EL817-G 시리즈 포토커플러 데이터시트 - 4핀 DIP 패키지 - 절연 내압 5000Vrms - CTR 50-600% - 영어 기술 문서

1. 제품 개요

EL817-G 시리즈는 서로 다른 전위를 가진 회로 간의 신호 절연 및 전송을 위해 설계된 포토트랜지스터 기반 포토커플러(옵토커플러) 제품군입니다. 각 장치는 소형 4핀 듀얼 인라인 패키지(DIP)에 내장된 실리콘 포토트랜지스터 검출기에 광학적으로 결합된 적외선 발광 다이오드를 통합합니다. 주요 기능은 전기적 절연을 제공하여 입력 및 출력 회로 간에 전압 서지, 그라운드 루프 및 노이즈가 전파되는 것을 방지함으로써 민감한 구성 요소를 보호하고 신호 무결성을 보장하는 것입니다.

본 시리즈의 핵심 가치는 5000V_rms. This makes it suitable for industrial control systems and mains-connected appliances. The devices are manufactured to be halogen-free, complying with environmental regulations (Br < 900 ppm, Cl < 900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). They also carry approvals from major international safety standards bodies including UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO, and CQC, underscoring their reliability for use in certified end products.

2. 기술 사양 심층 분석

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 이러한 조건에서의 동작은 보장되지 않습니다.

• 입력 (LED 측): 적외선 다이오드는 최대 연속 순방향 전류(I_F)가 60 mA입니다. 매우 짧은 1 μs 펄스 전류(I_FP)는 최대 1 A까지 견딜 수 있어, 과도 현상 억제에 유용합니다. 최대 역방향 전압(V_R)는 6V입니다. 입력 전력 소비(P_D)는 25°C에서 100mW로 정격되며, 주변 온도 100°C 이상에서는 2.9mW/°C로 감액됩니다.
• 출력 (트랜지스터 측): 광트랜지스터 컬렉터 전류(I_C)는 50 mA로 제한됩니다. 콜렉터-이미터 전압(V_CEO)는 80 V까지 높을 수 있는 반면, 이미터-콜렉터 전압(V_ECO)는 7V로 제한됩니다. 출력 전력 소산(P_C)은 25°C에서 150mW이며, 100°C 이상에서는 5.8mW/°C로 감소합니다.
• Device Total: 전체 패키지의 총 전력 소모(P_TOT)는 200 mW를 초과해서는 안 됩니다.
• Isolation & Environment: 입력과 출력 간의 절연 전압(V_ISO)은 5000 V입니다_rms (상대습도 40-60%에서 1분간 테스트). 작동 온도 범위(T_OPR)는 -55°C에서 +110°C까지 매우 넓습니다. 저장 온도(T_STG) 작동 온도 범위는 -55°C ~ +125°C입니다. 본 장치는 260°C에서 최대 10초간 납땜을 견딜 수 있습니다.

2.2 전기-광학 특성

이 매개변수들은 정상 작동 조건(별도로 명시되지 않는 한 T = 25°C)에서 장치의 성능을 정의합니다._a = 25°C (별도 명시가 없는 경우).

