6핀 DIP 포토달링턴 포토커플러 데이터시트 - TIL113, 4NXX, H11BX 시리즈 - 5000Vrms 절연 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

TIL113, 4NXX, H11BX 시리즈는 포토달링턴 포토커플러(광절연기) 제품군입니다. 각 장치는 적외선 발광 다이오드(LED)가 포토달링턴 트랜지스터 검출기에 광학적으로 결합된 구조로 구성됩니다. 이 구성은 높은 전류 전달율(CTR)을 제공하여 저전류 제어 신호와 고전류 부하를 인터페이싱하는 데 적합합니다. 장치는 컴팩트한 6핀 듀얼 인라인 패키지(DIP)에 실장되며, 표준 스루홀 실장, 넓은 리드 간격, 표면 실장 기술(SMD) 옵션을 제공합니다. 이 시리즈의 핵심 장점은 입력과 출력 회로 사이의 높은 전기적 절연(5000 V_rms)으로, 서로 다른 접지 전위를 가진 시스템에서 안전성과 노이즈 내성을 위해 매우 중요합니다.

2. 주요 특징 및 인증

본 시리즈는 까다로운 응용 분야에서 견고하고 신뢰할 수 있는 동작을 위한 몇 가지 중요한 특징을 제공합니다. 5000 V_rms의 높은 절연 전압과 7.62mm를 초과하는 크리피지 거리는 고전압 환경에서 안전한 동작을 보장합니다. 이 장치들은 최대 +110°C까지 확장된 동작 온도 범위를 갖도록 정격화되었습니다. 또한, 이 제품 시리즈는 UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO, CQC 인증을 포함한 주요 국제 안전 및 환경 표준을 준수합니다. 장치는 EU REACH 규정을 준수하며 RoHS 호환 버전으로도 제공됩니다.

3. 응용 분야

이 포토커플러들은 전기적 절연과 신호 결합이 필요한 광범위한 응용 분야를 위해 설계되었습니다. 일반적인 용도는 다음과 같습니다:

• 저전력 논리 회로 인터페이싱 및 레벨 시프팅.
• 신호 절연을 위한 통신 장비.
• 휴대용 및 배터리 구동 전자 장치.
• 산업 제어 시스템, 전원 공급 장치, 측정 장비와 같이 서로 다른 전기적 전위 및 임피던스에서 동작하는 인터페이싱 및 결합 시스템.

4. 핀 구성 및 회로도

장치는 표준 6핀 DIP 구성을 사용합니다. 핀아웃은 다음과 같습니다:

• 핀 1: 입력 LED의 애노드.
• 핀 2: 입력 LED의 캐소드.
• 핀 3: 연결 없음 (NC).
• 핀 4: 출력 포토달링턴 트랜지스터의 이미터.
• 핀 5: 출력 포토달링턴 트랜지스터의 컬렉터.
• 핀 6: 출력 포토달링턴 트랜지스터의 베이스 (일반적으로 개방되거나 스피드업 네트워크를 위해 연결됨).

내부 회로도는 핀 1과 2 사이에 연결된 적외선 LED와 핀 4(이미터), 5(컬렉터), 6(베이스) 사이에 연결된 포토달링턴 트랜지스터를 보여줍니다.

5. 절대 최대 정격

이 한계를 초과하는 스트레스는 장치에 영구적인 손상을 일으킬 수 있습니다. 달리 명시되지 않는 한 모든 정격은 주변 온도(T_a) 25°C에서 지정됩니다.

• 입력 (LED):순방향 전류 (I_F): 60 mA; 피크 순방향 전류 (I_FP, 1µs 펄스): 1 A; 역전압 (V_R): 6 V; 소비 전력 (P_D): 120 mW (T_a= 100°C 이상에서 3.8 mW/°C로 감액 필요).
• 출력 (트랜지스터):소비 전력 (P_C): 150 mW (T_a= 80°C 이상에서 6.5 mW/°C로 감액 필요); 컬렉터-이미터 전압 (V_CEO): 55 V; 컬렉터-베이스 전압 (V_CBO): 55 V; 이미터-컬렉터 전압 (V_ECO): 7 V; 이미터-베이스 전압 (V_EBO): 7 V.
• 장치 전체:총 소비 전력 (P_TOT): 200 mW; 절연 전압 (V_ISO): 5000 V_rms(AC, 1분, 40-60% RH).
• 온도:동작 온도 (T_OPR): -55°C ~ +100°C; 보관 온도 (T_STG): -55°C ~ +125°C; 납땜 온도 (T_SOL): 260°C (10초 동안).

