CNY64S 시리즈 광커플러 데이터시트 - 4핀 DIP 패키지 - 격리전압 8200V - 전류전달비 50-300% - 중국어 기술문서

1. 제품 개요

CNY64S 시리즈는 강력한 전기적 절연과 신뢰할 수 있는 신호 전송이 필요한 애플리케이션을 위해 설계된 고성능 광커플러(광절연기)의 한 종류를 대표합니다. 이 소자의 핵심은 적외선 갈륨비소(GaAs) 발광 다이오드(LED)와 실리콘 NPN 광트랜지스터가 광결합으로 구성되어 있습니다. 이러한 구성은 두 회로 사이에서 전기 신호를 전송하면서도 높은 수준의 전기적 절연을 유지하여 접지 루프, 노이즈 전송 및 고전압 서지로 인한 민감한 소자의 손상을 방지합니다.

CNY64S 시리즈의 주요 설계 목표는강화된 안전 절연이는 충분한 크리프 거리와 전기적 간격(절연체 관통 두께 ≥3mm의 패키지로 보장됨)과 높은 유전 강도 소재를 결합하여 구현됩니다. 이 소자는 컴팩트한 4핀 DIP(Dual In-line Package)를 채택하였으며, 이는 스루홀 장착 방식으로 기계적 안정성을 제공하고 수작업 또는 웨이브 솔더링 공정에 용이합니다. 이 시리즈는 매우 높은 절연 전압 정격을 특징으로 하여, 사용자 안전과 시스템 무결성이 중요한 산업, 전원 및 의료 장비에 적합합니다.

1.1 핵심 경쟁력 및 목표 시장

CNY64S 광커플러의 핵심 장점은 안전 중심 설계와 신뢰할 수 있는 성능 파라미터에서 비롯됩니다.

• 탁월한 절연 성능:표준 버전의 최대 순간 절연 전압(V_IOTM) 피크는 8200V인 반면, VDE 인증을 받은 "-V" 모델은 10000V 피크로 고전압 순간 사건에 대한 탁월한 보호를 제공합니다. 정격 반복 피크 절연 전압(V_IORM)는 2200V입니다.
• 고전압 능력:출력 포토트랜지스터의 최소 콜렉터-이미터 항복 전압(BV_CEO)는 80V로, 많은 경우 추가 버퍼 없이도 더 높은 전압의 회로와 직접 인터페이스할 수 있습니다.
• 안전 인증:본 소자는 CUL, VDE, FIMKO를 포함한 주요 국제 안전 표준 기관의 승인을 획득했습니다. VDE 인증은 특히 DIN EN 60747-5-5 표준에 따른강화형 절연요구사항, 이는 안전 중요 응용 분야의 핵심 요구사항입니다.
• 환경 규정 준수:무연(Pb-free) 제조 방식을 채택하고 RoHS(유해물질 제한) 지침을 준수합니다.
• 넓은 작동 범위:-55°C ~ +85°C의 확장된 온도 범위에서 신뢰성 있게 작동합니다.

CNY64S의 목표 시장은 다음을 포함합니다.스위치 모드 전원 공급 장치(SMPS)의 피드백 루프 절연 설계,산업 자동화시스템(PLC I/O, 모터 드라이브), 환자 격리가 필요한의료 기기、통신장비, 그리고 신호가 서로 다른 전압 영역이나 안전 경계를 안전하게 통과해야 하는마이크로프로세서 기반 시스템。

2. 심층 기술 사양 분석

전기 및 광학 파라미터에 대한 철저한 이해는 정확한 회로 설계와 장기적인 신뢰성 확보에 매우 중요합니다.

2.1 절대 최대 정격

이러한 정격은 소자를 영구적으로 손상시킬 수 있는 응력 한계를 정의합니다. 이는 정상 작동 조건에는 적용되지 않습니다.

