EL815 시리즈 포토달링턴 포토커플러 데이터시트 - 4핀 DIP 패키지 - 5000Vrms 절연 - CTR 600-7500% - 동작 온도 -55 ~ +110°C

1. 제품 개요

EL815 시리즈는 컴팩트한 4핀 듀얼 인라인 패키지(DIP)에 장착된 고성능 포토달링턴 포토커플러(옵토커플러) 제품군을 대표합니다. 이 소자의 핵심 기능은 서로 다른 전위나 임피던스를 가진 두 회로 사이에 전기적 절연과 신호 전송을 제공하는 것입니다. 입력측의 적외선 발광 다이오드(LED)를 광학적으로 출력측의 포토달링턴 트랜지스터와 결합시켜 이를 달성합니다. 이 설계는 완전한 갈바닉 절연을 보장하여 그라운드 루프를 방지하고 다른 회로에서 발생하는 전압 서지나 노이즈로부터 민감한 회로를 보호합니다.

포토달링턴 구성은 매우 높은 전류 전달율(CTR)을 제공하여 높은 감도를 가지며, 작은 입력 전류로 더 큰 출력 전류를 제어해야 하는 응용 분야에 적합합니다. 이 시리즈의 주요 장점은 할로겐 프리 요구사항, RoHS, EU REACH를 포함한 다양한 국제 안전 및 환경 규격을 준수하여 글로벌 시장과 환경 친화적인 설계에 적합하다는 점입니다.

2. 기술 파라미터 심층 분석

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 소자에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 정상 동작을 위한 값이 아닙니다.

• 입력 순방향 전류 (I_F): 60 mA (DC). 입력 적외선 LED를 통해 흘릴 수 있는 최대 연속 전류입니다.
• 피크 순방향 전류 (I_FP): 1 A (1 µs 펄스). LED는 짧은 고전류 펄스를 견딜 수 있으며, 이는 특정 스위칭 또는 과도 조건에 유용합니다.
• 입력 역방향 전압 (V_R): 6 V. 입력 LED 양단에 인가할 수 있는 최대 역바이어스 전압입니다.
• 컬렉터-이미터 전압 (V_CEO): 35 V. 베이스가 개방된 상태에서 출력 포토달링턴 트랜지스터의 컬렉터와 이미터 사이에 유지될 수 있는 최대 전압입니다.
• 컬렉터 전류 (I_C): 80 mA. 출력 트랜지스터가 싱크할 수 있는 최대 연속 전류입니다.
• 총 소비 전력 (P_TOT): 200 mW. 소자의 입력 및 출력 섹션에서 소산될 수 있는 최대 결합 전력입니다.
• 절연 전압 (V_ISO): 5000 V_rms (1분). 이 중요한 파라미터는 핀 1-2와 핀 3-4를 각각 단락시켜 테스트한 입력측과 출력측 사이의 고전압 절연 능력을 명시합니다.
• 동작 온도 (T_OPR): -55°C ~ +110°C. 소자가 동작하도록 규정된 주변 온도 범위입니다.

2.2 전기-광학적 특성

이 파라미터들은 지정된 테스트 조건(일반적으로 T_a= 25°C)에서 측정되며 소자의 성능을 정의합니다.

2.2.1 입력 특성

• 순방향 전압 (V_F): 일반 1.2V, 최대 1.4V (I_F= 20 mA). 구동 시 적외선 LED 양단의 전압 강하입니다.
• 역방향 전류 (I_R): 최대 10 µA (V_R= 4V). LED가 역바이어스되었을 때의 작은 누설 전류입니다.

2.2.2 출력 특성

• 컬렉터-이미터 암전류 (I_CEO): 최대 1 µA (V_CE= 10V, I_F= 0mA). 입력 LED가 꺼져 있을 때 출력 트랜지스터의 누설 전류입니다.
• 컬렉터-이미터 포화 전압 (V_CE(sat)): 일반 0.8V, 최대 1.0V (I_F= 20mA, I_C= 5mA). 출력 트랜지스터가 완전히 켜진(포화된) 상태일 때 트랜지스터 양단의 전압입니다. 전력 손실을 최소화하기 위해서는 낮은 값이 바람직합니다.

