8핀 SOP 패키지 듀얼 채널 고속 10Mbit/s 로직 게이트 포토커플러 EL063X 시리즈 데이터시트 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

EL063X 시리즈는 듀얼 채널 고속 로직 게이트 포토커플러(광절연기) 제품군을 대표합니다. 이 소자는 두 회로 간에 견고한 전기적 절연과 고속 디지털 신호 전송을 제공하도록 설계되었습니다. 핵심 기능은 적외선 발광 다이오드(LED)를 사용하여 로직 게이트 출력을 갖춘 고속 집적 광검출기에 광학적으로 결합시켜 절연 장벽을 가로질러 논리 레벨 신호를 전송하는 것입니다. 이 설계는 그라운드 루프를 효과적으로 차단하고, 노이즈 전송을 방지하며, 전압 스파이크나 그라운드 전위 차이로부터 민감한 회로를 보호합니다.

이 부품의 주요 응용 분야는 신뢰할 수 있고 노이즈에 강한 신호 전송이 중요한 산업 자동화, 통신 인터페이스, 전원 공급 제어 및 컴퓨터 주변 장치입니다. 단일 패키지 내 듀얼 채널 구성은 차동 신호 응용이나 다중 제어 라인 절연을 위한 공간 절약 효과와 일치된 채널 특성을 제공합니다.

2. 기술 파라미터 심층 분석

전기적 및 광학적 파라미터는 포토커플러의 동작 범위와 성능을 정의합니다.

2.1 절대 최대 정격

이는 어떤 조건에서도, 순간적으로라도 초과해서는 안 되는 스트레스 한계입니다. 이 정격을 초과하여 소자를 동작시키면 영구적인 손상을 초래할 수 있습니다.

• 입력 순방향 전류 (I_F): 20 mA DC/평균. 이는 입력 LED를 통과하는 최대 전류를 제한합니다.
• 입력 역방향 전압 (V_R): 5 V. 입력 LED가 견딜 수 있는 최대 역방향 바이어스 전압입니다.
• 출력 전류 (I_O): 50 mA. 출력 트랜지스터가 싱크할 수 있는 최대 전류입니다.
• 출력 전압 (V_O) 및 공급 전압 (V_CC): 7.0 V. 출력측 핀에 인가할 수 있는 최대 전압입니다.
• 절연 전압 (V_ISO): 1분 동안 3750 V_rms. 이는 입력측과 출력측 사이의 절연 장벽의 유전 강도를 나타내는 핵심 안전 파라미터로, 핀 1-4를 함께 단락시키고 핀 5-8을 함께 단락시킨 상태로 테스트됩니다.
• 동작 온도 (T_OPR): -40°C ~ +100°C. 소자가 기능을 보장받는 주변 온도 범위입니다.
• 보관 온도 (T_STG): -55°C ~ +125°C.

2.2 전기적 특성

이 파라미터들은 지정된 동작 조건(Ta = -40°C ~ 85°C, 별도 명시 없는 경우)에서 보장됩니다.

2.2.1 입력 특성

• 순방향 전압 (V_F): 일반적으로 1.4V, I_F= 10 mA에서 최대 1.8V. 이는 입력 LED 구동 회로에 필요한 직렬 저항을 계산하는 데 사용됩니다.
• V_F의 온도 계수: 약 -1.8 mV/°C. LED 순방향 전압은 온도가 증가함에 따라 감소합니다.
• 입력 커패시턴스 (C_IN): 일반적으로 60 pF. 이 기생 커패시턴스는 입력측의 고주파 성능에 영향을 미칩니다.

