H11AAX 시리즈 AC 입력 포토커플러 데이터시트 - 6핀 DIP 패키지 - 절연 내압 5000Vrms - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

H11AAX 시리즈는 AC 입력 포토커플러(옵토커플러 또는 옵토아이솔레이터라고도 함) 제품군을 나타냅니다. 이 소자들은 AC 또는 극성이 알려지지 않은 DC 입력 회로와 출력 제어 회로 사이에 전기적 절연을 제공하도록 특별히 설계되었습니다. 핵심 기능은 빛을 사용하여 전기 신호를 전송함으로써 전기적 연결을 제거하고 접지 루프, 전압 서지 및 노이즈가 회로 간에 전파되는 것을 방지하는 것입니다.

이 시리즈에는 H11AA1, H11AA2, H11AA3, H11AA4의 네 가지 주요 변형이 포함됩니다. 이들 사이의 주요 차별화 요소는 입력에서 출력으로의 신호 전송 효율을 정의하는 전류 전달율(CTR)입니다. 이 소자들은 컴팩트한 6핀 듀얼 인라인 패키지(DIP)에 장착되어 있으며, 표준 스루홀 장착, 넓은 리드 간격 및 표면 실장 기술(SMD) 옵션을 제공합니다.

1.1 핵심 장점 및 목표 시장

H11AAX 시리즈는 까다로운 산업 및 소비자 애플리케이션에 적합하도록 하는 몇 가지 주요 장점을 제공합니다. 가장 두드러진 특징은 전원 연결 장비에서 안전성과 신뢰성에 중요한 5000Vrms의 높은 절연 내압입니다. 7.62mm를 초과하는 크리프 거리는 이 안전 등급을 더욱 향상시킵니다. 이 소자들은 UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO, CQC를 포함한 주요 국제 안전 기관의 승인을 받아 규제 준수가 필요한 제품에 대해 전 세계적으로 허용 가능합니다.

입력 측에 통합된 역병렬 적외선 LED 구성은 정의적인 특성입니다. 이 설계는 소자가 AC 전압 또는 극성이 알려지지 않은 DC 전압에 의해 직접 구동될 수 있도록 하여 외부 정류 회로의 필요성을 없애 회로 설계를 단순화합니다. 출력은 실리콘 NPN 포토트랜지스터입니다.

목표 시장과 애플리케이션은 다양하며, 주로 전기적 절연과 AC 신호 감지가 가장 중요한 영역에 초점을 맞춥니다. 일반적인 애플리케이션에는 전원 전압의 유무를 감지하기 위한 AC 라인 모니터링, 전화 회선 인터페이스 회로, 산업 제어 시스템에서 극성이 알려지지 않은 DC 신호를 감지하기 위한 센서 등이 포함됩니다.

2. 기술 파라미터 심층 분석

이 섹션은 데이터시트에 명시된 전기적, 광학적 및 열적 특성에 대한 상세하고 객관적인 분석을 제공합니다. 이러한 파라미터를 이해하는 것은 신뢰할 수 있는 회로 설계에 중요합니다.

2.1 절대 최대 정격

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

• 입력 순방향 전류 (IF):60 mA (연속). 입력 LED에 인가될 수 있는 최대 DC 전류입니다.
• 피크 순방향 전류 (IFM):10 µs의 매우 짧은 펄스 지속 시간 동안 1 A. 이 정격은 순간 서지를 견디는 데 중요합니다.
• 입력 전력 소산 (PD):주변 온도 25°C에서 120 mW, 90°C 이상에서 3.8 mW/°C로 감소. 이는 VF * IF 곱의 합을 제한합니다.
• 출력 콜렉터-이미터 전압 (VCEO):80 V. 베이스가 개방되었을 때 포토트랜지스터의 콜렉터와 이미터 사이에 유지될 수 있는 최대 전압입니다.
• 총 소자 전력 소산 (PTOT):200 mW. 입력 및 출력 전력의 합은 이 값을 초과해서는 안 됩니다.
• 절연 내압 (VISO):상대 습도 40-60%에서 1분 동안 5000 Vrms. 이는 입력 및 출력 핀이 별도로 단락된 상태에서 테스트되는 핵심 안전 파라미터입니다.
• 동작 온도 (TOPR):-55°C ~ +100°C. 소자는 이 전체 산업용 온도 범위 내에서 기능합니다.
• 솔더링 온도 (TSOL):10초 동안 260°C, 웨이브 또는 리플로우 솔더링 공정과 관련됩니다.

