EL4XXA-G 시리즈 4핀 DIP Form A 솔리드 스테이트 릴레이 데이터시트 - 60-600V 출력 - 550-50mA 부하 전류 - 할로겐 프리

1. 제품 개요

EL4XXA-G 시리즈는 4핀 DIP 패키지의 단극, 상시 개방(Form A) 솔리드 스테이트 릴레이(SSR)입니다. 이 소자는 AlGaAs 적외선 LED를 광학적으로 결합하여 광전 다이오드 어레이와 MOSFET으로 구성된 고전압 출력 검출 회로를 구동합니다. 이 설계는 1 Form A 전자기계식 릴레이(EMR)와 동등한 솔리드 스테이트 기능을 제공하며, 더 긴 수명, 무소음 동작, 기계적 충격 및 진동에 대한 저항력 등의 이점을 제공합니다. 이 시리즈는 표면 실장(SMD) 옵션으로 제공되며, 할로겐 프리 및 RoHS 표준을 준수합니다.

1.1 핵심 장점

• 높은 절연:입력과 출력 사이에 5000 Vrms의 절연을 제공하여 제어 회로의 안전성과 노이즈 내성을 향상시킵니다.
• 낮은 구동 전류:낮은 LED 턴온 전류(일반적으로 3-5mA)를 특징으로 하여 저전력 마이크로컨트롤러 출력과 호환됩니다.
• 넓은 전압 범위:이 시리즈는 60V(EL406A)에서 600V(EL460A)까지의 출력 내전압을 커버하여 다양한 AC/DC 부하 스위칭 응용에 적합합니다.
• 강력한 규정 준수:할로겐 프리 구조 및 UL 1577, UL 508, VDE, CQC를 포함한 주요 국제 안전 표준을 준수합니다.
• 넓은 온도 범위:-40°C에서 +85°C까지 안정적으로 동작하여 산업 및 가혹한 환경에 적합합니다.

1.2 목표 응용 분야

이 SSR은 신뢰할 수 있는 절연 스위칭이 필요한 응용 분야를 위해 설계되었습니다. 일반적인 사용 사례는 다음과 같습니다:

• 통신 장비:신호 라우팅 및 라인 카드 스위칭.
• 테스트 및 계측 장비:자동화 테스트 장비(ATE) 신호 스위칭.
• 공장 자동화(FA) & 사무 자동화(OA):센서, 솔레노이드 및 소형 모터 제어.
• 산업 제어 시스템:PLC 출력 모듈, 공정 제어 인터페이스.
• 보안 시스템:경보 패널 스위칭 및 출입 제어.

2. 기술 파라미터 분석

2.1 절대 최대 정격

다음 표는 영구적인 소자 손상을 방지하기 위해 초과해서는 안 되는 임계 한계를 요약합니다. 이는 동작 조건이 아닙니다.

• 입력 (LED 측):최대 순방향 전류(IF)는 50mA DC이며, 펄스 조건(0.1% 듀티 사이클)에서 피크 순방향 전류(IFP)는 1A입니다. 최대 역전압(VR)은 5V입니다.
• 출력 (스위치 측):내전압(VL)은 출력 MOSFET이 차단할 수 있는 최대 전압을 정의합니다. 모델에 따라 다릅니다: EL406A (60V), EL425A (250V), EL440A (400V), EL460A (600V). 연속 부하 전류(IL) 정격은 전압 정격이 증가함에 따라 감소하며, EL406A의 550mA에서 EL460A의 50mA까지 이르며, 이는 전압 처리 능력과 온 저항 사이의 트레이드오프를 반영합니다.
• 절연 & 열:절연 전압(Viso)은 5000 Vrms입니다. 소자는 -40°C에서 +125°C까지 저장 가능하며, -40°C에서 +85°C까지 동작 가능합니다. 솔더링 온도는 260°C에서 10초 동안 정격입니다.

2.2 전기-광학 특성

이 파라미터들은 일반적인 동작 조건(TA=25°C)에서 소자의 성능을 정의합니다.