2.2.2 출력 및 전송 특성

• 공급 전류 (I_CCH/I_CCL): 출력 IC가 소비하는 정지 전류입니다. I_CCH(출력 하이)는 일반적으로 13 mA (최대 18 mA)입니다. I_CCL(출력 로우)는 V_CC= 5.5V에서 일반적으로 15 mA (최대 21 mA)입니다. 이는 전력 예산 계산에 중요합니다.
• 하이 레벨 출력 전류 (I_OH): 출력은 하이 논리 레벨(V_O가 V_CC에 가까운 상태)을 유지하면서 최대 100 µA를 소스할 수 있습니다. 이는 약한 소싱 능력입니다.
• 로우 레벨 출력 전압 (V_OL): I_F= 5mA 및 I_CL= 13mA에서 최대 0.6V. 이는 출력 트랜지스터가 능동적으로 전류를 싱크할 때의 전압 레벨을 정의하여 TTL/CMOS 논리 로우 문턱값과의 호환성을 보장합니다.
• 입력 문턱 전류 (I_FT): 최대 5 mA. 이는 지정된 조건에서 출력이 유효한 로우 상태(V_O≤ 0.6V)로 전환되도록 보장하는 데 필요한 입력 전류입니다. 설계자는 신뢰할 수 있는 스위칭을 위해 구동 회로가 최소한 이 전류를 제공하도록 해야 합니다.

2.3 스위칭 특성

이 파라미터들은 고속 디지털 성능을 정의하며, 표준 테스트 조건(Ta=25°C, V_CC=5V, I_F=7.5mA, C_L=15pF, R_L=350Ω)에서 측정됩니다.

• 전파 지연 (t_PHL, t_PLH): 각각 최대 100 ns. t_PHL는 입력 LED가 켜질 때(전류 상승)부터 출력이 떨어질 때까지의 지연입니다. t_PLH는 입력 LED가 꺼질 때(전류 하강)부터 출력이 상승할 때까지의 지연입니다. 이 지연은 최대 데이터 전송률을 제한합니다.
• 펄스 폭 왜곡 (|t_PHL– t_PLH|): 최대 35 ns. 상승 및 하강 지연 간의 이 비대칭성은 전송된 펄스의 듀티 사이클을 왜곡시킬 수 있으며, 타이밍에 민감한 응용 분야에서 중요합니다.
• 출력 상승/하강 시간 (t_r, t_f): t_r는 일반적으로 40 ns (10% ~ 90%), t_f는 일반적으로 10 ns (90% ~ 10%)입니다. 더 빠른 하강 시간은 능동 풀다운 출력단의 특징입니다.
• 공통 모드 과도 내성 (CMTI): 이는 모터 드라이브나 스위칭 전원 공급 장치와 같은 잡음이 많은 환경에서 노이즈 내성을 위한 중요한 파라미터입니다. 이는 절연 장벽을 가로질러 나타나는 빠른 전압 과도 현상을 제거하는 소자의 능력을 측정합니다.
  • EL0630: 최소 5000 V/µs.
  • EL0631: 최소 10000 V/µs. 이 더 높은 CMTI는 심각한 전기적 노이즈가 있는 더 까다로운 응용 분야에 EL0631을 적합하게 만듭니다.
  • 내성은 출력 하이(CM_H) 및 출력 로우(CM_L) 상태 모두에 대해 명시되어 있어, 과도 현상 동안 출력이 잘못 토글되지 않도록 보장합니다.

3. 성능 곡선 분석

제공된 PDF 발췌문에 "대표적인 전기-광학 특성 곡선"이 언급되어 있지만, 특정 그래프는 본문에 포함되어 있지 않습니다. 일반적으로 포토커플러에 대한 이러한 곡선에는 다음이 포함됩니다:

• 전류 전송 비율 (CTR) 대 순방향 전류 (I_F): 다양한 구동 레벨에서 광학 결합의 효율성(출력 전류 / 입력 전류)을 보여줍니다.
• 전파 지연 대 순방향 전류 (I_F): 스위칭 속도가 LED 구동 전류에 따라 어떻게 변하는지 설명합니다. 더 높은 I_F는 일반적으로 전파 지연을 감소시킵니다.
• 전파 지연 대 온도: 스위칭 속도의 온도 의존성을 보여줍니다.
• 출력 포화 전압 대 출력 전류: 전류를 싱크할 때 출력 트랜지스터의 성능을 특성화합니다.

설계자는 LED 전류/전력 소산에 대한 속도 절충과 같은 특정 응용 분야를 최적화하기 위해 이러한 관계를 이해하기 위해 그래프가 포함된 완전한 데이터시트를 참조해야 합니다.

4. 기계적 및 패키지 정보

소자는 표준 8핀 소형 아웃라인 패키지(SOP 또는 SOIC)에 장착되어 있습니다. 이 표면 실장 패키지는 일반적인 SO8 풋프린트를 따르므로 PCB 레이아웃 및 조립이 용이합니다.

