EL452-Gシリーズ 4ピンSOP 高耐圧フォトダーリントン オプトカプラ データシート - パッケージ 4.4x7.4x2.0mm - VCEO 350V - CTR 1000% - 技術文書

1. 製品概要

EL452-Gシリーズは、異なる電位を持つ回路間の信頼性の高い信号伝送のために設計された高耐圧フォトダーリントンオプトカプラです。赤外線発光ダイオードと高耐圧ダーリントンフォトトランジスタが光学的に結合されています。本デバイスは、高さ2.0mmのコンパクトな4ピン小型外形パッケージ（SOP）に収められており、スペースに制約のある表面実装アプリケーションに適しています。その主な機能は、制御信号やデータ信号を伝送しながら電気的絶縁を提供し、高電圧サージやグランドループの問題から敏感な回路を保護することです。

1.1 中核的利点とターゲット市場

この部品の主な利点は、商用電源回路やモータードライブとのインターフェースに不可欠な、350V（V_CEO）という高いコレクタ-エミッタ電定格です。標準試験条件下で最小1000%という非常に高い電流伝達比（CTR）を提供し、適度な入力電流から強力な出力信号レベルを確保します。本デバイスは、入力側と出力側の間に3750V_rmsの高い絶縁耐圧を誇り、厳格な安全基準を満たしています。また、ハロゲンフリーであり、RoHSおよび鉛フリー指令に準拠しています。これらの特徴から、通信機器（電話機、交換機）、産業用シーケンスコントローラ、システム機器、計測機器、および異なる電圧領域間での安全な信号伝送を必要とするあらゆるシナリオに最適です。

2. 詳細な技術パラメータ分析

このセクションでは、絶対最大定格および電気光学特性で定義されたデバイスの電気的、光学的、熱的仕様について、詳細かつ客観的な解釈を提供します。

2.1 絶対最大定格

絶対最大定格は、デバイスに永久的な損傷が発生する可能性のあるストレスの限界を定義します。入力順方向電流（I_F）は、連続60mA、短時間ピーク順方向電流（I_FM）は10µs間1Aと定格されています。総消費電力（P_TOT）は170mWを超えてはなりません。重要な出力パラメータは、コレクタ-エミッタ電圧（V_CEO）の350Vであり、これは入力LEDがオフのときに出力トランジスタが遮断できる最大電圧です。1分間の絶縁耐圧（V_ISO）3750V_rmsは、内部絶縁バリアの絶縁耐力（耐電圧）を規定しています。デバイスの動作温度範囲は-55°Cから+110°Cです。

2.2 電気光学特性

電気光学特性は、25°Cの通常動作条件下でのデバイスの性能を定義します。

2.2.1 入力特性（LED側）

赤外線LEDの順方向電圧（V_F）は、順方向電流10mAにおいて、標準値1.2V、最大1.4Vです。この低いV_Fは、入力側の消費電力の低減に貢献します。逆方向リーク電流（I_R）は、逆バイアス4Vにおいて最大10µAです。

2.2.2 出力特性（フォトトランジスタ側）

コレクタ-エミッタ暗電流（I_CEO）は、LEDがオフのときのリーク電流であり、V_CE=200Vにおいて最大100nAと規定されています。コレクタ-エミッタ降伏電圧（BV_CEO）は最小350Vであり、高耐圧性能を確認しています。コレクタ-エミッタ飽和電圧（V_CE(sat)）は、デバイスが完全にオン状態（I_F=20mA, I_C=100mA）のとき、標準値1.2V（最大1.5V）であり、導通状態における出力端子間の電圧降下を示しています。

2.2.3 伝達特性

電流伝達比（CTR）は最も重要なパラメータであり、出力コレクタ電流と入力順方向電流の比として定義され、パーセンテージで表されます。EL452-Gの場合、I_F=1mA、V_CE=2Vにおいて、CTRは最小1000%、標準値2000%です。この非常に高いCTRはダーリントン構成の特徴であり、高い電流利得を提供し、小さな入力電流でより大きな出力電流を効果的に制御することを可能にします。スイッチング速度は、立ち上がり時間（t_r）が標準値80µs（最大250µs）、立ち下がり時間（t_f）が標準値10µs（最大100µs）で特徴付けられます。これらの時間は、ダーリントン構造とフォトトランジスタに固有の電荷蓄積により比較的遅く、本デバイスは低～中速のスイッチングおよびリニアアナログアプリケーションに適していますが、高速デジタル絶縁には適していません。遮断周波数（f_c）は標準値7kHzです。絶縁抵抗（R_IO）は最小5×10¹⁰Ωであり、優れた直流絶縁性能を示しています。