• 입력 특성:순방향 전압(VF)은 IF=10mA에서 일반적으로 1.18V이며, 최대 1.5V입니다. 이 낮은 VF는 낮은 구동 전력 요구 사항에 기여합니다.
• 출력 특성 (핵심 차별화 요소):온 저항(Rd(ON))은 스위치 전체의 전력 손실 및 전압 강하에 영향을 미치는 중요한 파라미터입니다. 시리즈 전반에 걸쳐 크게 다릅니다:
  • EL406A: 일반 0.7Ω, 최대 2.5Ω
  • EL425A: 일반 6.5Ω, 최대 15Ω
  • EL440A: 일반 20Ω, 최대 30Ω
  • EL460A: 일반 40Ω, 최대 70Ω
  더 높은 전압 정격에서 증가하는 Rd(ON)은 MOSFET 설계의 기본 특성으로, 주어진 부하 전류에서 열 발생에 영향을 미칩니다.
• 스위칭 속도:광전 게이트 충전 메커니즘으로 인해 턴온 시간(Ton)은 상대적으로 느립니다(일반적으로 최대 3ms). 턴오프 시간(Toff)은 매우 빠릅니다(일반적으로 최대 0.5ms). 이 비대칭성은 타이밍에 민감한 응용에 중요합니다.
• 전달 특성:LED 턴온 전류(IF(on))는 출력 MOSFET을 완전히 켜는 데 필요한 최소 전류로, 일반적으로 3-5mA입니다. 턴오프 전류(IF(off))는 출력이 확실히 꺼지는 최대 전류로, 일반적으로 0.4mA입니다. 이는 입력 제어 논리 임계값을 정의합니다.

3. 성능 곡선 분석

특정 그래픽 데이터는 본문에 제공되지 않지만, 데이터시트는 일반적인 전기-광학 특성 곡선을 참조합니다. 파라미터를 기반으로 주요 관계를 추론할 수 있습니다:

• 온 저항 대 온도:MOSFET의 Rd(ON)은 양의 온도 계수를 가집니다. 접합 온도가 상승함에 따라 증가하여 고온에서 더 높은 도전 손실을 초래합니다. 적절한 열 설계는 특히 더 높은 전류 정격 모델(EL406A)에 필수적입니다.
• LED 순방향 전압 대 전류:VF 대 IF 곡선은 AlGaAs LED의 표준입니다. 온도 변화에 걸쳐 안정적인 동작을 위해 LED를 정전류(예: 10mA)로 구동하는 것이 권장됩니다.
• 출력 누설 전류 대 전압:오프 상태 누설 전류(Ileak)는 정격 전압에서 최대 1μA로 지정됩니다. 이 파라미터는 매우 높은 오프 상태 임피던스가 필요한 응용에 중요합니다.

4. 기계적 & 패키지 정보

4.1 패키지 치수 및 유형

이 시리즈는 다양한 PCB 조립 공정을 수용하기 위해 세 가지 주요 리드 형상 옵션을 제공합니다:

1. 표준 DIP 타입:기존의 웨이브 또는 핸드 솔더링을 위한 0.1인치(2.54mm) 행 간격의 스루홀 패키지.
2. 옵션 M 타입:더 넓은 리드 벤드를 가진 스루홀 패키지로, 더 큰 크리프 거리 또는 특정 PCB 레이아웃 요구 사항이 있는 응용을 위해 0.4인치(10.16mm) 행 간격을 제공합니다.
3. 옵션 S1 타입:로우 프로파일의 표면 실장 소자(SMD) 리드 형상. 이 옵션은 자동화 피크 앤 플레이스 조립 및 고밀도 PCB 설계에 필수적입니다.

4.2 극성 식별 및 마킹

핀 구성은 명확하게 정의됩니다:

• 핀 1: LED 애노드(+)
• 핀 2: LED 캐소드(-)
• 핀 3 & 4: MOSFET 드레인 단자(출력 스위치). 이들은 일반적으로 PCB에서 함께 연결되어 부하 전류를 처리합니다.

소자는 상단에 코드로 표시됩니다:EL [부품 번호] G YWWV.
예: "EL 460A G YWWV"는 EL460A, 할로겐 프리(G), 제조 연도(Y) 및 주차(WW), VDE 옵션(V)을 나타냅니다.

4.3 권장 SMD 패드 레이아웃

S1(표면 실장) 옵션의 경우, 신뢰할 수 있는 솔더링 및 기계적 강도를 보장하기 위해 특정 패드 레이아웃이 권장됩니다. 치수는 리플로우 중 적절한 솔더 필렛 형성 및 열 완화를 보장합니다.

