ELM4XXA 시리즈 솔리드 스테이트 릴레이 데이터시트 - 4핀 SOP 패키지 - 400V/600V 부하 전압 - 120mA/50mA 부하 전류

1. 제품 개요

ELM4XXA 시리즈는 컴팩트한 4핀 SOP(소형 아웃라인 패키지)에 패키징된 단일 채널, 노멀리 오픈(1 Form A) 솔리드 스테이트 릴레이(SSR) 제품군입니다. 이 장치는 높은 신뢰성, 빠른 스위칭, 낮은 전력 소모가 요구되는 공간 제약이 있는 애플리케이션에서 전자기계식 릴레이(EMR)를 대체하도록 설계되었습니다. 핵심 기술은 AlGaAs 적외선 LED가 광전지 다이오드 어레이에 광학적으로 결합되어 출력 MOSFET의 게이트를 구동함으로써 저전압 제어 회로와 고전압 부하 회로 사이에 전기적 절연을 제공하는 방식입니다.

1.1 핵심 장점 및 타겟 시장

ELM4XXA 시리즈의 주요 장점은 솔리드 스테이트 구조에서 비롯됩니다. 주요 이점으로는 무소음 동작, 접점 바운스 없음, 긴 수명, 충격 및 진동 저항력이 있습니다. 낮은 LED 동작 전류는 마이크로컨트롤러나 논리 게이트와 같은 제어 회로의 부담을 최소화합니다. 이 시리즈는 소형화, 에너지 효율성, 신뢰성이 가장 중요한 현대 전자 장비에 특히 적합합니다.

주요 애플리케이션:이 릴레이 시리즈는 통신 교환 장비, 계측 및 시험 장비, 공장 자동화(FA) 및 사무 자동화(OA) 장비, 산업 제어 시스템, 보안 시스템에서 사용하도록 설계되었습니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

ELM4XXA 시리즈의 성능은 전기적, 광학적, 열적 파라미터의 포괄적인 세트로 정의됩니다. 이러한 사양을 이해하는 것은 적절한 회로 설계와 신뢰할 수 있는 동작에 매우 중요합니다.

2.1 절대 최대 정격

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

• 입력 (LED 측):최대 순방향 전류(I_F)는 50 mA DC입니다. 펄스 조건(100 Hz, 듀티 사이클 0.1%)에서 피크 순방향 전류(I_FP) 1 A가 허용됩니다. 최대 역방향 전압(V_R)은 5 V입니다.
• 출력 (MOSFET 측):내전압(V_L)은 두 가지 주요 변형을 구분합니다: ELM440A는 400 V, ELM460A는 600 V입니다. 이에 따라 최대 연속 부하 전류(I_L)는 400V 버전은 120 mA, 600V 버전은 50 mA입니다. 짧은 시간 동안(100 ms 단일 펄스) 더 높은 펄스 부하 전류가 허용됩니다.
• 절연:이 장치는 높은 절연 내압(V_iso) 3750 V_rms(1분간)을 제공하여 입력과 출력 사이의 안전성과 노이즈 내성을 보장합니다.
• 열적:동작 주변 온도 범위는 -40°C ~ +85°C입니다. 장치 전체 전력 소산(P_T)은 550 mW를 초과해서는 안 됩니다.

d(ON)

이 파라미터들은 T_A= 25°C에서 지정되며, 정상 조건에서 장치의 동작 특성을 정의합니다.

• 입력 특성:LED 순방향 전압(V_F)은 I_F= 10 mA에서 일반적으로 1.18V(최대 1.5V)입니다. 이 낮은 V_F는 낮은 전력 소모에 기여합니다.
• 출력 특성:중요한 파라미터는 온-저항(R_d(ON))입니다. ELM440A의 경우 일반적으로 20 Ω(최대 30 Ω), ELM460A의 경우 일반적으로 40 Ω(최대 70 Ω)입니다. 이 저항은 릴레이가 도통 상태일 때 전압 강하와 전력 손실에 직접적인 영향을 미칩니다. 오프 상태 누설 전류(I_leak)는 1 μA 미만으로 보장되어 릴레이가 열려 있을 때 전력 손실을 최소화합니다.
• 전달 특성:이는 입력과 출력 간의 관계를 정의합니다. 최대 부하에서 출력 MOSFET을 완전히 활성화시키는 데 필요한 LED 턴-온 전류(I_F(on))는 매우 낮으며, 일반적으로 1 mA(최대 5 mA)입니다. LED 턴-오프 전류(I_F(off))는 출력이 확실히 꺼짐을 보장하는 최대 입력 전류(I_L≤ 1 μA)로, 일반적으로 0.6 mA입니다.
• 스위칭 속도:턴-온 시간(T_on)과 턴-오프 시간(T_off)은 밀리초 미만 범위입니다. 표준 테스트 조건(I_F=10mA, I_L=MAX, R_L=200Ω)에서 T_on은 일반적으로 0.1 ms, T_off은 일반적으로 0.2 ms입니다. 이는 대부분의 EMR보다 훨씬 빠릅니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트는 주요 파라미터가 동작 조건에 따라 어떻게 변하는지 보여주는 여러 그래프를 제공하며, 이는 감액 설계와 견고한 설계에 필수적입니다.