3. 性能曲線分析

PDFには代表的な電気光学特性曲線が存在することが示されていますが、具体的なグラフ（例：CTR対順方向電流、CTR対温度、コレクタ電流対コレクタ-エミッタ電圧）はテキスト内容には提供されていません。完全なデータシートでは、これらの曲線は設計上極めて重要です。通常、CTRが温度上昇とともにどのように低下するか、出力電流が高い入力電流または低いコレクタ-エミッタ電圧でどのように飽和するか、LEDの順方向電圧と電流の関係などを示しています。設計者は、25°Cの代表点だけでなく、全動作範囲にわたるデバイスの動作を理解するために、これらのグラフを参照する必要があります。

4. 機械的仕様とパッケージ情報

4.1 パッケージ外形寸法とピン配置

本デバイスは4ピンSOPパッケージを使用しています。パッケージ本体の寸法は、長さ約4.4mm、幅約7.4mm、高さ2.0mmです。ピン配置は、この種のオプトカプラでは標準的です：ピン1はLEDアノード、ピン2はLEDカソード、ピン3はフォトトランジスタエミッタ、ピン4はフォトトランジスタコレクタです。信頼性の高いはんだ付けと機械的安定性を確保するために、表面実装用の推奨パッドレイアウトが提供されています。

4.2 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。マーキングにはEL（メーカーコード）、452（品番）、1桁の年コード、2桁の週コード、およびVDE承認を示すオプションのVが含まれます。このマーキングにより、製造日と適合性のトレーサビリティが可能になります。

5. はんだ付けおよび実装ガイドライン

5.1 リフローはんだ付け条件

データシートには、熱損傷を防ぐための詳細なリフローはんだ付けプロファイル仕様が記載されています。プロファイルはIPC/JEDEC J-STD-020Dに準拠しています。主要なパラメータは以下の通りです：150°Cから200°Cへの60-120秒間の予熱段階、ピークボディ温度（T_p）は260°Cを超えないこと、液相線（217°C）以上の時間は60-100秒の間。デバイスは最大3回のリフローサイクルに耐えることができます。内部エポキシ封止材とワイヤーボンドの完全性を維持するためには、このプロファイルを遵守することが重要です。

6. 梱包および発注情報

6.1 発注品番体系

品番は以下の形式に従います：EL452(Y)-VG。Yの位置はテープ＆リールオプションを示します（TA、TB、またはチューブ梱包の場合はなし）。VはユニットがVDE安全承認済みであることを示します。Gサフィックスは製品がハロゲンフリーであることを示します。例えば、EL452TA-VGは、TA向きのテープ＆リールで供給され、VDE承認済み、ハロゲンフリーのデバイスを指します。

6.2 テープ＆リール仕様

本デバイスは、自動実装用の標準的なエンボスキャリアテープで入手可能です。2つの送り方向が利用可能です：オプションTAとオプションTB。テープ幅（W）は16.0mm、ポケットピッチ（P₀）は4.0mm、リールには通常3000個が収容されます。フィーダー設定のための詳細なテープ寸法（A、B、D₀など）が提供されています。

7. アプリケーション推奨事項

7.1 代表的なアプリケーション回路

EL452-Gは、その高いV_CEOにより、AC商用電源制御回路（例：ソリッドステートリレー）におけるトライアック、サイリスタ、またはMOSFETの駆動に非常に適しています。マイクロコントローラインターフェースでの電圧レベルシフト、アナログセンサ信号の絶縁、スイッチング電源における絶縁フィードバックループの作成に使用できます。その高いCTRにより、LED用の追加の駆動トランジスタを必要とせずに、マイクロコントローラのGPIOピン（適切な電流制限抵抗付き）から直接駆動することが可能です。

7.2 設計上の考慮事項と注意点

入力側：LEDには常に直列抵抗を使用して、順方向電流を安全な値（必要なCTRと速度に応じて、通常1mAから20mAの間）に制限する必要があります。LEDは逆電圧に敏感です。駆動回路が逆バイアスを印加する可能性がある場合は、LEDと並列に保護ダイオードを接続することを推奨します。
出力側：フォトダーリントンはかなりの電流（最大150mA）をシンクできます。出力電圧スイングを設定し、消費電力を制限するために、コレクタと正電源ラインの間に負荷抵抗を接続する必要があります。ダーリントン構成のため、飽和電圧（V_CE(sat)）は単一トランジスタよりも高く、スイッチングアプリケーションでの出力電圧スイングを減少させます。設計者は、温度および寿命にわたるCTRの低下を考慮に入れる必要があります。20-50%の設計マージンを確保することが望ましいです。比較的遅いスイッチング速度のため、数kHzを超える高周波PWMやデータ通信には使用できません。

