EL2514-G 포토커플러 데이터시트 - 4핀 DIP 패키지 - 5000Vrms 절연 - CTR 50-200% - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

EL2514-G 시리즈는 고성능 4핀 듀얼 인라인 패키지(DIP) 포토트랜지스터 포토커플러 제품군을 대표합니다. 이 소자들은 두 회로 사이에 신뢰할 수 있는 전기적 절연과 신호 전송을 제공하도록 설계되었습니다. 핵심 구성 요소는 실리콘 포토트랜지스터 검출기에 광학적으로 결합된 적외선 발광 다이오드입니다. EL2514-G의 주요 설계 특징은 킬로옴 범위의 부하 저항에서도 달성 가능한 상대적으로 높은 스위칭 속도에 최적화되었다는 점입니다. 이는 절연과 중간 대역폭을 모두 요구하는 응용 분야에 적합하게 만듭니다.

본 시리즈는 엄격한 환경 및 안전 표준 준수로 특징지어집니다. 할로겐 프리 제품으로 제조되며, 브롬(Br)과 염소(Cl) 함량에 대한 특정 한도를 준수합니다. 또한 UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO, CQC 등 주요 국제 안전 기관의 인증을 보유하고 있어 글로벌 시장 및 규제된 응용 분야에 적합함을 보장합니다.

2. 기술 파라미터 심층 분석

2.1 절대 최대 정격

본 소자는 지정된 한도 내에서 안정적으로 동작하도록 설계되었습니다. 이 절대 최대 정격을 초과하면 영구적인 손상을 초래할 수 있습니다. 주요 정격은 다음과 같습니다: 입력 LED의 연속 순방향 전류(I_F) 50 mA, 1µs 펄스에 대한 피크 순방향 전류(I_FP) 0.5 A, 역방향 전압(V_R) 6 V. 출력 측에서는 컬렉터 전류(I_C)가 20 mA로 정격되며, 컬렉터-이미터 전압(V_CEO)은 40 V입니다. 소자의 총 소비 전력(P_TOT)은 200 mW입니다. 중요한 안전 파라미터는 특정 습도 조건(40-60% RH)에서 입력 및 출력 핀을 별도로 단락시킨 상태로 1분간 테스트한 5000 V_ISOrms_{의 절연 전압(V})입니다. 동작 온도 범위는 -55°C에서 +110°C까지 광범위합니다.

2.2 전기-광학 특성

이 파라미터들은 25°C의 정상 동작 조건에서 소자의 성능을 정의합니다.

2.2.1 입력 특성 (LED 측)

• 순방향 전압(V_F):I_F= 20 mA로 구동할 때 일반적으로 1.2 V, 최대 1.4 V입니다. 이는 구동 회로의 전압 공급 설계에 중요합니다.
• 역방향 전류(I_R데이터시트는 일반적인 전기-광학 특성 곡선을 참조합니다. 특정 그래프가 제공된 텍스트에 상세히 설명되어 있지는 않지만, 이러한 곡선은 일반적으로 주요 파라미터 간의 관계를 보여줍니다. 설계자는 다음을 묘사하는 곡선을 예상해야 합니다:V_R= 4V에서 최대 10 µA로, 양호한 다이오드 특성을 나타냅니다.
• 입력 커패시턴스(C_in):일반적으로 30 pF에서 최대 250 pF까지의 범위를 가집니다. 이 커패시턴스는 고주파 구동 능력에 영향을 미칠 수 있습니다.

2.2.2 출력 특성 (포토트랜지스터 측)

• 컬렉터-이미터 암전류(I_CEO):LED가 꺼진 상태에서 V_CE= 10V일 때 최대 100 nA입니다. 이 낮은 누설 전류는 양호한 "오프" 상태를 달성하는 데 필수적입니다.
• 컬렉터-이미터 항복 전압(BV_CEO):I_C= 0.1 mA에서 측정 시 최소 40 V입니다.
• 이미터-컬렉터 항복 전압(BV_ECO):최소 0.45 V로, 상대적으로 낮으며 포토트랜지스터의 비대칭성을 나타냅니다.

