EL827 시리즈 포토커플러 데이터시트 - 8핀 DIP 패키지 - 5000Vrms 절연 - CTR 50-600% - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

EL827 시리즈는 산업 표준 8핀 듀얼 인라인 패키지(DIP)에 장착된 포토트랜지스터 기반 포토커플러(옵토커플러) 제품군을 대표합니다. 이 소자들은 서로 다른 전위나 임피던스를 가진 회로 사이에서 전기적 절연과 신호 전송을 제공하도록 설계되었습니다. 핵심 기능은 실리콘 포토트랜지스터 검출기에 광학적으로 결합된 적외선 발광 다이오드(IRED)를 통해 달성됩니다. 이 구성은 제어 신호가 입력측에서 출력측으로 전달되도록 하면서도 높은 수준의 전기적 절연을 유지하는데, 이는 많은 전자 시스템에서 안전성과 노이즈 내성을 위해 매우 중요합니다.

이 시리즈의 주요 장점은 높은 전류 전달비(CTR) 범위와 견고한 절연 전압 정격의 조합에 있습니다. 컴팩트한 DIP 패키지는 표준형, 와이드 리드 간격형, 표면 실장형 등 여러 리드 형태 옵션으로 제공되어 다양한 PCB 조립 공정에 유연성을 제공합니다. 이 소자들은 주요 국제 안전 및 환경 표준을 준수하여 전 세계 다양한 응용 분야에 적합합니다.

1.1 핵심 특징 및 목표 응용 분야

EL827 시리즈는 성능 범위와 응용 적합성을 정의하는 몇 가지 주요 특징으로 설계되었습니다. 50%에서 600%까지(IF=5mA, VCE=5V 조건)의 높은 전류 전달비(CTR)는 우수한 감도로 효율적인 신호 전송을 보장합니다. 입력부와 출력부 사이의 절연 전압은 5000 Vrms로 정격되어 있으며, 고전압 서지를 막아주고 시스템 안전성을 향상시킵니다.

본 제품은 RoHS 및 EU REACH 규정을 준수합니다. UL, cUL(파일 E214129), VDE(파일 132249), SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO, CQC 등 여러 유명 국제 기관의 안전 인증을 획득했습니다. 이러한 인증은 엄격한 안전 요구사항이 있는 시장을 위한 제품에 필수적입니다.

EL827 시리즈의 대표적인 응용 분야는 다음과 같습니다:

• 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC) 및 산업 자동화 시스템.
• 노이즈 없는 신호 획득이 필요한 시스템 장비 및 정밀 측정 기기.
• 신호 절연 및 인터페이스 보호를 위한 통신 장비.
• 팬 히터 및 기타 제어 시스템과 같은 가전 제품.
• 서로 다른 전위와 임피던스를 가진 회로 간의 범용 신호 전송으로, 기본적인 절연 부품 역할을 합니다.

2. 기술 사양 및 심층 해석

이 섹션은 소자의 전기적 및 광학적 파라미터에 대한 상세한 분석을 제공합니다. 이러한 사양을 이해하는 것은 적절한 회로 설계와 신뢰할 수 있는 장기 운영을 보장하는 데 중요합니다.

2.1 절대 최대 정격

절대 최대 정격은 소자에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 이 한계에서 또는 그 이하에서의 동작은 보장되지 않으며 정상 사용 시 피해야 합니다. 정격은 주변 온도(Ta) 25°C에서 지정됩니다.

• 입력(다이오드) 측:연속 순방향 전류(IF)는 60 mA를 초과해서는 안 됩니다. 1마이크로초 동안 1 A의 짧은 피크 순방향 전류(IFP)는 허용됩니다. 다이오드에 인가되는 최대 역방향 전압(VR)은 6 V입니다. 입력측 전력 소산(PD)은 100 mW로 제한됩니다.
• 출력(트랜지스터) 측:최대 콜렉터 전류(IC)는 50 mA입니다. 콜렉터-이미터 전압(VCEO)은 최대 80 V까지 가능하며, 이미터-콜렉터 전압(VECO)은 7 V로 제한됩니다. 출력 전력 소산(PC)은 150 mW입니다.
• 소자 전체 및 환경:소자 전체 전력 소산(PTOT)은 200 mW입니다. 입력부와 출력부 사이의 절연 전압(VISO)은 5000 Vrms입니다(상대 습도 40-60%에서 1분간 테스트). 동작 온도 범위(TOPR)는 -55°C에서 +110°C이며, 저장 온도(TSTG) 범위는 -55°C에서 +125°C입니다. 조립 중 납땜 온도(TSOL)는 10초 동안 260°C를 초과해서는 안 됩니다.

