ELM8XL-G 시리즈 포토커플러 데이터시트 - 5핀 SOP 패키지 - 3.3V/5V 전원 - 15MBit/s 속도 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

ELM8XL-G 시리즈는 현대 디지털 절연 애플리케이션을 위해 설계된 고속 논리 게이트 출력 포토커플러(광절연기) 제품군입니다. 이 장치의 핵심 기능은 고속으로 디지털 논리 신호를 전송하면서 입력과 출력 회로 사이에 전기적 절연을 제공하는 것입니다. 입력 측에는 적외선 발광 다이오드(LED)가 통합되어 있으며, 이는 출력 측의 CMOS 검출기 집적 회로에 광학적으로 결합되어 있습니다. 이 광학적 결합 방식은 전기적 연결을 제거하여 고전압 절연과 노이즈 내성을 제공하며, 이는 접지 전위가 다른 시스템이나 노이즈가 많은 전기 환경에서 매우 중요합니다.

이 장치는 소형 표면 실장 5핀 SOP 패키지로 포장되어 자동화된 조립 공정과 공간이 제한된 PCB 설계에 적합합니다. 주요 설계 목표는 절연 장벽을 가로질러 신뢰할 수 있는 고속 데이터 전송을 용이하게 하는 것으로, 많은 애플리케이션에서 펄스 변압기를 직접 대체하면서 크기, 비용 및 통합성 측면에서 장점을 제공합니다.

1.1 핵심 장점 및 목표 시장

ELM8XL-G 시리즈는 시장에서의 위치를 정의하는 몇 가지 주요 장점을 제공합니다. 첫 번째는고속 성능으로, 초당 최대 15메가비트(MBit/s)의 데이터 전송률을 지원합니다. 이는 현대 통신 인터페이스와 빠른 제어 신호에 적합합니다. 두 번째는이중 전원 전압 호환성으로, 3.3V와 5V CMOS 논리 레벨 모두에서 정상적으로 작동하여 혼합 전압 시스템에 설계 유연성을 제공합니다. 세 번째는높은 절연 등급으로, 3750 V_rms의 등급을 보장하여 고전압 서지 또는 접지 전위 차이로부터 보호가 필요한 애플리케이션에서 안전성과 신뢰성을 확보합니다.

이 장치는 또한 엄격한 환경 및 안전 표준을 충족하도록 제조됩니다. 이는할로겐 프리(브롬 <900ppm, 염소 <900ppm, Br+Cl <1500ppm)이며, EU REACH 규정을 준수하고, 무연 및 RoHS를 준수합니다. UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO와 같은 주요 국제 안전 기관의 승인을 받았으며, 이는 특히 산업, 통신 및 컴퓨팅 장비 분야의 글로벌 시장을 대상으로 하는 제품에 필수적입니다.

목표 애플리케이션은 다양하며 신호 절연의 필요성을 중심으로 합니다:

• 라인 수신기 및 데이터 전송:접지 루프와 노이즈를 방지하기 위해 직렬 통신 라인(RS-232, RS-485 등)을 절연합니다.
• 데이터 멀티플렉싱:멀티플렉싱된 데이터 버스 시스템에서 절연을 제공합니다.
• 스위칭 전원 공급 장치:플라이백 또는 기타 절연형 컨버터 토폴로지에서 피드백 신호를 절연합니다.
• 펄스 변압기 대체:기존에 변압기로 수행되던 신호 절연을 위한 더 작고 통합된 솔루션을 제공합니다.
• 컴퓨터 주변 장치 인터페이스:프린터, 산업용 I/O 및 기타 주변 장치와의 신호를 절연합니다.
• 고속 논리 접지 절연:마이크로컨트롤러와 모터 드라이버 사이와 같은 서브시스템 간의 디지털 접지를 분리하여 노이즈 결합을 방지합니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

ELM8XL-G 포토커플러를 회로 설계에 성공적으로 구현하기 위해서는 전기적 및 스위칭 특성에 대한 철저한 이해가 중요합니다.

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 이러한 조건에서의 동작은 보장되지 않으며 피해야 합니다.

• 입력 순방향 전류 (I_F):최대 15 mA. 내부 LED를 구동하는 전류는 이 값을 초과해서는 안 됩니다.
• 입력 역방향 전압 (V_R):최대 5 V. LED에 가해지는 역방향 전압은 제한되어야 합니다.
• 입력 전력 소산 (P_D):입력 측 최대 35 mW.
• 출력 전력 소산 (P_O):출력 CMOS IC 최대 85 mW.
• 출력 전류 (I_O):출력 핀의 최대 싱크/소스 전류 20 mA.
• 공급 전압 (V_CC):최대 5.5 V. 이는 출력 측 전원 핀에 인가할 수 있는 절대 최대 전압입니다.
• 총 전력 소산 (P_T):전체 장치 최대 100 mW.
• 절연 전압 (V_ISO):1분 동안 3750 V_rms. 이는 상대 습도 40-60%의 특정 조건(핀 1 & 3 단락, 핀 4, 5 & 6 단락)에서 테스트된 안전 등급입니다.
• 동작 온도 (T_OPR):-40°C ~ +85°C. 장치는 이 범위 내에서 공개된 사양을 충족함이 보장됩니다.
• 보관 온도 (T_STG):-55°C ~ +125°C.
• 솔더링 온도 (T_SOL):10초 동안 260°C, 일반적인 무연 리플로우 프로파일을 준수합니다.