2.2 전기-광학적 특성

이 파라미터들은 일반적으로 25°C에서 측정되며 정상 동작 조건에서 소자의 성능을 정의합니다.

2.2.1 입력 특성

• 순방향 전압 (VF):일반적으로 1.2V, 순방향 전류(IF) ±10mA에서 최대 1.5V. 대칭 값은 역병렬 LED 쌍의 동작을 나타냅니다.
• 입력 커패시턴스 (Cin):일반적으로 80 pF. 이는 구동 회로의 고주파 성능에 영향을 줄 수 있습니다.

2.2.2 출력 특성

• 콜렉터-이미터 암전류 (ICEO):VCE=10V 및 IF=0mA에서 최대 50 nA. 이는 빛이 입사하지 않을 때 포토트랜지스터의 누설 전류로, 오프 상태 누설에 중요합니다.
• 내전압 (BVCEO, BVCBO, BVECO):각각 최소 80V, 80V, 7V. 이들은 다른 핀 구성에서의 전압 내구 능력을 정의합니다.
• 콜렉터-이미터 포화 전압 (VCE(sat)):IF=±10mA 및 IC=0.5mA에서 최대 0.4V. 이는 출력 트랜지스터가 완전히 켜졌을 때의 전압 강하입니다.

2.2.3 전달 특성

이 파라미터들은 신호 전달 효율과 속도를 정의합니다.

• 전류 전달율 (CTR):이것은 시리즈의 핵심 등급 파라미터로, 지정된 조건(IF=±10mA, VCE=10V)에서 (IC / IF) * 100%로 정의됩니다.
  • H11AA1: CTR ≥ 20%
  • H11AA2: CTR ≥ 10%
  • H11AA3: CTR ≥ 50%
  • H11AA4: CTR ≥ 100%
  CTR가 높은 소자는 주어진 출력 전류를 달성하는 데 더 적은 입력 전류가 필요하여 효율성을 향상시킵니다.
• CTR 대칭성:한 LED 극성에 대한 CTR과 다른 극성에 대한 CTR의 비율로, 0.5에서 2.0 사이로 지정됩니다. 이는 두 역병렬 LED가 얼마나 균형 잡혔는지를 나타냅니다.
• 절연 저항 (RIO):500V DC에서 최소 10^11 Ω. 이는 입력과 출력 사이의 DC 저항으로, 절연 품질에 기여합니다.
• 입력-출력 커패시턴스 (CIO):일반적으로 0.7 pF. 이 매우 낮은 커패시턴스는 절연 장벽을 가로지르는 고주파 공통 모드 노이즈를 제거하는 데 중요합니다.
• 스위칭 시간 (Ton, Toff, Tr, Tf):테스트 조건(VCC=10V, IC=10mA, RL=100Ω)에서 모두 최대값이 10 µs입니다. 이 시간은 출력이 입력 신호의 변화에 얼마나 빠르게 반응할 수 있는지를 정의하여 최대 AC 주파수 또는 데이터 속도를 제한합니다.

3. 등급 시스템 설명

H11AAX 시리즈는 전류 전달율(CTR)에만 기반한 직관적인 등급 시스템을 사용합니다.

