EL816 시리즈 4핀 DIP 포토트랜지스터 포토커플러 데이터시트 - 패키지 옵션 - CTR 50-600% - 절연 5000Vrms - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

EL816 시리즈는 산업 표준 4핀 듀얼 인라인 패키지(DIP) 포토트랜지스터 포토커플러 제품군을 대표합니다. 이 소자들은 서로 다른 전위를 가진 회로 간에 신뢰할 수 있는 전기적 절연 및 신호 전송을 제공하도록 설계되었습니다. 각 유닛은 단일의 컴팩트한 패키지 내에 실리콘 포토트랜지스터 검출기에 광학적으로 결합된 적외선 발광 다이오드를 통합합니다.

핵심 기능은 갈바닉 절연으로, 그라운드 루프를 방지하고, 고전압 서지를 차단하며, 서로 다른 기준 접지 또는 전압 레벨을 가진 회로 간의 신호 전송을 가능하게 합니다. 이 시리즈는 견고한 구조로 특징지어지며, 높은 절연 전압과 다양한 전류 전달율(CTR) 등급을 제공하여 단순한 온/오프 검출부터 선형 신호 전송까지 다양한 애플리케이션 요구 사항에 맞출 수 있습니다.

2. 기술 파라미터 심층 분석

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 영구적 손상이 발생할 수 있는 응력 한계를 정의합니다. 소자는 이러한 극한 조건에서 작동하도록 의도되지 않았습니다.

• 입력 (LED 측):적외선 다이오드의 최대 연속 순방향 전류(I_F)는 60 mA입니다. 짧은 1 A 펄스(1 µs 지속 시간)는 허용됩니다. 최대 역방향 전압(V_R)은 6 V로, 적절한 극성 보호의 필요성을 강조합니다.
• 출력 (트랜지스터 측):포토트랜지스터는 콜렉터 전류(I_C) 50 mA와 콜렉터-이미터 전압(V_CEO) 80 V를 처리할 수 있습니다. 더 낮은 이미터-콜렉터 전압(V_ECO= 6V)은 포토트랜지스터 접합의 비대칭성을 나타냅니다.
• 절연 및 열적 특성:핵심 사양은 1분 동안 5000 V_ISOrms_{의 절연 전압(V})입니다. 이는 핀 1-2를 단락시키고 핀 3-4를 단락시킨 상태에서 테스트됩니다. 소자는 -55°C에서 +110°C까지 작동하며, 260°C에서 10초 동안 납땜을 견딜 수 있습니다.
• 전력 소산:총 소자 소산(P_TOT)은 200 mW입니다. 입력 다이오드는 100°C까지 디레이팅 없이 100 mW를 소산할 수 있습니다. 출력 트랜지스터는 150 mW로 정격되어 있으며, 80°C 이상에서는 5.8 mW/°C로 디레이팅이 필요합니다.

2.2 전기-광학 특성

이 파라미터들은 정상 작동 조건(T_a= 25°C, 별도 명시 없는 경우)에서 소자의 성능을 정의합니다.

2.2.1 입력 다이오드 특성

• 순방향 전압(V_F):일반적으로 1.2V이며, I_F= 20 mA에서 최대 1.4V입니다. 이는 전류 제한 저항 값을 계산하는 데 사용됩니다.
• 역방향 전류(I_R):V_R= 4V에서 최대 10 µA로, 양호한 다이오드 역방향 특성을 나타냅니다.
• 입력 커패시턴스(C_in):최대 250 pF로, 이는 고주파 구동 회로 설계에 영향을 줄 수 있습니다.

2.2.2 출력 트랜지스터 특성

• 암전류(I_CEO):LED가 꺼진 상태에서의 누설 전류는 V_CE= 20V에서 최대 100 nA로, "오프 상태" 노이즈 플로어를 정의합니다.
• 항복 전압: BV_CEO≥ 80V 및 BV_ECO≥ 6V로, 전압 차단 능력을 확인합니다.

2.3 전달 특성

이는 애플리케이션 설계에 가장 중요한 파라미터로, 입력 전류와 출력 전류 간의 관계를 정의합니다.