2.2.3 전달 특성

• 전류 전달율(CTR):이는 핵심 성능 지표로, (I_C/ I_F) * 100%로 정의됩니다. EL2514-G의 경우, 표준 테스트 조건인 I_F= 5 mA 및 V_CE= 5V에서 CTR 범위는 50%에서 200%입니다. 이 넓은 범위는 개체 간 변동을 수용하기 위한 적절한 회로 설계를 필요로 합니다.
• 컬렉터-이미터 포화 전압(V_CE(sat)):I_F= 5 mA 및 I_C= 0.4 mA에서 최대 0.35 V입니다. 낮은 포화 전압은 강력한 논리-로우 출력 레벨을 달성하는 데 바람직합니다.
• 절연 저항(R_IO):500 V¹⁰에서 최소 5 x 10_DCΩ으로, 우수한 DC 절연을 보장합니다.
• 부유 커패시턴스(C_IO):일반적으로 0.6 pF, 최대 1.0 pF입니다. 이 낮은 커패시턴스는 높은 공통 모드 과도 내성을 제공합니다.
• 스위칭 시간:턴-온 시간(t_on)과 턴-오프 시간(t_off) 모두 V_CC= 5V, I_F= 5 mA, R_L= 5 kΩ의 테스트 조건에서 최대 25 µs로 규정됩니다. 이는 디지털 신호 전송을 위한 소자의 속도를 정의합니다.

3. 성능 곡선 분석

The datasheet references typical electro-optical characteristic curves. While the specific graphs are not detailed in the provided text, such curves typically illustrate the relationship between key parameters. Designers should expect to see curves depicting:

• CTR 대 순방향 전류(I_F):LED 구동 전류에 따라 전류 전달율이 어떻게 변하는지 보여줍니다.
• CTR 대 주변 온도(T_A):CTR의 온도 의존성을 보여주며, 일반적으로 온도가 증가함에 따라 감소합니다.
• 컬렉터 전류(I_C) 대 컬렉터-이미터 전압(V_CE):다양한 LED 전류에 대한 곡선군으로, 포토트랜지스터의 출력 특성을 보여줍니다.
• 스위칭 파형:테스트 회로 및 관련 파형(그림 7)이 제공되어 t_on과 t_off를 측정하기 위한 조건을 정의합니다. 이는 일반적으로 LED를 구동하는 펄스 발생기와 부하 저항 양단의 포토트랜지스터 출력을 모니터링하는 오실로스코프를 포함합니다.

이러한 곡선을 분석하는 것은 의도된 동작 온도 및 전류 범위에서 회로 성능을 최적화하는 데 필수적입니다.

4. 기계적 및 패키지 정보

4.1 패키지 옵션 및 치수

EL2514-G는 다양한 4핀 DIP 패키지 변형으로 제공되어 다른 조립 공정에 적합합니다:

• 표준 DIP:클래식 스루홀 패키지입니다.
• 옵션 M:"와이드 리드 벤드"를 특징으로 하여 0.4인치(약 10.16mm)의 리드 간격을 제공하며, 특정 PCB 레이아웃이나 크리피지 요구 사항에 유용할 수 있습니다.
• 옵션 S1:로우 프로파일의 표면 실장(SMD) 리드 형태입니다. 두 가지 테이프 앤 릴 옵션(TU, TD)으로 제공되며, 릴당 1500개를 포장합니다.
• 옵션 S2:또 다른 로우 프로파일의 표면 실장 리드 형태로, 릴당 2000개를 포장하는 테이프 앤 릴 옵션도 제공됩니다.

각 패키지 유형에 대해 상세한 치수 도면이 제공되며, 본체 크기, 리드 길이, 리드 간격, 스탠드오프 높이와 같은 중요한 측정치가 포함됩니다. 입력과 출력 측면 사이의 크리피지 거리는 7.62 mm 이상으로 규정되어 높은 절연 등급에 기여합니다.

