8핀 SOP 포토트랜지스터 포토커플러 EL20X/EL21X 시리즈 데이터시트 - SO-8 패키지 - 절연 내압 3750Vrms - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

EL20X 및 EL21X 시리즈는 표준 8핀 소형 아웃라인 패키지(SOP)에 실장된 포토트랜지스터 기반 포토커플러(옵토커플러) 제품군입니다. 이 장치들은 적외선 발광 다이오드(LED)를 사용하여 신호를 포토트랜지스터 검출기로 전송함으로써 두 회로 간의 전기적 절연을 제공합니다. 주요 기능은 직접적인 전기적 연결 없이 절연 장벽을 가로질러 전기 신호를 전달하여 고전압이나 노이즈가 한 회로에서 다른 회로로 전파되는 것을 방지하는 것입니다.

이 시리즈의 핵심 장점은 컴팩트하고 업계 표준인 SO-8 풋프린트와 견고한 절연 성능의 결합에 있습니다. 주요 특징으로는 3750 V_rms의 높은 절연 전압, -55°C에서 +110°C까지의 넓은 동작 온도 범위, 80V의 높은 콜렉터-이미터 항복 전압(BV_CEO)이 포함됩니다. 이 장치들은 다양한 전류 전달율(CTR) 등급으로 제공되어 설계자가 특정 애플리케이션의 이득 요구 사항에 최적화된 부품을 선택할 수 있습니다. 할로겐 프리, 무연, RoHS 준수, UL/cUL 인증과 같은 환경 및 안전 표준 준수로 인해 다양한 상업 및 산업 애플리케이션에 적합합니다.

1.1 목표 애플리케이션

이 포토커플러들은 전자 시스템에서 범용 절연 및 스위칭 작업을 위해 설계되었습니다. 일반적인 애플리케이션 영역은 다음과 같습니다:

• 피드백 제어 회로:스위치 모드 전원 공급 장치(SMPS)에서 피드백 신호를 절연하여 규정을 유지하고 제어 IC를 보호합니다.
• 인터페이싱 시스템:서로 다른 접지 전위나 전압 레벨에서 동작하는 회로 간의 디지털 또는 아날로그 신호를 결합합니다. 예를 들어 마이크로컨트롤러와 모터 드라이브 또는 산업용 I/O 모듈의 인터페이싱에 사용됩니다.
• 범용 스위칭:기계식 릴레이를 대체하여 노이즈 없는 고체 상태 신호 스위칭을 수행합니다.
• 모니터 및 검출 회로:절연이 중요한 안전 모니터링, 고장 검출 또는 라인 센싱에 사용됩니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

이 섹션에서는 데이터시트에 명시된 주요 전기 및 광학 파라미터에 대한 상세하고 객관적인 해석을 제공합니다.

2.1 절대 최대 정격

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

• 입력 순방향 전류(I_F):60 mA (연속). 매우 짧은 펄스(10 µs) 동안의 피크 순방향 전류(I_FM)는 1 A이며, 이는 켜질 때의 서지 조건과 관련이 있습니다.
• 입력 역방향 전압(V_R):6 V. 입력 LED는 상대적으로 낮은 역방향 항복 전압을 가지므로, 역방향 바이어스를 가하지 않도록 회로 설계 시 주의해야 합니다.
• 출력 콜렉터-이미터 전압(V_CEO):80 V. 이는 베이스가 개방(광 입력 없음) 상태일 때 포토트랜지스터의 콜렉터와 이미터 사이에 유지될 수 있는 최대 전압입니다.
• 총 전력 소산(P_TOT):240 mW. 이는 입력 LED와 출력 트랜지스터에 의해 소산될 수 있는 최대 결합 전력입니다. 개별 한계는 입력(P_D)에 대해 90 mW, 출력(P_C)에 대해 150 mW입니다.
• 절연 전압(V_ISO):1분 동안 3750 V_rms. 이는 중요한 안전 파라미터로, 모든 단락된 입력 핀(1-4)과 모든 단락된 출력 핀(5-8) 사이에 이 AC 전압을 인가하여 테스트합니다. 이는 내부 절연체의 유전 강도를 인증합니다.
• 동작 및 저장 온도:-55°C ~ +110°C (동작), -55°C ~ +125°C (저장). 넓은 범위는 가혹한 환경에서의 신뢰성을 보장합니다.