설계 참고:데이터시트는 V_CC전원을 0.1µF 이상의 커패시터(양호한 고주파 특성을 가진 세라믹 또는 솔리드 탄탈)로 장치의 V_CC및 GND 핀에 최대한 가깝게 배치하여 바이패스해야 한다고 명시합니다. 이는 고속 CMOS 출력 단의 안정적인 동작과 노이즈 내성에 매우 중요합니다.

2.2 전기적 특성

이 파라미터들은 정상 동작 조건(별도 명시되지 않는 한 T_A=25°C)에서 장치의 보장된 성능을 정의합니다.

2.2.1 입력 특성 (LED 측)

• 순방향 전압 (V_F):일반적으로 1.4V, 순방향 전류(I_F) 8mA에서 최대 1.8V. 이는 입력 측에 필요한 전류 제한 저항 값을 계산하는 데 사용됩니다: R_limit= (V_supply- V_F) / I_F.
• 역방향 전압 (V_R):최소 5.0V. LED는 역방향 바이어스에서 최대 5V까지 견딜 수 있습니다.
• V_F의 온도 계수 (ΔV_F/ΔT_A):약 -1.7 mV/°C. 순방향 전압은 온도가 증가함에 따라 약간 떨어집니다.
• 입력 커패시턴스 (C_IN):일반적으로 60 pF. 이는 입력 구동 회로의 고주파 응답에 영향을 미칩니다.

2.2.2 출력 특성 (CMOS IC 측)

• 공급 전류 (I_CCH, I_CCL):일반적으로 1.3mA, 최대 6mA, 출력이 하이(I_F=0mA) 또는 로우(I_F=8mA) 상태일 때 모두. 이는 출력 IC가 V_CC.
• 하이 레벨 출력 전압 (V_OH):3.3V 전원의 경우, V_OH는 최소 V_CC- 1V (즉, 2.3V) 이상임이 보장되며, 일반적으로 4mA를 싱크할 때 V_CC- 0.3V (3.0V)입니다. 5V 전원의 경우, 최소 V_CC- 1V (4.0V), 일반적으로 V_CC- 0.2V (4.8V)입니다. 이는 견고한 논리 하이 레벨을 보장합니다.
• 로우 레벨 출력 전압 (V_OL):3.3V 전원의 경우, V_OL는 일반적으로 0.21V이며, 4mA를 소스할 때(I_F=8mA) 최대 0.6V입니다. 5V 전원의 경우, 일반적으로 0.17V, 최대 0.6V입니다. 이는 견고한 논리 로우 레벨을 보장합니다.
• 입력 문턱 전류 (I_FT):논리 로우 출력을 보장하는 데 필요한 LED 전류입니다. V_CC=3.3V, 매우 가벼운 부하(I_OL=20µA) 조건에서 일반적으로 2.5mA(최대 5mA)입니다. 설계는 신뢰할 수 있는 스위칭과 노이즈 마진을 위해 이 값보다 훨씬 높은 I_F(예: 테스트 조건에 표시된 8mA)를 사용해야 합니다.

2.3 스위칭 특성

이 파라미터들은 고속 데이터 전송에 중요한 타이밍 성능을 정의합니다.

• 출력 하이로의 전파 지연 (t_PHL):입력 LED가 꺼지는 순간(I_F이 8mA에서 0mA로 감소)부터 출력이 유효한 논리 HIGH에 도달하는 시간입니다. V_CC=3.3V에서 일반적으로 30ns(최대 65ns), V_CC=5V에서 일반적으로 33ns입니다.
• 출력 로우로의 전파 지연 (t_PLH):입력 LED가 켜지는 순간(I_F이 0mA에서 8mA로 증가)부터 출력이 유효한 논리 LOW에 도달하는 시간입니다. V_CC=3.3V에서 일반적으로 48ns(최대 65ns), V_CC=5V에서 일반적으로 52ns입니다.
• 펄스 폭 왜곡 (|t_PHL– t_PLH|):두 전파 지연 사이의 절대 차이입니다. 이는 펄스 폭의 무결성을 유지하는 데 중요합니다. 3.3V에서 일반적으로 20ns(최대 50ns), 5V에서 일반적으로 22ns입니다. 값이 낮을수록 좋습니다.
• 출력 상승/하강 시간 (t_r, t_f):각각 일반적으로 7ns. 이는 출력 신호의 에지 속도를 정의합니다.
• 공통 모드 과도 내성 (CMTI):이것은 핵심 절연 파라미터입니다. 입력과 출력 접지 사이의 빠른 전압 서지를 무시하는 장치의 능력을 측정합니다. 두 등급이 지정됩니다: 최소 5,000 V/µs의 M80L과 최소 10,000 V/µs의 M81L. 이는 1000V 피크-투-피크 공통 모드 전압(V_CM)으로 테스트되며, 노이즈로 인해 출력 상태가 잘못 토글되지 않도록 보장합니다.

