6ピンDIPゼロクロス・トライアック・ドライバ・フォトカプラ EL303X/304X/306X/308X シリーズ データシート - 電圧 250V-800V - 絶縁耐圧 5000Vrms - 技術文書

1. 製品概要

EL303X、EL304X、EL306X、EL308Xシリーズは、ゼロクロス・トライアック・ドライバとして特別に設計された6ピンDIP（デュアル・インライン・パッケージ）フォトカプラのファミリーです。これらのデバイスは、低電圧の論理制御回路と高電圧のAC電源ラインとの間の重要なインターフェースとして機能し、AC負荷の安全かつ効率的なスイッチングを可能にします。中核となる機能は、電源を絶縁しつつ、AC電圧波形のゼロクロス点で外部のパワー・トライアックをトリガーすることで、電磁干渉（EMI）や突入電流を最小限に抑えることです。

本シリーズは主にピーク遮断電圧能力によって区別され、EL303Xの250VからEL308Xの800Vまでの範囲を持ち、110VACから380VACまでの広範な電源電圧に適しています。重要な特徴は、統合されたゼロクロス検出回路であり、これによりACライン電圧がゼロボルト付近にある時のみ出力トライアックがトリガーされることが保証されます。このデバイスは、ソリッドステートリレー（SSR）、モーターコントローラ、および様々な産業用・民生用機器の制御における中核部品として一般的に使用されています。

2. 技術パラメータの詳細解釈

2.1 絶対最大定格

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。これらの条件下での動作は保証されません。

• 入力順方向電流（IF）:赤外線LEDを流れる最大連続電流は60 mAです。これを超えるとLEDの劣化や破壊の原因となります。
• 入力逆電圧（VR）:LEDは最大6Vまでの逆バイアスに耐えることができます。
• 入力/出力電力損失:入力側（PD）は100 mW、出力側（PC）は300 mWで定格されており、周囲温度85°C以上では指定のデレーティング係数が適用されます。デバイス全体の損失（PTOT）は330 mWです。
• オフ状態出力端子電圧（VDRM）:これは重要な差別化パラメータです。EL303X: 250V、EL304X: 400V、EL306X: 600V、EL308X: 800V。デバイスは、遮断する予定のピークライン電圧よりも高いVDRM定格を持つものを選択する必要があります。
• 絶縁耐圧（VISO）:1分間で5000 Vrms。これは入力側と出力側の間の絶縁耐力（絶縁耐圧）を規定し、安全性と規格への適合性を保証します。

2.2 電気光学特性

これらのパラメータは、25°Cにおける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

• 順方向電圧（VF）:IF=30mA時、最大1.5V。これはLED駆動回路に必要な電流制限抵抗を計算するために使用されます。
• 逆方向リーク電流（IR）:VR=6V時、最大10 µA。逆バイアス時のリーク電流が非常に低いことを示しています。

2.2.2 出力特性

• ピーク遮断電流（IDRM）:出力が定格VDRMでオフ状態のときの非常に低いリーク電流（最大100-500 nA）。リーク電流が低いほど電力効率に優れます。
• ピークオン状態電圧（VTM）:出力トライアックが100 mAのピーク電流を導通しているとき、最大3V。これは導通損失を表します。
• オフ状態電圧の臨界上昇率（dv/dt）:最小600-1000 V/µs。このパラメータは、ACライン上の高速電圧トランジェントによる誤トリガーに対するデバイスの耐性を示します。値が高いほど優れています。
• 禁止電圧（VINH）:最大20V。出力端子間の電圧がこの値を超えると、LEDが点灯していてもゼロクロス回路はトリガーを阻止します。

2.3 伝達特性

これらのパラメータは、入力LED電流と出力トライアックのトリガーとの関係を定義します。

• LEDトリガー電流（IFT）:これは出力トライアックの確実なターンオンを保証するために必要な最大電流です。本シリーズは3つの感度グレードで提供されます：15 mA（ELxx1）、10 mA（ELxx2）、5 mA（ELxx3）。IFTが低いほど、より弱い駆動回路の使用が可能になります。
• 保持電流（IH）:代表値は280 µAです。一度トリガーされると、出力トライアックを流れる電流がこの値を超えている限り、オン状態を維持します。これは誘導性負荷でのラッチ動作を確保するために重要です。

推奨動作LED電流は、選択したグレードの最大IFTと絶対最大定格IF（60 mA）の間にあります。IFT以上で動作させることで確実なトリガーが保証され、60 mA以下で動作させることで長期信頼性が確保されます。

3. グレーディング体系の説明

本製品ファミリーは、2つの主要パラメータに基づく明確なグレーディング体系を使用しています：

1. 電圧定格（'EL'の後の最初の数字）:これが主要なグレーディングです。
   • EL303X:遮断電圧250V。
   • EL304X:遮断電圧400V。
   • EL306X:遮断電圧600V。
   • EL308X:遮断電圧800V。
2. 感度グレード（型番の最後の数字、'X'）:これはLEDトリガー電流の要求値を定義します。
   • グレード '1':最大トリガー電流（IFT）= 15 mA。感度が最も低い。
   • グレード '2':最大トリガー電流（IFT）= 10 mA。
   • グレード '3':最大トリガー電流（IFT）= 5 mA。感度が最も高い。