6. 전기-광학 특성

이 매개변수들은 정상 동작 조건, 일반적으로 T_a=25°C에서의 전기적 및 광학적 성능을 정의합니다.

6.1 입력 특성 (LED)

• 순방향 전압 (V_F): 일반적으로 1.2V, 최대 1.5V (I_F= 10mA, H11B3의 경우 50mA).
• 역전류 (I_R): 최대 10 µA (V_R= 6V).
• 입력 커패시턴스 (C_in): 일반적으로 50 pF (V=0, f=1MHz).

6.2 출력 특성 (포토달링턴)

• 컬렉터-이미터 암전류 (I_CEO): 최대 100 nA (V_CE= 10V).
• 컬렉터-이미터 항복 전압 (BV_CEO): 최소 55 V (I_C=1mA).
• 컬렉터-베이스 항복 전압 (BV_CBO): 최소 55 V (I_C=0.1mA).
• 이미터-컬렉터 항복 전압 (BV_ECO): 최소 7 V (I_E=0.1mA).

6.3 전달 특성

이 매개변수들은 결합 효율과 스위칭 성능을 정의합니다.

• 전류 전달율 (CTR):출력 컬렉터 전류와 입력 LED 순방향 전류의 비율로, 백분율로 표현됩니다. 파트 넘버에 따라 다릅니다:
  • 4N32, 4N33, H11B1: CTR ≥ 500% (I_F=10mA, V_CE=10V 또는 I_F=1mA, V_CE=5V).
  • 4N29, 4N30: CTR ≥ 100%.
  • 4N31, H11B3, H11B255: CTR ≥ 100%.
  • H11B2: CTR ≥ 200%.
  • TIL113: CTR ≥ 300% (I_F=10mA, V_CE=1V).
• 컬렉터-이미터 포화 전압 (V_CE(sat)):시리즈에 따라 최대 1.0V ~ 1.2V, 지정된 I_F와 I_C conditions.
• 조건에서._IO절연 저항 (R):¹¹최소 10_IOΩ (V
• =500V DC)._IO입력-출력 커패시턴스 (C):_IO일반적으로 0.8 pF (V
• =0, f=1MHz).스위칭 시간:_{턴온 시간 (t}on_{)과 턴오프 시간 (t}off_CC)은 특정 테스트 조건 (V_F=10V, 지정된 I_L와 부하 저항 R_{=100Ω)에서 다른 시리즈에 대해 지정됩니다. 예를 들어, H11Bx 시리즈 t}on_{은 일반적으로 25µs, t}off

은 일반적으로 18µs입니다. 4Nxx 및 TIL113 시리즈는 더 빠른 턴온(최대 5µs)을 가지지만 턴오프는 더 느릴 수 있습니다(일부 변종의 경우 최대 100µs).

7. 성능 곡선 및 스위칭 특성_r데이터시트에는 일반적인 성능 곡선이 포함되어 있습니다(제공된 텍스트에는 자세히 설명되지 않음). 이 곡선들은 일반적으로 CTR과 온도, 순방향 전류 또는 컬렉터 전류 간의 관계를 보여줍니다. 설계자가 비표준 조건에서의 성능 편차를 이해하는 데 필수적입니다. 스위칭 시간 테스트 회로가 정의되어 있으며, LED를 구동하는 입력 펄스와 컬렉터에서의 결과 출력 펄스를 보여줍니다. 상승 시간(t_f), 하강 시간(t_{), 턴온 지연(t}on_{), 턴오프 지연(t}off

)과 같은 주요 타이밍 매개변수는 각 펄스의 10%와 90% 지점 사이에서 측정됩니다.

8. 기계적 및 패키지 정보

• 장치는 다양한 조립 공정에 맞도록 여러 패키지 변형으로 제공됩니다.표준 DIP 타입:
• 클래식 스루홀 패키지.옵션 M 타입:
• 넓은 리드 벤드를 특징으로 하며, 더 큰 크리피지 거리나 쉬운 수동 삽입이 필요한 응용 분야를 위해 0.4인치(약 10.16mm) 리드 간격을 제공합니다.옵션 S 타입:
• 리플로우 납땜을 위한 표면 실장 리드 형태.옵션 S1 타입:

로우 프로파일 표면 실장 리드 형태 변형.