2.2 전기-광학적 특성

이 파라미터들은 정상 동작 조건(일반적으로 Ta=25°C)에서 소자의 성능을 정의합니다. 회로 성능 계산에 필수적입니다.

입력 특성(적외선 발광 다이오드):

• 순방향 전압(VF):일반적으로 1.2V이며, 순방향 전류(IF) 20 mA가 인가될 때 최대 1.4V입니다. 이 파라미터는 입력측의 전류 제한 저항 크기를 결정하는 데 사용됩니다.
• 역방향 전류(IR):역방향 전압(VR) 4V가 인가될 때 최대 10 µA로, 다이오드의 오프 상태 누설 전류를 나타냅니다.
• 입력 커패시턴스(Cin):일반적으로 30 pF, 최대 250 pF(0V, 1 kHz에서 측정). 이는 고주파 스위칭 성능에 영향을 미칩니다.

출력 특성(포토트랜지스터):

• 콜렉터-이미터 암전류(ICEO):VCE=20V, IF=0mA 조건에서 최대 100 nA입니다. 이는 빛이 입사하지 않을 때 포토트랜지스터의 누설 전류입니다.
• 항복 전압:콜렉터-이미터 항복 전압(BVCEO)은 최소 80V(IC=0.1mA)입니다. 이미터-콜렉터 항복 전압(BVECO)은 최소 7V(IE=0.1mA)입니다.

전달 특성(결합 성능):

• 전류 전달비(CTR):이는 핵심 파라미터로, (IC / IF) * 100%로 정의됩니다. EL827 시리즈의 경우, 표준 테스트 조건(IF=5mA, VCE=5V)에서 최소 50%에서 최대 600%까지의 범위를 가집니다. 이 넓은 범위는 다른 등급이나 생산 편차를 나타낼 수 있습니다. 설계자는 출력 트랜지스터가 제대로 포화되도록 보장하기 위해 최소 CTR을 고려해야 합니다.
• 콜렉터-이미터 포화 전압(VCE(sat)):일반적으로 0.1V이며, IF=20mA, IC=1mA 조건에서 최대 0.2V입니다. 출력 스위칭 응용 분야에서는 전압 강하를 최소화하기 위해 낮은 VCE(sat)가 바람직합니다.
• 절연 저항(RIO):절연된 양측 사이에 500V DC가 인가될 때 최소 5 x 10^10 Ω입니다. 이는 우수한 DC 절연을 나타냅니다.
• 부유 커패시턴스(CIO):일반적으로 0.6 pF, 최대 1.0 pF(VIO=0V, f=1MHz). 이 작은 커패시턴스는 높은 공통 모드 서지 내성에 기여합니다.
• 차단 주파수(fc):일반적으로 80 kHz(VCE=5V, IC=2mA, RL=100Ω, -3dB 포인트). 이는 소자의 소신호 대역폭을 정의합니다.
• 스위칭 시간:상승 시간(tr)은 일반적으로 3 µs(최대 18 µs), 하강 시간(tf)은 일반적으로 4 µs(최대 18 µs)입니다(지정된 테스트 조건: VCE=2V, IC=2mA, RL=100Ω). 이 시간들은 최대 디지털 스위칭 속도를 결정합니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트는 일반적인 전기-광학적 특성 곡선을 참조합니다. 특정 그래프는 제공된 텍스트에 재현되지 않았지만, 그 목적은 주요 파라미터가 동작 조건에 따라 어떻게 변하는지 설명하는 것입니다. 설계자는 이러한 그래프를 보려면 전체 데이터시트를 참조해야 합니다.

일반적인 곡선은 다음을 포함합니다:

• CTR 대 순방향 전류(IF):전류 전달비가 입력 다이오드 전류에 따라 어떻게 변하는지 보여줍니다. CTR은 특정 IF에서 정점을 이루며, 매우 높은 전류에서는 발열이나 다른 효과로 인해 감소할 수 있습니다.
• CTR 대 주변 온도(Ta):결합 효율의 온도 의존성을 보여줍니다. CTR은 일반적으로 온도가 증가함에 따라 감소합니다.
• 출력 전류(IC) 대 콜렉터-이미터 전압(VCE):IF를 파라미터로 하는 곡선군으로, 표준 트랜지스터의 출력 특성과 유사합니다. 이는 동작 영역(포화, 활성)을 보여줍니다.
• 포화 전압(VCE(sat)) 대 순방향 전류(IF):입력 구동과 출력 트랜지스터 포화 사이의 관계를 보여줍니다.

