CNY17-X CNY17F-X 포토커플러 데이터시트 - 6핀 DIP 패키지 - 5000Vrms 절연 - CTR 40-320% - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

CNY17-X 및 CNY17F-X 시리즈는 6핀 듀얼 인라인 패키지(DIP) 포토커플러(옵토커플러 또는 옵토아이솔레이터라고도 함) 제품군입니다. 각 장치는 갈륨 비소 적외선 발광 다이오드(LED)와 광학적으로 결합된 실리콘 NPN 포토트랜지스터로 구성됩니다. 주요 기능은 빛을 통한 신호 전송을 허용하면서 두 회로 간의 전기적 절연을 제공하는 것입니다. 두 시리즈의 주요 차이점은 CNY17-X에는 외부 베이스 연결(핀 6)이 제공되는 반면, CNY17F-X 시리즈에는 이 연결이 없으며(연결 없음), 이로 인해 후자는 노이즈 감수성이 감소합니다.

1.1 핵심 장점 및 목표 시장

이 장치들은 신뢰할 수 있는 신호 절연이 필요한 애플리케이션을 위해 설계되었습니다. 핵심 장점으로는 5000 V_rms의 높은 절연 전압, 스루홀 장착에 적합한 컴팩트한 DIP 폼 팩터, 설계 일관성을 위한 선택된 전류 전달율(CTR) 그룹핑이 포함됩니다. 주요 국제 안전 표준 기관(UL, cUL, VDE, SEMKO 등)의 승인을 받아 안전성과 노이즈 내성이 중요한 다양한 산업, 소비자 및 전원 공급 애플리케이션에 적합합니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

2.1 절대 최대 정격

절대 최대 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 스트레스 한계를 정의합니다. 이는 권장 작동 조건이 아닙니다.

• 입력 (LED 측):최대 연속 순방향 전류(I_F)는 60 mA입니다. 단시간(10 µs) 피크 순방향 전류(I_FM) 1 A가 허용됩니다. LED 양단의 최대 역전압(V_R)은 6 V입니다. 입력 전력 소산(P_D)은 25°C에서 100 mW이며, 100°C 이상에서는 3.8 mW/°C로 감소합니다.
• 출력 (포토트랜지스터 측):콜렉터-이미터 전압(V_CEO) 및 콜렉터-베이스 전압(V_CBO, CNY17-X 전용)은 80 V로 정격화되었습니다. 이미터-콜렉터(V_ECO) 및 이미터-베이스(V_EBO) 전압은 7 V입니다. 출력 전력 소산(P_C)은 25°C에서 150 mW이며, 100°C 이상에서는 9.0 mW/°C로 감소합니다.
• 장치 전체:총 장치 전력 소산(P_TOT)은 200 mW를 초과해서는 안 됩니다.
• 절연 및 환경:절연 전압(V_ISO)은 5000 V_rms(AC, 1분)입니다. 작동 온도 범위(T_OPR)는 -55°C ~ +110°C입니다. 최대 납땜 온도는 260°C에서 10초입니다.

2.2 전기-광학적 특성

이 파라미터들은 일반적인 작동 조건(별도 명시되지 않는 한 T_a= 25°C)에서 장치의 성능을 정의합니다.

2.2.1 입력 특성 (적외선 LED)

• 순방향 전압(V_F):I_F= 60 mA에서 최대 1.65 V. 이는 LED가 도통할 때 양단에 걸리는 전압 강하입니다.
• 역전류(I_R):V_R= 6 V에서 최대 10 µA. 이는 LED가 역바이어스되었을 때의 누설 전류입니다.
• 입력 커패시턴스(C_in):일반값 18 pF. 이는 입력 측의 고주파 스위칭 성능에 영향을 미칩니다.