4.2 핀 구성 및 극성

본 소자는 표준 4핀 DIP 핀아웃을 사용합니다:

1. 애노드 (입력 LED)
2. 캐소드 (입력 LED)
3. 이미터 (출력 포토트랜지스터)
4. 컬렉터 (출력 포토트랜지스터)

적절한 방향은 매우 중요합니다. 소자 표시에는 "EL2514GYWWV" 코드가 포함되어 있으며, 여기서 EL은 제조사를, 2514는 소자 번호를, G는 할로겐 프리를, Y는 한 자리 연도 코드를, WW는 두 자리 주 코드를, V는 선택적 VDE 인증을 나타냅니다.

4.3 권장 PCB 패드 레이아웃

표면 실장 옵션(S1 및 S2)의 경우, 데이터시트는 제안된 패드 레이아웃을 제공합니다. 이는 신뢰할 수 있는 솔더링과 기계적 안정성을 보장하기 위한 참조 설계입니다. 문서는 솔더 페이스트 양 및 열 완화 고려사항과 같은 개별 제조 공정 및 요구 사항에 따라 이러한 치수를 수정해야 한다고 명시적으로 언급합니다.

5. 솔더링 및 조립 가이드라인

본 소자는 최대 10초 동안 260°C의 솔더링 온도(T_SOL)에 대해 정격됩니다. 이는 일반적인 무연 리플로우 솔더링 프로파일과 일치합니다. 스루홀 패키지의 웨이브 솔더링의 경우, 최대 패키지 본체 온도를 초과하지 않도록 주의하면서 표준 산업 관행을 따라야 합니다. 저장 온도 범위는 -55°C에서 +125°C입니다. SMD 조립을 위한 경우 습도 민감 포장에 소자를 보관하고, 습도 노출 수준을 초과한 경우 적절한 베이킹 절차를 따르는 것이 좋습니다.

6. 포장 및 주문 정보

주문 코드는 EL2514X(Y)-VG 패턴을 따릅니다.

• X:리드 형태 옵션 (S1, S2, M 또는 표준 DIP의 경우 없음).
• Y:테이프 앤 릴 옵션 (TU, TD 또는 튜브 포장의 경우 없음).
• V:VDE 안전 인증을 나타냅니다 (선택 사항).
• G:할로겐 프리 구조를 나타냅니다.

포장 수량은 다양합니다: 스루홀 옵션의 경우 튜브당 100개, SMD 테이프 앤 릴 옵션의 경우 릴당 1500개 또는 2000개입니다. 자동 픽 앤 플레이스 머신 프로그래밍을 위해 포켓 치수(A0, B0), 테이프 너비(W), 피치(P0), 릴 허브 직경을 포함한 상세한 테이프 및 릴 사양이 제공됩니다.

7. 응용 제안

7.1 대표적인 응용 시나리오

EL2514-G는 갈바닉 절연, 노이즈 내성 또는 레벨 시프팅이 필요한 응용 분야에 매우 적합합니다. 언급된 특정 응용 분야는 다음과 같습니다:

• 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC):디지털 I/O 모듈을 중앙 처리 장치 및 현장 장치로부터 절연합니다.
• 시스템 가전 및 계측기:산업 장비에서 센서 신호 또는 통신 라인을 절연합니다.
• 전자식 전력 계량기:안전 및 노이즈 제거를 위한 계량 회로에서 절연을 제공합니다.
• 통신 장비:데이터 라인 또는 전원 공급 장치 피드백 루프에서 신호 절연.
• 전원 공급 장치:스위치 모드 전원 공급 장치(SMPS)의 피드백 루프에서 일반적으로 사용되어 2차 측 피드백 신호를 1차 측 컨트롤러로부터 절연하여 안전성과 안정성을 향상시킵니다.