4.1 핀 구성

핀아웃은 다음과 같습니다:

• 핀 1: 애노드 (채널 1 입력 LED)
• 핀 2: 캐소드 (채널 1 입력 LED)
• 핀 3: 캐소드 (채널 2 입력 LED)
• 핀 4: 애노드 (채널 2 입력 LED)
• 핀 5: 그라운드 (GND) - 출력측 공통.
• 핀 6: V_OUT2 (채널 2 출력)
• 핀 7: V_OUT1 (채널 1 출력)
• 핀 8: V_CC(출력측 공급 전압, 일반적으로 +5V)

중요 참고사항:입력측과 출력측은 완전히 절연되어 있습니다. 핀 1-4는 절연된 입력측에 있고, 핀 5-8은 절연된 출력측에 있습니다. PCB 레이아웃은 절연 등급을 유지하기 위해 이 두 세트의 핀과 관련된 트레이스 사이에 충분한 크리피지 및 클리어런스 거리를 유지해야 합니다.

5. 솔더링 및 조립 지침

이 소자는 표준 표면 실장 조립 공정에 적합합니다.

• 솔더링 온도: 허용 가능한 최대 솔더링 온도는 10초 동안 260°C입니다. 이는 일반적인 무연 리플로우 솔더링 프로파일과 호환됩니다.
• 습기 민감도: 발췌문에 명시적으로 언급되지는 않았지만, 대부분의 플라스틱 캡슐화 SMD는 Moisture Sensitivity Level (MSL)을 갖습니다. 리플로우 중 "팝콘 현상"을 방지하기 위해 필요한 경우 적절한 취급, 베이킹 및 제조업체 지침에 따른 보관이 필수적입니다.
• 출력 바이패싱: 중요한 설계 참고사항(*3)은 V_CC공급 핀(8)이 0.1 µF 이상의 커패시터(양호한 고주파 특성을 가진 세라믹 또는 솔리드 탄탈)로 바이패스되어야 한다고 명시합니다. 이 커패시터는 핀 8(V_CC)과 핀 5(GND) 사이에 가능한 한 가깝게 배치되어 안정적인 동작을 보장하고 공급 레일의 스위칭 노이즈를 최소화해야 합니다.

6. 응용 제안

6.1 대표적인 응용 회로

데이터시트에는 몇 가지 주요 응용 분야가 나열되어 있습니다:

• 그라운드 루프 제거: 순환 전류와 노이즈를 방지하기 위해 두 하위 시스템의 그라운드를 절연하는 주요 기능입니다.
• 논리 레벨 변환/인터페이스: 절연을 제공하면서 다른 논리 계열(예: LSTTL에서 TTL 또는 5V CMOS) 간의 인터페이스 역할을 할 수 있습니다.
• 데이터 전송 및 라인 수신기: 절연된 직렬 데이터 링크(예: RS-232, RS-485 절연), 디지털 I/O 절연 및 멀티플렉싱에 적합합니다.
• 스위칭 전원 공급 장치 피드백: 플라이백 또는 기타 절연형 컨버터 토폴로지에서 2차(출력)측에서 1차(컨트롤러)측으로 피드백 신호를 절연합니다.
• 펄스 트랜스포머 대체: 절연 장벽을 가로질러 디지털 펄스를 전송하기 위한 솔리드 스테이트, 잠재적으로 더 신뢰할 수 있고 컴팩트한 대안을 제공합니다.
• 컴퓨터 주변 장치 인터페이스: 프린터, 산업용 I/O 카드 또는 기타 주변 장치로/에서 신호를 절연합니다.

