ELD3H7 ELQ3H7 フォトカプラ データシート - 8ピン/16ピン SSOPパッケージ - 絶縁耐圧 3750Vrms - CTR 50-600% - 日本語技術文書

1. 製品概要

ELD3H7およびELQ3H7は、電気信号絶縁を目的としたフォトトランジスタベースのフォトカプラ（光結合器）です。赤外発光ダイオード（LED）とシリコンフォトトランジスタが光学的に結合され、コンパクトな表面実装パッケージ内に封止されています。主な機能は、高電気絶縁を維持しながら2つの回路間で電気信号を伝送し、ノイズ、グランドループ、電圧スパイクの伝播を防止することです。

ELD3H7は8ピンSSOP（Shrink Small Outline Package）内に2つの独立した絶縁チャネルを統合しています。ELQ3H7は16ピンSSOP内に4つの独立したチャネルを統合しています。両バリアントとも2.0mmの超低プロファイルを特徴とし、スペース制約の厳しいアプリケーションに適しています。本デバイスはハロゲンフリーのグリーンモールド樹脂を使用し、鉛フリーおよびRoHS指令に準拠しています。

2. 主な特長とコアアドバンテージ

• 高絶縁耐圧：1分間3750 V_rms定格で、高電圧環境下での堅牢な保護と安全性を確保します。
• 広範囲電流伝達率（CTR）：I_F= 5mA、V_CE= 5Vにおいて50%から600%の範囲で、異なる信号増幅ニーズに対応する設計の柔軟性を提供します。
• コンパクトなフォームファクタ：2.0mmプロファイルのSSOPパッケージは、高密度PCB設計に理想的です。
• 包括的な安全規格認証：UL（E214129）、VDE（40028116）、SEMKO、NEMKO、DEMKO、FIMKO、CQCによる認証を取得しており、世界的に規制された機器での使用を容易にします。
• 高速スイッチング特性：規定の試験条件下で、立ち上がり時間（t_r）が5µs、立ち下がり時間（t_f）が3µs（標準値）で、デジタル信号伝送に適しています。

3. ターゲット市場と用途

これらのフォトカプラは、信頼性の高い信号絶縁とノイズ耐性を必要とするアプリケーション向けに設計されています。

• DC-DCコンバータ：スイッチング電源におけるフィードバックループの絶縁。
• プログラマブルロジックコントローラ（PLC）および産業オートメーション：コントローラとフィールドデバイス間のデジタルI/O信号の絶縁。
• 通信機器：モデム、インターフェース、ネットワークハードウェア内の信号ラインの絶縁。
• 一般的な回路絶縁：異なるグランド電位またはインピーダンスレベルの回路間での信号伝送。

4. 詳細技術パラメータ分析

4.1 絶対最大定格

これらは、デバイスの永久的な損傷を防ぐために、いかなる条件下でも超えてはならないストレス限界値です。

• 入力（LED側）：順方向電流（I_F）60 mA；ピーク順方向電流（I_FP）1 A（1µsパルス）；逆電圧（V_R）6 V；電力損失（P_D）70 mW。
• 出力（トランジスタ側）：コレクタ電流（I_C）50 mA；コレクタ-エミッタ間電圧（V_CEO）80 V；エミッタ-コレクタ間電圧（V_ECO）7 V；電力損失（P_C）150 mW。
• デバイス全体：総電力損失（P_TOT）200 mW；絶縁耐圧（V_ISO）3750 V_rms.
• 温度：動作範囲 -55°C ～ +110°C；保存範囲 -55°C ～ +125°C；はんだ付け温度 260°C（10秒間）。

4.2 電気的・光電特性

25°Cで測定した標準的性能パラメータ。

4.2.1 入力（赤外LED）特性

• 順方向電圧（V_F）：I_F=20mAにおいて、標準値1.2V、最大1.4V。LED駆動回路設計において重要なパラメータです。
• 逆電流（I_R）：V_R=4Vにおいて最大10µAで、良好なダイオード遮断特性を示します。
• 入力容量（C_in）：標準値30pFで、高周波スイッチング性能に影響します。