CTR 등급 (H11AAX의 X):숫자 접미사(1, 2, 3, 4)는 2.2.3절에 나열된 최소 보장 CTR 백분율에 직접 대응합니다. 파장, 순방향 전압 또는 기타 파라미터에 따른 등급은 없습니다. 설계자는 필요한 출력 전류 구동 능력 대비 사용 가능한 입력 전류를 기반으로 적절한 등급을 선택해야 합니다. 예를 들어, H11AA4(최소 CTR 100%)는 가장 민감하며 입력 구동 능력이 매우 낮은 애플리케이션에 선택됩니다. 반면, H11AA2는 사용 가능한 구동 전류가 더 높은 회로에서 충분하고 더 비용 효율적일 수 있습니다.

4. 성능 곡선 분석

데이터시트는 일반적인 전기-광학적 특성 곡선을 참조합니다. 특정 그래프는 제공된 텍스트에 재현되지 않았지만, 그 목적과 전달하는 정보는 이러한 구성 요소에 대해 표준적입니다.

일반적인 곡선에는 다음이 포함됩니다:

• 전류 전달율 (CTR) 대 순방향 전류 (IF):이 곡선은 CTR이 구동 전류에 따라 어떻게 변하는지 보여줍니다. 일반적으로 CTR은 적당한 IF에서 가장 높으며 매우 낮거나 매우 높은 전류에서는 감소할 수 있습니다.
• CTR 대 주변 온도 (Ta):포토커플러 CTR은 일반적으로 음의 온도 계수를 가지며, 이는 온도가 증가함에 따라 감소함을 의미합니다. 이 그래프는 전체 온도 범위에서 동작하는 회로를 설계하는 데 중요합니다.
• 콜렉터 전류 (IC) 대 콜렉터-이미터 전압 (VCE):이는 입력 LED 전류(IF)를 파라미터로 하는 출력 특성 곡선군으로, 바이폴라 트랜지스터와 유사합니다. 포화 영역과 활성 영역을 보여줍니다.
• 순방향 전압 (VF) 대 순방향 전류 (IF):입력 LED 쌍의 IV 특성입니다.
• 스위칭 시간 대 부하 저항 (RL):상승, 하강, 턴온 및 턴오프 시간이 출력 부하에 의해 어떻게 영향을 받는지 보여줍니다.

설계자는 비선형 동작과 최소/일반/최대 값 표에 포함되지 않은 감액 요인을 이해하기 위해 전체 데이터시트에서 이러한 곡선을 참조해야 합니다.

5. 기계적 및 패키지 정보

이 소자는 다양한 조립 공정에 맞도록 여러 패키지 변형으로 제공됩니다.

5.1 패키지 치수 및 유형

• 표준 DIP 타입:기본 스루홀 패키지입니다.
• 옵션 M 타입:표준 0.3인치(7.62mm) 대신 0.4인치(약 10.16mm) 리드 간격을 제공하는 "와이드 리드 벤드" 기능이 있어 더 큰 크리프 거리가 필요한 보드에 유용합니다.
• 옵션 S 타입:리플로우 솔더링용 표면 실장 리드 형태입니다.
• 옵션 S1 타입:PCB에서 더 낮은 스탠드오프 높이를 가질 가능성이 있는 "로우 프로파일" 표면 실장 버전입니다.

각 유형에 대해 상세한 치수 도면이 제공되며, 본체 크기, 리드 길이, 리드 간격 및 공평도 사양이 포함됩니다. 이는 PCB 풋프린트 설계에 필수적입니다.

5.2 패드 레이아웃 및 극성 식별

표면 실장 옵션(S 및 S1)에 대한 권장 패드 레이아웃이 제공됩니다. 데이터시트는 이것이 제안이며 설계자는 특정 PCB 제조 공정 및 열 요구 사항에 따라 수정해야 한다고 명시합니다.

소자 마킹:패키지 상단에는 다음이 표시됩니다:

- "EL" (제조사 코드)

- 전체 부품 번호 (예: H11AA1)

- 1자리 연도 코드 (Y)

- 2자리 주 코드 (WW)

- 해당 유닛에 VDE 안전 승인이 지정된 경우 선택적 "V" 접미사.