• 입력 (LED):최대 연속 순방향 전류(I_F)는 75 mA입니다. 10µs 미만의 지속 시간을 갖는 1.5A의 단시간 피크 전류(I_FM). 절대 최대 역전압(V_R)은 단 5V로, 이는 LED의 역방향 바이어스에 대한 민감성을 강조합니다. 이 값을 초과하면 LED 성능이 급격히 저하됩니다. 입력 소비 전력(P_D)은 120 mW를 초과해서는 안 됩니다.
• 출력(포토트랜지스터):최대 연속 컬렉터 전류(I_C)는 50 mA입니다. 컬렉터 소비 전력(P_C)은 150 mW로 제한됩니다. 컬렉터-에미터 전압(V_CEO)은 80V 미만으로 유지해야 하며, 에미터-컬렉터 전압(V_ECO)은 7V 미만으로 유지해야 합니다.
• 소자 한계:소자 총 소비 전력(P_tot)은 250 mW입니다. 절연 전압(V_iso)은 제어된 습도(40-60% RH) 조건에서 8200 V_RMS로 1분간 테스트합니다.

2.2 전기적 특성

이 파라미터들은 규정된 테스트 조건에서 보장되며, 소자의 성능을 정의합니다.

• 입력 특성:순방향 전류 50mA에서, LED 순방향 전압(V_F)의 전형값은 1.6V, 최대값은 2.0V입니다. 이는 전류 제한 저항값 계산에 중요합니다. 역방향 누설 전류(I_R）非常低（5V时<10 µA）。
• 출력 특성:암전류(I_CEO), 즉 LED가 꺼졌을 때 포토트랜지스터의 누설 전류로, V_CE=20V일 때 최대 200 nA입니다. 이 매개변수는 오프 상태 신호 무결성과 노이즈 플로어를 결정하는 데 중요합니다. 트랜지스터가 완전히 도통될 때(I_CE(sat))는 최대 0.3V(I_F=10mA, I_C=1mA)로, 우수한 스위칭 성능을 나타냅니다.
• 절연 특성:결합 커패시턴스(C_IO) 전형적인 값은 0.3 pF로 매우 낮아, 고주파 노이즈가 절연 장벽을 통해 용량성 결합으로 전달되는 것을 최소화합니다. 절연 저항(R_IO)은 500V DC에서 최소 10¹¹Ω(100 GΩ)으로, 우수한 DC 절연 성능을 나타냅니다.

2.3 전송 특성

이는 광커플러 기능의 핵심으로, 입력 전류와 출력 전류 간의 관계를 정의합니다.

• 전류 전달비(CTR):이는 출력 컬렉터 전류(I_C)와 입력 LED 순방향 전류(I_F)의 비율로, 백분율로 표시됩니다(CTR = I_C/ I_F* 100%). CNY64S 시리즈는 세 가지 CTR 등급 또는 "등급"을 제공합니다:
  • CNY64S:CTR 범위는 50%에서 300%입니다.
  • CNY64SA:CTR 범위는 63%에서 125%입니다.
  • CNY64SB:CTR 범위는 100%에서 200%까지입니다.

CTR은 표준 조건(I_F= 5mA, V_CE= 5V)에서 측정됩니다. 적절한 CTR 등급을 선택하면 설계자가 이득, 전력 효율 또는 스위칭 속도에 맞게 최적화할 수 있습니다. CTR이 높은 소자는 동일한 출력 전류를 달성하는 데 필요한 LED 구동 전류가 적어 효율이 향상되지만, 동적 특성이 약간 다를 수 있습니다.

• 스위칭 속도:동적 성능은 턴온 시간(t_on), 차단 시간(t_off), 상승 시간(t_r) 및 하강 시간(t_f)으로 특성화됩니다. CNY64S의 경우, V_CC=5V, I_C=5mA, R_L=100Ω의 테스트 조건에서 모든 타이밍 파라미터의 최대값은 18 µs이며, 전형값은 훨씬 더 빠릅니다(예: t_on~6µs, t_off~7µs). 이러한 속도는 디지털 신호 절연 및 낮은 주파수의 PWM 신호에는 적합하지만, 매우 고속의 데이터 통신에는 적합하지 않습니다.

3. 등급 시스템 설명

CNY64S 시리즈는 단순한 등급 시스템을 채택하며, 이 시스템은 오직전류 전달비(CTR)에 기반합니다. 이 특정 디바이스 시리즈에서는 표준 적외선 LED를 사용하기 때문에 파장이나 순방향 전압에 대한 등급은 없습니다.

