EL3H4-G 시리즈 포토커플러 데이터시트 - 4핀 SSOP 패키지 - AC 입력 - 3750Vrms 절연 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

EL3H4-G 시리즈는 AC 또는 극성이 알려지지 않은 DC 소스로부터의 전기적 절연 및 신호 전송이 필요한 애플리케이션을 위해 설계된 AC 입력 포토트랜지스터 포토커플러 제품군입니다. 이 장치는 소형 표면 실장 4핀 SSOP 패키지에 장착되어 공간이 제한된 PCB 설계에 적합합니다.

핵심 구성 요소는 서로 역병렬로 연결된 두 개의 적외선 발광 다이오드(LED)로 구성됩니다. 이 구성은 입력 파형의 각 반주기 동안 하나의 다이오드가 전도되도록 하여 입력이 교류(AC) 신호를 수용할 수 있게 합니다. 방출된 적외선은 광학적으로 실리콘 포토트랜지스터에 결합되어 절연된 출력 신호를 제공합니다. 전체 어셈블리는 녹색의 무할로겐 화합물로 캡슐화되어 있습니다.

1.1 핵심 장점

• AC 입력 기능:역병렬 LED 구성으로 외부 정류 회로 없이도 AC 신호 소스와 직접 인터페이싱이 가능합니다.
• 높은 절연 전압:입력측과 출력측 사이에 3750 V_rms의 안전 등급 절연을 제공하여 고전압 서지로부터 민감한 회로를 보호하는 데 중요합니다.
• 소형 폼 팩터:SSOP 패키지는 작은 점유 면적을 제공하여 현대의 고밀도 전자 어셈블리에 이상적입니다.
• 환경 규정 준수:이 장치는 무할로겐이며 RoHS 및 REACH와 같은 관련 환경 지침을 준수합니다.
• 안전 인증:이 제품은 UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO, CQC를 포함한 주요 국제 안전 기관의 인증을 보유하고 있습니다.

1.2 목표 애플리케이션

이 포토커플러는 신뢰할 수 있는 절연 및 AC 신호 감지가 필요한 다양한 산업 및 통신 애플리케이션에서 사용하도록 설계되었습니다.

• AC 라인 모니터링:전원 공급 장치, 가전 제품 및 산업 장비에서 AC 전원 전압의 유무를 감지합니다.
• 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC):센서 및 스위치의 AC 신호를 감지하기 위한 절연된 디지털 입력 채널을 제공합니다.
• 전화 회선 인터페이스:통신 장비에서 벨소리 또는 수화기 감지 회로를 절연합니다.
• 알려지지 않은 극성 DC 감지:극성이 고정되어 있지 않거나 미리 알려지지 않은 DC 신호와 인터페이싱합니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

2.1 절대 최대 정격

절대 최대 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 응력 한계를 정의합니다. 이는 정상 작동 조건을 위한 것이 아닙니다.

• 입력 순방향 전류(I_F):±50 mA (연속). ± 기호는 AC/양방향 기능을 나타냅니다.
• 피크 순방향 전류(I_FM):짧은 10 µs 펄스 지속 시간 동안 1 A. 이 정격은 짧은 서지 전류를 견디는 데 중요합니다.
• 컬렉터-이미터 전압(V_CEO):80 V. 이는 출력 포토트랜지스터 양단에 인가할 수 있는 최대 전압입니다.
• 총 전력 소산(P_TOT):200 mW. 이는 장치가 입력측과 출력측 모두에서 소산할 수 있는 최대 결합 전력입니다.
• 절연 전압(V_ISO):1분 동안 3750 V_rms. 이 고전압 내압 정격은 핵심 안전 파라미터입니다.
• 작동 온도(T_OPR):-55°C ~ +100°C. 넓은 범위는 가혹한 환경에서도 안정적인 작동을 보장합니다.
• 솔더링 온도(T_SOL):10초 동안 260°C, 일반적인 무연 리플로우 솔더링 프로파일을 준수합니다.

2.2 전기-광학 특성

이 파라미터들은 지정된 테스트 조건(일반적으로 T_a= 25°C)에서 장치의 전기 및 광학 성능을 정의합니다.