2.2.3 전달 특성

• 전류 전달율 (CTR): 600% (최소) ~ 7500% (최대) (I_F= 1mA, V_CE= 2V). 포토커플러의 가장 중요한 파라미터로, (I_C/ I_F) * 100%로 정의됩니다. 이 극도로 넓은 범위는 소자가 여러 감도 등급으로 제공됨을 나타냅니다. 높은 CTR은 최소의 입력 구동 전류로 효율적인 신호 전송을 가능하게 합니다.
• 절연 저항 (R_IO): 최소 5 x 10¹⁰Ω (V_IO= 500V DC). 이는 절연된 양측 사이의 극도로 높은 DC 저항을 나타냅니다.
• 상승 시간 (t_r): 일반 60 µs, 최대 300 µs. 하강 시간 (t_f): 일반 53 µs, 최대 250 µs. 일반 6 kHz의 차단 주파수(f_c)와 함께 이 파라미터들은 소자의 스위칭 속도를 정의합니다. 포토달링턴 구조는 본질적으로 포토트랜지스터나 포토-IC 커플러에 비해 스위칭 시간이 느려, 고속 디지털 절연보다는 DC 및 저주파 AC 응용 분야에 더 적합합니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트에는 비표준 조건에서의 소자 동작을 이해하는 데 필수적인 대표적인 특성 곡선이 포함되어 있습니다. 특정 그래프가 텍스트로 재현되지는 않지만, 그 함의는 설계에 매우 중요합니다.

• CTR 대 순방향 전류 (I_F): 일반적으로 CTR은 순방향 전류가 증가함에 따라 감소합니다. 설계자는 필요한 출력 전류와 전달 효율에 대한 최적의 동작점을 선택하기 위해 이 곡선을 참조해야 합니다.
• CTR 대 주변 온도 (T_a): CTR은 온도에 의존적이며, 일반적으로 극한 온도에서 감소합니다. 이 곡선은 지정된 -55°C ~ +110°C 범위에서 신뢰할 수 있는 동작을 보장하는 데 필수적입니다. 가혹한 환경을 위한 설계는 이 데이터를 기반으로 성능을 감액해야 합니다.
• 컬렉터 전류 대 컬렉터-이미터 전압 (I_C-V_CE): 서로 다른 입력 전류(I_F)로 파라미터화된 이 출력 곡선들은 포토달링턴의 동작 영역(포화, 활성)을 보여줍니다. 이는 부하선을 결정하고 소자가 안전하고 기능적인 한계 내에서 동작하도록 보장하는 데 사용됩니다.
• 스위칭 시간 파형: 테스트 회로 및 파형도는 상승 시간(t_r), 하강 시간(t_f), 턴-온 지연(t_on), 턴-오프 지연(t_off)이 어떻게 측정되는지 설명합니다. 이를 이해하는 것은 타이밍 회로 설계와 신호 무결성 예측에 도움이 됩니다.

4. 기계적 및 패키지 정보

4.1 패키지 치수

EL815는 세 가지 주요 리드 형태 옵션으로 제공되며, 각각 밀리미터 단위의 모든 중요 치수를 명시하는 상세한 기계 도면을 가지고 있습니다.

• 표준 DIP 타입: 표준 핀 간격을 가진 클래식 스루홀 패키지입니다.
• 옵션 M 타입: 넓은 리드 벤드를 특징으로 하며, 0.4인치(약 10.16mm) 리드 간격을 제공하여 PCB상의 크리피지 및 클리어런스 요구사항에 유용할 수 있습니다.
• 옵션 S1 타입: 로우 프로파일을 가진 표면 실장 소자(SMD) 리드 형태입니다. 이는 패키지의 SMD 변형입니다.

모든 패키지는 7.62 mm 이상의 크리피지 거리를 유지하며, 이는 높은 절연 전압 정격에 기여합니다.

4.2 극성 식별 및 마킹

핀 구성은 4핀 DIP 포토커플러에 대해 표준입니다:

1. 애노드 (입력 LED 양극)
2. 캐소드 (입력 LED 음극)
3. 이미터 (출력 트랜지스터 이미터)
4. 컬렉터 (출력 트랜지스터 컬렉터)

소자는 상단에 "EL"(시리즈 표시), "815"(소자 번호), 그 뒤에 1자리 연도 코드(Y), 2자리 주 코드(WW), 그리고 VDE 승인 버전의 경우 선택적 "V"가 표시됩니다.