• 입력 다이오드 특성: 순방향 전압(V_F)는 일반적으로 1.2V이며, I_F = 20 mA에서 최대 1.4V입니다. 역전류(I_R)는 V_R = 4V에서 최대 10 μA입니다. 입력 커패시턴스(C_in)는 일반적으로 30 pF입니다.
• 출력 트랜지스터 특성: 컬렉터-이미터 암전류 (I_CEO), 이는 LED가 꺼져 있을 때의 누설 전류로, V_CE = 20V에서 최대 100 nA입니다. 항복 전압은 BV_CEO ≥ 80V 및 BV_ECO ≥ 7V.
• 전달 특성 (임계):
  • 전류 전달률 (CTR): 이는 출력 컬렉터 전류(I_C)와 입력 LED 순방향 전류(I_F)의 비율로, 백분율로 표시됩니다. 이는 장치의 감도와 이득을 정의하는 핵심 매개변수입니다. EL817-G 시리즈는 I_F = 5mA 및 V_CE = 5V 조건에서 측정된 여러 CTR 등급으로 제공됩니다:
    • EL817: 50% ~ 600% (광범위한 범위)
    • EL817A: 80% ~ 160%
    • EL817B: 130% ~ 260%
    • EL817C: 200% ~ 400%
    • EL817D: 300% ~ 600%
    • EL817X: 100%에서 200%
    • EL817Y: 150%에서 300%
    이 등급 체계를 통해 설계자는 애플리케이션에 적합한 이득을 가진 소자를 선택할 수 있어, 일관된 회로 성능을 보장하고 후보정의 필요성을 피할 수 있습니다.
  • 포화 전압: 컬렉터-이미터 포화 전압 (V_CE(sat)장치가 완전히 켜진 상태(I_D=20mA, I_G=1mA)에서의 전형적인 값은 0.1V(최대 0.2V)로, 우수한 스위칭 성능을 나타냅니다._F=20mA, I_C=1mA), 우수한 스위칭 성능을 나타냅니다.
  • Isolation Parameters: 절연저항(R_IO)은 최소 5×10¹⁰ Ω. 절연 커패시턴스(C_IO)는 일반적으로 0.6 pF로 매우 낮아 고주파 노이즈 제거 성능을 유지하는 데 도움이 됩니다.
  • 스위칭 속도: 상승 시간(t_r)과 하강 시간(t_f)은 일반적으로 지정된 테스트 조건(V_CE=2V, I_C=2mA, R_L=100Ω). 차단 주파수(f_c)는 일반적으로 80 kHz입니다. 이 매개변수들은 커플러가 효과적으로 처리할 수 있는 최대 디지털 신호 주파수를 정의합니다.

3. 성능 곡선 분석

PDF에는 "대표적인 전기-광학 특성 곡선"이 존재한다고 표시되어 있으나, 구체적인 그래프는 본문 내용에 제공되지 않았습니다. 일반적으로, 이러한 데이터시트에는 설계에 중요한 다음 관계들을 설명하는 곡선이 포함됩니다:

• CTR vs. Forward Current (I_F): LED의 구동 전류에 따라 전류 전달비(CTR)가 어떻게 변하는지 보여줍니다. CTR은 매우 높은 I_F 에서 가열 및 효율 저하로 인해 종종 감소합니다.
• CTR 대 주변 온도 (T_a): 장치의 이득에 대한 온도 의존성을 나타냅니다. 광트랜지스터 기반 커플러는 일반적으로 CTR에 대해 음의 온도 계수를 나타내며, 온도가 상승함에 따라 이득이 감소합니다.
• 순방향 전압 (V_F) 대 순방향 전류 (I_F): 표준 다이오드 I-V 곡선으로, 입력 측에 필요한 전류 제한 저항을 계산하는 데 중요합니다.
• 콜렉터 전류 (I_C) 대 콜렉터-이미터 전압 (V_CE): 출력 트랜지스터의 특성 곡선으로, 서로 다른 입력 LED 전류 (I_F) 레벨에 대한 포화 영역과 활성 영역을 보여줍니다.
• 스위칭 시간 대 부하 저항 (R_L): 컬렉터 풀업 저항 선택이 출력 신호의 상승 및 하강 시간에 미치는 영향을 보여줍니다.

설계자는 의도한 동작 조건 전반에 걸쳐 소자 동작을 정확하게 모델링하기 위해 그래프가 포함된 전체 PDF를 참조해야 합니다.

4. Mechanical & Package Information

4.1 핀 구성

표준 4핀 DIP 핀아웃은 다음과 같습니다 (노치 또는 점이 핀 1을 나타내는 상단에서 본 모습):

1. 입력 LED의 애노드
2. 입력 LED의 캐소드
3. 출력 포토트랜지스터의 이미터
4. 출력 포토트랜지스터의 콜렉터(Collector)

이 구성은 시리즈 전반에 걸쳐 일관됩니다. 크리피지 거리(도전성 핀 사이의 절연 패키지 표면을 따라 측정한 최단 거리)는 7.62mm 이상으로 규정되어 높은 절연 등급에 기여합니다.