例えば、EL3062は、最大トリガー電流10 mAの600V定格フォトカプラです。

4. 性能曲線の分析

データシートには代表的な性能曲線が参照されており、非標準条件下（例：温度変化）でのデバイス動作を理解するために不可欠です。提供されたテキストには具体的なグラフは詳細に記述されていませんが、この種のデバイスに典型的な曲線には以下が含まれます：

• 順方向電流 vs. 順方向電圧（IF-VF）:入力LEDの非線形関係を示し、駆動設計に重要です。
• トリガー電流 vs. 温度（IFT vs. Ta）:出力をトリガーするために必要なLED電流は、一般的に温度が低下するにつれて増加します。これは寒冷環境で動作する信頼性の高いシステムを設計する上で重要です。
• オン状態電圧 vs. オン状態電流（VTM-ITM）:出力トライアックの導通特性を示します。

設計者は、特定の動作温度範囲に対してパラメータを適切にデレートするために、完全なデータシートのグラフを参照する必要があります。

5. 回路図とピン配置

内部回路図は、赤外線GaAs LEDが、光センシティブ・トライアックとゼロクロス検出回路を含むシリコンチップに光学的に結合されていることを示しています。

ピン配置（6ピンDIP）:

1. アノード:入力LEDの陽極端子。
2. カソード:入力LEDの陰極端子。
3. 未接続（NC）:このピンは内部で接続されていません。
4. メイン端子2（MT2）:出力トライアックの主端子の一つ。
5. 基板:内部接続。外部には接続しないでください。
6. メイン端子1（MT1）:出力トライアックのもう一方の主端子。これは通常、ゲートトリガー信号の基準点となります。

出力（ピン4と6）は、実際に負荷電流をスイッチングする外部のより高出力のトライアックのゲートと直列に接続されるように設計されています。

6. 測定方法: 静的特性dv/dt

データシートには、オフ状態電圧の臨界上昇率（dv/dt）を測定するための詳細な試験回路と手順が記載されています。この試験は、デバイスのノイズ耐性を定量化するために重要です。

試験回路:高電圧パルス源が、直列RCネットワーク（RTEST, CTEST）を介して被試験デバイス（DUT）の出力に接続されます。LEDはオフ（IF=0）です。

手順:定格VDRMに等しいピーク値（VPEAK）を持つパルスを印加します。抵抗RTESTを変化させてRCネットワークの時定数（τ = R*C）を変更し、それによってDUTに印加される電圧ランプの傾斜（dv/dt）を変化させます。傾斜を増加させ、DUTが誤トリガーするまで行います。次に傾斜を減少させ、トリガーがちょうど停止するまで行います。この閾値でのdv/dt値は、0.632 * VPEAK / τRCとして計算されます。

この測定値は、最小dv/dt仕様（例：EL308Xでは600 V/µs）を満たすか、それを超える必要があります。

7. アプリケーション提案

7.1 代表的なアプリケーション例

• ソリッドステートリレー（SSR）:主要なアプリケーションであり、ヒーター、ランプ、ソレノイドなどのAC負荷に対する絶縁とゼロクロス・スイッチングを提供します。
• 産業制御:PLC出力とモータースターター、接触器、バルブアクチュエータとのインターフェースとして使用されます。
• 民生用機器:スマートソケット、調光器、機器制御基板などで、安全なACスイッチングに使用されます。
• 温度制御:サーモスタットやオーブン内の加熱素子のスイッチング。

7.2 設計上の考慮点

1. 電圧選択:ピークACライン電圧よりも安全マージンを持ったVDRM定格を選択してください。240VACライン（ピーク約340V）の場合、EL304X（400V）が最低限ですが、EL306X（600V）はトランジェントに対してより良いマージンを提供します。
2. LED駆動回路:直列抵抗を計算します：R = (Vcc - VF) / I_F_operating。I_F_operatingが最大IFT（選択したグレードの）と60mAの間にあることを確認してください。グレード1および2では、典型的な動作電流は10-20 mAです。
3. スナバ回路:フォトカプラ自体は良好なdv/dt定格を持っていますが、外部のパワー・トライアックには、誘導性負荷からの電圧スパイクを抑制し、誤トリガーや損傷を防ぐために、その端子間にRCスナバネットワークが必要な場合があります。
4. 放熱:電力デレーティング曲線に従ってください。出力電力損失（PC）は主にオン状態電圧（VTM）と外部トライアックのゲート電流の積から生じます。最大周囲温度において、デバイス全体の損失（PTOT）が限界内に収まることを確認してください。