7.2 설계 시 고려사항

• CTR 변동:수신 회로(예: 비교기 문턱값, 풀업 저항 값)를 전체 50-200% CTR 범위에서 안정적으로 작동하도록 설계하십시오.
• 속도 대 부하:스위칭 속도는 5 kΩ 부하로 규정됩니다. 더 작은 부하 저항을 사용하면 일반적으로 스위칭 속도가 향상되지만 출력 스윙이 감소하고 전력 소비가 증가합니다. 더 큰 저항은 포토트랜지스터의 저장 시간으로 인해 응답, 특히 턴-오프 시간을 느리게 만듭니다.
• LED 전류 제한:항상 직렬 저항을 사용하여 순방향 전류(I_F)를 권장 동작 범위(일반적으로 5-7 mA) 또는 절대 최대값 이하로 제한하십시오. 이는 장기적인 신뢰성과 안정적인 CTR을 보장합니다.
• 노이즈 내성:포토커플러는 우수한 공통 모드 제거를 제공하지만, 입력 및 출력 트레이스를 분리하고 소자 핀 근처에 바이패스 커패시터를 사용하여 고주파 노이즈를 억제함으로써 적절한 PCB 레이아웃을 유지하십시오.

8. 기술 비교 및 포지셔닝

EL2514-G는 주요 속성의 조합을 통해 시장에서 차별화됩니다. 높은 절연 전압(5000 Vrms)과 긴 크리피지 거리는 엄격한 안전 요구 사항이 있는 응용 분야에 강력한 후보가 되게 합니다. 할로겐 프리 구조는 환경 규정 및 "그린" 전자제품에 대한 고객 선호도를 해결합니다. 광범위한 인증 포트폴리오(UL, VDE 등)는 글로벌 시장을 목표로 하는 최종 제품의 인증 장벽을 줄입니다. 스위칭 속도(25 µs)는 많은 디지털 절연 및 전원 공급 장치 피드백 응용 분야에 적합하지만, 데이터 통신을 위한 초고속 커플러로 포지셔닝되지는 않습니다. 그러한 응용 분야에는 나노초 범위의 스위칭 시간을 가진 소자가 필요합니다. 따라서 EL2514-G는 신뢰성, 안전 규정 준수 및 중간 성능에 최적화된 견고한 범용 포토커플러로 보는 것이 가장 적절합니다.

9. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

Q: CTR 범위가 50-200%라는 것이 제 회로 설계에 어떤 의미인가요?

A: 출력 전류가 입력 전류의 절반만큼 낮을 수도 있고 두 배만큼 높을 수도 있다는 의미입니다. 귀하의 회로는 양극단에서도 올바르게 기능해야 합니다. 디지털 인터페이스의 경우, 이는 풀업 저항의 선택과 후속 게이트 또는 마이크로컨트롤러의 입력 문턱값에 영향을 미칩니다.

Q: LED를 전압원으로 직접 구동할 수 있나요?

A: 아니요. LED는 전류 구동 소자입니다. 원하는 I_F를 설정하고 과전류로 인한 손상을 방지하기 위해 항상 LED와 직렬로 전류 제한 저항을 사용해야 합니다. 공급 전압이 일반적인 V_F.

와 일치하더라도 마찬가지입니다.

Q: 절연 전압이 5000 Vrms입니다. 이는 입력과 출력 사이에 5000V를 지속적으로 인가할 수 있다는 뜻인가요?

A: 아니요. 이는 통제된 조건에서 1분간 테스트된 내전압입니다. 응용 분야에서의 연속 작동 전압은 최종 장비에 대한 관련 안전 표준에 따라 상당히 낮아야 합니다.

Q: 옵션 S1과 S2의 차이점은 무엇인가요?

A: 주요 차이는 패키지 풋프린트와 테이프 치수에 있습니다. S2는 본체 너비(B0 치수)가 약간 더 크고 더 넓은 테이프(S1의 16mm 대비 24mm)를 사용하여 릴당 더 많은 단위(1500개 대비 2000개)를 수용합니다. 선택은 귀하의 PCB 공간 제약 및 조립 라인 피더 호환성에 따라 다릅니다.

10. 실용 설계 사례

시나리오: 마이크로컨트롤러에서 고전압 섹션으로 디지털 신호 절연.



마이크로컨트롤러(3.3V 논리)가 다른 전위를 가지며 노이즈가 많은 고전압 회로로 ON/OFF 신호를 보내야 합니다. EL2514-G를 절연에 사용할 수 있습니다.

