアプリケーションに適しています。

本シリーズの中核的な利点は、高速データ伝送能力（最大1 Mbit/s）と堅牢な電気的絶縁性の組み合わせにあります。高いコモンモード過渡耐性（CMTI）を提供し、特にEL0453バリアントは最小15 kV/µsを保証しており、モータードライブやスイッチング電源などのノイズ環境に最適です。本シリーズは、広い動作温度範囲、国際的な安全・環境規格（UL、cUL、VDE、RoHS、ハロゲンフリー、REACH）への適合、様々なアプリケーションニーズに対応する異なる電流伝達比（CTR）グレードが用意されていることが特徴です。

2. 技術パラメータ詳細解説

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。これらの限界値付近または限界値でデバイスを連続動作させることは推奨されません。

• 入力（LED側）：最大連続順方向電流（I_F）は25 mAです。パルス条件下（デューティ比50%、パルス幅1ms）では、ピーク順方向電流（I_FP）50 mAを扱うことができます。非常に短いパルス（≤ 1µs、300 pps）に対しては、非常に高いピーク過渡電流（I_Ftrans）1Aが許容されます。最大逆電圧（V_R）は5Vです。
• 出力（検出器側）：平均出力電流（I_O(AVG)）は8 mAを超えてはならず、ピーク出力電流（I_O(PK)）の限界は16 mAです。出力電圧（V_O）は-0.5Vから+20Vの範囲、電源電圧（V_CC）は-0.5Vから+30Vの範囲です。
• 絶縁・熱特性：デバイスは、高い絶縁電圧（V_ISO）3750 V_rms（1分間試験）を提供します。動作温度範囲（T_OPR）は非常に広く、-55°Cから+100°Cです。最大はんだ付け温度は260°C（10秒間）です。

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で保証されます。

• 標準条件（ILEDの代表的な順方向電圧（V_F）は、順方向電流（I_F）16 mAにおいて1.45Vで、最大は1.8Vです。順方向電圧は約-1.9 mV/°Cの負の温度係数を持ちます。
• 出力特性：主要なパラメータには、ロジックハイ出力電流（I_OH）（非常に低く、リークレベル、V_CC=5.5Vで代表値0.001 µA）、およびロジックロー状態（I_CCL、~140 µA）とロジックハイ状態（I_CCH、~0.01 µA）における電源電流が含まれます。
• 電流伝達比（CTR）：これはフォトカプラの効率を定義する重要なパラメータです。本シリーズは異なるCTRグレードで提供されています：
  • EL0500：CTR 最小7%、最大50%（代表試験条件：I_F=16mA、V_O=0.4V）。
  • EL0501 / EL0452 / EL0453：CTR 最小19%、最大50%（代表試験条件：I_F=16mA、V_O=0.4V）。
  特定条件下（例：V_O=0.5VでEL0500は5%、その他は15%）でのより低い保証CTRも規定されており、理想的な条件ではない状況下での機能を保証します。
• ロジックロー出力電圧（V_OL）：デバイスがON状態のときの出力における最大電圧です。代表値は0.18Vで、負荷電流（I_O）に応じて0.4Vまたは0.5V未満であることが保証されます。

2.3 スイッチング特性

Measured under standard conditions (I_F=16mA、V_CC=5V、T_A=0～70°C）で測定されたこれらのパラメータは、デバイスの速度を定義します。

• 伝搬遅延：
  • EL0500：ロジックローへの伝搬遅延時間（t_PHL）およびロジックハイへの伝搬遅延時間（t_PLH）は、4.1 kΩの負荷抵抗（R_L）使用時に最大2.0 µsです。
  • EL0501 / EL0452 / EL0453：より高速なスイッチングで、t_PHLおよびt_PLHは1.9 kΩの負荷抵抗使用時に最大1.0 µsです。
• コモンモード過渡耐性（CMTI）：これは、入力と出力のグランド間の高速電圧過渡を除去するデバイスの能力を測定します。絶縁システムにおけるノイズ耐性の重要なパラメータです。
  • EL0453：優れた性能を提供し、コモンモード電圧（V）1500Vピークtoピークにおいて最小_CMCMTI 15,000 V/µsを保証します。
  • EL0500 / EL0501 / EL0452：代表的なCMTIは、V=10V p-pにおいて1,000 V/µsです。_CMCMTIは、出力がロジックハイ状態（CM
  ）およびロジックロー状態（CM_H）で保持されている場合について個別に規定されています。_L3. 性能曲線分析

データシートには代表的な電気光学特性曲線が参照されています。本文中に具体的なグラフは示されていませんが、この種のデバイスの標準的な曲線には通常以下が含まれます：

電流伝達比（CTR）対順方向電流（I

• ）：_F効率がLED駆動電流とともにどのように変化するかを示し、通常特定のIでピークに達します。_F.
• CTR対周囲温度（T_A）：結合効率の温度依存性を示し、一般的に温度が上昇すると減少します。
• 伝搬遅延対負荷抵抗（R_L）：スイッチング速度が出力負荷によってどのように影響を受けるかを示します。
• 順方向電圧（V_F）対順方向電流（I_F）：入力LEDの標準的なI-V曲線です。
• 出力飽和電圧対出力電流：フォトトランジスタが飽和状態にあるときのコレクタ-エミッタ間電圧と電流の関係を示します。