각 패키지 타입에 대해 상세한 치수 도면이 제공되며, 본체 길이, 너비, 높이, 리드 피치 및 리드 치수가 포함됩니다. 표면 실장 옵션에 대한 권장 패드 레이아웃도 포함되어 PCB 조립 중 신뢰할 수 있는 솔더 조인트 형성을 보장합니다.

9. 납땜 및 조립 가이드라인

절대 최대 정격은 260°C에서 10초 동안의 납땜 온도를 지정합니다. 이는 리플로우 또는 웨이브 납땜 공정에 있어 중요한 매개변수입니다. 설계자는 조립 중 열 프로파일이 이 한계를 초과하지 않도록 하여 내부 반도체 다이 또는 플라스틱 패키지 손상을 방지해야 합니다. 표면 실장 변종의 경우, 권장 패드 레이아웃을 따르는 것이 툼스토닝 또는 불량 솔더 조인트를 방지하는 데 중요합니다. 사용 전 장치 무결성을 유지하기 위해 보관 온도 정격(-55°C ~ +125°C)에 따른 적절한 보관 조건을 유지해야 합니다.

10. 포장 및 주문 정보

파트 넘버링 시스템은 시리즈, 특정 파트 넘버, 리드 형태 옵션, 테이프 & 릴 옵션, 선택적 안전 인증을 나타내도록 구성됩니다.파트 넘버 형식:

• [시리즈][파트넘버][리드형태][테이프릴]-[안전]
• 시리즈: 4NXX, H11BX 또는 TIL113.
• 파트넘버: 4NXX의 경우: 29,30,31,32,33. H11BX의 경우: 1,2,3,255.
• 리드형태 (Y): S (SMD), S1 (로우 프로파일 SMD), M (넓은 리드), 또는 없음 (표준 DIP).
• 테이프릴 (Z): TA, TB (SMD 옵션용), 또는 없음.

안전 (V): 선택적 VDE 인증.

• 포장 수량:
• 표준 DIP 및 M 옵션: 튜브당 65개.

TA/TB가 있는 S 및 S1 옵션: 릴당 1000개.

11. 응용 설계 고려사항_CEO이 포토달링턴 포토커플러를 설계할 때는 몇 가지 요소를 고려해야 합니다. 높은 CTR은 상대적으로 낮은 LED 전류로 출력 트랜지스터를 포화 상태로 구동할 수 있게 하여 마이크로컨트롤러와의 인터페이싱에 유리합니다. 그러나 포토달링턴 구조는 본질적으로 포토트랜지스터나 포토-IC 커플러에 비해 스위칭 속도가 느려서 저주파 응용 분야(일반적으로 부하 조건에 따라 수십 kHz 범위까지)에 더 적합합니다. 베이스 핀(핀 6)은 외부 저항을 연결하여 광생성 베이스 전류의 일부를 접지로 분로하는 데 사용될 수 있으며, 이는 CTR 감소를 희생하면서 턴오프 시간을 크게 개선할 수 있습니다. 설계자는 출력 트랜지스터의 전압 정격(V_CBO, V_F)이 부하 회로에 의해 초과되지 않도록 해야 합니다. 입력 LED와 직렬로 항상 전류 제한 저항이 필요합니다. 값은 공급 전압, 원하는 I_F.

및 LED의 V

를 기반으로 계산됩니다.

12. 기술 비교 및 선택 가이드

이 시리즈 내 주요 차별점은 전류 전달율(CTR)입니다. 4N32/33 및 H11B1과 같은 부품은 매우 높은 감도(CTR ≥ 500%)를 제공하여 구동 신호가 매우 약한 응용 분야에 이상적입니다. 4N29/30 및 H11B2는 중간 감도를 제공합니다. 4N31, H11B3, H11B255는 표준 100% CTR을 제공합니다. TIL113은 300%로 좋은 균형을 제공합니다. DIP와 SMD 패키지 사이의 선택은 제조 공정에 따라 다릅니다. 넓은 리드(M) 옵션은 PCB에서 증가된 크리피지 거리가 필요한 고전압 응용 분야에 유리합니다. 더 간단한 포토트랜지스터 커플러와 비교할 때, 포토달링턴은 훨씬 높은 이득을 제공하지만 더 느립니다. 매우 고속의 디지털 절연을 위해서는 디지털 절연기나 논리 게이트 출력을 가진 더 빠른 옵토커플러와 같은 다른 기술이 더 적합할 것입니다.