2.2.2 출력 특성 (포토트랜지스터)

• 암전류:LED가 꺼진 상태(I_F=0)에서 누설 전류가 존재합니다. I_CEO(콜렉터-이미터)는 V_CE=10V에서 일반적으로 50 nA입니다. I_CBO(콜렉터-베이스, CNY17-X 전용)은 V_CB=10V에서 최대 20 nA입니다.
• 항복 전압: BV_CEO및 BV_CBO는 최소 80 V입니다. BV_ECO는 최소 7 V입니다.
• 출력 커패시턴스(C_CE):일반값 8 pF. 이는 출력 스위칭 속도에 영향을 미칩니다.

2.3 전달 특성

이는 신호 결합 애플리케이션에 있어 가장 중요한 파라미터입니다.

• 전류 전달율(CTR):이는 출력 콜렉터 전류(I_C) 대 입력 LED 순방향 전류(I_F)의 비율로, 백분율로 표시됩니다. 장치는 네 가지 별개의 CTR 범위로 그룹화됩니다:
  • CNY17-1 / CNY17F-1:CTR = 40% ~ 80% (I_F=10mA, V_CE=5V 기준)
  • CNY17-2 / CNY17F-2:CTR = 63% ~ 125%
  • CNY17-3 / CNY17F-3:CTR = 100% ~ 200%
  • CNY17-4 / CNY17F-4:CTR = 160% ~ 320%
• 저전류에서의 CTR:I_F= 1mA에서 최소 CTR이 지정됩니다(예: -1 등급의 경우 13%, -4 등급의 경우 56%). 이는 저전력 또는 아날로그 감지 애플리케이션에 중요합니다.
• 포화 전압(V_CE(sat)):I_F=10mA, I_C=2.5mA에서 최대 0.3 V. 이는 트랜지스터가 완전히 "켜진" 상태일 때 양단에 걸리는 전압입니다.
• 절연 저항(R_IO):최소 10¹¹Ω. 이는 입력과 출력 측 사이의 극히 높은 DC 저항을 나타냅니다.
• 입력-출력 커패시턴스(C_IO):일반값 0.5 pF. 이 작은 커패시턴스는 높은 공통 모드 과도 내성(CMTI)을 달성하는 데 핵심적입니다.

2.4 스위칭 특성

동적 성능은 턴온/오프 시간 및 상승/하강 시간으로 정의되며, 이는 테스트 조건에 따라 달라집니다.

• 조건 1 (V_CC=10V, I_C=2mA, R_L=100Ω):
  • 턴온 시간(t_on): 일반값 10 µs, 최대값 12 µs.
  • 턴오프 시간(t_off): 일반값 9 µs, 최대값 12 µs.
  • 상승 시간(t_r): 일반값 6 µs, 최대값 10 µs.
  • 하강 시간(t_f): 일반값 8 µs, 최대값 10 µs.
• 조건 2 (V_CC=5V, I_F=10mA, R_L=75Ω):
  • 상승 시간(t_r): 일반값 2 µs, 최대값 10 µs.
  • 하강 시간(t_f): 일반값 3 µs, 최대값 10 µs.

3. 등급 시스템 설명

이 포토커플러들의 주요 등급 구분은전류 전달율(CTR)을 기준으로 합니다. 네 가지 등급(1, 2, 3, 4)은 점진적으로 높아지는 최소 및 최대 CTR 값을 제공합니다. 이를 통해 설계자는 필요한 신호 이득과 일치하고 생산 배치에서 일관성을 제공하는 장치를 선택할 수 있습니다. 예를 들어, 강력하고 명확한 신호가 필요한 디지털 입력 회로는 -3 또는 -4 등급을 사용할 수 있으며, 변동에 민감한 회로는 더 엄격하고 낮은 이득의 -1 등급을 지정할 수 있습니다.