3.1 열 감액

그림 1: 부하 전류 대 주변 온도는 주변 온도가 증가함에 따라 최대 연속 부하 전류의 필요한 감액을 보여줍니다. ELM440A와 ELM460A 모두 25°C에서 정격값으로부터 약 100-120°C에서 0까지 선형적으로 부하 전류를 감소시켜야 합니다. 이 곡선은 장치의 전체 전력 소산(I_L²* R_d(ON))이 고온에서 한계를 초과하지 않도록 보장하는 데 중요합니다.

3.2 온-저항 및 스위칭 시간 변화

그림 2: 온-저항 대 주변 온도는 R_d(ON)이 온도에 따라 증가함을 나타냅니다. ELM460A의 경우, R_d(ON)은 25°C에서 100°C까지 50% 이상 증가할 수 있습니다. 이는 고온에서의 전압 강하 계산에 고려되어야 합니다.

그림 3: 스위칭 시간 대 주변 온도는 T_on과 T_off모두 온도가 낮아짐에 따라, 특히 0°C 이하에서 적당히 증가함을 보여줍니다. 저온 환경에서 동작하는 회로의 설계자는 약간 느려진 스위칭을 고려해야 합니다.

3.3 입력/출력 관계

그림 4 & 5: 스위칭 시간 대 LED 순방향 전류는 LED 구동 전류(I_F)를 증가시키면 턴-온 및 턴-오프 시간이 크게 감소함을 보여줍니다. 이를 통해 설계자는 스위칭 속도와 입력 전력 소모 사이에서 트레이드오프를 할 수 있습니다. LED를 10 mA 대신 20-30 mA로 구동하면 스위칭 시간을 절반 이상 줄일 수 있습니다.

그림 6 & 7: 정규화된 LED 동작 전류 대 온도는 출력을 켜는 데 필요한 I_F(on)이 온도 상승에 따라 감소하는 반면, I_F(off)(출력이 꺼지는 지점)는 증가함을 보여줍니다. 고온에서 이 동작 창이 좁아지는 현상은 마진 설계 시 고려되어야 합니다.

4. 기계적 및 패키지 정보

4.1 핀 구성 및 회로도

이 장치는 표준 4핀 SOP 풋프린트를 사용합니다.

• 핀 1: LED 애노드
• 핀 2: LED 캐소드
• 핀 3 & 4: MOSFET 출력 (소스와 드레인 연결; 내부 회로는 이들이 SPST 스위치로 동작하도록 연결되어 있음을 보여줍니다).

회로도는 구조를 확인시켜 줍니다: 적외선 LED가 광전지 셀 어레이를 구동하여 출력 MOSFET의 게이트를 바이어스할 충분한 전압을 생성하여 MOSFET을 켭니다.

4.2 패키지 치수 및 마킹

패키지 본체 크기는 약 4.59mm x 3.81mm이며 높이는 1.73mm(최대)입니다. 리드 피치는 2.54mm입니다. 신뢰할 수 있는 솔더링과 기계적 안정성을 보장하기 위해 권장 PCB 랜드 패턴(패드 레이아웃)이 제공됩니다. 장치 상단에는 제조사 로고, 부품 번호(예: M440A), 제조 연도/주, VDE 승인 버전의 경우 선택적 'V'를 나타내는 코드가 마킹되어 있습니다.

