EL121N 시리즈 포토커플러 데이터시트 - 4핀 SOP 패키지 - 2.0mm 프로파일 - 3750Vrms 절연 - CTR 50-400%

1. 제품 개요

EL121N 시리즈는 신호 절연 및 전송을 위해 설계된 적외선 광전자 부품군을 나타냅니다. 핵심적으로는 갈륨 비소 적외선 발광 다이오드(IRED)가 실리콘 NPN 포토트랜지스터에 광학적으로 결합되어 있으며, 모두 컴팩트한 표면 실장형 4핀 SOP 패키지 내에 장착되어 있습니다. 주요 기능은 두 회로 간에 높은 전기적 절연을 유지하면서 전기 신호를 전송하여 노이즈, 그라운드 루프 및 전압 스파이크가 한쪽에서 다른 쪽으로 전파되는 것을 방지하는 것입니다.

이 장치는 제한된 공간에서 신뢰할 수 있는 절연이 필요한 응용 분야를 위해 설계되었습니다. 2.0mm의 낮은 프로파일은 현대적인 고밀도 PCB 설계에 적합합니다. 이 시리즈의 핵심 설계 철학은 할로겐 프리, 무연(Pb-free), RoHS 및 EU REACH 지침 준수를 포함한 글로벌 환경 및 안전 표준 준수입니다. 또한, UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO와 같은 중요한 국제 안전 인증을 획득하여 전 세계 상업 및 산업 장비에서의 신뢰성과 적합성을 강조합니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 이 한계에서 또는 그 이하에서의 동작은 보장되지 않습니다.

• 입력 (LED 측):순방향 전류(I_F)는 연속 50mA로 정격됩니다. 1마이크로초 동안 1A의 짧은 피크 순방향 전류(I_FP)는 허용되며, 이는 펄스 동작과 관련이 있습니다. 최대 역방향 전압(V_R)은 6V로, 적절한 극성 보호의 필요성을 강조합니다.
• 출력 (트랜지스터 측):컬렉터 전류(I_C)는 50mA로 정격됩니다. 컬렉터-이미터 전압(V_CEO)은 80V인 반면, 이미터-컬렉터 전압(V_ECO)은 7V에 불과하여 포토트랜지스터의 항복 특성의 비대칭적 성질을 강조합니다.
• 전력 및 열적 특성:총 장치 전력 소산(P_TOT)은 200mW입니다. 별도의 디레이팅 계수가 제공됩니다: 주변 온도 100°C 이상에서 입력(LED)에 대해 2.9 mW/°C, 주변 온도 70°C 이상에서 출력(트랜지스터)에 대해 3.7 mW/°C. 이는 고온 환경에서의 열 관리에 중요합니다.
• 절연 및 환경:절연 전압(V_ISO)은 핀 1-2를 함께 단락하고 핀 3-4를 함께 단락하여 테스트 시 1분 동안 3750 V_rms입니다. 동작 온도 범위는 -55°C ~ +110°C이며, 저장 온도는 -55°C ~ +125°C까지입니다.

2.2 전기-광학 특성

이 파라미터들은 정상 동작 조건(Ta=25°C, 별도 명시 없는 경우)에서 장치의 성능을 정의합니다.