• 전류 전달율(CTR):이는 출력 콜렉터 전류(I_C) 대 입력 순방향 전류(I_F)의 비율로, 백분율로 표시됩니다. EL816 시리즈는 다양한 CTR 등급을 제공하며, 표준 조건(I_F= 5mA, V_CE= 5V, I/J/K 등급의 경우 I_F= 10mA)에서 테스트됩니다. 범위는 다음과 같습니다:
  • EL816: 50% ~ 600% (넓은 범위, 등급 없음)
  • EL816A: 80% ~ 160%
  • EL816B: 130% ~ 260%
  • EL816C: 200% ~ 400%
  • EL816D: 300% ~ 600%
  • EL816X: 100% ~ 200%
  • EL816Y: 150% ~ 300%
  • EL816I: 63% ~ 125% (I_F=10mA에서)
  • EL816J: 100% ~ 200% (I_F=10mA에서)
  • EL816K: 160% ~ 320% (I_F=10mA에서)
  I/J/K 등급은 또한 I_F= 1mA에서의 최소 CTR을 지정하며, 저전류 작동에 중요합니다.
• 포화 전압(V_CE(sat)):I_F=20mA, I_C=1mA에서 일반적으로 0.1V(최대 0.2V)입니다. 이 낮은 값은 디지털 스위칭 애플리케이션에서 확실한 "낮음" 논리 레벨을 달성하는 데 중요합니다.
• 절연 저항 및 커패시턴스: R_IO> 5×10¹⁰Ω 및 C_IO <1.0 pF. 높은 저항은 최소한의 누설을 보장하며, 낮은 커패시턴스는 노이즈가 많은 환경에서 높은 공통 모드 서지 내성(CMTI)을 유지하는 데 필수적입니다.
• 주파수 응답:차단 주파수(f_c)는 일반적으로 80 kHz로, 아날로그 신호 전송에 유용한 대역폭을 정의합니다.
• 스위칭 속도:상승 시간(t_r)과 하강 시간(t_f)은 지정된 테스트 조건(I_C=2mA, R_L=100Ω)에서 각각 일반적으로 4 µs와 3 µs입니다(각각 최대 18 µs). 이는 최대 디지털 스위칭 주파수를 결정합니다.

3. 등급 시스템 설명

EL816 시리즈는 전류 전달율(CTR)에만 기반한 정밀한 등급 시스템을 사용합니다.

• CTR 등급:소자는 지정된 테스트 전류에서 측정된 CTR에 따라 빈(A, B, C, D, X, Y, I, J, K)으로 분류됩니다. 이를 통해 설계자는 보장된 이득 한계를 가진 부품을 선택할 수 있어 회로 일관성과 수율을 향상시킵니다. 예를 들어, EL816C(200-400%)를 선택하면 EL816A(80-160%)보다 더 높은 최소 이득을 보장하므로, 더 낮은 LED 구동 전류를 사용하거나 더 많은 출력 전류 여유를 제공할 수 있습니다.
• 파장/색상 등급 없음:발광체가 적외선 다이오드이므로, 가시광선 파장 또는 색상 등급은 적용되지 않습니다. 포토트랜지스터는 매칭된 LED에서 방출되는 IR 스펙트럼에 민감합니다.

4. 성능 곡선 분석

구체적인 곡선은 제공된 텍스트에 자세히 설명되어 있지 않지만, 이러한 소자에 대한 일반적인 성능 추세는 명시된 파라미터를 기반으로 아래에서 분석됩니다.

• CTR 대 순방향 전류(I_F):CTR은 일정하지 않으며, 일반적으로 특정 I_F에서 정점을 이루고 매우 낮거나 매우 높은 전류에서 감소합니다. 5mA와 10mA(및 일부 등급의 경우 1mA)에서의 CTR 사양은 이 비선형성을 암시합니다. 설계자는 예측 가능한 이득을 위해 테스트 조건 근처에서 작동해야 합니다.
• CTR 대 온도:CTR은 일반적으로 음의 온도 계수를 가지며, 온도가 증가함에 따라 감소합니다. 넓은 작동 온도 범위(-55°C ~ +110°C)는 극한 환경을 위한 설계에서 이 디레이팅을 고려해야 합니다.
• 스위칭 시간 대 부하 저항(R_L):지정된 t_r와 t_f는 R_L=100Ω 조건입니다. 스위칭 속도는 R_L과 기생 커패시턴스에 크게 영향을 받습니다. 더 작은 R_L은 일반적으로 턴오프를 가속화하지만 전력 소산을 증가시킬 수 있습니다.
• 순방향 전압 대 온도:다이오드 V_F는 음의 온도 계수를 가지며, 약 2 mV/°C씩 감소합니다. 이는 CTR 온도 의존성에 비해 미미한 영향입니다.

5. 기계적 및 패키지 정보

이 시리즈는 다양한 PCB 조립 공정 및 간격 요구 사항을 수용하기 위해 여러 패키지 옵션을 제공합니다.