4.2 패키지 치수 도면

본 시리즈는 여러 패키지 변형으로 제공되지만, 제공된 문서에는 mm 단위의 상세 치수가 완전히 명시되어 있지 않습니다. 옵션은 다음과 같습니다:

• Standard DIP Type: 클래식 스루홀 패키지.
• Option M Type: 표준 0.3인치(7.62 mm) 대신 0.4인치(약 10.16 mm)의 리드 간격을 제공하는 "와이드 리드 벤드"를 특징으로 하며, 브레드보딩이나 더 많은 여유 공간이 필요한 특정 PCB 레이아웃에 유용합니다.
• Option S1 & S2 Types: 표면 실장 장치(SMD) 리드 형태. 이는 리플로우 솔더링을 위해 설계된 "로우 프로파일" 패키지입니다. 데이터시트에는 올바른 솔더링과 기계적 안정성을 보장하기 위한 S1 및 S2 옵션 모두에 대한 권장 패드 레이아웃이 포함되어 있습니다. 패드 치수는 참고용으로 제안되며, 특정 PCB 제조 공정에 따라 수정해야 합니다.

5. Soldering & Assembly Guidelines

해당 장치는 최대 260°C의 솔더링 온도(T_SOL)에서 10초간 견딜 수 있도록 등급이 지정되어 있습니다. 이는 일반적인 무연 리플로우 솔더링 프로파일과 일치합니다.

스루홀(DIP, M) 패키지의 경우: 표준 웨이브 솔더링 또는 핸드 솔더링 기술을 사용할 수 있습니다. 내부 다이와 에폭시 패키지에 열 손상을 방지하기 위해 핀 접합부에서 10초 한도를 초과하지 않도록 주의해야 합니다.

표면 실장(S1, S2) 패키지의 경우: 표준 적외선 또는 대류 리플로우 솔더링 공정이 적용 가능합니다. 적절한 솔더 필렛 형성과 툼스토닝(tombstoning) 방지를 위해 데이터시트에 제공된 권장 패드 레이아웃을 따라야 합니다. 로우 프로파일 설계는 리플로우 공정 중 안정성에 도움을 줍니다. 모든 습기 민감 소자와 마찬가지로, 릴이 장시간 주변 습도에 노출된 경우 리플로우 전 "팝코닝(popcorning)" 현상을 방지하기 위해 IPC/JEDEC 표준에 따른 베이킹이 필요할 수 있습니다.

보관: 장치는 솔더 접합성 유지 및 내부 부식 방지를 위해 -55°C ~ +125°C의 지정된 보관 온도 범위 내에서 건조한 환경에 보관해야 합니다.

6. Ordering Information & Packaging

6.1 부품 번호 체계

부품 번호는 다음 형식을 따릅니다: EL817X(Y)(Z)-FVG

• X리드 형태 옵션. S1 또는 S2 (SMD), M (와이드 리드 DIP), 또는 없음 (표준 DIP).
• YCTR 등급. A, B, C, D, X, Y, 또는 없음 (기본 EL817 광범위 등급용).
• ZSMD 부품용 테이프 및 릴 옵션. TU 또는 TD (테이프 방향), 또는 없음.
• F리드 프레임 재질. F는 철, 없음은 구리.
• V선택적 VDE 안전 인증 마킹.
• G: 할로겐 프리 구조를 나타냅니다.

예시: EL817B-S1(TU)-G는 CTR 등급 B(130-260%)를 가진 SMD 소자(S1)로, TU 스타일의 테이프 및 릴에 포장되고 할로겐 프리 구조를 갖습니다.

6.2 포장 수량

• 표준 DIP 및 M 옵션: 튜브당 100개.
• S1 option on tape & reel: 1500 units per reel.
• S2 option on tape & reel: 2000 units per reel.

6.3 기기 표시

패키지 상단에는 코드가 표시되어 있습니다: EL 817FRYWWV

• EL: 제조사 식별자.
• 817: 기기 번호.
• F: 공장/공정 코드.
• R: CTR 등급 (A, B, C, D, X, Y).
• Y: 1자리 연도 코드.
• WW: 2자리 주 코드.
• V: 표시될 경우 VDE 승인을 의미함.

7. 응용 제안

7.1 대표적인 응용 회로

EL817-G는 다용도로 사용 가능하며 디지털 및 선형 애플리케이션 모두에 사용할 수 있습니다.