• 입력 특성:순방향 전압(V_F)은 테스트 전류 20mA에서 일반적으로 1.2V이며, 최대 1.4V입니다. 이 낮은 전압은 저전력 논리 인터페이스 회로에 유리합니다. 역방향 누설 전류(I_R)는 4V에서 최대 10µA입니다.
• 출력 특성:컬렉터-이미터 암전류(I_CEO), 즉 LED가 꺼진 상태에서의 누설 전류는 V_CE=20V에서 최대 100nA입니다. 항복 전압(BV_CEO=80V,BV_ECO=7V)은 정격을 확인시켜 줍니다.
• 전달 특성:이는 장치 사양의 핵심입니다.
  • 전류 전달율(CTR):이는 출력 컬렉터 전류 대 입력 LED 순방향 전류의 비율로, 백분율로 표시됩니다. EL121N 시리즈는등급/빈닝 시스템:
    • 을 제공합니다: EL121N (표준):I_F=5mA, V_CE=5V에서 CTR 범위 50% ~ 400%.
    • EL121N B:130% ~ 260%의 더 좁은 빈.
    • EL121N C:200% ~ 400%의 고성능 빈.
    • EL121N BC:130% ~ 400%를 포괄하는 넓은 빈.
    이 빈닝을 통해 설계자는 필요한 이득과 일관성을 기반으로 부품을 선택하여 회로 성능과 비용을 최적화할 수 있습니다.
  • 포화 전압(V_CE(sat)):I_F=20mA로 구동되고 I_C=1mA로 로드될 때 일반적으로 0.1V(최대 0.2V)입니다. 이 낮은 값은 디지털 스위칭 응용 분야에 탁월하여 전압 손실을 최소화합니다.
  • 절연 저항(R_IO):최소 5 x 10¹⁰Ω, 이는 극히 높은 DC 절연 저항을 나타냅니다.
  • 스위칭 속도:상승 시간(t_r)은 지정된 테스트 조건(Vt_f=2V, I_CE=2mA, R_C=100Ω)에서 일반적으로 6µs(최대 18µs)이고, 하강 시간(_L)은 일반적으로 8µs(최대 18µs)입니다. 이는 중속 디지털 신호 전송을 위한 장치의 능력을 정의합니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트는 일반적인 전기-광학 특성 곡선을 참조합니다. 특정 그래프는 텍스트로 재현되지 않지만, 설계에 중요한 다음 관계를 일반적으로 포함합니다:

• CTR 대 순방향 전류(I_F):CTR는 일정하지 않으며, 일반적으로 I_F가 증가함에 따라 감소합니다. 설계자는 LED를 과구동하지 않으면서 원하는 이득을 제공하는 동작점을 선택하기 위해 이 곡선을 참조해야 합니다.
• CTR 대 주변 온도(T_a):포토커플러의 CTR는 음의 온도 계수를 가지며, 온도가 증가함에 따라 감소합니다. 이 곡선은 의도된 동작 온도 범위에서 회로 안정성을 보장하는 데 중요합니다.
• 컬렉터 전류 대 컬렉터-이미터 전압(I_C-V_CE):이 출력 특성 곡선은 포토트랜지스터가 선형(능동) 영역과 포화 영역에서 동작하는 것을 보여주며, 베이스 전류 대신 I_F를 제어 파라미터로 사용한다는 점을 제외하면 표준 바이폴라 트랜지스터와 유사합니다.
• 순방향 전압 대 순방향 전류(V_F-I_F):이 LED 특성은 전류 제한 구동 회로를 설계하는 데 중요합니다.

데이터시트의 그림 10은 저항성 부하(Rt_on, t_off, t_r, t_f)와 정의된 입력 펄스를 사용하여 스위칭 시간(_L)을 측정하기 위한 표준 테스트 회로 및 파형 정의를 제공합니다.

4. 기계적, 패키지 및 조립 정보

4.1 핀 구성 및 패키지 치수

4핀 SOP 패키지는 명확한 핀아웃을 가지고 있습니다: 1. 적외선 LED의 애노드(A) 2. 적외선 LED의 캐소드(K) 3. 포토트랜지스터의 이미터(E) 4. 포토트랜지스터의 컬렉터(C)

1. 적외선 LED의 애노드(A)
2. 적외선 LED의 캐소드(K)
3. 포토트랜지스터의 이미터(E)
4. 포토트랜지스터의 컬렉터(C)

패키지 도면은 본체 크기, 리드 간격 및 전체 높이를 포함한 정확한 치수를 제공하여 2.0mm 프로파일을 확인시켜 줍니다. 신뢰할 수 있는 솔더링 및 표면 실장 조립 중 기계적 안정성을 보장하기 위해 권장 PCB 랜드 패턴(패드 레이아웃)도 제공됩니다.