3.1 스위칭 시간 테스트 회로

데이터시트의 그림 10은 스위칭 시간(ton, toff, tr, tf)을 측정하기 위한 표준 테스트 회로 및 파형 정의를 상세히 설명합니다. 테스트는 IRED를 구동하는 펄스 입력 전류로 수행됩니다. 출력은 콜렉터와 공급 전압(VCC) 사이에 연결된 부하 저항(RL) 양단에서 모니터링됩니다. 상승 시간(tr)은 출력 펄스 최종 값의 10%에서 90%까지 측정되며, 하강 시간(tf)은 90%에서 10%까지 측정됩니다. 이 테스트 설정을 이해하면 설계자가 특정 응용 회로에서 소자를 특성화해야 할 경우 조건을 재현하는 데 도움이 됩니다.

4. 기계적 및 패키지 정보

EL827은 다양한 PCB 설계 및 조립 방법을 수용하기 위해 여러 리드 형태 옵션을 갖춘 8핀 DIP 패키지로 제공됩니다.

4.1 핀 구성 및 회로도

내부 회로도는 핀 1/3(애노드)과 핀 2/4(캐소드) 사이에 연결된 적외선 발광 다이오드를 보여줍니다. 포토트랜지스터의 이미터는 핀 5/7에 연결되고, 콜렉터는 핀 6/8에 연결됩니다. 동일한 기능을 가진 핀들은 기계적 강도를 제공하고 잠재적으로 리드 인덕턴스를 낮추기 위해 내부적으로 연결되어 있습니다. 표준 연결은 각 쌍에서 하나의 핀을 사용하는 것입니다.

핀 할당:

• 핀 1, 3: 애노드(A)
• 핀 2, 4: 캐소드(K)
• 핀 5, 7: 이미터(E)
• 핀 6, 8: 콜렉터(C)

4.2 패키지 치수 및 옵션

각 패키지 변형에 대한 상세한 기계 도면이 제공됩니다:

• 표준 DIP 타입:기존의 스루홀 패키지입니다.
• 옵션 M 타입:"와이드 리드 벤드" 특징을 가지며, 0.4인치(약 10.16mm) 리드 간격을 제공합니다. 이는 브레드보딩이나 특정 레이아웃 요구사항에 유용할 수 있습니다.
• 옵션 S 타입:리플로우 납땜을 위한 표면 실장 리드 형태입니다.
• 옵션 S1 타입:"로우 프로파일" 표면 실장 리드 형태로, S 옵션에 비해 스탠드오프 높이가 감소된 것으로 보입니다.

데이터시트에는 또한 표면 실장 옵션(S 및 S1)에 대한 권장 패드 레이아웃이 포함되어 있으며, 이는 리플로우 납땜 중 신뢰할 수 있는 솔더 조인트와 적절한 기계적 정렬을 달성하는 데 중요합니다.

4.3 소자 마킹

소자는 상단에 "EL827" 시리즈 표시, 그 뒤에 한 자리 연도 코드(Y), 두 자리 주 코드(WW), 그리고 해당 장치가 VDE 승인된 경우 선택적 "V" 접미사가 표시됩니다. 이 마킹은 제조 날짜와 변형의 추적성을 가능하게 합니다.

5. 납땜 및 조립 가이드라인

5.1 납땜 조건

데이터시트는 조립 공정, 특히 표면 실장 변형에 대한 중요한 정보를 제공합니다. 납땜 중 허용 가능한 최대 본체 온도는 IPC/JEDEC J-STD-020D를 참조한 리플로우 프로파일에 의해 정의됩니다. 이 프로파일의 주요 파라미터는 다음과 같습니다:

• 예열 온도:최소(Tsmin) 150°C, 최대(Tsmax) 200°C.
• 예열 시간:프로파일은 이 온도 범위에서 특정 시간(ts)을 보여주며, 이는 구성 요소와 보드를 점진적으로 가열하여 열 충격을 최소화합니다.
• 피크 온도 및 시간:프로파일은 최대 납땜 온도(TSOL) 260°C를 초과해서는 안 되며, 260°C 이상의 시간은 제한되어야 합니다(일반적으로 절대 최대 정격에 명시된 대로 10초).