6.2 설계 고려사항

• 입력 구동 회로: 입력 공급 전압(V_IN), 원하는 순방향 전류 I_F및 LED V_F를 기반으로 직렬 저항을 계산해야 합니다. R_직렬= (V_IN- V_F) / I_F. I_F는 보장된 스위칭을 위해 ≥ I_FT이어야 하며, 더 높은 전력 소산을 희생하면서 속도를 향상시키기 위해 절대 최대 정격까지 증가시킬 수 있습니다.
• 출력 부하: 출력은 표준 논리 부하를 구동하도록 설계되었습니다. 풀업 저항 R_L(V_CC와 출력 핀 사이에 연결됨)는 논리 하이 레벨과 상승 시간을 설정합니다. 더 작은 R_L은 더 빠른 상승 시간을 제공하지만 출력이 로우일 때 전력 소비를 증가시킵니다. 테스트 조건은 R_L=350Ω을 사용합니다.
• 전력 소산: 입력측(P_D= V_F* I_F)과 출력측 모두에서 총 전력 소산을 계산하여, 특히 고온에서 한계 내에 머물도록 해야 합니다.
• 채널 선택: 공통 모드 노이즈에 대한 더 높은 내성(CMTI ≥ 10,000 V/µs 대 5,000 V/µs)이 필요한 응용 분야에는 EL0630보다 EL0631을 선택하십시오.

7. 기술 비교 및 차별화

EL063X 시리즈는 몇 가지 핵심 기능을 통해 시장에서 차별화됩니다:

• 고속: 10 Mbit/s 능력과 전파 지연 ≤100 ns는 이를 고속 포토커플러 범주에 위치시켜 빠른 디지털 통신에 적합하게 만듭니다.
• SOP-8 패키지 내 듀얼 채널: 컴팩트하고 표준적인 패키지에 두 개의 절연 채널을 통합하여 두 개의 단일 채널 소자에 비해 보드 공간을 절약합니다.
• 높은 CMTI: 특히 EL0631의 10 kV/µs 최소 CMTI는 산업 모터 드라이브와 같은 전기적으로 잡음이 많은 환경에서, 더 낮은 CMTI 광커플러가 오작동할 수 있는 상황에서 상당한 이점입니다.
• 넓은 온도 범위: -40°C ~ 85°C에서 보장된 성능과 최대 100°C까지의 동작 범위는 산업 및 자동차 응용 분야에 적합합니다.
• 포괄적인 안전 인증: 이 소자는 주요 국제 안전 기관(UL, cUL, VDE, SEMKO 등)의 인증을 보유하고 있으며, 이는 규제 시장의 최종 제품에 대한 필수 요구사항인 경우가 많습니다.
• 환경 규정 준수: 할로겐 프리(Br/Cl 제한), 무연, RoHS 준수 및 REACH 준수로 현대 환경 규정을 충족합니다.

8. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

Q: 이 포토커플러로 달성할 수 있는 최대 데이터 전송률은 얼마입니까?

A: 10 Mbit/s 사양과 100 ns 최대 전파 지연은 NRZ 데이터에 대해 최대 이론적 데이터 전송률이 약 5-10 Mbps임을 시사합니다. 실제로 달성 가능한 속도는 특정 파형, 상승/하강 시간 및 펄스 폭 왜곡에 따라 다릅니다. 신뢰할 수 있는 동작을 위해 일반적으로 1-5 Mbps의 보수적인 설계 목표가 일반적입니다.

Q: EL0630과 EL0631 중 어떻게 선택해야 합니까?

A: 주요 차이점은 공통 모드 과도 내성(CMTI)입니다. 응용 분야에 상당한 스위칭 노이즈(예: 모터 드라이브 근처, 고전력 인버터, 잡음이 많은 전원 공급 장치)가 포함된 경우 EL0631(10 kV/µs)이 우수한 노이즈 내성을 제공합니다. 덜 잡음이 많은 환경의 경우 EL0630(5 kV/µs)으로 충분할 수 있습니다.

Q: V_CC?

에 바이패스 커패시터가 필요한 이유는 무엇입니까?_CCA: 출력단의 고속 스위칭으로 인해 V_CC라인에 순간적인 전류 스파이크가 발생할 수 있습니다. 로컬 바이패스 커패시터는 이 전류에 대해 낮은 임피던스 소스를 제공하여 V

에서 불안정한 동작이나 노이즈 방사를 일으킬 수 있는 전압 강하 또는 스파이크를 방지합니다. 효과를 위해 핀 가까이에 배치하는 것이 중요합니다.