5. 솔더링 & 조립 가이드라인

• 리플로우 솔더링 (S1 옵션):소자는 260°C의 피크 솔더링 온도에서 10초 동안 정격입니다. 표준 무연 리플로우 프로파일(IPC/JEDEC J-STD-020)이 적용 가능합니다. 프로파일이 최대 온도 또는 피크 온도에서의 시간을 초과하지 않도록 하십시오.
• 웨이브 솔더링 (DIP & M 옵션):표준 웨이브 솔더링 공정을 사용할 수 있습니다. 열 충격을 최소화하기 위해 예열을 권장합니다.
• 핸드 솔더링:온도 제어 납땜 인두를 사용하십시오. 패키지로의 과도한 열 전달을 방지하기 위해 접촉 시간을 제한하십시오.
• 세척:대부분의 일반적인 플럭스 세척 공정과 호환됩니다. 공격적인 용제를 사용하는 경우 호환성을 확인하십시오.
• 저장:지정된 온도 범위(-40°C ~ +125°C) 내에서 건조하고 정전기 방지 환경에 보관하십시오. 장기 저장의 경우, 일반적으로 SMD 부품에 대해 드라이팩 포장을 사용하는 수분 민감도 레벨(MSL) 지침을 따르십시오.

6. 포장 & 주문 정보

6.1 모델 번호 체계

부품 번호는 다음 형식을 따릅니다:EL4XXA(Y)(Z)-VG

• XX:출력 전압/전류 정격을 정의하는 부품 번호 (06, 25, 40, 60).
• Y:리드 형상 옵션 (표면 실장용 S1, 또는 표준 DIP용 공백).
• Z:테이프 및 릴 옵션 (TA, TB, TU, TD, 또는 튜브용 공백).
• V:VDE 안전 인증 옵션을 나타냅니다.
• G:할로겐 프리 구조를 나타냅니다.

6.2 포장 사양

• 튜브 포장:표준 DIP 및 옵션 M 타입은 100개 단위의 튜브로 공급됩니다.
• 테이프 & 릴 (S1 옵션):다른 릴 타입으로 제공됩니다:
  • TA, TB: 릴당 1000개.
  • TU, TD: 릴당 1500개.
  자동화 조립 장비 피더와의 호환성을 위해 상세한 테이프 치수(포켓 크기 A0, B, 피치 P0, P1 등)가 제공됩니다.

7. 응용 설계 고려사항

7.1 입력 회로 설계

입력 LED를 정전류원 또는 직렬 전류 제한 저항이 있는 전압원으로 구동하십시오. 저항 값을 다음 공식을 사용하여 계산하십시오: R = (Vcc - VF) / IF, 여기서 VF는 일반적으로 1.18V-1.5V이고 IF는 최적의 속도와 신뢰성을 위해 5mA와 20mA 사이에서 선택됩니다. 구동 회로가 최소 IF(on)(최대 5mA) 이상을 공급할 수 있는지 확인하여 출력이 완전히 켜지도록 보장하십시오. 내장된 5V 역전압 정격으로 인해 LED 양단에 역방향 보호 다이오드는 엄밀히 필요하지 않지만, 노이즈가 많은 환경에서 견고성을 위해 추가될 수 있습니다.

7.2 출력 회로 설계

전압 선택:부하의 피크 전압(DC 또는 AC) 및 모든 과도 현상 또는 서지를 포함하여 모델(EL406A, 425A, 440A, 460A)을 선택하십시오. 20-30%의 안전 감액을 권장합니다.
전류 및 전력 손실:핵심 설계 제약은 전력 손실과 열입니다. SSR에서 소산되는 전력(Pdiss)은 다음과 같이 계산됩니다: Pdiss = (IL^2 * Rd(ON)) + (IF * VF). 첫 번째 항이 지배적입니다. 예를 들어, EL406A를 최대 550mA 부하에서 일반 Rd(ON) 0.7Ω으로 동작시키면 약 212mW의 열이 발생합니다. 총 전력 손실(최대 Pout 500mW)이 초과되지 않도록 하고, 특히 더 높은 전류 모델의 경우 PCB가 적절한 열 완화를 제공하는지 확인하십시오.
유도성/ 용량성 부하:유도성 부하(릴레이, 솔레노이드, 모터)를 스위칭할 때, 스너버 회로(RC 네트워크) 또는 부하 양단에 플라이백 다이오드를 사용하여 소자의 VL 정격을 초과할 수 있는 전압 스파이크를 억제하십시오. 용량성 부하의 경우, 돌입 전류 제한을 고려하십시오.

7.3 열 관리

SSR에는 내부 방열판이 없습니다. 열은 리드를 통해 방출됩니다. 특히 핀 3과 4(출력)에 대해 PCB 패드에 충분한 구리 면적을 사용하여 방열판 역할을 하도록 하십시오. 높은 주변 온도 또는 연속 고전류 동작의 경우, 소자 온도가 동작 범위 내에 유지되도록 모니터링하십시오. 온 저항은 온도가 상승함에 따라 증가하여 자체 제한 효과를 생성하지만 성능도 감소시킵니다.