• 표준 DIP 타입:표준 리드 간격을 가진 클래식 스루홀 패키지입니다.
• 옵션 M 타입:"와이드 리드 벤드"를 가진 스루홀 패키지로, 0.4인치(약 10.16mm) 리드 간격을 제공하여 크리피지/클리어런스를 증가시키거나 특정 소켓과의 호환성을 제공합니다.
• 옵션 S1 타입:"로우 프로파일" 표면 실장(SMD) 리드 형태입니다. 테이프 및 릴(TU 또는 TD)에 공급되며, 릴당 1500개 단위입니다.
• 옵션 S2 타입:다른 SMD 로우 프로파일 리드 형태로, 다른 풋프린트를 가지며 테이프 및 릴에 공급되며, 릴당 2000개 단위입니다.
• 크리피지 거리:7.62 mm를 초과하며, 높은 절연 전압에서 강화 절연에 대한 안전 표준을 충족하는 데 중요합니다.
• 소자 마킹:패키지는 "EL"(제조사 코드), "816"(소자 번호), CTR 등급을 나타내는 문자(R), 1자리 연도 코드(Y) 및 주(WW)로 마킹됩니다.

6. 납땜 및 조립 지침

절대 최대 정격 및 패키지 옵션을 기반으로 합니다.

• 납땜 온도:소자는 260°C의 피크 납땜 온도를 10초 동안 견딜 수 있습니다. 이는 표준 무연(SnAgCu) 리플로우 프로파일과 호환됩니다.
• 습기 민감도:발췌문에 명시적으로 언급되지는 않았지만, SMD 구성 요소(S1, S2 옵션)는 일반적으로 Moisture Sensitivity Level(MSL)을 가집니다. 리플로우 중 "팝콘 현상"을 방지하기 위해 지정된 시간 이상 주변 공기에 노출된 경우 베이킹을 포함한 제조사의 취급 지침을 따르는 것이 중요합니다.
• 보관 조건:보관 온도 범위는 -55°C ~ +125°C입니다. 구성 요소는 건조하고 제어된 환경에 보관해야 합니다.
• 권장 패드 레이아웃:데이터시트는 S1 및 S2 표면 실장 옵션에 대한 구체적인 랜드 패턴 권장 사항을 제공합니다. 이를 사용하는 것은 신뢰할 수 있는 솔더 조인트 형성 및 기계적 안정성에 필수적입니다.

7. 패키징 및 주문 정보

부품 번호는 다음 형식을 따릅니다: EL816X(Y)(Z)-FV

• X (리드 형태):S1, S2, M 또는 없음(표준 DIP).
• Y (CTR 등급):A, B, C, D, X, Y, I, J, K 또는 없음(등급 없음).
• Z (테이프 및 릴):TU, TD(SMD 옵션용) 또는 없음.
• F (리드 프레임):철의 경우 F, 구리의 경우 공백.
• V:선택적 VDE 안전 인증 마크.

포장 수량:스루홀 부품은 튜브에 100개 단위로 공급됩니다. SMD 부품은 테이프 및 릴에 공급됩니다: S1은 릴당 1500개, S2는 릴당 2000개.

8. 애플리케이션 권장 사항

8.1 일반적인 애플리케이션 시나리오

• 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC):중앙 처리 장치 및 현장 장치로부터 디지털 I/O 모듈을 절연합니다.
• 시스템 기기 및 측정 기기:전원 공급 장치, 데이터 수집 시스템 및 테스트 장비에서 절연을 제공합니다.
• 통신 장비:모뎀, 인터페이스 및 네트워크 장비의 신호 라인을 절연합니다.
• 가전 제품:팬 히터, 세탁기 등과 같은 가전 제품의 제어 회로에서 사용되어, 전원에 연결된 부품을 안전하게 저전압 제어합니다.
• 일반 신호 전송:회로 간 전압 레벨 변환이나 그라운드 루프 제거가 필요한 모든 애플리케이션.

