EL253X 시리즈 포토커플러 데이터시트 - 8핀 DIP 패키지 - 고속 1Mbit/s - 5000Vrms 절연 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

EL253X 시리즈는 듀얼 채널 고속 트랜지스터 포토커플러로 구성됩니다. 각 장치는 고속 광검출 트랜지스터에 광학적으로 결합된 적외선 발광 다이오드를 통합합니다. 핵심 설계 특징은 포토다이오드 바이어스와 출력 트랜지스터 컬렉터를 위한 별도의 연결입니다. 이 설계는 기존 포토트랜지스터 커플러에 비해 입력 트랜지스터의 베이스-컬렉터 커패시턴스를 줄여 동작 속도를 크게 향상시킵니다. 이 장치는 표준 8핀 듀얼 인라인 패키지(DIP)로 제공되며, 넓은 리드 간격 및 표면 실장 구성 옵션을 선택할 수 있습니다.

1.1 핵심 장점 및 타겟 시장

EL253X 시리즈의 주요 장점은 고속 데이터 전송 능력(초당 최대 1 메가비트)과 견고한 전기적 절연을 결합한 점입니다. 이는 서로 다른 접지 전위나 전압 레벨을 가진 회로 간에 신뢰할 수 있는 신호 전송이 필요한 애플리케이션에 적합합니다. 이를 지원하는 주요 특징으로는 EL2611 변종의 최소 10kV/μs의 높은 공통 모드 과도 내성(CMTI)으로, 잡음이 많은 전기 환경에서도 안정적인 동작을 보장하며, 입력과 출력 간 5000 Vrms의 높은 절연 전압을 포함합니다. 이 장치는 -40°C에서 +85°C까지의 넓은 온도 범위에서 성능을 보장하여 산업 및 자동차 애플리케이션에 부합합니다. 논리 게이트 출력은 디지털 회로와의 인터페이스를 단순화합니다. 무연 및 RoHS 지침 준수와 주요 국제 안전 기관(UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO)의 승인은 신뢰성과 글로벌 시장 적합성을 강조합니다. 주요 적용 분야로는 라인 리시버, 통신 장비, 모터 드라이브의 전력 트랜지스터 절연, 스위치 모드 전원 공급 장치(SMPS)의 피드백 루프, 가전제품, 그리고 저속 포토트랜지스터 커플러의 업그레이드가 있습니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

이 섹션은 데이터시트에 명시된 전기적 및 성능 특성에 대한 상세하고 객관적인 해석을 제공합니다.

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 권장 동작 조건이 아닙니다. 주요 한계는 연속 순방향 전류(I_F) 25mA, 피크 순방향 전류(I_FP) 50mA(50% 듀티 사이클, 1ms 펄스 폭), 매우 짧은 펄스(≤1μs)에 대한 매우 높은 피크 과도 전류(I_Ftrans) 1A를 포함합니다. 출력은 -0.5V에서 20V까지의 전압(V_O)을 견딜 수 있으며, 공급 전압(V_CC)은 -0.5V에서 30V까지 범위를 가질 수 있습니다. 절연 전압(V_ISO)은 특정 습도 조건에서 테스트 시 1분 동안 5000 Vrms로 정격화됩니다. 장치는 주변 온도(T_OPR) -40°C에서 +100°C에서 동작하고, 저장 온도(T_STG) -40°C에서 +125°C에서 보관할 수 있습니다. 납땜 온도(T_SOL)는 10초 동안 260°C로 지정되어 있으며, 이는 표준 무연 리플로우 프로파일입니다.

2.2 전기적 특성

이 파라미터들은 정상 동작 조건(달리 명시되지 않는 한 일반적으로 25°C)에서 장치의 성능을 정의합니다.