8. 技術比較と差別化

このゼロクロス・トライアック・ドライバ・フォトカプラシリーズの、非ゼロクロスタイプや基本的なオプトトライアックと比較した主な利点は以下の通りです：

• EMI低減:ゼロクロス点でのスイッチングにより、急激な電流変化（di/dt）が最小限に抑えられ、伝導および放射電磁干渉が大幅に減少します。
• 突入電流の低減:白熱灯や加熱素子などの抵抗性負荷をスイッチングする際の高い突入電流を防ぎ、それらの寿命を延ばします。
• 統合ソリューション:絶縁、検出、トリガー機能を1つの信頼性の高い6ピンパッケージに統合し、ディスクリートのゼロクロス回路と比較して設計を簡素化します。
• 電圧範囲:広範な遮断電圧範囲（250Vから800V）により、単一の製品ファミリーで世界中のほとんどのAC電源アプリケーションをカバーします。
• 規格適合:これらのデバイスは主要な国際安全機関（UL、cUL、VDEなど）の認証を取得しており、最終製品の認証を簡素化します。

9. 技術パラメータに基づくよくある質問

1. Q: EL303X（250V）を120VACラインで使用できますか？
   
   A: はい。120VACのピーク電圧は約170Vであり、250V定格を下回ります。ただし、ラインサージに対する信頼性のため、EL304Xなどのより高定格の部品が推奨されることが多いです。
2. Q: "基板（接続不可）"ピンの目的は何ですか？
   
   A: このピンはシリコンダイの内部接続用です。外部で未接続のままにすることが極めて重要です。接続すると内部回路が短絡し、デバイスが破壊される可能性があります。
3. Q: 感度グレード1、2、3の間でどのように選択すればよいですか？
   
   A: グレード3（5mA）では、より高い値の電流制限抵抗やより弱い駆動IC（例：マイクロコントローラからの）の使用が可能になり、電力を節約し、駆動部品のストレスを軽減できます。グレード1（15mA）は、駆動回路が堅牢で駆動部のコストがそれほど問題にならない場合、または入力側でより高いノイズ耐性を必要とするアプリケーションで選択されることがあります。
4. Q: 出力電流定格（IT(RMS)）はわずか100mAです。10Aの負荷をスイッチングできますか？
   
   A: いいえ。このデバイスはドライバです。100mAの出力は、外部のより大きなパワー・トライアックやサイリスタ（例：10Aや40AのTRIAC）のゲートをトリガーするように設計されています。外部部品が全負荷電流を処理します。

10. 実践的な設計事例

シナリオ:5Vマイクロコントローラから240VAC、5Aの抵抗性加熱素子をスイッチングするソリッドステートリレーを設計する。

1. フォトカプラ選択:EL3062を選択。600V定格は340Vピークに対して十分なマージンを提供します。グレード2（10mA IFT）は感度と駆動能力の良いバランスです。
2. LED駆動:マイクロコントローラピン（5V、最大20mA）がLEDを駆動。VF ~1.3V。R = (5V - 1.3V) / 0.015A = ~247 オーム。220オーム抵抗を使用し、IF ~17mAとなり、10mA IFTを十分に上回り、最大60mAを下回ります。
3. 外部パワー・トライアック:600V、10A以上のトライアック（例：BTA16-600）を選択。そのゲートをフォトカプラのピン6（MT1）に接続。フォトカプラのピン4（MT2）を100-200オームの抵抗を介してACライン（負荷経由）に直列に接続。この抵抗はパワー・トライアックのゲート電流を制限します。
4. スナバ:BTA16トライアックの主端子（A1/A2）間に、100オーム抵抗と0.1µFコンデンサを直列に追加。
5. 絶縁:フォトカプラの5000Vrms絶縁により、低電圧のマイクロコントローラ回路が危険なAC電源から安全に分離されます。

11. 動作原理

このデバイスは光結合の原理で動作します。入力の赤外線発光ダイオード（IR LED）に電流が流れると、光子を放出します。これらの光子は絶縁ギャップを越えて出力側の光センシティブ・シリコンチップに到達します。このチップには光活性化トライアックとゼロクロス検出回路が含まれています。検出回路は出力端子間（MT1-MT2）の電圧を監視します。この電圧が特定の閾値（通常約20V、禁止電圧VINH）以下であり、かつLEDが点灯している場合にのみ、回路は内部トライアックのトリガーを許可します。これにより、導通がAC正弦波がゼロボルトを横切る点の非常に近くで開始されることが保証されます。一度トリガーされると、負荷電流が保持電流（IH）を超えている限り、トライアックは次の電流ゼロクロスまでラッチオン状態を維持します。

12. 注文情報

型番は以下の形式に従います：EL30XY(Z)-V

• X:電圧シリーズ（3,4,6,8）。
• Y:感度グレード（1,2,3）。
• リード形状オプション:
  • なし/M:スルーホールDIP、チューブ包装。
  • S / S1:表面実装リード形状。S1はロープロファイル版。
• テープ&リールオプション（Z）:SMD部品用のTAまたはTBで、リールタイプを指定。
• V:VDE安全認証が含まれていることを示します。

例：EL3062S-TA-Vは、600V、グレード2、TAテープ&リール上の表面実装デバイスで、VDE認証付きです。