2.2 전기-광학 특성

이 파라미터들은 표준 테스트 조건(별도 명시되지 않는 한 Ta=25°C)에서 측정되며, 장치의 성능을 정의합니다.

2.2.1 입력(LED) 특성

• 순방향 전압(V_F):일반적으로 1.3V, I_F= 10 mA에서 최대 1.5V. 이는 LED 구동 회로에 필요한 전류 제한 저항을 계산하는 데 사용됩니다.
• 역방향 전류(I_R):V_R= 6V에서 최대 100 µA, 이는 LED의 꺼진 상태에서의 누설 전류를 나타냅니다.

2.2.2 출력(포토트랜지스터) 특성

• 콜렉터-이미터 암전류(I_CEO):V_CE= 10V, I_F= 0mA에서 최대 50 nA. 이는 빛이 입사하지 않을 때 포토트랜지스터의 누설 전류로, "꺼짐" 상태 신호 레벨을 결정하는 데 중요합니다.
• 콜렉터-이미터 포화 전압(V_CE(sat)):I_F= 10mA, I_C= 2mA에서 최대 0.4V. 장치가 스위치로 사용될 때 낮은 포화 전압은 전압 강하와 전력 손실을 최소화하기 위해 바람직합니다.

2.2.3 전달 특성

포토커플러의 가장 중요한 파라미터는 전류 전달율(CTR)입니다.

• 정의:CTR = (I_C/ I_F) * 100%, 여기서 I_C는 포토트랜지스터의 콜렉터 전류이고 I_F는 LED의 순방향 전류입니다. 이는 입력 전류를 출력 전류로 변환하는 효율을 나타냅니다.
• 등급 시스템:이 시리즈는 특정 CTR 빈으로 나뉘어 있어 설계 일관성을 제공합니다.
  • EL20X 시리즈 (I_F=10mA에서 표준 CTR):EL205 (40-80%), EL206 (63-125%), EL207 (100-200%), EL208 (160-320%).
  • EL21X 시리즈 (I_F=10mA에서 최소 CTR):EL211 (>20%), EL212 (>50%), EL213 (>100%).
  • 저전류 CTR (I_F=1mA에서):더 낮은 LED 전류에서 동작하기 위해 다른 부품 번호(EL215, EL216, EL217)가 지정되어 있으며, 이는 CTR이 I_F.
• 에 의존함을 보여줍니다.스위칭 속도:_{일반적인 턴온 시간(t}on_{)과 턴오프 시간(t}off_r)은 각각 3.0 µs이며, 지정된 테스트 조건(V_f=10V, I_CC=2mA, R_C=100Ω)에서 상승 시간(t_L)은 1.6 µs, 하강 시간(t
• )은 2.2 µs입니다. 이 파라미터들은 전송될 수 있는 신호의 최대 주파수를 제한합니다.절연 파라미터:_IO절연 저항(R¹¹)은 일반적으로 10_IOΩ이고, 입력-출력 커패시턴스(C

)는 일반적으로 0.5 pF입니다. 낮은 커패시턴스는 노이즈가 많은 환경에서 높은 공통 모드 과도 내성(CMTI)을 유지하는 데 중요합니다.

3. 성능 곡선 분석

제공된 PDF 발췌문에는 일반적인 특성 곡선이 언급되어 있지만 표시되지는 않습니다. 그들의 일반적인 목적과 설계에 미치는 영향은 아래에 설명되어 있습니다._F)

3.1 전류 전달율(CTR) 대 순방향 전류(I_F일반적인 곡선은 CTR이 일정하지 않음을 보여줍니다. 이는 일반적으로 특정 I

(종종 이러한 장치의 경우 1-10 mA 범위)에서 정점을 이루고 더 낮거나 더 높은 전류에서 감소합니다. 설계자는 애플리케이션에 충분한 이득과 선형성을 제공하는 최적의 동작점을 선택하기 위해 이 곡선을 참조해야 합니다.

3.2 CTR 대 온도

CTR은 음의 온도 계수를 가집니다. 즉, 주변 온도가 증가함에 따라 감소합니다. 이 특성은 전체 -55°C ~ +110°C 범위에서 동작하는 설계에 매우 중요합니다. 회로는 CTR이 최소인 최대 예상 온도에서 적절한 동작(예: 충분한 출력 스윙 또는 스위칭 능력)을 보장하도록 설계되어야 합니다.