8. 기술 비교 & 선택 가이드

EL4XXA-G 시리즈는 명확한 트레이드오프 매트릭스를 제공합니다:

• EL406A (60V, 550mA):낮은 전압 강하 및 전력 손실이 중요한 저전압, 고전류 DC 스위칭(예: 12V/24V 시스템, 배터리 구동 장치)에 가장 적합한 선택입니다. 가장 낮은 Rd(ON)을 가집니다.
• EL425A (250V, 150mA) & EL440A (400V, 120mA):주류 AC 라인 전압 응용(120VAC, 240VAC)에서 표시등, 소형 솔레노이드와 같은 작은 부하를 스위칭하거나 더 큰 접촉기의 파일럿 장치로 사용하기에 이상적입니다. EL440A는 240VAC 시스템에 추가 여유를 제공합니다.
• EL460A (600V, 50mA):고전압 산업 응용 또는 상당한 전압 과도 현상이 있는 상황을 위해 설계되었습니다. 고전압 환경에서 신호 또는 매우 저전력 부하를 스위칭하는 데 적합합니다.

전자기계식 릴레이(EMR)와 비교:이 SSR은 움직이는 부품이 없으므로 접점 바운스, 아크 또는 사이클 수와 관련된 마모 메커니즘이 없습니다. 무소음으로 동작하며 진동에 영향을 받지 않습니다. 그러나 고유한 온 저항으로 인해 열 발생 및 전압 강하가 있으며, 일반적으로 비교 가능한 EMR보다 낮은 전류 정격 및 암페어당 더 높은 비용을 가집니다.

다른 SSR과 비교:광전 MOSFET 결합 방식은 출력 측에 외부 바이어스 공급이 필요 없이(포토트랜지스터 또는 포토트라이액 커플러와 달리) 매우 높은 절연 및 깨끗한 스위칭을 제공합니다. 턴온 속도는 다른 일부 옵토-MOSFET보다 느리지만 대부분의 제어 응용에 충분합니다.

9. 자주 묻는 질문 (FAQ)

Q1: 이 SSR을 사용하여 AC 부하를 직접 스위칭할 수 있습니까?
A1: 예, 하지만 중요한 주의 사항이 있습니다. 출력은 한 쌍의 MOSFET입니다. 대부분의 MOSFET에는 고유한 바디 다이오드가 있습니다. 표준 구성에서 이 SSR은 꺼져 있을 때 양극성의 전압을 차단할 수 있지만, 켜져 있을 때는 한 방향으로만 전류를 전도할 수 있습니다(다이오드처럼). 진정한 AC 부하 스위칭을 위해서는 두 개의 소자가 역직렬(백투백)로 구성되어야 합니다. 일부 SSR은 내부적으로 이 구성을 가지고 있지만, EL4XXA-G 데이터시트는 단일 MOSFET 회로도를 보여주며, 이는 DC 또는 단방향 스위칭용임을 나타냅니다. AC 응용에 대한 특정 모델의 능력을 확인하십시오.

Q2: 턴온 시간이 턴오프 시간보다 훨씬 느린 이유는 무엇입니까?
A2: 턴온 시간은 광전 다이오드 어레이가 출력 MOSFET의 게이트 커패시턴스를 임계 전압까지 충전할 수 있는 충분한 전류를 생성하는 속도에 의해 제한됩니다. 이는 상대적으로 느리고 전류 제한된 과정입니다. 턴오프는 내부 회로를 통해 게이트를 방전시키기만 하면 되므로 빠릅니다.

Q3: "펄스 부하 전류" 정격을 어떻게 해석해야 합니까?
A3: 펄스 부하 전류(ILPeak)는 매우 짧은 지속 시간(100ms, 단일 펄스) 동안 처리할 수 있는 더 높은 전류입니다. 이는 램프 또는 모터의 돌입 전류를 처리하는 데 유용합니다. 연속 또는 반복적인 펄스 동작에는 이 정격을 사용하지 마십시오. 반복적인 펄스의 경우 평균 전력 손실이 Pout 한도 내에 유지되어야 합니다.

Q4: 외부 방열판이 필요합니까?
A4: 일반적으로 정격 조건 하의 DIP 패키지에는 필요하지 않습니다. 주요 방열판은 PCB 구리입니다. 특히 EL406A의 경우 최대 부하 전류에서 연속 동작을 위해 열을 방출하기 위해 출력 핀에 연결된 충분한 구리 면적(예: 수 평방 센티미터)을 PCB가 가지고 있는지 확인하십시오. 제한된 공간 또는 높은 주변 온도에서는 열 분석을 권장합니다.