8.2 설계 고려 사항

• LED 전류 제한:항상 직렬 저항을 사용하여 I_F를 설정하십시오. R_limit= (V_CC- V_F) / I_F를 계산하십시오. 예측 가능한 이득을 위해 CTR 테스트 조건(5mA 또는 10mA) 근처에서 작동하십시오.
• 출력 부하:콜렉터의 부하 저항(R_L)은 스위칭 속도, 출력 스윙 및 전력 소산에 영향을 줍니다. 더 작은 R_L은 더 빠른 턴오프를 제공하지만 더 낮은 출력 전압 스윙과 더 높은 I_C.
• 노이즈 내성:디지털 애플리케이션의 경우, 충분한 CTR 마진을 확보하여 "온 상태" I_C가 트랜지스터를 완전히 포화시키고(V_CE(sat) <0.4V) "오프 상태" 암전류가 바이어스 조건에 비해 무시할 수 있도록 하십시오.
• 온도 영향:고온에서의 CTR 저하를 고려하십시오. 경험칙으로 25°C 이상에서 사용 가능한 CTR을 °C당 0.5% ~ 1%씩 디레이팅하십시오. 작동 온도 범위 전체에서 소자가 전력 소산 한계 내에 머물도록 하십시오.
• 고전압 레이아웃:5000V_rms절연 정격을 유지하기 위해, PCB 레이아웃은 안전 표준(예: IEC 60664-1)에 지정된 크리피지 및 클리어런스 거리를 준수해야 합니다. 이는 종종 패키지 아래에 슬롯이나 배리어를 배치하는 것을 의미합니다.

9. 기술 비교 및 차별화

사양에 나타난 EL816 시리즈의 주요 장점:

• 높은 절연 전압:5000V_rms는 많은 산업 및 전원 연결 애플리케이션에 적합한 견고한 정격입니다.
• 넓은 CTR 선택:광범위한 등급(9개의 구별된 빈 및 등급 없는 버전)은 비용 대 성능 최적화를 위한 탁월한 설계 유연성을 제공합니다.
• 확장된 온도 범위:+110°C까지의 작동은 많은 표준 포토커플러의 일반적인 +85°C 또는 +100°C 범위를 초과하여 더 가혹한 환경에서 사용할 수 있습니다.
• 패키지 다양성:스루홀(표준 및 와이드) 및 두 가지 로우 프로파일 SMD 옵션 모두에서 사용 가능하여 현대 및 레거시 조립 공정에 대응합니다.
• 규정 준수:이 소자는 주요 산업 표준을 준수합니다: 할로겐 프리(구리 리드 프레임 버전의 경우), RoHS, EU REACH, 그리고 UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO 및 CQC의 승인을 받아 글로벌 시장 접근을 용이하게 합니다.

10. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

• Q: EL816과 EL816A/B/C/등의 차이점은 무엇입니까?
  A: 접미사는 CTR 등급을 나타냅니다. EL816은 넓은 CTR 범위(50-600%)를 가진 등급 없는 부품입니다. EL816A, B, C, D, X, Y, I, J, K는 더 엄격하고 보장된 CTR 범위를 가진 등급 부품으로, 더 정밀한 회로 설계를 가능하게 합니다.
• Q: 아날로그 신호 전송에 사용할 수 있습니까?
  A: 예, 하지만 제한이 있습니다. 일반적인 대역폭은 80 kHz이며, CTR은 I_F및 온도에 대해 비선형입니다. 저주파 또는 낮은 정확도의 아날로그 절연에 적합합니다. 더 높은 성능을 위해서는 전용 선형 포토커플러 또는 절연 증폭기를 권장합니다.
• Q: 올바른 CTR 등급을 어떻게 선택합니까?
  A: 디지털 스위칭의 경우, 작동 I_F에서의 최소 CTR이 부하(예: 논리 입력을 풀다운)를 마진을 가지고 구동할 수 있는 충분한 I_C를 제공하는 등급을 선택하십시오. 예를 들어, I_C=5mA에서 I_F> 1mA가 필요한 경우, CTR > 20%가 필요합니다. 더 높은 등급(예: C 또는 D)은 더 많은 마진을 제공합니다. 더 낮은 등급(A, I)은 단순한 온/오프 검출에 더 비용 효율적일 수 있습니다.
• Q: "크리피지 거리 > 7.62 mm"가 내 PCB 설계에 무엇을 의미합니까?
  A: 크리피지는 절연체 표면을 따라 도전성 부품 사이의 최단 거리입니다. 명시된 절연 정격을 유지하려면, 입력 및 출력 측의 PCB 구리 트레이스/패드도 구성 요소 아래 보드 표면을 따라 최소한 이 거리(또는 관련 안전 표준에 따라 더 큰 거리)를 유지해야 합니다.

11. 실용적인 설계 예시

시나리오:3.3V 마이크로컨트롤러 GPIO 핀을 절연하여 별도의 회로에서 12V 릴레이 코일을 제어합니다.