이 프로파일을 준수하는 것은 플라스틱 패키지, 내부 와이어 본드 또는 반도체 다이 자체의 손상을 방지하는 데 필수적입니다. 스루홀 부품의 경우, 웨이브 납땜이나 핸드 납땜도 260°C 10초 제한을 준수해야 합니다.

6. 포장 및 주문 정보

6.1 주문 부품 번호 구조

부품 번호는 다음 형식을 따릅니다: EL827X(Z)-V

• X:리드 형태 옵션: 없음(표준 DIP), M(와이드 리드 벤드), S(표면 실장), S1(로우 프로파일 표면 실장).
• Z:테이프 및 릴 옵션: 없음(튜브 포장), TA, 또는 TB(다른 테이피 피드 방향).
• V:선택적 VDE 안전 승인 마킹.

6.2 포장 수량

• 표준 DIP 및 옵션 M: 튜브당 45개.
• 옵션 S(TA), S(TB), S1(TA), S1(TB): 릴당 1000개.

6.3 테이프 및 릴 사양

S 및 S1 옵션(TA 및 TB)에 대한 캐리어 테이프의 상세 치수가 제공됩니다. 파라미터는 포켓 치수(A, B, Do, D1), 테이프 피치(Po, P1), 테이프 두께(t), 전체 테이프 너비(W)를 포함합니다. 옵션 TA와 TB는 릴에서의 피드 방향이 다르며, 이는 픽 앤 플레이스 기계에서 올바르게 구성되어야 합니다. 다이어그램은 테이프 포켓 내부의 소자 방향을 보여줍니다.

7. 응용 제안 및 설계 고려사항

EL827 포토커플러를 사용하여 설계할 때 최적의 성능과 신뢰성을 보장하기 위해 몇 가지 요소를 고려해야 합니다.

입력 회로 설계:입력 IRED와 직렬로 전류 제한 저항을 배치해야 합니다. 그 값은 공급 전압(Vcc_in), 원하는 순방향 전류(IF), 다이오드의 순방향 전압(VF)을 기반으로 계산됩니다: R_in = (Vcc_in - VF) / IF. 선택된 IF는 CTR, 스위칭 속도 및 소자 수명에 영향을 미칩니다. 연속 동작을 위해 권장되는 20mA 이하에서 동작하는 것이 좋습니다.

출력 회로 설계:포토트랜지스터는 스위칭(포화) 모드 또는 선형(활성) 모드로 사용될 수 있습니다. 디지털 스위칭의 경우, 풀업 저항(RL)이 콜렉터와 출력측 공급 전압(Vcc_out) 사이에 연결됩니다. RL의 값은 스위칭 속도(낮은 RL = 빠름, 그러나 높은 IC)와 전류 소비에 영향을 미칩니다. 출력 전류(IC)가 최대 50mA를 초과하지 않도록 해야 합니다. 선형 응용의 경우, 소자는 활성 영역에서 동작하지만, 비선형 CTR과 온도 의존성을 주의 깊게 고려해야 합니다.

절연 및 레이아웃:높은 절연 정격을 유지하기 위해, 관련 안전 표준(예: IEC 60950-1, IEC 62368-1)에 따라 PCB 상의 입력측과 출력측 구리 트레이스 사이에 충분한 크리피지 및 클리어런스 거리를 유지하십시오. 레이아웃에서 포토커플러를 절연 장벽에 걸쳐 배치하십시오.

바이패싱 및 노이즈:노이즈에 민감한 응용 분야나 스위칭 회로의 안정성을 향상시키기 위해, 소자의 입력측과 출력측 모두의 공급 핀 근처에 작은 바이패스 커패시터(예: 0.1 µF)를 배치하는 것을 고려하십시오.

8. 기술 비교 및 일반적인 질문

8.1 다른 포토커플러와의 차별점

EL827의 주요 차별점은 높은 5000Vrms 절연 전압과 넓은 CTR 범위(50-600%)입니다. 기본적인 4핀 포토커플러와 비교하여, 8핀 DIP는 각 단자에 대해 듀얼 핀을 제공하여 기계적인 보드 고정력을 향상시키고 잠재적으로 약간 더 나은 열 성능을 제공할 수 있습니다. 표면 실장(S, S1) 및 와이드 리드(M) 옵션의 가용성은 많은 단일 패키지 제품보다 더 많은 유연성을 제공합니다. 국제 안전 인증(UL, VDE 등)의 포괄적인 세트는 인증이 필요한 상업 및 산업 제품에 상당한 이점입니다.