4. 성능 곡선 분석

데이터시트는 "일반적인 전기-광학적 특성 곡선"을 참조합니다. 특정 그래프는 제공된 텍스트에 자세히 설명되어 있지 않지만, 이러한 장치에 대한 일반적인 곡선은 다음과 같습니다:

• CTR 대 순방향 전류(I_F):전달 비율이 LED 구동 전류에 따라 어떻게 변하는지 보여주며, 일반적으로 특정 전류에서 피크에 도달합니다.
• CTR 대 온도:주변 온도가 증가함에 따라 CTR이 감소하는 것을 보여주며, 이는 고온 작동에 중요합니다.
• 콜렉터 전류(I_C) 대 콜렉터-이미터 전압(V_CE):포토트랜지스터의 출력 특성으로, 포화 영역과 활성 영역을 보여줍니다.
• 순방향 전압(V_F) 대 순방향 전류(I_F):적외선 LED의 IV 특성입니다.

이 곡선들은 비표준 조건에서의 장치 동작을 이해하고 회로 설계를 최적화하는 데 필수적입니다.

5. 기계적 및 패키지 정보

이 장치들은 여러 리드 폼 옵션을 갖춘 표준 6핀 DIP 패키지로 제공됩니다.

5.1 패키지 치수 및 옵션

• 표준 DIP:기본 스루홀 패키지입니다.
• 옵션 M:"와이드 리드 벤드" 기능을 제공하여 더 넓은 PCB 풋프린트와의 호환성을 위해 0.4인치(약 10.16 mm) 리드 간격을 제공합니다.
• 옵션 S:표면 실장 리드 폼입니다. 리플로우 납땜 공정을 위해 설계되었습니다.
• 옵션 S1:높이 제한이 있는 애플리케이션을 위한 "로우 프로파일" 표면 실장 리드 폼입니다.

각 옵션에 대해 상세한 치수 도면(mm 단위)이 제공되며, 본체 크기, 핀 길이, 핀 간격 및 시팅 평면을 지정합니다.

5.2 핀 구성 및 극성

명확한 핀 식별은 올바른 설치에 중요합니다.

• CNY17-X (베이스 핀 포함):
  1. 애노드 (LED +)
  2. 캐소드 (LED -)
  3. 연결 없음
  4. 이미터 (포토트랜지스터)
  5. 콜렉터 (포토트랜지스터)
  6. 베이스 (포토트랜지스터, 외부 연결)
• CNY17F-X (베이스 핀 없음):
  1. 애노드 (LED +)
  2. 캐소드 (LED -)
  3. 연결 없음
  4. 이미터 (포토트랜지스터)
  5. 콜렉터 (포토트랜지스터)
  6. 연결 없음

6. 납땜 및 조립 지침

데이터시트는 최대 납땜 온도를 260°C에서 10초로 지정합니다. 이는 일반적으로 스루홀 리드의 웨이브 또는 핸드 납땜을 위한 것입니다. 표면 실장 옵션(S, S1)의 경우 피크 온도가 260°C를 초과하지 않는 표준 적외선 또는 대류 리플로우 프로파일을 사용해야 합니다. 취급 중 패키지에 과도한 기계적 스트레스를 피하기 위한 예방 조치를 취해야 합니다. 저장은 지정된 온도 범위인 -55°C ~ +125°C 내에서 건조하고 정전기 방지 환경에서 이루어져야 합니다.

7. 포장 및 주문 정보

7.1 모델 번호 규칙

부품 번호는 다음 형식을 따릅니다:CNY17-XY(Z)-V또는CNY17F-XY(Z)-V

• X:부품 번호 / CTR 등급 (1, 2, 3 또는 4).
• Y:리드 폼 옵션 (S, S1, M 또는 표준 DIP의 경우 없음).
• Z:테이프 및 릴 옵션 (TA, TB 또는 없음). S 및 S1 옵션에만 적용됩니다.
• V:선택적 VDE 승인 마킹.

7.2 포장 사양

• 튜브 포장:표준 DIP 및 옵션 M은 각각 65개 단위가 들어 있는 튜브로 공급됩니다.
• 테이프 및 릴:옵션 S 및 S1은 테이프 및 릴 형태로 제공됩니다. TA 및 TB 옵션 모두 릴당 1000개 단위가 포함됩니다.