핀 구성 (6핀 DIP):

1. 애노드 / 캐소드 (LED1 애노드, LED2 캐소드)

2. 캐소드 / 애노드 (LED1 캐소드, LED2 애노드)

3. 무연결 (NC)

4. 이미터 (포토트랜지스터의)

5. 콜렉터 (포토트랜지스터의)

6. 베이스 (포토트랜지스터의). 베이스 핀은 일반적으로 개방되거나 감도 조정 또는 속도 향상을 위해 저항을 통해 이미터에 연결됩니다.

6. 솔더링 및 조립 지침

절대 최대 정격의 핵심 지침은 솔더링 온도입니다: 최대 10초 동안 260°C. 이는 표준 무연(SnAgCu) 리플로우 프로파일과 호환됩니다.

중요 고려 사항:

• 습기 민감도:제공된 텍스트에 명시적으로 언급되지는 않았지만, 플라스틱 캡슐화 SMD 포토커플러는 종종 습기 민감도 등급(MSL)을 가집니다. 표면 실장 부품(옵션 S, S1)의 경우, 리플로우 중 "팝콘 현상"을 방지하기 위해 베이킹 및 플로어 라이프에 관한 제조사의 취급 지침을 따르는 것이 중요합니다.
• 세척:세척 용매가 소자의 플라스틱 재질과 호환되는지 확인하십시오.
• 보관 조건:데이터시트에 따르면, 보관 온도 범위는 -55°C ~ +125°C입니다. 소자는 건조하고 정전기 방지 환경에 보관해야 합니다.

7. 포장 및 주문 정보

주문 코드는 다음 패턴을 따릅니다:H11AAXY(Z)-V

• X:CTR 등급 (1, 2, 3, 4).
• Y:리드 형태 옵션.
  • 없음: 표준 DIP-6 (65개/튜브).
  • M: 와이드 리드 벤드 (65개/튜브).
  • S: 표면 실장 리드 형태.
  • S1: 로우 프로파일 표면 실장 리드 형태.
• Z:테이프 및 릴 옵션 (S/S1 전용).
  • TA: 특정 테이프 및 릴 타입.
  • TB: 대체 테이프 및 릴 타입.
  • TA와 TB 모두 릴당 1000개를 포장합니다.
• V:선택적 VDE 안전 승인 마킹.

테이프 및 릴 사양:자동 피크 앤 플레이스 조립을 위한 캐리어 테이프(포켓 크기 A, B), 커버 테이프 및 릴의 상세 치수가 제공됩니다.

8. 애플리케이션 제안

8.1 일반적인 애플리케이션 회로

AC 라인 모니터:입력은 AC 라인에 직접 연결됩니다(전류 제한 저항 포함). 출력 트랜지스터는 AC 제로 크로싱과 동기화되어 스위칭하며, 전원 유무를 감지하기 위해 마이크로컨트롤러에 디지털 펄스 열 또는 정류된 신호를 제공합니다.

알려지지 않은 극성 DC 센서:역병렬 입력은 소자가 극성에 관계없이 DC 전압 소스에 연결될 수 있도록 하여, 배선 극성이 반전될 수 있는 배터리 구동 장비 또는 산업용 센서의 감지에 이상적입니다.

전화 회선 인터페이스:벨 감지 또는 오프훅 감지에 사용되며, 전화 회선과 논리 회로 사이에 절연을 제공합니다.

8.2 설계 고려 사항

• 입력 전류 제한:입력 전류(IF)를 60mA 미만의 안전한 값으로 제한하기 위해 항상 직렬 저항을 사용해야 합니다. 이 저항값은 피크 입력 전압과 LED 순방향 전압을 기반으로 계산됩니다.
• 출력 부하:콜렉터의 부하 저항(RL)은 출력 전압 스윙을 결정하고 스위칭 속도에 영향을 줍니다. 더 작은 RL은 더 빠른 스위칭을 제공하지만 더 많은 전력을 소비합니다.
• 노이즈 내성:낮은 입력-출력 커패시턴스(0.7pF)는 고주파 공통 모드 노이즈에 대한 우수한 제거 능력을 제공합니다. 최상의 성능을 위해 PCB에서 입력 및 출력 트레이스를 물리적으로 분리하십시오.
• CTR 열화:매우 긴 기간 동안 그리고 높은 온도에서 포토커플러의 CTR은 열화될 수 있습니다. 중요한 장수명 애플리케이션의 경우, 충분한 초기 CTR 마진을 가지고 설계하십시오.