4.3 권장 SMD 패드 레이아웃

S1(표면 실장) 옵션의 경우, 데이터시트는 제안된 패드 레이아웃 다이어그램을 제공합니다. 치수는 참고용으로 제공되며, 설계자는 특정 PCB 제조 공정과 신뢰성 요구사항에 기반하여 패드 치수를 수정해야 한다는 점을 명시적으로 언급하고 있습니다.

5. 솔더링 및 조립 가이드라인

절대 최대 정격은 솔더링 온도(T_SOL)를 260°C에서 10초로 명시합니다. 이는 리플로우 솔더링 공정에 있어 중요한 파라미터입니다.

• 리플로우 솔더링: SMD(S1 옵션) 조립의 경우, 피크 온도가 지정된 시간 동안 260°C를 초과하지 않는 표준 무연 리플로우 프로파일을 사용해야 합니다. 열 충격을 피하기 위해 프로파일을 제어해야 합니다.
• 웨이브/핸드 솔더링: 스루홀(표준 및 M 옵션) 패키지의 경우, 표준 웨이브 또는 핸드 솔더링 기술을 사용할 수 있지만, 소자 본체의 고온 노출 시간을 제한하도록 주의해야 합니다.
• 보관 조건: 보관 온도 범위는 -55°C ~ +125°C로 명시됩니다. 소자는 건조하고 정전기 방지 환경에 보관해야 합니다. 테이프 및 릴로 공급되는 SMD 부품의 경우, 소자가 습기에 민감한 경우(이 데이터시트에서 MSL 등급으로 명시되지는 않았지만) 건제와 함께 원래의 습기 차단 백에 릴을 보관해야 합니다.

6. 포장 및 주문 정보

6.1 주문 코드 구조

부품 번호는 다음 형식을 따릅니다:EL815X(Z)-V

• X: 리드 형태 옵션.
  • 없음: 표준 DIP-4 (100개/튜브).
  • M: 넓은 리드 벤드, 0.4" 간격 (100개/튜브).
  • S1: 표면 실장 리드 형태, 로우 프로파일.
• Z: 테이프 및 릴 옵션 (S1에만 적용 가능).
  • TA, TB, TU, TD: 포장 수량 및 공급 방향에 영향을 미치는 서로 다른 테이프 및 릴 사양.
• V: VDE 안전 승인을 나타내는 선택적 접미사.

6.2 테이프 및 릴 사양

테이프(캐리어 테이프, 커버 테이프) 및 릴에 대한 상세한 치수 도면과 표가 제공됩니다. 주요 치수에는 포켓 크기(A, B), 구멍 직경(D0), 부품 간격(P0), 테이프 너비(W), 릴 허브 치수가 포함됩니다. 옵션 TA와 TB는 릴에서의 공급 방향이 다르며, 이는 자동 피크 앤 플레이스 장비에서 올바르게 구성되어야 합니다.

7. 응용 제안

7.1 대표적인 응용 회로

데이터시트는 전화기/교환기, 시퀀스 컨트롤러, 시스템 기기, 측정 기기, 그리고 서로 다른 전위/임피던스를 가진 회로 간의 신호 전송 등 여러 응용 분야를 나열합니다. 높은 CTR과 절연 전압으로 인해 특히 다음에 적합합니다:

• 마이크로컨트롤러 I/O 절연: 저전압 마이크로컨트롤러를 더 높은 전압이나 노이즈가 많은 산업 제어 신호로부터 보호합니다.
• AC 라인 센싱: 포토커플러를 사용하여 AC 부하를 구동하는 트라이액 또는 릴레이로부터 절연된 피드백을 제공합니다.
• 그라운드 루프 제거: 센서와 데이터 수집 시스템 사이의 아날로그 신호 체인에서 그라운드 루프를 차단합니다.
• 절연을 동반한 논리 레벨 변환: 절연을 유지하면서 서로 다른 전압 레벨에서 동작하는 논리 회로를 인터페이싱합니다.