2.2.1 입력 특성

• 순방향 전압(V_F):일반적으로 1.2V, 순방향 전류 ±20 mA에서 최대 1.4V. 이 낮은 전압 강하는 저전력 회로에 유리합니다.
• 입력 커패시턴스(C_in):일반적으로 50 pF, 최대 250 pF. 이 파라미터는 입력측의 고주파 응답에 영향을 미칩니다.

2.2.2 출력 특성

• 컬렉터-이미터 암전류(I_CEO):V_CE=20V, I_F=0에서 최대 100 nA. 이는 빛이 없을 때 포토트랜지스터의 누설 전류입니다.
• 컬렉터-이미터 항복 전압(BV_CEO):최소 80V. 이는 출력이 일반적인 논리 또는 중간 전압 레벨을 처리할 수 있도록 보장합니다.
• 컬렉터-이미터 포화 전압(V_CE(sat)):I_F=±20mA, I_C=1mA에서 일반적으로 0.1V, 최대 0.2V. 낮은 포화 전압은 논리 입력을 구동하는 출력 단에 바람직합니다.

2.2.3 전달 특성

이 파라미터들은 입력에서 출력으로의 신호 전달 효율과 품질을 정의합니다.

• 전류 전달율(CTR):이는 출력 컬렉터 전류(I_C) 대 입력 순방향 전류(I_F)의 비율로, 백분율로 표시됩니다. 이득을 위한 핵심 파라미터입니다. EL3H4-G 시리즈는 다양한 CTR 등급으로 제공됩니다:
  • EL3H4:I_F= ±1 mA, V_CE= 5V에서 CTR 최소 20% ~ 최대 300%.
  • EL3H4A:CTR 최소 50% ~ 최대 150%.
  • EL3H4B:CTR 최소 100% ~ 최대 300%.
  이 선택을 통해 설계자는 애플리케이션에 적합한 이득을 선택하여 감도와 잠재적 포화 사이의 균형을 맞출 수 있습니다.
• CTR 대칭성:양의 I_F로 측정한 CTR 대 음의 I_F로 측정한 CTR의 비율. 0.5에서 2.0 사이로 지정됩니다. 1.0에 가까운 값은 두 입력 LED의 AC 응답에서 좋은 대칭성을 나타냅니다.
• 절연 저항(R_IO):500V DC에서 최소 5×10¹⁰Ω, 일반적 10¹¹Ω. 이 극도로 높은 저항은 절연 무결성을 유지하는 데 중요합니다.
• 부유 커패시턴스(C_IO):일반적으로 0.6 pF, 최대 1.0 pF. 이 낮은 커패시턴스는 절연 장벽을 가로지르는 커패시턴스 결합을 최소화하여 고주파 공통 모드 노이즈를 제거하는 데 중요합니다.
• 스위칭 시간:상승 시간(t_r)과 하강 시간(t_f) 모두 지정된 테스트 조건(V_CE=2V, I_C=2mA, R_L=100Ω)에서 최대값 18 µs를 가집니다. 이 시간은 장치의 속도와 다양한 주파수 신호에 대한 적합성을 정의합니다.

3. 등급 시스템 설명

EL3H4-G 시리즈는 주로 전류 전달율(CTR)을 기반으로 한 등급 시스템을 사용합니다.

• 표준 등급(접미사 없음):가장 넓은 CTR 범위(20-300%)를 제공하여 정밀한 이득이 중요하지 않은 범용 애플리케이션에 적합합니다.
• A 등급(접미사 'A'):더 좁고 중간 범위의 CTR(50-150%)을 제공하여 더 예측 가능한 성능을 제공합니다.
• B 등급(접미사 'B'):좁고 높은 CTR 범위(100-300%)를 제공하여 약한 신호 감지와 같은 높은 감도와 이득이 필요한 애플리케이션에 이상적입니다.

이 빈닝을 통해 제조업체는 일관성을 위해 설계를 최적화하거나 특정 감도 요구 사항에 맞는 부품을 선택할 수 있습니다.