2.2.1 입력 특성

순방향 전압(V_F)은 순방향 전류(I_F) 16mA에서 일반적으로 1.45V입니다. 약 -1.9 mV/°C의 음의 온도 계수를 가지며, 이는 온도가 증가함에 따라 V_F가 약간 감소함을 의미합니다. 최대 역방향 전압(V_R)은 5V입니다. 입력 커패시턴스(C_IN)는 일반적으로 60pF이며, 이는 고속 스위칭 성능에 영향을 미치는 요소입니다.

2.2.2 출력 특성

논리 하이 출력 전류(I_OH)는 매우 낮으며(V_CC=5.5V에서 일반적으로 0.001µA), 오프 상태에서 우수한 출력 누설 특성을 나타냅니다. 공급 전류는 논리 상태에 따라 크게 다릅니다: 입력 LED가 구동될 때(I_F=16mA) 논리 로우 공급 전류(I_CCL)는 일반적으로 140µA인 반면, 입력이 꺼져 있을 때 논리 하이 공급 전류(I_CCH)는 일반적으로 0.01µA에 불과합니다. 이는 유휴 상태에서의 낮은 전력 소비를 강조합니다.

2.3 전달 특성

이는 입력과 출력 간의 관계를 정의합니다.

2.3.1 전류 전달 비율(CTR)

포토커플러의 핵심 파라미터인 CTR은 출력 컬렉터 전류 대 입력 LED 전류의 비율로, 백분율로 표현됩니다. EL2530의 CTR 범위는 7%에서 50%이며, EL2531은 더 높은 범위인 19%에서 50%를 가집니다(둘 다 I_F=16mA, V_O=0.4V, V_CC=4.5V, 25°C 기준). 따라서 EL2531이 더 높은 이득 변종입니다. 최소 CTR 값은 약간 다른 조건(V_O=0.5V)에서 EL2530은 5%, EL2531은 15%로 보장됩니다.

2.3.2 논리 로우 출력 전압(V_OL)

이는 장치가 '온' 또는 로우 상태일 때의 출력 전압입니다. EL2530의 경우, 출력 전류(I_O) 1.1mA에서 V_OL은 일반적으로 0.18V입니다. EL2531의 경우, I_O=3mA에서 일반적으로 0.25V입니다. 두 장치의 최대 V_OL은 각각의 테스트 조건에서 0.5V로, 인터페이싱을 위한 견고한 논리 로우 레벨을 보장합니다.

2.4 스위칭 특성

이 파라미터들은 고속 애플리케이션에 매우 중요합니다. 테스트는 I_F=16mA 및 V_CC=5V에서 수행됩니다.

2.4.1 전파 지연

논리 로우(t_PHL) 및 논리 하이(t_PLH)로의 전파 지연이 측정됩니다. 부하 저항(R_L) 4.1kΩ을 가진 EL2530의 경우, t_PHL은 일반적으로 0.35µs(최대 2.0µs), t_PLH는 일반적으로 0.5µs(최대 2.0µs)입니다. R_L 1.9kΩ을 가진 EL2531의 경우, 두 지연은 일반적으로 각각 0.35µs 및 0.3µs(최대 1.0µs)입니다. EL2531은 더 빠른 스위칭 시간을 보여주며, 이는 부분적으로 더 높은 CTR로 인해 더 작은 풀업 저항을 사용할 수 있기 때문입니다.

2.4.2 공통 모드 과도 내성(CMTI)