Q: 이 소자를 사용하여 아날로그 신호를 절연할 수 있습니까?A: 아니요. 이것은로직 게이트

포토커플러입니다. 출력은 디지털 논리 레벨(하이 또는 로우)이며, 입력 전류의 선형 표현이 아닙니다. 아날로그 절연을 위해서는 선형 광커플러(포토트랜지스터 또는 포토다이오드 출력 포함)가 필요합니다.

Q: 설명에 언급된 "스트로브 가능 출력"의 목적은 무엇입니까?

A> 이 발췌문에 자세히 설명되어 있지는 않지만, 스트로브 가능 출력은 일반적으로 출력단에 활성화 또는 스트로브 제어 기능이 있음을 의미합니다. 이를 통해 출력을 세 번째 제어 신호에 의해 켜거나 끄거나 래치할 수 있으며, 이는 멀티플렉싱 응용 분야나 전력 소비 감소에 유용할 수 있습니다. 여기의 핀 구성은 별도의 스트로브 핀을 보여주지 않으므로, 이 기능은 특정 모드에서 내부적으로 통합되었거나 입력 신호 자체에 의해 출력이 활성화되는 것을 의미할 수 있습니다.

9. 동작 원리_F동작 원리는 광전 변환을 기반으로 합니다. 충분한 순방향 전류(I_L)가 입력 적외선 발광 다이오드(IRED)에 인가되면, 광자를 방출합니다. 이 광자들은 투명한 절연 장벽(일반적으로 성형된 플라스틱 화합물)을 통과합니다. 출력측에서 고속 실리콘 광검출기 집적 회로가 이 빛을 수신합니다. 이 IC는 빛을 다시 광전류로 변환하는 포토다이오드를 포함합니다. 이 광전류는 내부 증폭기 및 비교기 회로("로직 게이트")에 의해 처리되어 깨끗하고 명확하게 정의된 디지털 출력 전압을 생성합니다. 입력 LED가 켜져 있을 때, 출력은 논리 LOW 상태(일반적으로 능동 풀다운 트랜지스터에 의해)로 구동됩니다. 입력 LED가 꺼져 있을 때, 출력 회로는 핀을 논리 HIGH 상태(외부 풀업 저항 R

을 통해)로 당깁니다. 이 포지티브 논리 동작은 제공된 진리표에 요약되어 있습니다: 입력 하이 = 출력 로우, 입력 로우 = 출력 하이.

10. 산업 동향 및 배경

• EL063X 시리즈와 같은 포토커플러의 개발은 전자 분야의 몇 가지 주요 동향에 의해 주도됩니다:더 높은 속도와 대역폭에 대한 수요
• : 산업 네트워크(EtherCAT, PROFINET IRT) 및 통신 인터페이스가 빨라짐에 따라 절연기도 따라잡아야 합니다. 킬로비트에서 메가비트로, 그리고 현재 10+ 메가비트 속도로의 이동이 뚜렷합니다.증가된 노이즈 내성
• 산업 및 자동차 환경은 전기적으로 더 복잡해지고 있으며, 모터 드라이브, 스위칭 전원 공급 장치 및 RF 소스로부터의 노이즈 속에서도 신뢰할 수 있는 동작을 보장하기 위해 더 높은 CMTI 등급을 가진 절연기가 필요합니다.소형화 및 통합²SOP-8 패키지 내 듀얼 채널 설계는 PCB 실장 면적을 절약하고 부품 수를 줄이려는 필요성을 반영합니다. 더 나아가 더 많은 채널(쿼드 절연기)을 통합하거나 ADC 드라이버나 I
• C 레벨 변환과 같은 다른 기능과 절연을 결합하는 추세가 있습니다.향상된 안전 및 신뢰성 표준
• 산업 전반에 걸친 더 엄격한 안전 규정은 더 높은 절연 전압, 더 긴 동작 수명 및 UL, VDE, CQC와 같은 기관의 강력한 인증을 가진 구성 요소를 요구합니다.대체 절연 기술₂광커플러는 성숙되었지만, 속도, 전력 소비 및 통합 밀도에서 이점을 제공할 수 있는 커패시티브 절연기(SiO

장벽 사용) 및 자기(자기저항 또는 트랜스포머 기반) 절연기와 경쟁합니다. 그러나 광커플러는 높은 CMTI, 단순성 및 잘 이해된 신뢰성으로 인해 강력한 위치를 유지하고 있습니다.