4.2 솔더링 및 조립 가이드라인

이 장치는 최대 솔더링 온도(T_SOL) 260°C에서 10초 동안 정격됩니다. 또한, IPC/JEDEC J-STD-020D를 준수하는 상세한 리플로우 솔더링 프로파일이 제공됩니다. 이 프로파일의 주요 파라미터는 다음과 같습니다:

• 예열:60-120초 동안 150°C에서 200°C.
• 액상선(217°C) 이상 시간:60-100초.
• 피크 온도:최대 260°C.
• 피크 온도 ±5°C 내 시간:최대 30초.
• 최대 리플로우 횟수:3회.

패키지 균열, 박리 또는 내부 다이 및 와이어 본드 손상을 방지하기 위해 이 프로파일을 준수하는 것이 필수적입니다.

5. 주문, 포장 및 마킹

5.1 부품 번호 체계

부품 번호는 다음 형식을 따릅니다:EL121N(X)(Y)-V

• EL121N:기본 장치 번호.
• X:CTR 등급 (B, C, BC 또는 표준 등급의 경우 공백).
• Y:테이프 및 릴 옵션 (공급 방향이 다른 TA 또는 TB).
• -V:VDE 인증 포함을 나타내는 선택적 접미사.

예: EL121NBC-TA, EL121NC-TB-V.

5.2 포장 사양

장치는 자동화 조립을 위해 테이프 및 릴로 공급됩니다. 테이프 치수(폭, 포켓 크기, 피치) 및 릴 사양이 상세히 제공됩니다. TA 및 TB 옵션 모두 릴당 3000개 단위를 포함합니다.

5.3 장치 마킹

각 장치는 상단에 레이저 또는 잉크 코드로 표시됩니다:EL 121N RYWWV

• EL:제조사 코드.
• 121N:장치 번호.
• R:CTR 등급 코드 (예: B 또는 C).
• Y:1자리 연도 코드.
• WW:2자리 주 코드.
• V:VDE 인증 마크 존재 여부.

이 마킹을 통해 장치 유형의 추적성 및 검증이 가능합니다.

6. 응용 노트 및 설계 고려사항

6.1 대표적인 응용 분야

EL121N 시리즈는 광범위한 절연 및 인터페이스 요구 사항에 적합합니다:

• 스위치 모드 전원 공급 장치(SMPS):DC-DC 컨버터에서 피드백 절연을 제공하며, 1차 측과의 안전 절연을 유지하면서 출력 전압을 조절하는 데 중요합니다.
• 산업 제어 시스템:저전압 논리 컨트롤러(PLC)와 고전압/고전류 산업용 액추에이터 또는 센서 간의 인터페이스로, 그라운드 루프 노이즈를 방지합니다.
• 통신 장비:모뎀, 라우터 또는 라인 카드 인터페이스에서 신호 라인을 절연하거나 갈바닉 절연을 제공합니다.
• 일반 회로 절연:서로 다른 그라운드 전위 또는 임피던스를 가진 회로 간에 신호 전송이 필요한 모든 응용 분야.

6.2 핵심 설계 고려사항

• CTR 열화:포토커플러의 CTR는 시간이 지남에 따라 열화될 수 있으며, 특히 높은 LED 전류와 고온에서 동작할 때 더욱 그렇습니다. LED 전류를 디레이팅하고 초기 CTR이 최소 요구 사항보다 훨씬 높은 부품을 선택하면 수명 마진을 제공할 수 있습니다.
• 속도 대 전류 트레이드오프:스위칭 속도는 더 높은 LED 구동 전류로 향상되지만, 더 높은 전력 소비와 잠재적 가속화된 노화를 초래합니다. 테스트 조건(I_F=10mA 일반)은 기준을 제공합니다; 더 빠른 속도를 위해서는 더 높은 I_F가 필요할 수 있습니다.
• 부하 저항 선택:부하 저항(R_L, 컬렉터 측)의 값은 스위칭 속도와 출력 전압 스윙 모두에 영향을 미칩니다. 더 작은 R_L는 속도를 향상시키지만 이득과 출력 전압 범위를 감소시킵니다.
• 노이즈 내성:디지털 응용 분야의 경우, 수신기 회로를 설계하여 포토트랜지스터의 켜짐 및 꺼짐 상태를 명확히 구분함으로써 충분한 "노이즈 마진"을 확보하는 것이 핵심입니다.
• 절연 크리피지 및 클리어런스:PCB 레이아웃을 설계할 때, 입력과 출력 측 트레이스 사이에 지정된 크리피지 및 클리어런스 거리(3750V_rms 정격에 의해 암시됨)를 유지하여 절연 무결성을 보존해야 합니다.