8. 技術比較と差別化

EL452-Gは、高耐圧（350V）、非常に高いCTR（最小1000%）、およびコンパクトなSOPパッケージの組み合わせにより、市場で差別化を図っています。標準的なフォトトランジスタカプラ（CTRが50-600%程度）と比較して、ダーリントン構成ははるかに高い感度を提供します。他の一部のフォトダーリントンと比較して、その3750Vrmsの絶縁定格と複数の国際安全規格承認（UL、CUL、VDE、SEMKOなど）により、安全性が重要な産業アプリケーションにおける堅牢な選択肢となっています。ハロゲンフリーおよびRoHS準拠は、現代の環境規制に沿っています。

9. よくある質問（FAQ）

Q: 5Vロジック出力からLEDを直接駆動できますか？
A: はい、ただし直列抵抗を計算する必要があります。例えば、標準的なV_Fが1.2V、5V電源から所望のI_Fが5mAの場合：R = (5V - 1.2V) / 0.005A = 760Ω。標準の750Ω抵抗を使用します。

Q: 最大スイッチング周波数はいくつですか？
A: 実用的なスイッチング周波数は、立ち上がり時間と立ち下がり時間によって制限されます。矩形波の場合の控えめな見積もりは、1/(t_r+t_f) ≈ 1/(250µs+100µs) ≈ 2.9kHzです。信頼性の高い動作のためには、1kHz以下の周波数で設計してください。

Q: 温度は性能にどのように影響しますか？
A: CTRは通常、温度の上昇とともに低下します。暗電流（I_CEO）は温度とともに増加します。LEDの順方向電圧は温度とともに低下します。全温度範囲にわたる安定動作のためには、これらの影響を考慮する必要があります。

Q: 高速化のための外部ベース接続は利用可能ですか？
A: いいえ。これは外部ベースリードを持たない標準的なフォトダーリントンです。スイッチング速度は外部部品によって改善することはできません。

10. 実践的設計ケーススタディ

シナリオ：3.3Vマイクロコントローラ信号を絶縁して、24V DCリレーコイルを制御する。
実装：マイクロコントローラのGPIOピン（3.3V）が470Ω抵抗を介してLEDを駆動し、I_F≈ (3.3V - 1.2V)/470Ω ≈ 4.5mAを設定します。リレーコイル（24V、50Ωコイル ≈ 480mA）は、24V電源とEL452-Gのコレクタの間に接続されます。エミッタはグランドに接続します。フォトダーリントンがオフになったときの電圧スパイクを抑制するために、リレーコイルの両端にフライバックダイオードを配置する必要があります。入力4.5mAにおいて、CTRはリレー電流をシンクできる飽和出力を保証し、V_CE(sat)によるわずかな電圧降下が生じます。350VのV_CEOは、24V電源および誘導性スパイクに対して十分なマージンを提供します。

11. 動作原理

本デバイスは光結合の原理に基づいて動作します。入力側の赤外線発光ダイオード（LED）に電流が流れると、光子を放出します。これらの光子は透明な絶縁ギャップを横断し、出力側のダーリントンフォトトランジスタペアのベース領域に到達します。吸収された光子は電子-正孔対を生成し、ダーリントントランジスタペアをオンにするベース電流を作り出します。これにより、LED電流に比例した（CTRで定義される）はるかに大きな電流がコレクタからエミッタへ流れることが可能になります。重要な点は、信号が光によって伝送され、入力回路と出力回路の間に電気的接続がなく（絶縁材料を通る光路のみ）、完全な電気的絶縁が提供されることです。

12. 業界動向と発展

オプトカプラ市場は進化を続けています。動向としては、CMOSおよびRF技術に基づく高速デジタルアイソレータの開発があり、従来のオプトカプラと比較して優れた速度、消費電力、ノイズ耐性を提供します。しかし、EL452-Gのようなフォトダーリントンおよびフォトトランジスタオプトカプラは、高耐圧性能、高出力電流、シンプルさ、堅牢性、および低～中速絶縁におけるコスト効率を必要とするアプリケーションで強固な地位を維持しています。また、進化するグローバル規格に対応するための小型化、高集積化（例：複数チャネルの統合）、信頼性の向上、および安全性認証の強化に向けた継続的な推進があります。EL452-Gに見られるように、ハロゲンフリーおよび環境に優しい材料への移行は、業界の標準的な要件です。