8.2 자주 묻는 질문(파라미터 기반)

Q: CTR 범위가 50-600%라는 것이 제 설계에 어떤 의미인가요?

A: 이는 생산 편차를 나타냅니다. 회로를 설계할 때 모든 조건에서 출력이 제대로 스위칭되도록 보장하기 위해최소보장된 CTR(이 경우 50%)로도 안정적으로 동작하도록 설계해야 합니다. 설계에 특정 감도가 필요한 경우, 측정된 CTR(빈닝)에 따라 소자를 선택하거나 편차를 보상하는 회로를 사용해야 할 수 있습니다.

Q: 아날로그 신호 절연에 이것을 사용할 수 있나요?

A: 가능은 하지만(선형 모드에서 사용), CTR의 IF에 대한 비선형성과 강한 온도 의존성으로 인해 이상적이지 않습니다. 정밀 아날로그 절연을 위해서는 전용 선형 옵토커플러나 절연 증폭기를 권장합니다.

Q: S와 S1 표면 실장 옵션 중에서 어떻게 선택하나요?

A: S1 "로우 프로파일" 옵션은 PCB 조립에 엄격한 높이 제한이 있는 응용 분야를 위해 설계되었습니다. 데이터시트의 패키지 치수 도면을 참조하여 스탠드오프 높이와 전체 치수를 비교하십시오. 전기적 특성은 동일합니다.

Q: 스위칭 시간이 느려 보입니다(최대 18µs). 제 고속 디지털 통신에 적합한가요?

A: PLC나 마이크로컨트롤러 인터페이스의 표준 디지털 I/O 절연에는 이러한 속도가 일반적으로 충분합니다. 고속 직렬 통신(예: USB, RS-485 절연)의 경우, 훨씬 빠른 디지털 절연기(커패시티브 또는 자기 결합 기반) 또는 Mbps 범위의 데이터 속도를 위해 특별히 설계된 고속 옵토커플러를 고려해야 합니다.

9. 동작 원리 및 트렌드

9.1 기본 동작 원리

포토커플러는 전기 신호를 빛으로 변환하고, 그 빛을 전기적으로 절연된 간격을 가로질러 전송한 다음, 빛을 다시 전기 신호로 변환하여 동작합니다. EL827에서 입력 적외선 발광 다이오드(IRED)에 인가된 전류는 적외선 파장에서 광자(빛)를 방출하게 합니다. 이 빛은 투명한 절연 몰드 컴파운드를 통과하여 출력측의 실리콘 포토트랜지스터의 베이스 영역에 도달합니다. 입사광은 베이스에서 전자-정공 쌍을 생성하여 효과적으로 베이스 전류 역할을 하며, 이로 인해 훨씬 더 큰 콜렉터 전류가 흐를 수 있습니다. 이 콜렉터 전류는 입사광의 강도에 비례하며, 이는 다시 입력 다이오드 전류에 비례하여 전류 전달비(CTR)를 설정합니다. 핵심은 입력과 출력 사이의 유일한 연결이 빛의 빔이라는 것이며, 이는 전기적 절연을 제공합니다.

9.2 산업 트렌드

옵토커플러 시장은 계속 발전하고 있습니다. 주요 트렌드로는 더 빠른 산업 통신 프로토콜과 디지털 전원 공급 제어를 수용하기 위한 더 높은 데이터 속도 추구가 있습니다. 또한 단일 패키지에 여러 절연 채널을 결합하거나 IGBT/MOSFET용 게이트 드라이버와 같은 추가 기능을 통합하는 것과 같은 더 높은 통합도 요구됩니다. 더 나아가, 특히 자동차 및 산업 응용 분야에서 향상된 신뢰성 필요성은 고온 성능과 CTR의 장기 안정성 개선을 주도합니다. EL827과 같은 기존의 포토트랜지스터 기반 커플러는 단순성, 비용 효율성 및 고전압 능력으로 인해 기본 절연을 위한 주력 제품으로 남아 있지만, 커패시티브 및 자기(자기저항) 절연기와 같은 새로운 기술은 매우 높은 속도, 낮은 전력 소비 및 견고한 노이즈 내성이 필요한 응용 분야에서 점유율을 확대하고 있습니다.