8. 애플리케이션 권장 사항

8.1 일반적인 애플리케이션 회로

데이터시트는 일반적인 용도를 나열합니다: 전원 공급 레귤레이터(피드백 절연용), 디지털 논리 입력(레벨 시프팅 및 노이즈 절연용), 마이크로프로세서 입력(노이즈가 있는 외부 신호와의 인터페이싱용). 스위칭 시간을 위한 특정 테스트 회로(그림 11)가 표시되어 있으며, 여기에는 입력 전류 제한 저항(R_IN), CNY17-X용 선택적 베이스-이미터 저항(R_BE), 콜렉터 부하 저항(R_L)이 포함됩니다.

8.2 설계 고려 사항

• LED 전류 제한:항상 직렬 저항을 사용하여 I_F를 원하는 값(일반적으로 속도, CTR 및 전력의 균형을 위해 1 mA ~ 20 mA 사이)으로 제한하십시오.
• 부하 저항(R_L):콜렉터의 R_L값은 스위칭 속도, 출력 스윙 및 전력 소비에 영향을 미칩니다. 더 작은 R_L은 더 빠른 하강 시간을 제공하지만 출력 전압 스윙을 감소시킵니다.
• 노이즈 내성 (CNY17F-X):외부 베이스 연결이 없는 CNY17F-X 시리즈는 포토트랜지스터의 베이스로의 노이즈 주입에 덜 민감하므로 전기적으로 노이즈가 많은 환경에서 선호됩니다.
• 속도 대 전류 트레이드오프:더 높은 I_F은 일반적으로 스위칭 속도를 향상시키지만 전력 소산을 증가시킵니다. 다른 테스트 조건에서의 스위칭 시간 사양을 참조하십시오.
• CTR 열화:CTR은 장치의 수명 동안 감소할 수 있으며, 특히 높은 작동 온도와 전류에서 그렇습니다. 장기적인 신뢰성을 위해 설계를 이에 맞게 감액하십시오.

9. 기술 비교

이 제품군 내의 주요 차별점은 외부 베이스 핀의 존재(CNY17-X) 또는 부재(CNY17F-X)입니다. CNY17-X는 더 많은 설계 유연성을 제공합니다; 베이스 핀은 개방 상태로 둘 수 있고, 저항을 통해 이미터에 연결하여(저장된 전하를 제거하여 속도 향상) 또는 특정 바이어스 구성에서 사용할 수 있습니다. CNY17F-X는 포토트랜지스터 베이스가 완전히 내부에 있고 접근할 수 없어 노이즈 내성이 우수하며, 이는 고노이즈 산업 환경에서 상당한 장점입니다. 두 시리즈 모두 동일한 절연, 전압 및 CTR 사양을 공유합니다.

10. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

Q: -1, -2, -3, -4 등급 간의 주요 차이점은 무엇입니까?

A: 차이점은 보장된 전류 전달율(CTR) 범위입니다. -4 등급은 가장 높은 이득(160-320%)을 가지며, -1 등급은 가장 낮은 이득(40-80%)을 가집니다. 회로에서 필요한 신호 증폭에 따라 선택하십시오.

Q: 언제 CNY17-X 대신 CNY17F-X를 사용해야 합니까?

A: 상당한 전기적 노이즈가 있는 환경(예: 모터 드라이브, 산업 제어)에서 작동할 때 CNY17F-X를 사용하십시오. 외부 베이스 연결이 없기 때문에 민감한 베이스 영역으로의 전자기 간섭(EMI) 결합에 본질적으로 덜 취약합니다.

Q: LED용 입력 직렬 저항을 어떻게 계산합니까?

A: 옴의 법칙을 사용하십시오: R_IN= (V_{CC_IN}- V_F) / I_F. V_F≈ 1.2V 일반값(최대 1.65V)으로 가정합니다. 예를 들어, 5V 공급 전압과 원하는 I_F10mA의 경우: R_IN= (5V - 1.2V) / 0.01A = 380Ω. 표준 390Ω 저항을 사용하십시오.

Q: AC 신호 절연에 이것을 사용할 수 있습니까?