これらの曲線は、設計者が回路性能を最適化し、適切な動作点を選択し、非標準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。

4. 機械的・パッケージ情報

4.1 ピン配置と機能

デバイスは8ピンSOPパッケージを使用します。異なる品番に対応する2つの主要なピン配置があります：

• EL0500 / EL0501の場合：
  1. 1. 未接続
  2. 2. アノード（LED +）
  3. カソード（LED -）4. 未接続5. グランド（GND）6. 出力（V_OUT)7. バイアス電圧（V_B） - このピンは速度向上の鍵となります。8. 電源電圧（V_CC)
• EL0452 / EL0453の場合：
  1. 1. 未接続
  2. 2. アノード（LED +）
  3. カソード（LED -）4. 未接続5. グランド（GND）6. 出力（V_OUT)7. 未接続8. 電源電圧（V_CC)

EL0500/01におけるV_Bピン（ピン7）の存在は、フォトダイオードの外部バイアスを可能にし、これが高速化を実現するメカニズムです。EL0452/43バリアントでは、このバイアスネットワークは内部で構成されているものと考えられます。

5. アプリケーションガイドライン

5.1 代表的なアプリケーション回路

データシートには、スイッチング時間とコモンモード過渡耐性を測定するための参照試験回路（図8および図9）が含まれています。これらの回路は実装のガイドとして機能します：

• スイッチング時間試験回路：通常、パルスジェネレータと電流制限抵抗を介して入力LEDを駆動します。出力はプルアップ抵抗（R_CC= 規定通り4.1kΩまたは1.9kΩ）を介してV_Lに接続され、オシロスコープで監視されます。伝搬遅延は、入力波形と出力波形の50%点の間で測定されます。
• 過渡耐性試験回路：短絡された入力ピン（1-4）と短絡された出力ピン（5-8）の間に高電圧で立ち上がりの速いコモンモードパルス（V_CM）を印加します。出力状態を監視し、過渡現象による誤った切り替えが発生しないことを確認します。

5.2 設計上の考慮点

• LED電流制限：順方向電流（I_F）を設定するために、入力LEDと直列に外部抵抗を使用する必要があります。その値は、電源電圧、LEDの順方向電圧（V_F）、および所望のI_F（最適な速度/CTRのためにはしばしば16 mA）に基づいて計算されます。
• 出力負荷抵抗（R_L）：プルアップ抵抗の選択は、スイッチング速度、消費電力、およびロジックレベルに影響を与えます。より小さなR_Lは立ち上がり時間を速くしますが、出力がロー状態のときの電力損失を増加させます。データシートでは、EL0500ではR_L=4.1kΩ、その他では1.9kΩという試験条件が規定されています。
• ノイズ耐性：電気的にノイズの多い環境（モータードライブ、産業制御）でのアプリケーションでは、高い保証CMTIを持つEL0453バリアントを選択することが重要です。短い配線とデバイスピン近くに配置したデカップリングコンデンサによる適切なPCBレイアウトも不可欠です。
• CTR劣化：すべてのフォトカプラと同様に、これらのデバイスのCTRは時間とともに徐々に減少します。特に高温および高LED電流で動作させた場合に顕著です。設計には、製品の想定寿命期間中に回路機能を確実に維持するための十分なマージンを含める必要があります。

6. 技術比較・選定ガイド

EL045X/EL050Xシリーズは、異なるニーズに合わせた様々なオプションを提供します：

• EL0500 対 EL0501 / EL0452 / EL0453：主な違いは電流伝達比（CTR）です。EL0500はより低い最小CTR（7% 対 19%）を持ち、入力駆動電流を高くできるアプリケーションに適しています。他のバリアントはより高い感度を提供します。
• EL0453 対 その他：EL0453は、保証された最小コモンモード過渡耐性15 kV/µsによって際立っています。これにより、電圧スパイクが一般的なスイッチング電源のフィードバックループやモータードライブのインバータゲート駆動などの高ノイズ絶縁アプリケーションでの優先選択肢となります。他のバリアントは代表的なCMTI 1000 V/µsを規定しています。
• ピン配置：EL0500/01はアクティブなV_Bピン（7）を持つのに対し、EL0452/43では未接続（NC）です。これは速度最適化のための内部アーキテクチャの違いを反映しています。

選定のまとめ：最高のノイズ耐性が必要な場合はEL0453を選択してください。より高い感度と標準的な速度が必要な場合はEL0501/EL0452を選択してください。低いCTRが許容され、駆動電流に制約がないコスト重視のアプリケーションではEL0500を選択してください。