4.2.2 出力（フォトトランジスタ）特性

• 暗電流（I_CEO）：V_CE=20V、I_F=0mAにおいて最大100nA。これはLEDがオフの時のリーク電流であり、オフ状態の信号完全性に影響します。
• 降伏電圧： BV_CEOBV_ECO≥ 80V、BV
• ≥ 7Vで、トランジスタに印加可能な最大電圧を定義します。_{コレクタ-エミッタ間飽和電圧（V}CE(sat)）：_FI_C=10mA、I_{=1mAにおいて、標準値0.1V、最大0.2V。ロジックレベル出力には低いV}CE(sat)

が望ましいです。

• 4.2.3 伝達特性電流伝達率（CTR）：_C（I_F/ I_F）* 100%と定義されます。I_CE=5mA、V
• =5Vにおいて、規定範囲は50%から600%です。この広いビニングにより、必要なゲインに基づいて選択が可能です。_IO絶縁抵抗（R）：¹⁰DC 500Vにおいて最小5×10
• Ωで、優れたDC絶縁を確保します。_IO絶縁容量（C）：
• 標準値0.3pF、最大1.0pF。低容量により、絶縁バリアを越えた高周波ノイズの容量性結合を最小限に抑えます。スイッチング時間：_r試験条件（V_f=2V、I_CE=2mA、R_C=100Ω）下で、立ち上がり時間（t_L）標準値5µs、立ち下がり時間（t

）標準値3µs。これらの値は使用可能な最大データレートを決定します。

5. 機械的・パッケージ情報

デバイスはSSOPパッケージに収められています。ELD3H7（2チャネル）は8ピンSSOP、ELQ3H7（4チャネル）は16ピンSSOPを使用します。両者とも共通の低プロファイル高さ2.0mmを共有します。PCBフットプリント設計のための、本体サイズ、リードピッチ、スタンドオフなどの全ての重要な寸法を含む詳細な外形図がデータシートに提供されています。

5.2 ピン配置と極性

ELD3H7（8ピン）の場合：

• ピン1、3：それぞれチャネル1およびチャネル2のLEDアノード。
• ピン2、4：それぞれチャネル1およびチャネル2のLEDカソード。
• ピン5、7：それぞれチャネル1およびチャネル2のフォトトランジスタエミッタ。
• ピン6、8：それぞれチャネル1およびチャネル2のフォトトランジスタコレクタ。

ELQ3H7（16ピン）の場合：

• ピン1、3、5、7：チャネル1から4のLEDアノード。
• ピン2、4、6、8：チャネル1から4のLEDカソード。
• ピン9、11、13、15：チャネル1から4のフォトトランジスタエミッタ。
• ピン10、12、14、16：チャネル1から4のフォトトランジスタコレクタ。

5.3 推奨PCBパッドレイアウト

データシートには、8ピンおよび16ピンSSOPパッケージの両方に対する推奨ランドパターンデザインが含まれています。これらの推奨事項に従うことで、リフローはんだ付け時の信頼性の高いはんだ接合部の形成と、適切な機械的安定性が確保されます。

5.4 デバイスマーキング

デバイスは上面にマーキングされています。マーキングには以下が含まれます：

• "EL"：メーカー識別子。
• "D3H7" または "Q3H7"：2チャネルまたは4チャネルバリアントのデバイス番号。
• "Y"：1桁の年コード。
• "WW"：2桁の週コード。
• "V"：VDE認証を示すオプションのマーキング。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

本デバイスは、リフローはんだ付け技術を用いた表面実装に適しています。

• リフローはんだ付け：パッケージ本体で測定した最大許容はんだ付け温度は260°Cで、持続時間は10秒を超えてはなりません。標準的な鉛フリーリフロープロファイル（IPC/JEDEC J-STD-020）が適用可能です。
• 取り扱い：デバイスには静電気に敏感な半導体が含まれているため、標準的なESD（静電気放電）対策を講じる必要があります。
• 洗浄：グリーンエポキシモールド樹脂と互換性のある標準的なPCB洗浄手順に従ってください。
• 保管：温度-55°Cから+125°Cの乾燥環境で保管してください。最適なはんだ付け性のため、日付コードから12ヶ月以内に使用してください。