9. 기술 비교 및 차별화

H11AAX 시리즈는 주로역병렬 LED 구조를 통한 AC 입력 기능으로 차별화됩니다. 대부분의 표준 포토커플러(예: 4N25, PC817)는 정의된 순방향 바이어스가 필요한 단일 LED 입력을 가지며, AC 동작을 위해 외부 브리지 정류기가 필요합니다. H11AAX는 이 기능을 통합합니다.

다른 AC 입력 포토커플러와 비교했을 때, 주요 장점은높은 5000Vrms 절연 등급과포괄적인 국제 안전 승인 제품군(UL, VDE 등)입니다. 이는 여러 글로벌 시장에서 판매되는 제품에 필수적입니다. 여러 CTR 등급과 패키지 유형(스루홀 및 SMD)의 가용성은 설계 유연성을 제공합니다.

10. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

Q1: H11AAX를 120VAC 또는 230VAC 전원에 직접 구동할 수 있나요?

A: 직접은 아닙니다. 입력과 직렬로 전류 제한 저항을 사용해야 합니다. 저항값은 피크 전원 전압(예: 230VAC의 경우 ~340V), 원하는 순방향 전류 및 LED의 VF를 기반으로 계산되어야 합니다. 저항의 전력 정격도 고려해야 합니다.

Q2: 이 포토커플러와 함께 사용할 수 있는 최대 AC 주파수는 얼마인가요?

A: 최대 스위칭 시간은 10 µs입니다. 이론적으로 이는 약 50 kHz까지의 구형파 주파수를 허용합니다. 그러나 깨끗한 50/60 Hz AC 사인파 감지에는 주기(16.7ms/20ms)가 스위칭 시간보다 훨씬 길기 때문에 완벽하게 적합합니다.

Q3: 베이스 핀(핀 6)이 왜 있고, 어떻게 사용해야 하나요?

A: 베이스 핀은 포토트랜지스터의 베이스에 접근할 수 있게 합니다. 개방 상태로 두는 것이 표준입니다. 베이스와 이미터 사이에 저항을 연결하면 다음을 할 수 있습니다:

1. 속도 향상:낮은 값의 저항(예: 10kΩ ~ 100kΩ)은 저장된 전하를 분로시켜 턴오프 시간(Toff)을 줄입니다.

2. 감도 감소/임계값 증가:저항은 누설 경로를 제공하여 출력을 켜는 데 필요한 최소 입력 전류를 약간 증가시킵니다.

Q4: 다른 CTR 등급(H11AA1, AA2, AA3, AA4) 사이에서 어떻게 선택하나요?

A: 입력 구동 능력과 필요한 출력 전류를 기반으로 선택하십시오. 회로가 작은 입력 전류만 제공할 수 있는 경우(예: 고전압 저항에서), 충분한 출력을 얻기 위해 더 높은 CTR 등급(AA3 또는 AA4)을 선택하십시오. 입력 전류가 풍부한 경우, 더 낮은 등급(AA1 또는 AA2)이 더 비용 효율적일 수 있습니다. 항상 시간과 온도에 따른 CTR 열화를 위한 마진을 가지고 설계하십시오.

11. 실용적인 설계 사례 연구

시나리오: 230VAC 전원 유무 감지기 설계.

목표:230VAC가 있을 때 마이크로컨트롤러에 3.3V 논리 하이 신호를 제공합니다.

설계 단계:

1. 부품 선택:입력 전류가 충분할 것이므로 H11AA1(최소 CTR 20%)이 선택됩니다.