10. 설계 적용 사례 연구 예시

시나리오:정상 상태 전류 200mA의 24VDC 유도성 부하(소형 솔레노이드 밸브)를 스위칭해야 하는 PLC용 디지털 I/O 모듈 설계. 환경은 산업적으로 노이즈가 많습니다.

부품 선택:EL406A는 60V 정격(24VDC보다 훨씬 높음)과 낮은 온 저항으로 선택되었습니다. 200mA에서 일반적인 전압 강하는 200mA * 0.7Ω = 0.14V에 불과하며, 전력 손실은 (0.2^2)*0.7 = 0.028W로 무시할 수 있습니다.

입력 회로:PLC의 디지털 출력은 24VDC입니다. 직렬 저항을 계산합니다: R = (24V - 1.3V) / 0.01A = 2270Ω. 표준 2.2kΩ 저항이 선택되어 IF ≈ 10.3mA를 제공하며, 이는 최대 IF(on) 5mA보다 안전하게 높습니다.

출력 회로:플라이백 다이오드(1N4007)가 솔레노이드 코일 양단에 직접 배치되어 유도성 킥백 전압을 클램핑하고 EL406A의 출력을 보호합니다. 다이오드 캐소드는 양극 공급에 연결되고, 애노드는 SSR 출력/부하 연결에 연결됩니다.

PCB 레이아웃:핀 3과 4는 열 방출을 돕기 위해 PCB의 큰 구리 영역에 연결되지만, 이 경우 발생하는 열은 최소입니다. 입력 및 출력 트레이스는 좋은 절연을 유지하기 위해 분리되어 있습니다.

이 설계는 소형 전자기계식 릴레이에 비해 견고하고 수명이 길며 무소음 스위칭 솔루션을 제공합니다.

11. 동작 원리

EL4XXA-G는 광학 절연 및 광전 구동 원리로 동작합니다. 입력 AlGaAs 적외선 LED에 순방향 전류가 인가되면 빛을 방출합니다. 이 빛은 출력 측의 광전 다이오드 어레이에 의해 감지됩니다. 이 어레이는 조명될 때 작은 전압(광전 효과)을 생성합니다. 이 생성된 전압은 하나 이상의 파워 MOSFET의 게이트에 직접 인가되어 MOSFET을 켜고 출력 핀(3 & 4) 사이에 낮은 저항 경로를 생성합니다. LED 전류가 제거되면 빛이 멈추고, 광전 전압이 붕괴되며, MOSFET 게이트가 방전되어 출력이 꺼집니다. 이 메커니즘은 빛만이 절연 장벽을 통과하기 때문에 저전압 제어 회로와 고전압 부하 회로 사이에 완전한 갈바닉 절연을 제공합니다.

12. 기술 동향

솔리드 스테이트 릴레이는 EL4XXA-G의 기술과 관련된 몇 가지 주요 방향으로 계속 발전하고 있습니다:

• 더 낮은 온 저항 (Rd(ON)):MOSFET 및 패키징 기술의 발전으로 주어진 전압 정격 및 패키지 크기에 대한 Rd(ON)이 꾸준히 감소하여 더 작은 공간에서 더 높은 전류 스위칭과 더 낮은 손실을 가능하게 합니다.
• 더 높은 통합:입력 측 드라이버(정전류원, 논리 레벨 변환기) 및 출력 측 보호 기능(과전압 클램프, 과열 셧다운)을 SSR 패키지에 통합하는 추세로, 외부 회로를 단순화합니다.
• 향상된 열 성능:노출된 열 패드(예: 하단 패드가 있는 DIP 패키지)를 가진 새로운 패키지 설계는 PCB로의 훨씬 더 효율적인 열 전달을 허용하여 동일한 실리콘에 대한 연속 전류 정격을 크게 증가시킵니다.
• 더 넓은 전압 범위:더 높은 전압(1kV+)을 차단할 수 있는 소자는 재생 에너지 및 전기 자동차 응용의 추진으로 컴팩트 패키지에서 더 일반화되고 있습니다.
• 안전 및 규정 준수에 초점:EL4XXA-G와 마찬가지로, 최신 국제 안전 표준(UL, VDE, CQC), 환경 규정(할로겐 프리, RoHS) 및 신뢰성을 위한 자동차 등급 인증을 충족하는 데 점점 더 중점을 두고 있습니다.

EL4XXA-G 시리즈는 광전 MOSFET SSR 기술의 성숙하고 신뢰할 수 있는 구현을 나타내며, 안전하고 절연되며 신뢰할 수 있는 저-중전력 스위칭이 필요한 광범위한 산업 및 상업 제어 응용에 매우 적합합니다.