A: 예, 하지만 제한이 있습니다. 포토트랜지스터 출력은 단방향(DC)입니다. AC 신호를 전송하려면 일반적으로 두 개의 포토커플러(각 반주기마다 하나씩)가 필요하거나 아날로그 전송을 위해 출력을 선형 영역으로 바이어스하는 추가 회로가 필요하지만, 이 장치에 대해 선형성은 지정된 파라미터가 아닙니다.

11. 실용적인 설계 예시

시나리오:3.3V 마이크로컨트롤러 GPIO 핀을 24V 산업용 센서 신호로부터 절연합니다.

1. 장치 선택:우수한 이득(100-200% CTR)과 높은 노이즈 내성을 위해 CNY17F-3을 선택합니다.
2. 입력 측 (마이크로컨트롤러):GPIO 핀이 전류 제한 저항을 통해 LED를 구동합니다. V_{GPIO_HIGH}≈ 3.3V이고 목표 I_F= 5mA인 경우: R_IN= (3.3V - 1.2V) / 0.005A = 420Ω. 430Ω을 사용합니다.
3. 출력 측 (센서 인터페이스):풀업 저항(R_L)을 통해 포토트랜지스터 콜렉터를 24V 공급 전압에 연결합니다. 이미터는 접지에 연결합니다. R_L을 선택하여 켜졌을 때 출력이 포화되고 꺼졌을 때 유효한 논리 하이를 제공하도록 합니다. I_C≈ CTR * I_F= 150% * 5mA = 7.5mA(일반값)이고 꺼졌을 때 원하는 출력 논리 하이가 ~20V인 경우: R_L≤ (24V - 20V) / (I_CEO). I_CEO최대값 ~50nA이므로 누설 전류에 대해 거의 모든 값이 작동합니다. 스위칭 속도를 위해 10kΩ 저항이 일반적인 시작점입니다. 출력(콜렉터 노드)은 이제 입력 신호의 절연된 반전된 복사본을 제공합니다.

12. 작동 원리

포토커플러는 전기 신호를 빛으로 변환하고, 전기적으로 절연된 장벽을 가로질러 전송한 다음, 빛을 다시 전기 신호로 변환하여 작동합니다. CNY17-X/F-X 시리즈에서 전류(I_F)가 적외선 LED를 통해 흐르면 광자를 방출합니다. 이 광자들은 투명한 절연 몰드 컴파운드를 통과하여 실리콘 포토트랜지스터의 베이스 영역에 충돌합니다. 광자 에너지는 베이스에서 전자-정공 쌍을 생성하여 베이스 전류를 만들어 트랜지스터를 켜고, 콜렉터 전류(I_C)가 흐르게 합니다. 비율 I_C/I_F가 CTR입니다. 입력과 출력 사이에는 전기적 연결이 존재하지 않아 몰드 컴파운드의 유전 강도와 내부 핀 간격(크리피지 >7.6mm)에 의해 결정되는 갈바닉 절연을 제공합니다.

13. 기술 동향

포토커플러 기술은 계속 발전하고 있습니다. CNY17 시리즈와 같은 기존의 포토트랜지스터 기반 커플러는 비용 효율적인 범용 절연용으로 여전히 인기가 있지만, 동향은 다음과 같은 방향으로 나아가고 있습니다:

더 높은 속도:다중 Mbps 데이터 전송을 위한 포토다이오드 및 통합 증폭기(예: 디지털 아이솔레이터)를 사용한 더 빠른 커플러 개발.

더 높은 통합도:단일 패키지에 여러 절연 채널을 결합하거나 게이트 드라이버 또는 ADC 인터페이스와 같은 다른 기능과 절연을 통합.

향상된 신뢰성 및 수명:시간과 온도에 따른 CTR 열화를 최소화하는 재료 및 설계에 초점.

소형화:동일하거나 더 나은 절연 등급을 가진 더 작은 표면 실장 패키지(SOIC, SSOP)로의 이전. CNY17 시리즈의 S 및 S1 옵션은 표면 실장 조립으로의 이러한 동향을 반영합니다.