• 디지털 신호 절연: 가장 일반적인 사용법입니다. 입력 LED는 디지털 신호(종종 전류 제한 저항을 통해)로 구동됩니다. 포토트랜지스터는 스위치 역할을 하여 LED가 켜져 있을 때 출력 라인을 접지로 당깁니다. V에 연결된 풀업 저항_CC 컬렉터 측에 가 필요합니다. 스위칭 속도(t_r, t_f)는 최대 데이터 전송률을 제한하여, GPIO 절연, UART 또는 PLC의 I/O 라인과 같은 저속 디지털 인터페이스에 적합하게 만듭니다.
• 아날로그 신호 절연 (선형 모드): 포토트랜지스터를 활성 영역(포화 상태가 아닌)에서 동작시킴으로써, 이 소자는 아날로그 신호를 전송할 수 있습니다. CTR은 완벽하게 선형적이지 않으며, 온도와 전류에 따른 변화를 고려해야 합니다. 이 모드는 스위치 모드 전원 공급 장치에서 제어 루프 내에서 비선형성을 보상할 수 있는 절연 피드백에 자주 사용됩니다.
• 입력/출력 (I/O) 모듈 절연: 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC) 및 산업 제어 시스템에서 이러한 커플러는 민감한 CPU를 노이즈가 많거나 고전압(24V, 120VAC 등)의 현장 신호로부터 격리합니다.

7.2 설계 고려사항 & Best Practices

• CTR 선정: 부하(예: 논리 게이트 또는 옵토트라이액 드라이버 구동)에 충분한 출력 전류를 제공하면서도 과도한 입력 전류를 필요로 하지 않는 CTR 등급을 선택하십시오. 더 높은 CTR을 가진 소자를 사용하면 I_F을(를) 낮출 수 있어 입력 측의 전력 소비가 줄어듭니다. 그러나 선택한 등급의 최소 CTR이 회로의 최악의 조건(예: 고온, 수명 종료 시) 요구사항을 충족하는지 확인하십시오.
• 입력 전류 제한: 항상 직렬 저항(R_in입력 LED와 함께 원하는 순방향 전류(I_F)를 설정합니다. R_in = (V_source - V_F) / I_F. 절대 최대 I_F 를 연속적으로 60 mA를 초과하지 마십시오.
• 출력 부하 저항: 컬렉터의 풀업 저항(R_L) 값은 출력 논리 하이 레벨과 스위칭 속도 모두에 영향을 미칩니다. 더 작은 R_L 은 더 빠른 하강 시간(트랜지스터가 켜질 때 더 빠르게 풀다운됨)을 제공하지만, 더 느린 상승 시간(트랜지스터의 출력 커패시턴스와의 RC 시정수가 더 큼)을 가지며, 출력이 로우일 때 더 많은 전력을 소비합니다. 더 큰 R_L 은 반대의 효과를 냅니다. 일반적인 값은 1kΩ에서 10kΩ 사이입니다.
• 노이즈 내성: 디지털 응용의 경우, 컬렉터와 이미터(출력 측) 사이에 소용량 커패시터(예: 1-10 nF)를 추가하면 고주파 노이즈를 필터링하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그러나 이는 스위칭 속도를 더욱 저하시킬 것입니다.
• 온도 영향: CTR은 온도가 상승함에 따라 저하된다는 점을 기억하십시오. 설계는 최대 동작 온도에서 예상되는 최소 CTR을 사용하여 전체 동작 온도 범위에 걸쳐 검증되어야 합니다.
• 절연 레이아웃: PCB 상에서 입력 회로와 출력 회로 사이에 권장되는 크리피지 및 클리어런스 거리(≥7.62mm)를 유지하십시오. 이는 종종 커플러 본체 아래 PCB에 슬롯이나 갭을 두고, 절연 장벽을 너무 가깝게 가로지르는 동박 트레이스가 없도록 하는 것을 의미합니다.