4. 성능 곡선 분석

데이터시트는 일반적인 전기-광학 특성 곡선을 참조합니다. 제공된 텍스트에 구체적인 그래프가 자세히 설명되어 있지는 않지만, 일반적으로 설계에 중요한 다음 내용을 포함합니다:

• CTR 대 순방향 전류(I_F):전달율이 입력 전류 레벨에 따라 어떻게 변하는지 보여줍니다. CTR은 매우 높은 I_F에서 LED 효율 저하로 인해 종종 감소합니다.
• CTR 대 온도:장치 감도의 온도 의존성을 설명합니다. CTR은 일반적으로 온도가 증가함에 따라 감소합니다.
• 순방향 전압(V_F) 대 순방향 전류(I_F):다이오드의 IV 특성 곡선.
• 출력 컬렉터 전류(I_C) 대 컬렉터-이미터 전압(V_CE):다양한 입력 광 레벨(I_F)에 대한 포토트랜지스터의 출력 특성.
• 스위칭 시간 대 부하 저항(R_L):출력에 선택된 부하 저항기에 의해 상승 및 하강 시간이 어떻게 영향을 받는지 보여줍니다.

설계자는 비표준 조건에서의 장치 동작을 이해하고 원하는 속도와 출력 스윙을 위한 입력 전류 및 부하 저항과 같은 파라미터를 최적화하기 위해 이 곡선들을 참조해야 합니다.

5. 기계적 및 패키지 정보

5.1 핀 구성

4핀 SSOP 패키지는 다음과 같은 핀아웃을 가집니다:

1. 핀 1:한 LED의 애노드 / 다른 LED의 캐소드(역병렬 연결로 인해).
2. 핀 2:첫 번째 LED의 캐소드 / 두 번째 LED의 애노드.
3. 핀 3:포토트랜지스터의 이미터.
4. 핀 4:포토트랜지스터의 컬렉터.

이 구성은 AC 입력이 핀 1과 2 사이에 인가되고, 출력은 핀 3과 4에서 취해짐을 의미합니다(일반적으로 핀 3이 공통/접지).

5.2 패키지 치수 및 PCB 레이아웃

데이터시트에는 SSOP 패키지에 대한 상세한 기계 도면이 포함되어 있습니다. 주요 치수로는 본체 크기, 리드 피치, 스탠드오프 높이가 있습니다. 표면 실장을 위한 권장 패드 레이아웃도 제공되며, 이는 참고용이며 특정 PCB 제조 공정 및 열 요구 사항에 따라 수정해야 함을 명시합니다. 적절한 패드 설계는 신뢰할 수 있는 솔더링 및 기계적 강도에 필수적입니다.

6. 솔더링 및 조립 지침

6.1 리플로우 솔더링 프로파일

이 장치는 무연 리플로우 솔더링 공정과 호환됩니다. 권장 최대 본체 온도 프로파일은 IPC/JEDEC J-STD-020D를 기반으로 합니다:

• 예열:60-120초 동안 150°C에서 200°C.
• 액상선 이상 시간(T_L=217°C):60-100초.
• 피크 온도(T_P):최대 260°C.
• 피크 온도 ±5°C 내 시간:최대 30초.
• 최대 리플로우 사이클: 3.

이 프로파일을 준수하면 플라스틱 패키지 및 내부 와이어 본드에 대한 열 손상을 방지합니다.

6.2 주의 사항

• 핸들링 및 솔더링 중 절대 최대 정격을 초과하는 온도에 장치를 노출시키지 마십시오.
• 패키지의 입력측과 출력측 사이에 오염물(예: 플럭스, 이물질)로 인해 절연 장벽이 손상되지 않도록 하십시오.
• 내부 LED와 트랜지스터가 정전기에 민감하므로 핸들링 중 표준 ESD(정전기 방전) 예방 조치를 따르십시오.

7. 포장 및 주문 정보

7.1 모델 번호 규칙

부품 번호는 다음 형식을 따릅니다:EL3H4(Y)(Z)-VG

• EL3H4:기본 부품 번호.
• Y:CTR 등급(A, B 또는 표준용 공백).
• Z:테이프 및 릴 옵션(TA, TB, EA, EB 또는 튜브용 공백). TA/TB 릴은 5000개 단위를 포함합니다; EA/EB 릴은 1000개 단위를 포함합니다. A와 B 옵션 간의 차이는 일반적으로 테이프 너비 또는 공급 방향과 관련이 있습니다.
• V:부품이 VDE 인증을 보유함을 나타내는 선택적 접미사.
• G:무할로겐 재료를 나타냅니다.

예: EL3H4A-TA-VG는 'A' 등급 부품으로, 5000개 단위 TA 릴에 공급되며, VDE 인증을 받았고 무할로겐입니다.