3.3 콜렉터 전류 대 콜렉터-이미터 전압_F다른 I_CE값으로 매개변수화된 이 곡선 세트는 포토트랜지스터의 출력 특성을 보여줍니다. 이는 포화 영역(V_C가 낮고 I_F가 주로 I

에 의해 제어됨)과 능동/선형 영역을 설명합니다. 이는 선형 절연 증폭기를 설계하거나 스위치로 사용될 때 장치가 완전히 포화되도록 보장하는 데 필수적입니다.

4. 기계적 및 패키지 정보

4.1 핀 구성8핀 SOP 패키지는 다음과 같은 핀아웃을 가집니다:핀 1:애노드,핀 2:캐소드,핀 3, 4, 8:연결 없음(NC),핀 5:이미터,핀 6:콜렉터,핀 7:

베이스. 베이스 핀은 외부로 도출되어 설계 유연성을 제공합니다. 최대 감도를 위해 개방 상태로 둘 수 있고, 감도를 줄이고 스위칭 속도를 향상시키기 위해 저항을 통해 이미터에 연결할 수 있으며, 특정 구성에서 피드백에 사용할 수 있습니다.

4.2 패키지 치수 및 PCB 레이아웃

이 장치는 표준 SO-8 풋프린트를 준수합니다. 데이터시트에는 밀리미터 단위의 치수를 가진 상세한 기계 도면이 포함되어 있습니다. 표면 실장 조립을 위한 권장 패드 레이아웃도 제공됩니다. 이 랜드 패턴을 따르는 것은 신뢰할 수 있는 솔더 접합을 달성하고 리플로우 중 툼스토닝과 같은 문제를 방지하는 데 중요합니다. 패키지 외곽선은 자동 픽 앤 플레이스 장비와의 호환성을 보장합니다.

5. 솔더링 및 조립 가이드라인

솔더링 온도의 절대 최대 정격은 10초 동안 260°C입니다. 이는 무연 리플로우 솔더링 공정에 대한 일반적인 정격입니다. 수분 민감도 레벨(MSL) 및 리플로우 프로파일에 대한 표준 IPC/JEDEC J-STD-020 지침을 따라야 합니다. 장치는 사용할 때까지 원래의 수분 차단 백에 보관해야 합니다. MSL 정격을 초과하는 주변 습도에 노출된 경우, 리플로우 중 "팝콘" 손상을 방지하기 위해 솔더링 전에 베이킹이 필요합니다.

6. 포장 및 주문 정보

6.1 모델 번호 규칙부품 번호는 다음 형식을 따릅니다:

• EL2XX(Y)-VXX:
• 부품 번호 (05, 06, 07, 08, 11, 12, 13, 15, 16, 17). CTR 등급을 정의합니다.Y:
• 테이프 및 릴 옵션 (TA, TB, 또는 튜브 포장의 경우 없음).V:

VDE 안전 인증이 포함되었음을 나타내는 선택적 접미사.

• 6.2 포장 옵션튜브:
• 튜브당 100개. 프로토타이핑 또는 소량 수동 조립에 적합합니다.테이프 및 릴:

릴당 2000개. 대량 자동 조립 라인을 위해 설계되었습니다. 데이터시트에는 상세한 테이프 및 릴 사양(포켓 치수, 테이프 너비, 릴 직경)이 포함되어 있습니다.

6.3 장치 마킹

패키지 상단에는 "EL"(제조사 코드), 부품 번호(예: 207), 1자리 연도 코드(Y), 2자리 주 코드(WW)가 표시됩니다. VDE 인증 버전의 경우 선택적 "V"가 있을 수 있습니다. 이 마킹은 구성 요소의 추적성과 검증을 가능하게 합니다.

7. 애플리케이션 설계 고려사항

7.1 입력 LED 구동_{LED는 전류 제한 저항으로 구동되어야 합니다. 값은 R}LIMIT_{= (V}DRIVE_F- V_F) / I_F로 계산됩니다. 모든 조건에서 최소 요구 I_F가 달성되도록 데이터시트의 최대 V_F를 사용하십시오. 디지털 스위칭의 경우, 장치의 스위칭 속도를 고려하여 구동 회로가 필요한 시간 내에 원하는 출력 상태를 달성하기 위해 필요한 I

를 제공할 수 있는지 확인하십시오.