모델 번호는 CTR 등급을 나타냅니다:

• 기본 모델CNY64S는 표준의 넓은 범위 CTR 등급(50-300%)을 나타냅니다.
• 접미사-A(예: CNY64SA) 63-125% 범위의 더 엄격한 CTR 등급을 지정합니다.
• 접미사-B(예: CNY64SB) 100-200% 범위의 더 엄격한 CTR 등급을 지정합니다.
• 선택적 접미사-V해당 부품이 VDE로부터 강화 절연에 대한 안전 인증을 획득했음을 나타냅니다.

이러한 등급화는 시스템 설계자가 보장된 최소 및 최대 CTR 값을 가진 소자를 선택할 수 있게 합니다. 예를 들어, 선형 아날로그 피드백 응용에서 더 엄격한 CTR 등급(A 또는 B)은 서로 다른 소자 간 이득을 더 일관되게 하여 생산 수율과 성능 일관성을 향상시킵니다. 단순한 디지털 스위칭 절연의 경우 표준 등급이 완전히 충분할 수 있으며 비용 효율적일 수 있습니다.

4. 성능 곡선 분석

제공된 PDF 발췌문이 "전형적인 성능 곡선"을 언급하지만 표시하지는 않았지만, CNY64S와 같은 광커플러의 전형적인 곡선은 설계에 필수적인 다음 내용을 포함할 것입니다:

• CTR 대 정전류(I_F):이 곡선은 구동 전류에 따라 CTR이 어떻게 변하는지 보여줍니다. 일반적으로 CTR은 중간 정도의 정전류(예: 5-10mA)에서 가장 높으며, 매우 낮거나 매우 높은 전류에서는 감소할 수 있습니다. 이는 최적의 효율과 선형성을 위한 동작점을 선택하는 데 도움이 됩니다.
• CTR 대 온도:광커플러의 CTR은 일반적으로 음의 온도 계수를 가집니다; 주변 온도가 상승함에 따라 감소합니다. 이 디레이팅을 이해하는 것은 -55°C에서 +85°C의 전체 범위에서 안정적으로 작동해야 하는 시스템을 설계하는 데 중요합니다.
• 순방향 전압(V_F) 대 정전류(I_F):): 적외선 LED의 표준 IV 곡선으로, 열 관리 및 드라이버 설계에 사용됩니다.
• 스위칭 시간 vs. 부하 저항 (R_L):스위칭 속도 (t_on, t_off)는 광트랜지스터 컬렉터에 연결된 부하 저항에 크게 의존합니다. 더 작은 R_L은 일반적으로 더 빠른 스위칭 속도를 제공하지만, 더 높은 전력 소모와 더 낮은 출력 전압 스윙이 발생합니다.

스위칭 시간 테스트 회로 (PDF의 그림 10)는 표준 구성을 보여줍니다: 전류 제한 저항 (R_IN)을 통해 LED를 구동하는 펄스와, 전원 전압 (V_L)에 연결된 부하 저항 (R_CC)에서 모니터링되는 광트랜지스터 출력입니다. 파형은 입력 및 출력 펄스의 10%와 90% 지점 사이의 타이밍 파라미터를 정의합니다.

5. 기계적 및 패키징 정보

CNY64S는 4핀 DIP(듀얼 인라인 패키지)를 채용합니다. 안전 관련 핵심 기계적 특성은절연 관통 거리로, ≥3mm를 보장합니다. 패키지 입력측(핀 1과 2)과 출력측(핀 3과 4) 사이의 이러한 물리적 분리는 고전압에서 강화 절연 등급을 구현하기 위한 기본 요구사항입니다.

핀 정의:

1. 적외선 LED 애노드
2. 적외선 LED 캐소드
3. 광전 트랜지스터 이미터
4. 광전 트랜지스터 컬렉터

패키지 도면(PDF 내 포함)은 핀 피치, 본체 너비, 총 높이를 포함한 PCB 패드 설계를 위한 정확한 치수를 제공합니다. 또한 신뢰할 수 있는 솔더 접합과 조립 과정에서 적절한 기계적 강도를 보장하기 위해 권장 표면 실장 패드 레이아웃(통상 DIP 패키지이지만 핀을 성형하여 표면 실장에 사용 가능)이 제공됩니다.