7.2 포장 사양

이 장치는 튜브(150개) 또는 테이프 및 릴로 공급될 수 있습니다. 자동 피크 앤 플레이스 장비와의 호환성을 위해 상세한 테이프 치수(포켓 크기, 피치, 테이프 너비)가 제공됩니다.

7.3 장치 마킹

패키지 상단에는 다음 코드가 표시됩니다:EL 3H4 RYWWV

• EL:제조업체 코드.
• 3H4:장치 번호.
• R:CTR 등급(A, B 또는 공백).
• Y:1자리 연도 코드.
• WW:2자리 주 코드.
• V:VDE 인증 마크(있는 경우).

8. 애플리케이션 설계 고려 사항

8.1 입력 회로 설계

AC 작동의 경우, 입력 핀(1과 2)과 직렬로 전류 제한 저항기를 배치해야 합니다. 그 값은 피크 입력 전압과 원하는 순방향 전류(I_F)를 기반으로 계산되어야 하며, I_F가 연속 정격 50 mA를 초과하지 않도록 해야 합니다. 예를 들어, 120V_rmsAC 라인에서 입력을 구동하려면 저항기가 피크 전류(≈170V / R)를 제한해야 합니다. 이 저항기의 전력 정격 및 내압 능력을 고려하십시오.

8.2 출력 회로 설계

출력 포토트랜지스터는 공통 이미터 구성(V_CC와 컬렉터 사이에 부하 저항, 이미터 접지) 또는 스위치로 사용될 수 있습니다. 부하 저항(R_L)의 값은 다음에 영향을 미칩니다:

출력 전압 스윙:주어진 I_L에 대해 더 높은 R_C.

는 더 큰 전압 강하를 제공합니다.스위칭 속도:_L더 높은 R_r는 RC 시정수를 증가시켜 상승 및 하강 시간을 느리게 합니다(R_f=100Ω에서 t_L/t 사양에 표시된 대로).

논리 입력을 구동하는 경우 풀업 저항기가 종종 필요합니다. '켜짐' 상태에서의 출력 전압(V_CE(sat))이 논리 '0'으로 인식될 수 있을 만큼 충분히 낮은지 확인하십시오.

8.3 신뢰할 수 있는 절연 보장

지정된 3750V_rms 절연을 유지하려면 PCB 레이아웃이 중요합니다. 입력측(핀 1,2) 및 출력측(핀 3,4)과 관련된 구리 트레이스 및 패드 사이에 보드 상에서 충분한 크리피지 및 클리어런스 거리를 유지하십시오. 이는 종종 장치 본체 아래 PCB에 물리적 슬롯 또는 넓은 분리를 제공하는 것을 의미합니다. 입력 및 출력 트레이스를 서로 가깝게 평행하게 배치하지 마십시오.

9. 기술 비교 및 차별화

표준 DC 입력 포토커플러와 비교한 EL3H4-G 시리즈의 주요 차별화 특징은 다음과 같습니다:

• 내장 AC 입력:AC 신호를 처리하기 위한 외부 브리지 정류기 또는 이중 포토커플러가 필요 없어 보드 공간과 부품 수를 절약합니다.
• CTR 대칭성:AC 두 반주기 모두에서 균형 잡힌 응답을 보장하는 지정된 파라미터로, DC 입력 장치에서는 고려할 필요가 없습니다.
• 무할로겐 구조:모든 구형 포토커플러 모델이 충족하지 못할 수 있는 엄격한 환경 요구 사항을 충족합니다.

다른 AC 입력 포토커플러와 비교하여, 높은 절연 전압, 소형 SSOP 패키지, 그리고 여러 CTR 등급의 가용성의 조합이 장점입니다.

10. 자주 묻는 질문(기술 파라미터 기반)

Q1: 이것을 230V AC 전원을 직접 감지하는 데 사용할 수 있나요?

A: 예, 하지만 순방향 전류를 50mA 한도 내로 유지하기 위해 입력과 직렬로 적절한 외부 전류 제한 저항기를 사용해야 합니다. 또한 저항기는 고전압 및 전력 소산에 대한 정격이어야 합니다.

Q2: 표준, A, B 등급 간의 차이점은 무엇인가요?