7.2 출력 회로 설계_L콜렉터와 V_CC사이에 연결된 부하 저항(R_L)은 출력 전압 스윙과 스위칭 속도를 결정합니다. 더 작은 R_L는 더 빠른 스위칭(더 작은 RC 시정수 때문)을 제공하지만 더 작은 출력 전압 스윙과 더 높은 전력 소산을 초래합니다. 더 큰 R_F는 더 큰 스윙을 제공하지만 속도가 느립니다. 선택된 I

와 CTR은 포토트랜지스터가 켜졌을 때 출력 전압을 수신 회로의 논리 로우 임계값 아래로 당길 수 있을 만큼 충분한 전류를 싱크할 수 있도록 보장해야 합니다.

7.3 베이스 핀 사용_{베이스 핀(핀 7)을 개방 상태로 두면 가장 높은 CTR과 감도를 제공합니다. 베이스와 이미터(핀 5) 사이에 저항(일반적으로 100 kΩ ~ 1 MΩ 범위)을 연결하면 광생성 베이스 전류의 일부가 분로되어 유효 이득(CTR)을 감소시키지만, 특히 턴오프 시간(t}off

)을 크게 개선하여 스위칭 속도를 향상시킵니다. 이는 고속 디지털 절연 애플리케이션에서 일반적인 트레이드오프입니다.

7.4 신뢰할 수 있는 절연 보장

정격 절연 전압을 유지하려면 적절한 PCB 레이아웃이 필수적입니다. 관련 안전 표준(예: IEC 60950, IEC 60601)에 명시된 대로 PCB에서 입력측과 출력측 구리 트레이스 사이에 충분한 크리피지 및 클리어런스 거리를 유지하십시오. 구성 요소 자체 내의 절연 장벽은 인증되었지만, PCB 레이아웃이 이를 손상시켜서는 안 됩니다.

8. 기술 비교 및 선택 가이드_{EL20X/EL21X 시리즈는 표준 SO-8 패키지에서 3750V}rms_F의 높은 절연 전압으로 차별화되며, 이는 많은 기본 4핀 포토커플러보다 높습니다. 더 진보된 디지털 절연기(CMOS 기술 사용)와 비교할 때, 이러한 포토트랜지스터 포토커플러는 일반적으로 더 느리고, CTR이 더 낮으며, 시간이 지남에 따라 CTR이 저하됩니다. 그러나 DC 및 저주파 AC 신호 절연을 위해 우수한 공통 모드 제거, 단순성 및 견고성을 제공합니다. 주요 선택 기준은 다음과 같습니다: 필요한 절연 전압, 동작 I

에서 필요한 CTR, 허용 가능한 스위칭 속도, 동작 온도 범위.

9. 자주 묻는 질문(FAQ)

9.1 EL20X 시리즈와 EL21X 시리즈의 차이점은 무엇인가요?

EL20X 시리즈(EL205-EL208)는 최소값과 최대값(빈 범위)을 가진 CTR을 지정하여 더 엄격한 파라미터 제어를 제공합니다. EL21X 시리즈(EL211-EL213)는 최소 CTR 값만을 지정하므로 실제 값의 분포가 더 넓을 수 있지만 잠재적으로 비용이 더 낮을 수 있습니다.

9.2 온도가 성능에 어떤 영향을 미치나요?

CTR은 온도가 증가함에 따라 감소합니다. 전체 온도 범위에 걸쳐 신뢰할 수 있는 동작을 위해 설계 계산은 최대 동작 온도에서 예상되는 최소 CTR을 사용해야 합니다. 데이터시트는 일반적으로 이를 위해 디레이팅 곡선이나 온도 계수를 제공합니다.

9.3 이 장치를 아날로그 신호 절연에 사용할 수 있나요?_F예, 하지만 제한 사항이 있습니다. 포토트랜지스터의 응답은 비선형이며, CTR은 I

와 온도에 따라 변합니다. 선형 아날로그 절연을 위해서는 응답을 선형화하기 위해 추가 외부 회로(연산 증폭기, 피드백)가 필요하거나, 전용 선형 옵토커플러를 고려해야 합니다.