7. 梱包および発注情報

7.1 型番体系

品番は以下の形式に従います：EL[D3H7/Q3H7](Z)-V

• EL：シリーズ接頭辞。
• D3H7 / Q3H7：2チャネルまたは4チャネルデバイスを示します。
• (Z)：テープ＆リール梱包オプション。"TA"はテープ＆リールを示し、省略時はチューブ梱包を示します。
• V：VDE認証を示すオプションの接尾辞。

7.2 梱包仕様

• ELD3H7（チューブ）：1チューブあたり80個。
• ELD3H7（テープ＆リール）：1リールあたり1000個。
• ELQ3H7（チューブ）：1チューブあたり40個。
• ELQ3H7（テープ＆リール）：1リールあたり1000個。

キャリアテープ幅、ポケット寸法、リール直径を含むテープ＆リール仕様は、自動実装機のセットアップのために詳細に記載されています。

8. アプリケーション設計上の考慮点

8.1 代表的なアプリケーション回路

最も一般的な用途はデジタル信号絶縁です。所望の順方向電流（I_F）を設定するために、LEDアノードに直列の電流制限抵抗を接続する必要があります。その値はR_limit= (V_{CC_input}- V_F) / I_Fとして計算されます。出力側では、プルアップ抵抗（R_L）がコレクタと出力側電源電圧（V_{CC_output}）の間に接続され、出力ロジックレベルを定義し、フォトトランジスタのコレクタ電流を制限します。

8.2 設計上の注意点とベストプラクティス

• CTR選択：駆動電流と必要な出力電流に適したCTRビンを選択してください。高いCTRを使用すると、同じ出力に対してより低いI_Fを使用でき、入力電力を削減できます。
• 速度と電流のトレードオフ：スイッチング速度（t_r、t_f）は、一般的に高いI_Fと低いR_Lで向上しますが、これは消費電力を増加させます。試験回路（I_Fpulse、V_CE=2V、I_C=2mA、R_L=100Ω）は、期待される性能の参考となります。
• ノイズ耐性：高い絶縁抵抗（R_IO）と低い絶縁容量（C_IO）は、同相ノイズの除去に重要です。定格絶縁耐圧を損なう可能性のある沿面距離および空間距離の問題を回避するために、適切なPCBレイアウトを確保してください。
• 熱に関する考慮点：デバイス全体の電力損失（P_TOT= 200 mW）を超えないでください。電力は入力LED電力（I_F*V_F）と出力トランジスタ電力（I_C*V_CE）の合計です。

9. 技術比較と差別化

標準的なDIP-4またはDIP-6フォトカプラと比較して、ELD3H7/ELQ3H7シリーズは以下のような顕著な利点を提供します：

• サイズ削減：SSOPパッケージは、2チャネルデバイスにおいて標準DIP-8パッケージの25%未満の基板面積しか占有せず、小型化を可能にします。
• マルチチャネル統合：単一パッケージで2チャネルおよび4チャネルが利用可能なため、複数絶縁アプリケーションにおける部品点数を削減し、基板スペースを節約します。
• プロファイル：2.0mmの高さは、超薄型設計において重要です。
• 性能：小型サイズにもかかわらず、高い絶縁耐圧と広範囲のCTRを維持しており、多くの小型化代替品との重要な差別化要因です。

10. よくある質問（FAQ）

10.1 これらのフォトカプラで達成可能な最大データレートは？

標準的な立ち上がり/立ち下がり時間5µsおよび3µsに基づくと、クリーンなデジタル信号に対する実用的な最大データレートは約1/(t_r+t_f) ≈ 125 kHzです。信頼性の高い動作のためには、控えめな設計目標として50-100 kHzが推奨されます。

10.2 アプリケーションに適したCTRビンをどのように選択しますか？

設計が特定の入力電流（I_C）で保証された最小出力電流（I_F）を必要とする場合、必要な最小CTRを計算します：CTR_{min_req}= (I_C/ I_F) * 100%。最小保証CTR（例：50%）がこの値を満たすか超えるデバイスを選択してください。より高いCTRビンを使用すると、より多くの設計マージンが得られます。