CMTI는 입력과 출력 접지 사이의 빠른 전압 과도 현상을 제거하는 장치의 능력을 측정합니다. 단위는 볼트/마이크로초(V/µs)로 지정됩니다. EL2530과 EL2531 모두 논리 하이(CM_H) 및 논리 로우(CM_L) 상태에 대해 최소 CMTI 1000 V/µs 및 일반값 10,000 V/µs를 가집니다. 테스트 조건은 다릅니다: EL2530은 10V 피크-투-피크 공통 모드 펄스를 사용하는 반면, EL2531은 1000V 피크-투-피크 펄스를 사용하여, 이 측면에서 후자 변종에 대해 잠재적으로 더 강력한 테스트를 나타냅니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트는 일반적인 전기-광학 특성 곡선을 참조합니다. 특정 그래프는 제공된 텍스트에 재현되지 않았지만, 일반적으로 전류 전달 비율(CTR) 대 순방향 전류(I_F), CTR 대 주변 온도(T_A), 전파 지연 대 부하 저항(R_L), 순방향 전압(V_F) 대 I_F의 플롯을 포함합니다. 이러한 곡선은 설계자가 낮은 구동 전류, 높은 온도 또는 다른 부하 구성과 같은 비이상적이거나 변동하는 조건에서 파라미터가 어떻게 변하는지 이해하는 데 필수적이며, 지정된 동작 범위 전반에 걸쳐 견고한 회로 설계를 가능하게 합니다.

4. 기계적 및 패키지 정보

장치는 8핀 DIP 패키지를 사용합니다. 핀 구성은 다음과 같습니다: 핀 1: 애노드(채널 1), 핀 2: 캐소드(채널 1), 핀 3: 캐소드(채널 2), 핀 4: 애노드(채널 2), 핀 5: 접지(GND), 핀 6: 출력 2(V_OUT2), 핀 7: 출력 1(V_OUT1), 핀 8: 공급 전압(V_CC). 패키지는 여러 리드 형태 옵션으로 제공됩니다: 표준 DIP, 넓은 리드 벤드(0.4인치 간격, 옵션 'M'), 표면 실장 리드 형태(옵션 'S' 및 로우 프로파일 'S1').

5. 납땜 및 조립 지침

납땜 온도의 절대 최대 정격은 10초 동안 260°C입니다. 이는 일반적인 무연 리플로우 납땜 프로파일과 일치합니다. 웨이브 납땜이나 핸드 납땜의 경우, 스루홀 또는 SMD 구성 요소에 대한 표준 관행을 따르되, 패키지 손상이나 내부 재료의 열화를 방지하기 위해 최대 온도 및 시간 한계를 준수해야 합니다. 장치는 저장 온도 범위(-40°C ~ +125°C) 내 조건에서 보관해야 하며, SMD 변종의 경우 리플로우 중 '팝콘 현상'을 방지하기 위해 필요한 경우 습기 민감 패키징으로 보관해야 합니다.

6. 패키징 및 주문 정보

부품 번호는 다음 형식을 따릅니다: EL253XY(Z)-V. 'X'는 부품 번호를 나타냅니다(EL2530의 경우 0, EL2531의 경우 1). 'Y'는 리드 형태 옵션을 나타냅니다: 표준 DIP는 공백, 넓은 리드 벤드는 'M', 표면 실장은 'S', 로우 프로파일 표면 실장은 'S1'. 'Z'는 테이프 및 릴 옵션을 지정합니다: 'TA' 또는 'TB'(다른 릴 유형), 튜브 패키징은 공백. 'V'는 VDE 승인을 위한 선택적 접미사입니다. 패키징 수량은 스루홀 버전의 경우 튜브당 45개, 테이프-릴 SMD 버전의 경우 릴당 1000개입니다.

7. 애플리케이션 권장 사항

7.1 일반적인 애플리케이션 시나리오

• 라인 리시버:디지털 통신 라인(예: RS-485, RS-422)을 절연하여 그라운드 루프와 노이즈를 방지합니다.
• 모터 드라이브 절연:가변 주파수 드라이브의 전력 트랜지스터(IGBT, MOSFET)에 게이트 구동 신호를 제공하여, 저전압 제어 논리와 고전압 파워 스테이지를 절연합니다.
• 스위치 모드 전원 공급 장치(SMPS) 피드백:2차(출력) 측에서 1차(입력) 측 컨트롤러로 피드백 오류 신호를 절연하는 것은 중요한 안전 및 기능 요구사항입니다.
• 논리 접지 절연:잡음이 많은 디지털 서브시스템(예: 마이크로컨트롤러와 모터 드라이버 IC 사이) 간의 접지를 분리하여 노이즈 결합을 방지합니다.
• 통신 장비:벨 회로, 라인 인터페이스 또는 데이터 라인 보호에서 신호 절연.