6. 솔더링 및 조립 가이드

본 장치는 패키지 본체로부터 2mm 거리에서 측정 시 최대 260°C의 솔더링 온도를 10초 미만 동안 견딜 수 있습니다. 이는 표준 무연 리플로우 및 웨이브 솔더링 공정과 호환됩니다. 과도한 열 응력을 피해야 하며, 그렇지 않으면 내부 와이어 본딩이나 플라스틱 패키지 재료가 손상되어 절연 무결성이 훼손될 수 있습니다. 해당되는 경우, 습기 민감 소자 처리에 관한 표준 산업 규정을 준수해야 합니다. 저장 온도 범위는 -55°C에서 +100°C입니다.

7. 주문 및 포장 정보

모델 구성은 다음과 같습니다:CNY64SX-V

• CNY64S:시리즈 기본 모델.
• X:CTR 등급 옵션: 'A', 'B' 또는 공백(표준 등급).
• -V:VDE 안전 인증을 나타내는 선택적 접미사.

포장 옵션:

• CNY64S / CNY64S-V:튜브 포장, 튜브당 60개.
• CNY64S(TA):튜브 포장, 튜브당 500개 (대량 포장 옵션일 수 있음).

장치 마킹:패키지 상단에는 몇 줄의 문자가 표시되어 있습니다:

• EL:제조사 코드.
• CNY64:기본 모델.
• R:CTR 등급을 나타내는 단일 문자 (예: 'A' 또는 'B').
• Y:제조 연도를 나타내는 한 자리 숫자 코드.
• WW:제조 주차를 나타내는 두 자리 숫자 코드.
• V:VDE 인증을 나타내는 선택적 마크.

8. 응용 제안

8.1 대표적인 응용 회로

CNY64S는 몇 가지 핵심 구성에 사용될 수 있어 용도가 다양합니다:

• 디지털 신호 절연:가장 간단한 사용 사례입니다. 디지털 신호가 전류 제한 저항을 통해 LED를 구동합니다. 포토트랜지스터는 스위치로 연결되며, 풀업 저항이 V_CC에 연결되어 절연 측에서 반전된 논리 신호를 재구성합니다. 스위칭 속도(최대 18µs)는 수십 kHz에 이르는 데이터 속도를 지원합니다.
• 스위치 모드 전원 공급 장치(SMPS) 피드백:하나의 핵심 응용 분야입니다. 광커플러는 오차 전압을 전원 공급 장치의 2차(출력) 측에서 1차 측의 PWM 컨트롤러로 전송하면서 절연 장벽을 유지하는 데 사용됩니다. CTR의 선형성과 온도 안정성이 여기서 매우 중요합니다. 높은 절연 전압은 오프라인 전원 공급 장치의 안전에 필수적입니다.
• 마이크로프로세서 시스템 인터페이스:소음이 많은 산업 환경(예: 24V PLC 입력)과 민감한 마이크로프로세서 사이의 디지털 I/O 라인을 절연합니다. 80V의 BV는_CEO전압 서지에 대한 충분한 여유를 제공합니다.

8.2 설계 시 고려사항

• LED 전류 제한:LED 순방향 전류(I_F)를 설정하려면 항상 직렬 저항을 사용하십시오. 공급 전압(V_supply）、 필요한 I_F및 LED의 V_F(최악의 경우 설계 시 최대값 사용) 저항값 계산: R = (V_supply- V_F) / I_F. 절대 최대 I_F。
• 포토트랜지스터 바이어스:컬렉터의 부하 저항(R_L)은 출력 전압 스윙, 스위칭 속도 및 전력 소비를 결정합니다. 더 작은 R_L은 더 빠른 속도를 제공하지만 이득은 낮고 전류는 더 높습니다. 포토트랜지스터 양단의 전압(V_CE) 꺼진 상태에서 80V를 초과하지 않음.
• CTR 감쇠:광커플러의 CTR은 시간이 지남에 따라 점차 감소하며, 특히 높은 접합 온도와 높은 순방향 전류에서 동작할 때 더욱 그렇습니다. 장수명 설계를 위해서는 동작 I_F를 감액 사용하고 충분한 열 관리를 보장해야 합니다. 회로가 수명 말기에 필요로 하는 최소값보다 훨씬 높은 초기 CTR을 가진 소자를 선택하십시오.
• 노이즈 내성:낮은 커플링 커패시턴스(0.3 pF)는 우수한 고주파 공통 모드 노이즈 억제 능력을 제공합니다. 극도로 잡음이 많은 환경의 경우, 고주파 스파이크를 필터링하기 위해 소자 근처의 입력 및/또는 출력 핀에 작은 바이패스 커패시터(예: 0.1µF)를 추가하는 것을 고려할 수 있습니다.