8. Technical Comparison & Differentiation

EL817-G 시리즈는 범용 4핀 포토커플러의 포화된 시장에서 경쟁합니다. 주요 차별화 요소는 다음과 같습니다:

• 고온 등급: 최대 +110°C의 동작 온도는 많은 경쟁사 제품의 일반적인 +85°C 또는 +100°C 등급을 초과하여, 자동차 엔진룸 내 응용이나 열원 근처의 산업 장비와 같은 가혹한 환경에 적합합니다.
• 다중 안전 인증: 포괄적인 국제 안전 인증(UL, VDE 등) 세트는 글로벌 시장 인증이 필요한 제품에 있어 상당한 이점입니다.
• Halogen-Free 준수: 현대 환경 규정을 충족하며, 이는 소비자 가전 및 기타 분야에서 점점 더 요구되는 사항입니다.
• 광범위 CTR 등급: 7가지의 구별되는 CTR 등급(광범위한 EL817 포함)을 제공함으로써, 설계자는 최적화된 회로 성능과 비용을 위해 이득 선택을 세밀하게 제어할 수 있습니다.
• 패키지 다양성: 표준 DIP, 와이드 리드 DIP 및 두 가지 SMD 프로파일을 제공함으로써 다양한 조립 공정과 기판 공간 제약에 대한 유연성을 확보합니다.

9. 자주 묻는 질문 (FAQ)

Q1: What is the main purpose of the creepage distance specification (>7.62 mm)?
A1: 크리피지 거리는 두 도전성 단자(예: 핀 1과 핀 4) 사이의 절연 패키지 표면을 따라 측정된 최단 경로입니다. 더 긴 크리피지 거리는 표면 누설 전류와 아크 방전을 방지하며, 특히 습하거나 오염된 환경에서 고 5000V_rms 절연 등급을 달성하는 데 있어 핵심 요소입니다.

Q2: 서로 다른 CTR 등급(A, B, C, D, X, Y) 중에서 어떻게 선택해야 하나요?
A2: 필요한 출력 전류와 원하는 입력 전류 효율에 따라 선택하십시오. 주어진 출력 전류 요구 사항에 대해 더 높은 CTR 등급(예: D: 300-600%)은 더 낮은 입력 LED 전류를 필요로 하여 전력을 절약합니다. 그러나 더 높은 CTR 소자는 온도 계수가 약간 다르거나 비용이 더 들 수 있습니다. X 및 Y 등급은 중간적이고 더 좁은 범위를 제공합니다. 최악의 조건 설계 계산을 위해 데이터시트의 최소 CTR 값을 사용하십시오.

Q3: 240VAC 메인 신호 절연에 사용할 수 있나요?
A3: The 5000V_rms 절연 전압은 많은 주전원 연결 애플리케이션에서 강화 절연을 제공하는 데 적합합니다. 그러나 최종 설계는 구성품 등급 이상의 필수 거리 및 시험을 규정하는 시스템 수준의 안전 표준(예: IEC 62368-1, IEC 60747-5-5)을 고려해야 합니다. 커플러는 솔루션의 핵심 부분이지만, 적절한 PCB 레이아웃과 외함 설계 역시 동등하게 중요합니다.

Q4: 콜렉터-이미터 전압 등급(V_CEO 80V 및 BV_CEO 80V)이 두 가지로 다른 이유는 무엇입니까?
A4: V_CEO Absolute Maximum Ratings 표의 (80V)는 손상을 일으키지 않고 인가할 수 있는 최대 전압입니다. BV_CEO Characteristics 표의 (80V min)는 항복 전압으로, LED가 꺼진 상태에서도 소자가 상당히 전도하기 시작하는 지점입니다. 둘은 밀접하게 관련되어 있지만 다르게 정의됩니다. 실제 설계에서는 V_CE 동작 중 80V에 접근하지 않아 안전 마진을 확보합니다.

Q5: S1과 S2 SMD 옵션의 차이점은 무엇입니까?
A5: 주요 차이점은 패키지 풋프린트와 릴 당 단위 수(S1은 1500개, S2는 2000개)입니다. S2 패키지는 표준 릴에 더 많은 소자를 배치할 수 있도록 약간 수정된 것으로 보입니다. 데이터시트는 각각에 대해 별도의 권장 패드 레이아웃을 제공하므로, 주문한 부품에 맞는 정확한 풋프린트를 사용하는 것이 필수적입니다.

LED 사양 용어

LED 기술 용어 완전 해설