5. 솔더링 및 조립 가이드라인

이 장치는 리플로우 솔더링 공정을 사용한 표면 실장 조립을 위해 설계되었습니다. 솔더링 온도의 절대 최대 정격은 260°C에서 10초입니다. 이는 일반적인 무연(Pb-free) 리플로우 프로파일과 일치합니다. 설계자는 툼스토닝을 방지하고 적절한 솔더 조인트 형성을 보장하기 위해 권장 패드 레이아웃을 따라야 합니다. 이 장치는 할로겐 프리, 무연, RoHS 지침을 준수하여 환경 친화적인 제조에 적합합니다.

6. 주문 정보 및 포장

부품 번호는 ELM4XXA(X)-VG 구조를 따릅니다.

• 4XXA:부품 번호 코어 (400V는 440A, 600V는 460A).
• (X):테이프 및 릴 옵션. 'TA' 또는 'TB'는 서로 다른 릴 사양을 나타냅니다. 생략된 경우, 부품은 100개 단위의 튜브로 공급됩니다.
• -V:VDE 승인 단위를 나타내는 선택적 접미사.
• -G:할로겐 프리 규정 준수를 나타냅니다.

표준 SMD 버전(튜브 팩)은 100개를 포함합니다. 테이프 및 릴 옵션은 릴당 3000개를 포함합니다.

7. 애플리케이션 제안 및 설계 고려사항

7.1 대표적인 애플리케이션 시나리오

ELM4XXA는 중간 전압, 낮은 전류의 신호나 부하를 스위칭하는 데 이상적입니다. 예시는 다음과 같습니다:

• 시험 장비에서 아날로그 또는 디지털 신호 라인 절연.
• 산업 제어에서 히터 요소 또는 소형 솔레노이드 스위칭.
• 전원 공급 장치나 모터 드라이브에서 절연된 제어 입력 제공.
• 보안 패널에서 저전압 논리와 고전압 주변 회로 사이의 인터페이스.

7.2 핵심 설계 고려사항

• 입력 구동 회로:LED와 항상 직렬 저항을 사용하여 전류를 제한해야 합니다. 저항 값은 (공급 전압 - V_F) / 원하는 I_F로 계산됩니다. 신뢰할 수 있는 턴-오프를 보장하기 위해, 제어 회로는 LED 캐소드를 애노드 전압에 매우 가깝게 당겨서 출력을 실수로 켤 수 있는 누설 전류를 최소화해야 합니다.
• 출력 부하 고려사항:이 릴레이는 DC 부하 스위칭을 위해 설계되었습니다. AC 부하의 경우 추가 보호(스너버 네트워크 등)가 필요하며, 전압 정격은 RMS가 아닌 피크 전압을 나타냅니다. 부하 전류는 예상 최대 주변 온도에 따라 그림 1에 따라 감액되어야 합니다. 온 상태에서의 전력 소산(I_L²* R_d(ON))은 동작 온도(그림 2의 R_d(ON) 사용)에서 계산되어 P_out.
• 을 초과하지 않도록 해야 합니다.열 관리:
• 패키지가 작지만, 핀 주변(특히 핀 3과 4)에 충분한 PCB 구리 면적을 확보하면 열을 발산시키고 전류 처리 능력과 수명을 향상시키는 데 도움이 됩니다.전압 마진:_L신뢰할 수 있는 장기 동작을 위해, 출력에 걸리는 정상 상태 전압(V

)은 정격 내전압(400V 또는 600V) 아래에 충분한 마진을 두어야 하며, 특히 전압 서지가 있는 환경에서 더욱 그렇습니다.

8. 기술 비교 및 차별화

기존의 전자기계식 릴레이(EMR)와 비교하여, ELM4XXA는 우수한 수명(수십억 사이클 대 수백만 사이클), 더 빠른 스위칭, 무소음 동작, 더 나은 충격/진동 저항력을 제공합니다. 트랜지스터 출력을 가진 다른 SSR이나 광커플러와 비교하여, MOSFET 출력은 더 낮은 온-저항을 제공하며 최소의 오프셋 전압으로 AC 및 DC 부하를 모두 스위칭할 수 있습니다. 4핀 SOP 패키지는 이러한 전압 및 전류 정격을 가진 SSR 중에서 가장 작은 패키지 중 하나로, 상당한 공간 절약을 제공합니다. 주요 국제 안전 기관(UL, cUL, VDE 등)의 인증 포함은 글로벌 시장을 위한 최종 제품 인증을 단순화합니다.

9. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

9.1 이 릴레이는 AC 부하를 스위칭할 수 있나요?

출력 MOSFET에는 바디 다이오드가 있습니다. 표준 구성에서 이 장치는 주로 DC 부하 스위칭을 위해 고안되었습니다. AC 스위칭을 위해서는 두 장치를 백-투-백(소스-투-소스)으로 연결하거나, 외부 회로가 양방향으로 전류 흐름을 관리해야 합니다. 전압 정격은 AC 파형의 피크 전압에 적용됩니다.

9.2 600V 버전(ELM460A)의 부하 전류가 400V 버전(ELM440A)보다 낮은 이유는 무엇인가요?_{더 높은 전압의 MOSFET은 일반적으로 더 높은 비 온-저항(R}ds(on)_{* 면적)을 가집니다. 동일한 작은 패키지에 맞추기 위해, 600V 정격 MOSFET 다이는 더 높은 R}d(ON)²(40-70 Ω 대 20-30 Ω)을 가질 것입니다. 주어진 전류에 대해, 600V 부품에서의 전력 소산(I

R)은 더 높습니다. 접합 온도를 안전 한계 내로 유지하고 신뢰성을 유지하기 위해 최대 연속 전류를 감소시켜야 합니다.

9.3 릴레이가 완전히 꺼지도록 보장하려면 어떻게 해야 하나요?_{제어 회로가 입력 LED를 통과하는 전류를 최대 I}F(off)

사양(일반적으로 0.6 mA) 미만으로 감소시키도록 해야 합니다. 실제로는 LED 캐소드를 애노드 전압에 매우 가깝게 당기거나, 잔류 전압 차이를 이 임계값 미만의 전류로 제한할 만큼 충분히 큰 직렬 저항을 사용하는 것을 의미합니다. 플로팅 입력을 피하십시오.

10. 실용적인 설계 사례 연구시나리오:

최대 주변 온도 60°C의 산업용 컨트롤러에서 24V DC, 80mA 솔레노이드 밸브를 위한 로우-사이드 스위치 설계. 제어 신호는 마이크로컨트롤러의 3.3V입니다.장치 선택:

더 높은 전류 처리 능력 때문에 ELM440A(400V 정격)가 선택되었습니다. 24V 부하는 전압 정격 내에 잘 들어갑니다.열 감액:

그림 1에서, 60°C에서 ELM440A는 정격 120mA의 약 90-95%를 처리할 수 있습니다. 80mA는 정격의 약 67%로 허용 가능합니다.입력 회로 설계:_FV

= 1.2V로 가정합니다. 빠른 스위칭을 위해 10mA의 구동 전류를 제공하려면, 직렬 저항 R = (3.3V - 1.2V) / 0.01A = 210 Ω입니다. 표준 200 Ω 저항을 사용할 수 있습니다. GPIO 핀이 이 전류를 직접 공급할 수 있습니다.출력 분석:_{60°C에서, 그림 2에 따르면 R}d(ON)²은 약 22-23 Ω입니다. 전력 소산 P = (0.08A)_{* 23Ω = 0.147W입니다. 이는 P}out

정격 500mW보다 훨씬 낮습니다. 릴레이 양단의 전압 강하 = 0.08A * 23Ω = 1.84V로, 솔레노이드에 22.16V가 남습니다.레이아웃:

권장 패드 레이아웃을 따르고, 드레인/소스 핀(3 & 4)을 충분한 구리 면적에 연결하여 열 발산을 돕습니다.

11. 동작 원리

ELM4XXA는 광학적 절연 원리로 동작합니다. 입력 AlGaAs 적외선 LED에 순방향 전류가 인가되면 빛을 방출합니다. 이 빛은 절연된 출력 측의 광전지 다이오드 어레이에 의해 감지됩니다. 이 어레이는 출력 스위치를 구성하는 N채널 파워 MOSFET의 게이트를 완전히 강화시키기에 충분한 개방 회로 전압을 생성합니다. LED 전류가 제거되면, 광전지 전압이 감쇠하고 MOSFET 게이트는 내부 경로를 통해 방전되어 출력 스위치가 꺼집니다. 이 메커니즘은 입력과 출력 회로 사이에 수 킬로볼트의 전기적 절연을 제공하여 민감한 제어 전자 장치를 부하 측의 고전압 서지로부터 보호합니다.

12. 기술 트렌드