7. 기술 비교 및 포지셔닝

포토트랜지스터 출력 포토커플러 시장 내에서 EL121N 시리즈는 몇 가지 주요 속성을 통해 자리매김합니다:

• 패키지:4핀 SOP는 기존의 4핀 DIP 패키지보다 더 컴팩트한 공간을 차지하면서도 초소형 4핀 패키지보다 취급 및 솔더링이 용이하여 크기와 제조 가능성 사이의 균형을 맞춥니다.
• CTR 빈닝:여러 개의 명확히 정의된 CTR 등급(B, C, BC)을 제공하여 일반 부품에서는 항상 사용할 수 없는 유연성을 제공하고 최적화된 설계를 가능하게 합니다.
• 포괄적인 인증:단일 부품에 UL, cUL, VDE 및 북유럽 SEMKO/NEMKO/DEMKO/FIMKO 인증이 축적되어 엄격한 안전 요구 사항을 가진 글로벌 시장을 대상으로 하는 제품의 부품 선택 과정을 단순화합니다.
• 성능 균형:최대 400%의 CTR, 0.2V 미만의 포화 전압, 마이크로초 범위의 스위칭 시간을 통해 단순한 온/오프 신호부터 PWM 피드백까지 광범위한 아날로그 및 디지털 절연 작업에 적합한 균형 잡힌 성능을 제공합니다.

8. 자주 묻는 질문 (FAQ)

8.1 TA와 TB 테이프 옵션의 차이점은 무엇인가요?

주요 차이점은 릴에서의공급 방향입니다. TA와 TB는 캐리어 테이프에서 구성 요소 포켓의 방향이 다릅니다. 설계자는 특정 픽 앤 플레이스 머신의 피더 시스템이 요구하는 방향에 따라 올바른 옵션을 지정해야 합니다. 둘 다 3000개 단위를 포함합니다.

8.2 B, C, BC CTR 등급 중 어떻게 선택해야 하나요?

회로의 이득 요구 사항과 일관성 요구 사항에 따라 선택하십시오.

• 고감도가 필요하거나 구동 회로가 낮은 LED 전류만 공급할 수 있는 응용 분야에는C 등급(200-400%)을 사용하십시오.
• 모든 단위에서 예측 가능한 성능을 위해 적절하고 엄격하게 제어된 이득이 필요한 응용 분야에는B 등급(130-260%)을 사용하십시오.
• 회로 설계가 피드백을 사용하거나 덜 중요한 신호 레벨을 통해 CTR의 더 넓은 변동을 허용할 수 있는 비용 민감한 응용 분야에는표준(50-400%)또는BC(130-400%)등급을 사용하십시오.

8.3 이 장치를 아날로그 신호 절연에 사용할 수 있나요?

예, 하지만 중요한 주의 사항이 있습니다. 포토트랜지스터의 비선형성, CTR의 온도 의존성 및 고유한 장치 간 변동으로 인해 전용 선형 포토커플러(포토다이오드와 연산 증폭기를 포함)에 비해 고정밀 아날로그 절연에는 덜 이상적입니다. 낮은 정밀도의 아날로그 신호 또는 외부 선형화 및 온도 보상을 사용하는 회로에서는 효과적으로 사용될 수 있습니다.

8.4 절연 전압 테스트(핀 1-2를 3-4에 단락)의 목적은 무엇인가요?

이 테스트는 패키지의 입력(LED)과 출력(포토트랜지스터) 섹션 사이의 내부 절연 장벽의 무결성을 검증합니다. 각 측의 핀을 단락하면 테스트 전압이 전체 절연 경계에 걸쳐 적용되어 몰드 컴파운드를 통과하거나 리드 프레임을 따라 잠재적인 항복 경로가 있는지 확인합니다.