10.3 これらのデバイスはアナログ信号の絶縁に使用できますか？

主にデジタル絶縁用に設計されていますが、低周波、低精度のアナログアプリケーション（例：絶縁電源のフィードバック）に使用することは可能です。ただし、CTRは温度依存性が強く、I_Fに対して非線形性があるため、広範な較正または補償回路なしでは高精度アナログ信号伝送には適していません。専用のリニアフォトカプラがアナログ絶縁により適しています。

10.4 絶縁耐圧定格の目的と試験方法は？

3750 V_rms定格（1分間）は、入力側と出力側の間の絶縁体の絶縁耐力を示す安全仕様です。試験中、LED側の全てのピンは短絡され、トランジスタ側の全てのピンも短絡されます。高圧AC電圧がこれら2つのグループ間に印加されます。この定格は、産業用または商用電源接続機器で発生する可能性のある高電圧過渡現象に対する保護を確保します。

11. 実践的設計例

シナリオ：マイクロコントローラからの3.3Vデジタル信号を5Vシステムへ絶縁。

• 入力側： V_{CC_input}= 3.3V。良好な速度とCTRのため、目標I_F= 5 mA。V_F≈ 1.2Vと仮定すると、R_limit= (3.3V - 1.2V) / 0.005A = 420Ω。標準の430Ω抵抗を使用。
• 出力側： V_{CC_output}= 5V。I_Lを制限し、ロジックレベルを設定するためにR_Cを選択。I_F=5mAでCTRが100%の場合、I_C≈ 5mA。トランジスタがON（飽和）の時、V_CE≈ 0.1Vなので、出力はLow（~0.1V）。OFFの時、出力は5VにプルアップされてHigh。ON時のR_Lの電力は(5V - 0.1V) * 5mA ≈ 24.5 mWで、定格内です。標準の1kΩ抵抗を使用すると、I_C≈ (5V - 0.1V)/1kΩ = 4.9mAとなり、これも許容範囲内です。
• レイアウト：デバイスをPCB上の絶縁バリア近くに配置します。特に高絶縁耐圧定格の場合、入力と出力の銅配線の間に推奨される沿面距離および空間距離（IEC 60950-1などの安全規格を参照）を維持してください。

12. 動作原理

フォトカプラは、電気信号を光に変換し、電気的に絶縁されたギャップを越えて伝送し、その後光を電気信号に戻すことで動作します。ELD3H7/ELQ3H7では：

1. 電流（I_F）が赤外LEDを流れ、光子を放出させます。
2. これらの光子は透明な絶縁誘電体（モールド樹脂）を通過し、シリコンフォトトランジスタのベース領域に到達します。
3. 光子エネルギーはベース内で電子-正孔対を生成し、実質的にベース電流を生み出してトランジスタをON状態にします。
4. トランジスタは、受信した光の強度、したがって入力I_Cに比例するコレクタ電流（I_F）を導通します。比例定数がCTRです。

重要な点は、入力と出力の間の唯一の接続が光学的であることであり、これが電気的絶縁を提供します。

13. 業界動向と発展

フォトカプラ技術のトレンドは、より高速、より小型、低消費電力、および追加機能の統合への要求によって牽引されています。ELD3H7/ELQ3H7のような従来のフォトトランジスタカプラは、コスト効率、堅牢性、高絶縁耐圧において優れていますが、新しい技術も登場しています：

• 高速デジタルカプラ：CMOS技術と集積LEDを利用して、数十または数百Mbpsのデータレートを達成し、フォトトランジスタベースのデバイスをはるかに超えます。
• 統合絶縁機能：絶縁と絶縁ゲートドライバ、絶縁ADC、または絶縁電源供給（isoPower）などの機能を組み合わせたデバイス。
• 強化された安全性と信頼性：絶縁材料の耐久性、サージ耐性の向上、および進化する国際安全規格を満たすために、より小さなパッケージでより高い動作電圧定格を達成することに焦点を当てた開発が継続されています。

フォトトランジスタカプラは、中程度の速度と高い信頼性が最も重要である、コストに敏感な汎用絶縁において、基本的で広く使用されるソリューションであり続けています。