7.2 설계 고려사항

• 입력 전류 제한: 입력 LED와 항상 직렬 저항기를 사용하여 순방향 전류(I_F)를 원하는 값으로 제한해야 하며, 이는 (공급 전압 - V_F) / I_F.
• 로 계산됩니다.출력 부하_CC: 출력 포토달링턴은 전류 싱크로 동작합니다. 일반적으로 컬렉터에서 양의 공급 전압(V
• )으로 풀업 저항기가 연결됩니다. 이 저항기와 부하의 값은 출력 전압 스윙과 스위칭 속도를 결정합니다.속도 대 감도 트레이드오프
• : 높은 CTR은 느린 스위칭 속도를 대가로 얻어집니다. 이 소자는 고주파 통신(예: USB, SPI > 10 kHz용 디지털 절연기)에는 적합하지 않습니다. 상태 감지, 느린 제어 신호, AC 전원 라인 동기화(50/60 Hz)에 이상적입니다.열적 고려사항_OPR:** 소비 전력은 낮지만, 최대 접합 온도(T

최대 110°C에서 유추)에서 동작하는 경우 허용 가능한 최대 전류나 소비 전력을 감액해야 할 수 있습니다.

8. 기술 비교 및 차별화

• EL815 시리즈는 포토달링턴 커플러로서 다른 옵토커플러 유형과 비교하여 특정 틈새 시장을 차지합니다:표준 포토트랜지스터 커플러 대비
• : 포토달링턴 커플러는 훨씬 더 높은 CTR(종종 10-100배 높음)을 제공하지만 상당히 느립니다. 중간 속도(수십 kHz)에는 포토트랜지스터를, 저주파에서 낮은 입력 전류로 최대 감도를 원할 때는 포토달링턴을 선택하십시오.포토-IC(논리 출력) 커플러 대비_CEO: 포토-IC 커플러는 디지털 출력(깨끗한 스위칭)을 가지며 매우 빠를 수 있지만(MBd 범위), 고정된 종종 더 낮은 전류 전달 함수를 가지며 출력측에 특정 공급 전압이 필요합니다. EL815는 아날로그 전류 출력을 제공하며 넓은 범위의 출력 전압(최대 V
• )에서 동작할 수 있습니다.다른 포토달링턴 대비_{: EL815의 주요 차별화 요소는 높은 5000V}rms

절연, 넓은 동작 온도 범위(-55°C ~ +110°C), 그리고 주요 국제 안전 승인(UL, VDE, cUL, SEMKO 등) 준수입니다. 넓은 CTR 빈(600-7500%)은 특정 감도 요구에 맞춘 부품 조달을 가능하게 합니다.

9. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

Q: 높은 절연 전압(5000Vrms)의 목적은 무엇인가요?

A: 오프라인 전원 공급 장치, 산업용 모터 제어, 의료 장비와 같이 절연된 회로 사이에 큰 전위차가 있는 응용 분야에서 신뢰할 수 있는 동작과 안전성을 보장합니다. 고전압 과도 현상으로부터 보호하고 절연 파괴를 방지합니다.

Q: 제 회로가 1 kHz에서 스위칭해야 합니다. EL815가 적합한가요?_cA: 네, 확실히 적합합니다. 일반 차단 주파수(f

) 6 kHz와 수십 마이크로초의 상승/하강 시간으로 EL815는 1 kHz 스위칭을 편안하게 처리할 수 있습니다. 출력 파형은 사각파가 아니라 둥글겠지만, 이 주파수에서의 온/오프 제어에는 완벽히 적합합니다.

Q: 올바른 CTR 등급을 어떻게 선택하나요?_FA: 최악의 경우(가장 낮은) 계획된 입력 전류에서 출력 트랜지스터가 포화(완전히 켜짐)되도록 보장하는 최소 CTR을 선택하십시오. 예를 들어, 설계가 I_C= 1mA를 구동하고 부하를 포화시키기 위해 I

> 5mA가 필요하다면 CTR > 500%가 필요합니다. 더 높은 CTR 빈의 부품을 선택하면 더 많은 설계 마진을 제공합니다. 항상 동작 조건에 대한 CTR 대 온도 곡선을 참조하십시오.

Q: 아날로그 신호 절연에 사용할 수 있나요?

A: 가능은 하지만 이상적이지 않습니다. 포토달링턴의 CTR은 비선형적이며 온도와 순방향 전류에 따라 크게 변합니다. 정밀 아날로그 절연에는 전용 선형 옵토커플러나 절연 증폭기를 권장합니다. EL815는 디지털(온/오프) 또는 낮은 정확도의 아날로그 절연에 가장 적합합니다.