A: 차이점은 보장된 최소 및 최대 전류 전달율(CTR)입니다. B 등급은 가장 높은 최소 감도(100%)를 가져 약한 신호 감지에 적합합니다. A 등급은 더 중간적이고 예측 가능한 범위를 제공합니다. 표준 등급은 가장 넓은 범위를 제공하여 비용 효율적인 범용 사용을 제공합니다.

Q3: 이 장치는 얼마나 빠른가요? 통신에 사용할 수 있나요?

A: 일반적으로 최대 18 µs의 상승/하강 시간으로 대역폭은 대략 수십 kHz로 제한됩니다. AC 전원 주파수(50/60 Hz), 느린 디지털 신호 또는 PLC의 상태 감지에는 적합하지만, 디지털 절연기와 같은 고속 데이터 통신을 위해 설계되지는 않았습니다.

Q4: 왜 절연 저항이 그렇게 높나요(10^11 Ω)?

A: 이 극도로 높은 저항은 절연 장벽을 가로지르는 누설 전류를 최소화합니다. 이는 안전을 위해 절연된 회로 사이에 위험한 전류가 흐르는 것을 방지하고, 정밀 측정 애플리케이션에서 신호 무결성을 위해 중요합니다.

11. 실용적인 설계 예시

시나리오: 절연된 120V AC 라인 존재 감지기.

목표:120V AC가 있을 때 마이크로컨트롤러에 3.3V 논리 로우 신호를 제공합니다.

설계 단계:

1. 입력 저항기 계산:120V_rms의 경우, 피크 전압은 ~170V입니다. I_F를 안전한 10mA(50mA보다 훨씬 낮음)로 제한하려면, R_limit= 170V / 0.01A = 17kΩ입니다. 표준 18kΩ, 1/2W 이상 정격 저항기를 사용하십시오.

2. 출력 회로:포토트랜지스터 컬렉터(핀 4)를 풀업 저항기(예: 10kΩ)를 통해 마이크로컨트롤러의 3.3V 공급에 연결합니다. 이미터(핀 3)를 접지에 연결합니다. 컬렉터 노드는 마이크로컨트롤러의 디지털 입력 핀에 연결됩니다.

3. 동작:AC가 있을 때, 포토커플러의 출력은 각 반주기 동안 켜져 컬렉터 전압을 V_CE(sat)(~0.2V) 근처로 낮추어 논리 '0'으로 읽힙니다. AC가 없을 때, 포토트랜지스터는 꺼지고 풀업 저항기가 컬렉터 전압을 3.3V(논리 '1')로 끌어올립니다. 소프트웨어는 50/60 Hz 영점 교차로 인해 이 신호를 디바운스해야 할 수 있습니다.

12. 작동 원리

EL3H4-G는 광전자 결합 원리로 작동합니다. 입력측에 인가된 전기 신호는 적외선 LED가 전류에 비례하는 빛을 방출하게 합니다. 이 빛은 패키지 내 투명한 절연 장벽을 통과합니다. 출력측에서 빛은 실리콘 포토트랜지스터의 베이스 영역에 충격을 가하여 전자-정공 쌍을 생성합니다. 이 광전류는 베이스 전류 역할을 하여 트랜지스터가 훨씬 더 큰 컬렉터 전류를 전도하게 하여, 절연된 출력측에서 입력 신호를 복제합니다. 역병렬 LED 구성은 AC 입력 신호의 두 극성 동안 전류가 흐르고 빛이 방출되도록 합니다.

13. 기술 동향

EL3H4-G와 같은 포토커플러는 성숙하고 신뢰할 수 있는 절연 기술을 나타냅니다. 신호 절연 분야의 현재 동향은 다음과 같습니다:

통합:여러 절연 채널을 결합하거나 추가 기능(예: 드라이버 또는 보호)을 단일 패키지에 통합합니다.

더 높은 속도:디지털 통신 애플리케이션을 위한 더 빠른 스위칭 시간을 가진 포토커플러 개발이 진행 중이지만, 일반적으로 커패시턴스 또는 자기 결합 기반 기술보다 느립니다.

향상된 안전 표준:더 높은 작업 전압, 강화 절연 및 개선된 신뢰성 지표에 대한 요구를 주도하는 국제 안전 표준(UL, VDE, IEC)의 지속적인 발전.

재료 과학:더 나은 열 안정성, 내습성 및 광학적 투명도를 가진 새로운 캡슐화 화합물 개발로 성능과 수명을 향상시킵니다.