9. 기술 비교 및 차별화

더 낮은 절연 등급(예: 2500V_RMS또는 5000V_RMS)의 표준 4핀 광커플러와 비교하여 CNY64S의 주요 차이점은 그8200V_RMS/10000V 피크 절연 능력그리고 공식적인강화형 절연 인증(VDE). 이는 단순한 신호 절연기가 아닌 인증된 안전 부품으로 만듭니다. 더 고속의 디지털 절연기(커패시턴스 또는 자기 결합 사용)와 비교하여 CNY64S는 속도는 느리지만, 본질적으로 더 높은 절연 전압과 dV/dt 과도 현상에 대한 강건성을 제공하며 일반적으로 비용이 더 낮습니다. 80V 출력 트랜지스터 정격, 광범위한 CTR 선택 및 안전 인증의 조합은 비용에 민감하면서도 안전이 중요한 산업 및 전원 공급 장치 애플리케이션에 강력한 가치 제안을 창출합니다.

10. 자주 묻는 질문 (FAQ)

Q1: 표준 CNY64S와 CNY64S-V의 차이점은 무엇입니까?
A1: "-V" 모델은 강화 절연을 위해 특정 안전 표준(DIN EN 60747-5-5)에 따라 VDE의 추가 테스트 및 인증을 받았습니다. 더 높은 순간 절연 전압 정격(피크 10000V 대 피크 8200V)을 가집니다. 공식 안전 기관 승인이 필요한 응용 분야에는 -V 버전이 필요합니다.

Q2: CTR 등급(표준, A, B) 사이에서 어떻게 선택합니까?
A2: 회로 설계가 큰 이득 변화를 허용할 수 있는 경우(예: 충분한 여유가 있는 디지털 스위칭), 표준 등급으로 충분합니다. 서로 다른 소자 간 성능 일관성이 더 필요한 경우, 특히 아날로그 피드백 루프나 특정 최소 CTR이 기능에 중요한 회로에서는 A 또는 B 등급을 선택하십시오. B 등급은 더 높은 최소 CTR(100%)을 보장합니다.

Q3: 교류 상용 전압 신호 절연에 사용할 수 있습니까?
A3: 가능하지만 중요한 주의사항이 있습니다. 이 소자는 응용 카테고리(예: 카테고리 I-IV 최대 600V)에 따라 특정 한도까지의 상용 전압에 대한 강화 절연으로 정격화되어 있습니다. 작동 전압에 대한 관련 안전 표준을 PCB 상의 소자 주변 크리프이지 및 공극 거리도 충족시켜야 합니다. 광커플러 자체는 절연 시스템의 일부일 뿐입니다.

Q4: LED의 역방향 전압 정격이 왜 이렇게 낮습니까(5V)?
A4: 적외선 LED는 상대적으로 낮은 역방향 항복 전압을 가진 반도체 다이오드입니다. 정격을 약간 초과하는 역방향 전압을 가해도 애벌랜치 항복을 일으켜 즉시 손상될 수 있습니다. 구동 회로가 역방향 바이어스를 방지하도록 하거나, 역전압이 발생할 가능성이 있다면 LED 양단에 보호 다이오드(캐소드를 애노드에 연결)를 병렬로 연결하십시오.

11. 실용 설계 사례 연구

시나리오:산업용 캐비닛 내 24V 릴레이를 제어하기 위해 마이크로컨트롤러의 5V 디지털 신호를 격리합니다. 전기적 노이즈가 존재하는 환경에서 접지 루프가 마이크로컨트롤러를 간섭하는 것을 방지하기 위해 기능적 격리가 필요합니다.