13. 자주 묻는 질문 (FAQ)

Q: 포토달링턴이 표준 포토트랜지스터에 비해 주요 장점은 무엇인가요?

A: 주요 장점은 훨씬 높은 전류 전달율(CTR)로, 종종 10배에서 100배 정도 높습니다. 이는 매우 작은 입력 LED 전류로 훨씬 더 큰 출력 전류를 제어할 수 있어 구동 회로를 단순화합니다.

Q: 포토달링턴의 스위칭 시간이 더 느린 이유는 무엇인가요?

A: 달링턴 페어 구성에는 추가 트랜지스터 단계가 있어 전하 저장을 증가시키고 스위칭 속도를 감소시킵니다, 특히 턴오프 시에 더욱 그렇습니다.

Q: 포토달링턴의 턴오프 시간을 어떻게 개선할 수 있나요?_{A: 베이스 핀(6)과 이미터 핀(4) 사이에 외부 저항(일반적으로 10kΩ ~ 100kΩ 범위)을 연결하면 저장된 전하를 방전시키는 경로를 제공하여 턴오프 시간을 크게 줄일 수 있습니다.}Q: 5000 V

rms

절연 정격이 제 설계에 어떤 의미인가요?

A: 이 정격은 장치가 입력과 출력 측 사이에 5000볼트 AC 전위차를 1분 동안 견딜 수 있음을 인증합니다. 이는 시스템의 안전 장벽을 정의하여 사용자와 저전압 회로를 고전압 고장으로부터 보호합니다.

Q: AC 입력 신호에 사용할 수 있나요?

A: 입력은 다이오드인 LED입니다. AC 신호의 양의 반주기 동안만 전도합니다. 진정한 AC 입력 감지를 위해서는 브리지 정류기나 전용 AC 입력 옵토커플러가 필요합니다.14. 설계 및 사용 예시_F예시 1: 마이크로컨트롤러 릴레이 드라이버:

일반적인 용도는 3.3V 또는 5V 마이크로컨트롤러를 12V 또는 24V 릴레이 코일로부터 절연하는 것입니다. 마이크로컨트롤러 GPIO 핀이 전류 제한 저항(예: 5V 공급 및 ~10mA I의 경우 220Ω)을 통해 LED 측을 구동합니다. 포토달링턴의 컬렉터는 릴레이 코일에 연결되고 이미터는 접지에 연결됩니다. 릴레이 코일 양단에 플라이백 다이오드를 배치해야 합니다. 높은 CTR은 마이크로컨트롤러 핀이 적당한 전류만 공급할 수 있는 경우에도 릴레이가 완전히 여자되도록 보장합니다.

예시 2: 전원 전압 제로 크로싱 감지:직접적인 전원 연결용은 아니지만, 이 커플러들은 스위치 모드 전원 공급 장치의 절연된 피드백 경로나 더 높은 전압의 절연된 신호를 저전압 논리 회로에 전달해야 하는 제로 크로싱 감지 회로에서 사용될 수 있습니다. 여기서 높은 절연 전압이 중요합니다.

예시 3: 산업용 디지털 입력 모듈:

PLC 입력 모듈에서 이 옵토커플러들은 현장 센서 신호(예: 24V DC 근접 스위치)를 내부 논리 회로로부터 절연하여 노이즈 내성을 제공하고 중앙 제어기를 현장 측의 전압 변동으로부터 보호할 수 있습니다._F15. 동작 원리_C기본 원리는 전기-광학-전기 변환입니다. 순방향 전류(I

)가 입력 적외선 LED에 인가되면 광자(빛)를 방출합니다. 이 빛은 패키지 내 투명한 절연 갭을 가로질러 이동하여 출력 실리콘 포토달링턴 트랜지스터의 베이스 영역에 도달합니다. 흡수된 광자는 전자-정공 쌍을 생성하여 달링턴 페어의 첫 번째 트랜지스터의 베이스 전류 역할을 하는 광전류를 생성합니다. 이 작은 광전류는 두 트랜지스터의 높은 이득에 의해 증폭되어 외부 부하를 스위칭할 수 있는 훨씬 더 큰 컬렉터 전류(I

)를 결과로 냅니다. 핵심은 입력과 출력 사이의 유일한 연결이 빛의 빔이라는 점으로, 전기적 절연을 제공합니다.