2. 입력 저항 계산:피크 전압 = 230V * √2 ≈ 325V. 원하는 IF ≈ 10mA (좋은 CTR을 위해). VF ≈ 1.2V. R = (325V - 1.2V) / 0.01A ≈ 32.4kΩ. 표준 33kΩ 저항을 사용합니다. R의 전력 소산: P = (230V)^2 / 33000Ω ≈ 1.6W. 2W 또는 3W 정격 저항이 필요합니다.

3. 출력 회로:콜렉터(핀 5)를 풀업 저항(예: 10kΩ)을 통해 3.3V 마이크로컨트롤러 공급 전원에 연결합니다. 이미터(핀 4)를 접지에 연결합니다. 베이스(핀 6)는 개방 상태로 둡니다.

4. 동작:AC가 있을 때, 출력 트랜지스터가 각 반주기 동안 켜져 콜렉터(및 MCU 입력 핀)를 로우로 당깁니다. MCU는 50/60 Hz의 맥동 로우 신호를 보게 되며, 이는 소프트웨어에서 디바운스되어 "전원 켜짐"을 나타낼 수 있습니다.

5. PCB 레이아웃:절연 등급을 유지하기 위해 PCB에서 입력 측(핀 1,2,3, 저항)과 출력 측(핀 4,5,6, MCU) 트레이스 사이에 >7.62mm의 크리프 거리를 유지하십시오.

12. 동작 원리

H11AAX는 광전자 절연 원리로 동작합니다. 입력 측에는 두 개의 갈륨 비소 적외선 발광 다이오드(LED)가 역병렬로 연결되어 있습니다. AC 전압이 인가되면(직렬 전류 제한 저항 포함), 한 LED는 양의 반주기 동안 전도하여 빛을 방출하고, 다른 LED는 음의 반주기 동안 전도하여 빛을 방출합니다. 따라서 입력 AC 신호 주파수의 두 배 주파수로 적외선 빛 펄스가 생성됩니다.

이 빛은 패키지 내의 투명한 절연 장벽을 가로질러 이동합니다. 출력 측에서 빛은 실리콘 NPN 포토트랜지스터의 베이스 영역에 떨어집니다. 광자는 전자-정공 쌍을 생성하여 베이스 전류를 만들어 트랜지스터를 켜고, 콜렉터 전류(IC)가 흐르도록 합니다. 이 출력 콜렉터 전류와 입력 순방향 전류의 비율이 전류 전달율(CTR)입니다. 포토트랜지스터의 콜렉터-이미터 전압은 외부 부하 회로에 의해 제어됩니다.

13. 기술 동향

포토커플러 기술은 계속 발전하고 있습니다. 기본 원리는 그대로 유지되지만, 동향에는 다음이 포함됩니다:

• 더 높은 속도:디지털 통신 및 인버터 게이트 구동 애플리케이션을 위한 더 빠른 스위칭 시간(나노초)의 소자 개발로, 종종 포토트랜지스터 대신 포토다이오드 또는 IC 기반 출력을 사용합니다.
• 더 높은 통합도:포토커플러를 IGBT 게이트 드라이버, 오류 증폭기 또는 디지털 인터페이스(I²C 아이솔레이터)와 같은 추가 기능과 결합합니다.
• 향상된 신뢰성 및 수명:시간과 온도에 따른 CTR 열화율을 줄이기 위한 LED 재료 및 패키징의 발전.
• 소형화:PCB 공간을 절약하기 위해 패키지 크기의 지속적인 축소, 특히 표면 실장 버전의 경우.
• 대체 절연 기술:커패시티브 및 자기(거대 자기저항, GMR) 아이솔레이터가 일부 고속, 고밀도 애플리케이션에서 경쟁하지만, 포토커플러는 높은 공통 모드 과도 내성(CMTI)과 잘 확립된 안전 인증에서 장점을 유지합니다.

H11AAX 시리즈는 견고한 설계와 안전 승인으로, 통합된 AC 입력 기능이 뚜렷한 장점을 제공하는 전통적인 AC 감지 및 기본 절연 요구 사항에 대한 성숙하고 신뢰할 수 있는 솔루션을 나타냅니다.