설계 단계:

1. 부품 선택:노화 후에도 강력한 구동 능력을 보장하기 위해 최소 CTR 100%를 보장하는 CNY64SB를 선택합니다.
2. LED 드라이버:마이크로컨트롤러 핀(5V 출력)이 LED를 구동합니다. 목표 I_F좋은 속도와 여유를 확보하기 위해 = 10mA로 설정한다. V_F(max)= 2.0V, R_limit= (5V - 2.0V) / 0.01A = 300Ω. 표준 330Ω 저항을 사용하면 I_F≈ 9mA가 된다.
3. 출력 회로:릴레이 코일(24V, 100Ω 코일 저항)은 24V 전원과 포토트랜지스터의 컬렉터 사이에 연결된다. 이미터는 접지된다. LED가 도통되면 포토트랜지스터가 포화되어 컬렉터를 낮은 전위로 끌어내려 릴레이를 동작시킨다. 트랜지스터가 오프될 때 발생하는 전압 스파이크를 억제하기 위해 릴레이 코일 양단에 플라이백 다이오드를 반드시 설치해야 한다. 0.3V의 V_CE(sat)는 무시할 수 있다. 80V의 BV_CEO다이오드가 완전히 클램핑하지 못한 인덕터 킥백 스파이크로부터 충분한 보호를 제공합니다.
4. PCB 레이아웃:장치의 내부 절연을 확장하기 위해 PCB 상에서 입력측 트레이스(마이크로컨트롤러, 저항)와 출력측 트레이스(24V, 릴레이) 사이에 ≥3mm의 크리프지 거리를 유지하십시오. 장치 양측의 전원 핀 근처에 바이패스 커패시터(0.1µF)를 배치하십시오.

이 간단하면서도 견고한 회로는 CNY64S의 핵심 매개변수를 활용하여 제어 로직과 파워 스테이지를 안정적으로 절연합니다.

12. 작동 원리

CNY64S는전기-광-전기 변환원리로 동작합니다. 입력측에 인가된 전류는 적외선 LED를 통해 흘러 일반적으로 약 940nm 파장의 광자를 방출합니다. 이 빛은 플라스틱 패키지 내부의 투명한 절연 갭을 통과합니다. 출력측에서 빛은 실리콘 NPN 포토트랜지스터의 베이스 영역에 조사되어 전자-정공 쌍을 생성합니다. 이 광생성 전류는 베이스 전류 역할을 하며, 트랜지스터의 이득(h_{FE)에 의해 증폭됩니다.）放大，产生大得多的集电极电流。关键点在于，输入和输出之间的唯一连接是光束；没有电导体，从而提供了电气隔离。隔离程度由光路的物理距离和中间材料的介电特性决定。}

13. 기술 동향

광전 커플러 기술은 지속적으로 발전하고 있습니다. 기본 원리는 동일하게 유지되지만, 트렌드에는 다음이 포함됩니다:

• 더 높은 집적도:광전 커플러를 슈미트 트리거, 게이트 드라이버 또는 I²C 절연기와 같은 추가 회로와 단일 패키지로 통합.
• 더 빠른 속도:Mbps 범위에서 경쟁하는 디지털 절연을 위한 더 빠른 광 트랜지스터 및 통합 설계 개발.
• 향상된 신뢰성 및 소형화:LED 효율과 패키지 재료를 개선하여 수명을 연장하고 CTR 감소를 줄이며, 높은 절연 등급을 유지하면서 더 작은 표면 실장 패키지(예: SO-4, SO-6) 채택을 가능하게 합니다.
• 안전 표준에 주목:의료, 자동차 및 산업 장비의 엄격한 글로벌 안전 규정에 대한 최종 제품의 적합성을 간소화하기 위해 사전 인증된 강화 절연을 갖춘 부품에 대한 수요가 증가하고 있습니다.

CNY64S와 같은 장치는 검증된 신뢰성, 높은 절연도 및 안전 인증에 초점을 맞추어, 극단적인 속도나 통합도보다 이러한 속성을 중시하는 시장에서 여전히 높은 관련성을 유지합니다.