7.2 설계 고려 사항

• 전류 제한 저항:순방향 전류(I_F)를 설정하기 위해 입력 LED와 직렬로 외부 저항을 사용해야 하며, 일반적으로 최적의 속도와 CTR을 위해 권장되는 16mA로 설정합니다.
• 풀업 저항:출력은 V_CC에 대한 풀업 저항(R_L)이 필요합니다. 그 값은 스위칭 속도와 전력 소비에 영향을 미칩니다. 데이터시트는 EL2530에 대해 4.1kΩ, EL2531에 대해 1.9kΩ으로 테스트 조건을 지정합니다.
• 전원 공급 디커플링:안정적인 동작을 보장하고 스위칭 노이즈를 최소화하기 위해 V_CC 핀(핀 8)과 접지 근처에 바이패스 커패시터(예: 0.1µF)를 배치하십시오.
• 높은 CMTI를 위한 레이아웃:높은 CMTI를 유지하려면 PCB 레이아웃의 입력 및 출력 섹션 사이의 기생 커패시턴스를 최소화하십시오. 안전 표준에 따라 충분한 크리피지 및 클리어런스 거리를 확보하십시오.
• EL2530 대 EL2531 선택:더 빠른 스위칭 속도가 필요하거나 더 낮은 값의 풀업 저항이 허용되는 애플리케이션에는 EL2531을 선택하십시오. 덜 엄격한 속도 요구사항이 있거나 온 상태에서 더 낮은 공급 전류(더 높은 R_L로 인해)가 우선순위인 애플리케이션에는 EL2530을 선택할 수 있습니다.

8. 기술 비교 및 차별화

EL253X 시리즈는 주로 고속(1Mbit/s, 표준 유형은 일반적으로 <100kbit/s)을 통해 표준 포토트랜지스터 커플러와 차별화됩니다. 별도의 포토다이오드 바이어스 연결이 이를 가능하게 하는 핵심 설계 차이점입니다. 다른 고속 광절연기(통합 논리 게이트 또는 더 고속의 디지털 절연기와 같은)와 비교하여, EL253X는 간단하고 견고한 트랜지스터 출력을 제공하며, 이는 특정 아날로그 또는 레벨 시프팅 애플리케이션에서 유리할 수 있고, 일반적으로 더 낮은 비용으로 제공됩니다. 단일 8핀 패키지의 듀얼 채널 구성은 두 개의 단일 채널 장치를 사용하는 것에 비해 보드 공간을 절약합니다.

9. 자주 묻는 질문(기술 파라미터 기반)

Q: EL2530과 EL2531의 주요 차이점은 무엇인가요?

A: 주요 차이점은 보장된 최소 전류 전달 비율(CTR)입니다. EL2531은 EL2530(5-7%)에 비해 더 높은 최소 CTR(테스트 조건에 따라 15-19%)을 가집니다. 이는 일반적으로 주어진 부하 저항으로 EL2531이 더 빠르게 스위칭하거나 동일한 속도에 대해 더 큰 풀업 저항을 사용할 수 있게 하여 전력 소비 및 구동 능력에 영향을 미칩니다.

Q: 입력 LED를 전압원으로 직접 구동할 수 있나요?

A: 아니요. LED는 전류 제한 소스로 구동되어야 하며, 일반적으로 전압 공급원에서의 직렬 저항으로 구현됩니다. 데이터시트는 원하는 I_F(예: 16mA)에 대한 적절한 저항 값을 계산하는 데 도움이 되는 순방향 전압(V_F) 특성을 제공합니다.

Q: 10kV/µs의 공통 모드 과도 내성(CMTI)은 무엇을 의미하나요?