1. 설계 단계:입력 측:_{마이크로컨트롤러 GPIO 핀을 전류 제한 저항(R}limit_{)을 통해 포토커플러의 애노드에 연결합니다. R}limit_{= (V}CC_MCU_F- V_F) / I_{를 계산합니다. V}CC_MCU_F=3.3V, V_F~1.2V, 목표 I_{=5mA인 경우, R}limit
2. = (3.3-1.2)/0.005 = 420Ω입니다. 표준 470Ω 저항을 사용하십시오. 캐소드를 접지에 연결합니다.출력 측:_L컬렉터를 절연된 고전압 공급(예: 12V)의 풀업 저항(R_L)에 연결합니다. 이미터는 절연된 접지에 연결합니다. R
3. 의 값은 속도와 전류에 영향을 미칩니다. 데이터시트 테스트 조건인 5kΩ을 사용하면 규정된 스위칭 시간을 제공합니다. 컬렉터 노드의 신호는 절연 측의 MOSFET 게이트 또는 다른 논리 입력을 구동할 수 있습니다.레이아웃:

PCB에서 입력과 출력 섹션을 물리적으로 분리하십시오. 패키지 능력에 따라 >7.62mm 크리피지 거리를 유지하십시오. 커플러 양측의 공급 전압과 접지 사이에 소자 핀 가까이에 작은 바이패스 커패시터(예: 0.1µF)를 배치하십시오.

이 설정은 그라운드 루프를 방지하고 노이즈를 차단하며 마이크로컨트롤러를 고전압 측의 전압 과도 현상으로부터 보호합니다.

11. 동작 원리_C포토커플러 또는 옵토커플러는 빛을 사용하여 두 개의 절연된 회로 사이에 전기 신호를 전송하는 소자입니다. EL2514-G에서 입력 핀(1과 2)에 인가된 전류는 적외선 발광 다이오드(LED)가 광자를 방출하게 합니다. 이 광자들은 투명한 절연 간격(일반적으로 몰드 컴파운드로 제작됨)을 가로질러 이동하여 출력 측 핀(3과 4)의 실리콘 포토트랜지스터의 베이스 영역에 충돌합니다. 들어오는 빛은 베이스에서 전자-정공 쌍을 생성하여 효과적으로 베이스 전류 역할을 합니다. 이 광생성 베이스 전류는 트랜지스터의 이득에 의해 증폭되어 입력 LED 전류(I_F)에 비례하는 컬렉터 전류(I_C)를 생성합니다. 비율 I_F/I

가 전류 전달율(CTR)입니다. 핵심 측면은 입력과 출력 사이의 유일한 연결이 빛의 빔이라는 점으로, 갈바닉 절연을 제공합니다.

12. 기술 트렌드

• 포토커플러 시장은 계속 발전하고 있습니다. EL2514-G와 같은 소자에 영향을 미치는 트렌드는 다음과 같습니다:증가된 통합:
• 다중 채널 절연을 결합하거나 게이트 드라이버 또는 오류 증폭기와 같은 추가 기능을 단일 패키지에 통합합니다.더 높은 속도:
• 통합 증폭기가 있는 포토다이오드와 같은 더 빠른 검출기를 사용하는 커플러 개발로 Mbps 데이터 속도에서 디지털 통신 프로토콜(USB, CAN, RS-485)을 지원합니다.향상된 신뢰성 및 수명:
• LED 노화로 인해 시간이 지남에 따라 저하될 수 있는 CTR의 장기적인 안정성 개선에 초점을 맞춥니다. 특히 고온 및 고전류에서 그렇습니다.더 엄격한 환경 규정 준수:
• RoHS 및 할로겐 프리를 넘어서, PFAS와 같은 물질 및 공급망에서의 더 넓은 지속 가능성 지표에 대한 관심이 증가하고 있습니다.대체 절연 기술:₂포토커플러는 많은 응용 분야에서 여전히 지배적이지만, 매우 높은 속도, 낮은 전력 소비 또는 높은 통합 밀도가 필요한 영역에서 커패시티브 절연(SiO

장벽 사용) 및 자기 절연(트랜스포머 사용) 기술이 경쟁합니다. 포토커플러는 단순성, 높은 공통 모드 과도 내성(CMTI) 및 잘 확립된 안전 인증에서 장점을 유지합니다.