10. 실용 설계 사례 연구

시나리오: 24V PLC 모듈용 절연 디지털 입력.

1. 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)가 안전성과 노이즈 내성을 위해 4000V 절연을 제공하면서 24V DC 센서 신호를 읽어야 합니다.회로 설계_F: 24V 센서 출력은 전류 제한 저항기와 EL815의 입력 LED(핀 1-2)와 직렬로 연결됩니다. 저항 값은 24V에서 I
2. ≈ 5-10 mA가 되도록 계산됩니다. 출력측에서는 컬렉터(핀 4)가 10kΩ 풀업 저항기를 통해 PLC의 내부 3.3V 논리 공급 전압에 연결됩니다. 이미터(핀 3)는 PLC의 내부 접지에 연결됩니다. 출력 신호는 컬렉터에서 취합니다.부품 선택_F: I_{= 5mA에서 포화를 보장하는 CTR 등급의 EL815가 선택됩니다. 5000V}rms
3. 절연 및 안전 승인(UL, VDE)은 산업 표준을 충족합니다. 고밀도 PCB 조립을 위해 S1(SMD) 패키지가 선택됩니다.성능_{: 24V 센서가 활성화되면 LED가 켜지고, 포토달링턴이 도통하여 컬렉터 출력 전압을 낮게(V}CE(sat)

≈ 0.8V) 끌어내리며, 이는 PLC에 의해 논리 '0'으로 읽힙니다. 센서가 꺼지면 포토달링턴이 꺼지고, 풀업 저항기가 출력을 3.3V(논리 '1')로 끌어올립니다. 절연 장벽은 민감한 PLC 논리를 24V 센서 라인의 모든 고장이나 과도 현상으로부터 보호합니다.

11. 동작 원리_FEL815는 광전 변환의 기본 원리에 따라 동작합니다. 입력측에 인가된 전기 신호는 적외선 발광 다이오드(LED)를 통해 전류(I

)를 흐르게 합니다. 이 LED는 순방향 전류에 비례하는 강도의 적외선을 방출합니다. 빛은 패키지 내부의 투명한 절연 간극을 가로질러 이동하여 출력측의 포토달링턴 트랜지스터의 베이스 영역에 도달합니다._FE포토달링턴은 본질적으로 달링턴 구성으로 연결된 두 개의 바이폴라 트랜지스터로, 첫 번째 트랜지스터의 베이스-컬렉터 접합(포토다이오드 역할)에서 생성된 광전류가 두 번째 트랜지스터에 의해 증폭됩니다. 이 구조는 매우 높은 전류 이득(h_C)을 제공하며, 이는 관찰된 높은 전류 전달율(CTR)로 변환됩니다. 따라서 출력 컬렉터 전류(I

)는 입력 광 강도, 즉 입력 전기 신호에 의해 제어되며, 양측 사이에 어떠한 전기적 연결도 없습니다.

12. 기술 동향

• 포토커플러 기술은 계속 발전하고 있습니다. EL815와 같은 전통적인 소자들이 비용에 민감하고, 높은 절연, 높은 CTR 응용 분야에서 여전히 중요하지만, 몇 가지 주목할 만한 동향이 있습니다:통합
• : 새로운 소자들은 온도 안정성과 스위칭 속도를 개선하기 위해 출력 트랜지스터에 베이스-이미터 저항기와 같은 추가 구성 요소를 통합합니다.고속 디지털 절연
• : RF 커플러, 자이언트 자기저항(GMR), 또는 정전 용량 결합을 기반으로 한 기술들은 우수한 속도, 안정성 및 수명으로 인해 고속 데이터 절연(≥1 Mbps) 분야에서 옵토커플러에 도전하고 있습니다.소형화
• : 더 높은 PCB 밀도 필요에 의해 추진되어 동일하거나 더 나은 절연 등급을 가진 더 작은 SMD 패키지(예: SO-4, SO-5)에 대한 지속적인 추진이 있습니다.향상된 신뢰성

: 특히 고온 및 고전류 스트레스 조건 하에서 장기 CTR 열화를 개선하는 데 초점을 맞추어, 더 긴 수명을 요구하는 자동차 및 산업 응용 분야의 요구를 충족시킵니다.