1. 구성 요소 선택:좋은 이득 마진을 위해 EL816C(CTR 200-400%)를 선택합니다. 프로토타이핑을 위해 표준 DIP 패키지를 사용합니다.
2. 입력 회로:마이크로컨트롤러 핀 출력은 3.3V입니다. V_F~ 1.2V. 목표 I_F= 5mA(표준 테스트 조건).
   R_limit= (3.3V - 1.2V) / 0.005A = 420Ω. 표준 470Ω 저항을 사용합니다. 실제 I_F≈ (3.3-1.2)/470 = 4.5mA.
3. 출력 회로:릴레이 코일은 12V에서 작동하며, 코일 저항은 240Ω(50mA 필요)입니다. 포토커플러의 I_C(max)는 50mA로, 한계에 있습니다. 더 나은 설계는 포토커플러로 트랜지스터를 구동한 다음 그 트랜지스터가 릴레이를 구동하도록 하는 것입니다. 데모를 위해, 12V, 100Ω 코일(120mA)의 소신호 릴레이를 가정합니다. 포토커플러는 이를 직접 구동할 수 없습니다.
   대신, 포토트랜지스터를 스위치로 구성하여 NPN 트랜지스터(예: 2N2222)의 베이스를 접지로 풀다운합니다. 포토트랜지스터의 콜렉터는 10kΩ 풀업 저항을 통해 12V 전원 공급 장치에 연결되고 NPN의 베이스에 연결됩니다. 이미터는 접지에 연결됩니다. LED가 켜지면 포토트랜지스터가 포화되어 NPN 베이스를 낮게 만들어 꺼집니다. LED가 꺼지면 10kΩ 저항이 NPN 베이스를 높게 만들어 켜고 릴레이를 동작시킵니다. 릴레이 코일 양단에는 반드시 플라이백 다이오드가 필요합니다.
4. 절연:12V 릴레이 전원 공급 장치와 3.3V 마이크로컨트롤러 전원 공급 장치는 완전히 분리되어야 하며, 공통 접지 연결이 없어야 절연이 유지됩니다.

12. 작동 원리

EL816은 광전자 소자입니다. 입력 측(핀 1-애노드 및 2-캐소드)에 전류를 가하면 적외선 발광 다이오드(LED)가 광자를 방출합니다. 이 광자들은 투명한 절연 간격(일반적으로 성형 플라스틱)을 가로질러 이동하여 출력 측(핀 3-이미터 및 4-콜렉터)의 실리콘 NPN 포토트랜지스터의 베이스 영역에 충돌합니다.

들어오는 광자는 트랜지스터의 베이스-콜렉터 접합에서 전자-정공 쌍을 생성하여 효과적으로 베이스 전류 역할을 합니다. 이 광생성 전류는 트랜지스터의 전류 이득(h_FE)에 의해 증폭되어 핀 4와 3 사이에 훨씬 더 큰 콜렉터 전류가 흐르게 됩니다. 핵심은 신호가 전기적 연결이 아니라 빛에 의해 전달되어 입력 및 출력 회로 간에 갈바닉 절연을 제공한다는 점입니다. 출력 콜렉터 전류 대 입력 LED 전류의 비율이 전류 전달율(CTR)입니다.

13. 기술 동향

EL816과 같은 포토트랜지스터 포토커플러는 성숙하고 비용 효율적인 절연 기술을 대표합니다. 절연 구성 요소 시장의 현재 동향은 다음과 같습니다:

• 더 높은 속도:100 Mbps를 초과하는 속도로 통신 인터페이스(USB, SPI, I2C)를 위한 CMOS 및 RF 결합 기술 기반의 더 빠른 디지털 절연기에 대한 수요.
• 통합 기능:단일 패키지에 통합 전원(isoPower) 또는 게이트 드라이버(절연 게이트 드라이버)가 있는 절연기의 성장.
• 소형화:PCB 공간을 절약하기 위해, 특히 표면 실장 옵션에서 더 작은 패키지 풋프린트와 더 낮은 프로파일에 대한 지속적인 추진.
• 향상된 신뢰성 및 견고성:모터 드라이브 및 전원 시스템에서 흔한 빠른 전압 서지를 견디기 위한 공통 모드 서지 내성(CMTI) 개선 및 작동 수명 및 온도 범위 확장에 초점.
• 포토커플러의 역할:새로운 기술에도 불구하고, 전통적인 포토커플러는 비용 민감한 애플리케이션, 중저속 디지털 절연, 그리고 높은 절연 전압과 입증된 장기 신뢰성이 가장 중요한 분야에서 강력한 위치를 유지합니다. 그들의 단순성과 견고성은 지속적인 관련성을 보장합니다.