A: 이는 입력과 출력 회로 접지 사이의 전압 차이가 초당 10,000볼트의 속도로 변하더라도 출력 상태가 올바르게 유지된다는 것을 의미합니다. 빠른 고전압 스위칭이 큰 접지 과도 현상을 생성하는 모터 드라이브나 전원 공급 장치에서 이는 매우 중요합니다.

Q: 방열판이 필요한가요?

A: 전력 소산에 대한 절대 최대 정격(P_IN=45mW, P_O=35mW) 내 정상 동작 조건에서는 방열판이 필요하지 않습니다. 소산되는 전력은 상대적으로 낮습니다. 열 방산을 위한 적절한 PCB 레이아웃이 일반적으로 충분합니다.

10. 실용적인 설계 및 사용 예시

사례 1: 절연된 GPIO 확장기.마이크로컨트롤러가 산업 패널의 12V 리밋 스위치를 모니터링해야 합니다. 6개의 EL2531 채널을 사용하여 마이크로컨트롤러의 3.3V GPIO가 전류 제한 저항을 통해 LED를 구동할 수 있습니다. 12V로 풀업된 출력은 스위치에 깨끗한 논리 신호를 제공합니다. 5000Vrms 절연은 마이크로컨트롤러를 12V 산업 라인의 잠재적 과도 현상으로부터 보호합니다.

사례 2: 하프 브리지 MOSFET용 게이트 드라이버.저전력 DC 모터 컨트롤러에서 단일 EL2531 채널을 사용하여 하이 사이드 MOSFET을 구동할 수 있습니다. 입력은 컨트롤러의 PWM 신호로 구동됩니다. 적절한 게이트 저항을 통해 MOSFET 게이트에 연결되고 부트스트랩 공급원으로 풀업된 출력은 절연된 게이트 구동을 제공합니다. 높은 CMTI는 하프 브리지의 빠른 스위칭 동안 게이트 신호가 안정적으로 유지되도록 보장합니다.

11. 동작 원리

기본 원리는 광전 변환입니다. 입력 적외선 발광 다이오드(IRED)에 가해진 전류는 빛을 방출하게 합니다. 이 빛은 광학적으로 투명하지만 전기적으로 절연된 장벽(일반적으로 실리콘 또는 유사 재료)을 통과합니다. 빛은 통합 검출기의 포토다이오드에 충돌하여 광전류를 생성합니다. EL253X에서 이 광전류는 출력 NPN 트랜지스터의 베이스를 직접 바이어스하여 켜고 출력 핀(컬렉터)을 로우로 당깁니다. 포토다이오드에 대한 별도의 연결은 스위칭을 위해 광전류를 더 효율적으로 사용할 수 있게 하며, 이는 기존 포토트랜지스터에서 속도 제한 요소인 트랜지스터의 베이스-컬렉터 커패시턴스에 의해 부분적으로 분로되는 것을 방지합니다.

12. 기술 동향

신호 절연 분야는 진화하고 있습니다. EL253X와 같은 트랜지스터 출력 포토커플러는 단순성, 견고성 및 비용 효율성으로 여전히 매우 관련성이 높지만, 몇 가지 주목할 만한 동향이 있습니다. IGBT/GaN FET용 통합 드라이버가 있는 장치와 같은 더 높은 통합으로의 이동이 있습니다. CMOS 기술 및 RF 또는 커패시티브 커플링을 기반으로 하는 디지털 절연기는 상당히 더 높은 데이터 속도(수십에서 수백 Mbps), 더 낮은 전력 소비 및 더 높은 신뢰성(LED 노화 없음)을 제공합니다. 그러나 포토커플러는 매우 높은 절연 전압 능력, 우수한 공통 모드 과도 내성 및 자기장에 대한 본질적인 내성과 같은 특정 영역에서 장점을 유지합니다. 포토커플러의 개발 초점은 속도 개선, 패키지 크기 축소(특히 SMD), 고온 성능 향상 및 장기 CTR 안정성과 같은 신뢰성 지표 향상을 포함합니다.