7. 梱包・発注情報

デバイスは、生産ニーズに合わせて異なる梱包オプションで提供されています。

• 標準梱包：チューブあたり100個。
• テープ・リールオプション：TAまたはTBリールタイプで利用可能で、リールあたり2000個入りです。これは自動表面実装組立に適しています。
• VDEオプション：部品はVDE認証付き（-Vサフィックスで表示）で発注できます。
• 品番体系：品番は次の形式に従います：EL050X(Z)-V または EL045X(Z)-V、ここで：
  • X = デバイス番号（EL050xでは0,1；EL045xでは2,3）。
  • Z = テープ・リールオプション（TA、TB、またはチューブの場合は空白）。
  • -V = オプションのVDE認証。
  例：EL0453(TA)-V は、VDE承認付きのTAテープ・リール梱包のEL0453デバイスを示します。

8. 動作原理

本デバイスは、電気的絶縁のための光結合の原理に基づいて動作します。入力側に印加された電気信号により、赤外LEDが電流に比例した光を発します。この光は絶縁ギャップ（通常は透明な誘電体）を通過し、出力側のフォト検出器に照射されます。本シリーズでは、検出器は高速トランジスタのベースに接続された光センシティブダイオードです。一部のバリアントにある別個のバイアスピン（V_B）により、フォトダイオードにプリバイアスをかけることができ、その接合容量を最小限に抑えます。光がフォトダイオードに当たると、トランジスタのベースを直接駆動する電流が生成され、トランジスタをオンにします。この設計により、標準的なフォトトランジスタのベース-コレクタ接合に関連する大きなミラー容量を回避し、最大1 Mbit/sというはるかに高速なスイッチング速度を実現しています。光路はガルバニック絶縁を提供し、高電圧（最大3750 V_rms）を遮断し、入力回路と出力回路間のコモンモードノイズを除去します。

9. アプリケーションシナリオ

• スイッチング電源（SMPS）フィードバックループ：二次側から一次側コントローラへの絶縁電圧フィードバックを提供し、ループ安定性のための速度とスイッチングノイズに耐える高いCMTIの両方が必要です。
• モータードライブインバータ絶縁：可変速ドライブにおけるIGBTまたはMOSFETのゲート駆動信号の絶縁。EL0453の高いCMTIは、高いdv/dt過渡現象による誤トリガを防ぐためにここで不可欠です。
• 産業用通信インターフェース：絶縁RS-485、CAN、またはProfibusネットワークのラインレシーバとして機能し、敏感な論理回路をグランドループやサージから保護します。
• 通信機器：ラインカードやインターフェースモジュールにおける信号絶縁を提供します。
• 低速フォトトランジスタカプラの代替：基板フットプリント（SO-8互換）を変更せずに、既存の設計をより高いデータレートを達成するためにアップグレードします。
• 家電制御：ユーザーインターフェースマイクロコントローラと電源スイッチング部（例：洗濯機、エアコン）の絶縁。

10. よくある質問 (FAQ)

Q1: EL0500とEL0501の主な違いは何ですか？

A1: 主な違いは保証された最小電流伝達比（CTR）です。EL0500はEL0501（19%）と比較してより低い最小CTR（規定条件下で7%）を持ちます。これは、EL0501の方がより感度が高く、同じ出力を得るためにわずかに低い入力LED電流で動作できることを意味しますが、より高い駆動電流で設計された回路ではEL0500で十分であり、よりコスト効率が良い場合があります。

Q2: 特にEL0453バリアントを選択すべき状況はいつですか？

A2: アプリケーションが、絶縁されたグランド間に非常に高い電気ノイズと高速電圧過渡現象がある環境で動作する場合に、EL0453を選択すべきです。その保証された最小15 kV/µsのコモンモード過渡耐性は、モータードライブ、大電力スイッチング電源、または他のバリアントでは誤スイッチングが発生する可能性のある産業制御システムにおいて、信頼性の高い動作に不可欠です。

Q3: LEDの電流制限抵抗（R_series）の値はどのように選択すればよいですか？

A3: オームの法則を使用します：R_series= (V_supply- V_F) / I_F。V_FはLED順方向電圧（設計マージンのために最大1.8Vを使用）。I_Fは所望の動作電流（最適性能のための一般的な試験条件は16 mA）。5V電源の場合：R_series≈ (5V - 1.8V) / 0.016A ≈ 200 Ω。抵抗の電力損失は常に確認してください。

Q4: これらのフォトカプラをアナログ信号絶縁に使用できますか？

A4: 可能ではありますが、トランジスタ出力と非線形CTR特性のため、主にデジタル（オン/オフ）信号絶縁用に設計されています。線形アナログ絶縁のためには、専用のリニアオプトカプラまたは絶縁アンプがより適切な選択肢となります。

Q5: EL0500/01のV_Bピンの目的は何ですか？

A5: V_Bピンは、内部フォトダイオードにバイアス電圧を印加するために使用されます。フォトダイオードに適切にバイアスをかけることで、その接合容量を低減します。これは主要な速度制限要因です。この外部バイアスネットワークが、単純なフォトトランジスタカプラと比較して、これらのデバイスの高速性能（1 Mbit/s）を可能にしています。