9.4 부품 번호의 "V" 옵션의 목적은 무엇인가요?

"-V" 접미사는 특정 장치가 강화 절연에 대한 VDE(Verband der Elektrotechnik) 안전 표준을 충족하도록 테스트 및 인증되었음을 나타냅니다. 이는 종종 유럽 시장에서 판매되는 제품에 대한 요구 사항입니다.

10. 실용 설계 예시시나리오:

3.3V 마이크로컨트롤러 GPIO 핀을 절연하여 별도의 회로에서 12V 릴레이 코일을 제어합니다. 릴레이 코일을 활성화하려면 50mA가 필요합니다.

1. 설계 단계:인터페이스 선택:
2. 릴레이에 대한 로우 사이드 스위치로 포토커플러를 사용합니다. 마이크로컨트롤러는 LED 측을 구동합니다. 포토트랜지스터는 릴레이 코일 전류를 싱크합니다.부품 선택:_C충분한 CTR을 가진 부품을 선택합니다. 필요한 I_F= 50mA. MCU에서 I
3. = 5mA를 목표로 하는 경우, 필요한 최소 CTR = (50mA / 5mA)*100% = 1000%. 표준 포토트랜지스터는 이를 제공할 수 없습니다. 따라서 포토커플러는 작은 트랜지스터(포스트 트랜지스터)를 구동해야 하며, 이 트랜지스터가 릴레이를 구동합니다. 좋은 이득을 위해 EL207(CTR 100-200%)을 선택합니다.입력 회로:
4. MCU GPIO (3.3V) -> 전류 제한 저항 R1 -> EL207 핀 1(애노드) 및 핀 2(캐소드). R1 = (3.3V - 1.5V) / 0.005A = 360Ω (표준 330Ω 사용).출력 회로:
5. 12V 공급 -> 릴레이 코일 -> EL207의 콜렉터(핀 6). 이미터(핀 5)는 접지. 포토트랜지스터가 꺼질 때 전압 스파이크로부터 보호하기 위해 릴레이 코일 양단에 역병렬로 플라이백 다이오드를 배치해야 합니다. 베이스-이미터 저항(예: 1 MΩ)을 핀 7에 추가하여 턴오프 속도를 향상시킬 수 있습니다.검증:_FI_C=5mA에서 최소 CTR 100%는 I

= 5mA를 제공합니다. 이는 높은 이득을 가진 작은 BJT(예: 2N3904)를 포화시키기에 충분하며, 이 BJT는 50mA 릴레이 코일을 스위칭할 수 있습니다.

11. 동작 원리_F포토커플러는 빛이 차단된 패키지에 실장된 두 가지 주요 구성 요소로 구성됩니다. 입력측에서는 적외선 갈륨 비소(GaAs) 발광 다이오드(LED)가 전류를 적외선으로 변환합니다. 이 빛의 강도는 LED를 통해 흐르는 순방향 전류(I_FE)에 정비례합니다. 이 빛은 투명한 절연 간극(종종 유전체 젤로 채워짐)을 가로질러 이동하여 출력측의 실리콘 포토트랜지스터에 도달합니다. 포토트랜지스터의 베이스 영역은 이 특정 파장의 빛에 민감하도록 설계되었습니다. 입사 광자는 베이스-콜렉터 접합에서 전자-정공 쌍을 생성하여 베이스 전류 역할을 하는 광전류를 생성합니다. 이 광생성 베이스 전류는 트랜지스터의 전류 이득(h_C)에 의해 증폭되어 훨씬 더 큰 콜렉터 전류(I_C)를 생성합니다. 비율 I_F/I

가 전류 전달율(CTR)입니다. 핵심은 신호가 빛에 의해 전달되어 내부 절연 재료의 물리적 특성과 LED와 트랜지스터 사이의 거리에 의해 결정되는 갈바닉 절연을 제공한다는 것입니다.

12. 기술 트렌드EL20X/EL21X와 같은 포토트랜지스터 기반 포토커플러는 성숙하고 신뢰할 수 있는 절연 기술을 나타냅니다. 신호 절연의 현재 트렌드에는 CMOS 기술 및 RF 또는 커패시티브 커플링을 기반으로 하는디지털 절연기