3. 기계적 및 패키징 정보

3.1 핀 구성 및 진리표

이 장치는 5핀 SOP 패키지를 사용하지만, 6개의 핀 번호가 참조됩니다(1-6, 핀 2는 No Connect 또는 내부 연결로 추정됨). 기능 핀은 다음과 같습니다:

• 핀 1: 입력 LED의애노드
• 핀 3: 입력 LED의캐소드
• 핀 4: 출력 CMOS IC의접지(GND)
• 핀 5: 디지털 출력 신호인_OUTV
• 핀 6: 출력 CMOS IC의 공급 전압(3.3V 또는 5V)인_CCV

이 장치는비반전 논리 게이트기능(양 논리)을 구현합니다:

• 입력 HIGH (LED ON, I_F> I_FT):출력 = LOW
• 입력 LOW (LED OFF, I_F= 0):출력 = HIGH

이는 전류 싱크 입력입니다; 로우 출력을 생성하려면 LED에 전류를 구동해야 합니다.

3.2 패키지 치수 및 PCB 레이아웃

데이터시트는 5핀 SOP 패키지에 대한 상세한 기계적 도면을 제공합니다. 주요 치수는 본체 크기, 리드 피치 및 스탠드오프 높이를 포함합니다. 표면 실장을 위한권장 패드 레이아웃도 제공됩니다. 이 레이아웃은 리플로우 솔더링 중 신뢰할 수 있는 솔더 조인트 형성을 보장하도록 설계되었습니다. 데이터시트는 이러한 패드 치수가 제안 사항이며 특정 PCB 제조 공정 또는 열 요구 사항에 따라 수정이 필요할 수 있지만, 설계를 위한 훌륭한 출발점 역할을 한다고 언급합니다.

3.3 장치 마킹

패키지 상단에는 식별을 위한 레이저 또는 잉크 코드가 표시됩니다. 마킹 형식은 다음과 같습니다:EL M81L YWW V.

• EL:제조사 코드.
• M81L:장치 번호 (CMTI 등급 및 변형에 특정).
• Y:한 자리 연도 코드.
• WW:두 자리 주 코드.
• V:VDE 승인을 나타내는 선택적 마킹.

4. 애플리케이션 지침 및 설계 고려 사항

4.1 입력 회로 설계

입력 회로는 LED에 제어된 전류를 제공해야 합니다. 간단한 직렬 저항으로 충분합니다. 값은 구동 전압과 원하는 I_F를 기반으로 계산됩니다. 예를 들어, 일반적인 V_F가 1.4V인 5V 논리 신호에서 I_F= 8mA를 구동하려면: R_limit= (5V - 1.4V) / 0.008A = 450Ω. 표준 470Ω 저항이 적합합니다. 구동 소스가 필요한 전류를 제공할 수 있는지 확인하십시오. 마이크로컨트롤러 GPIO 핀에서 구동하는 경우, 핀의 전류 공급 능력을 확인하십시오. 불충분한 경우, 간단한 트랜지스터 버퍼(예: NPN 또는 N채널 MOSFET)가 필요할 수 있습니다.

4.2 출력 회로 설계

출력은 표준 CMOS 디지털 출력입니다. CMOS, TTL 또는 LVCMOS 입력을 직접 구동할 수 있습니다. 주요 요구 사항은 다음과 같습니다:

1. 전원 공급 바이패싱:데이터시트에서 강조한 대로, 0.1µF 세라믹 커패시터를 핀 6(V_CC)과 핀 4(GND) 사이에 직접 배치해야 합니다. 이는 안정적인 고속 동작과 출력의 노이즈 방지를 위해 필수적입니다.
2. 부하 고려 사항:출력은 최대 20mA까지 싱크/소스할 수 있지만, 최상의 속도와 신호 무결성을 위해 부하는 주로 용량성(예: 다른 게이트의 입력 커패시턴스)이어야 합니다. 무거운 저항성 부하나 긴 트레이스를 구동하면 상승/하강 시간이 증가하고 타이밍 마진에 영향을 미칠 수 있습니다.
3. 풀업 저항:필요하지 않습니다. 출력은 하이와 로우 상태를 모두 능동적으로 구동하기 때문입니다.

4.3 속도 및 타이밍 고려 사항

15 MBit/s 데이터 전송률의 경우, 비트 주기는 약 66.7ns입니다. 포토커플러를 통한 총 신호 지연은 t_PLH또는 t_PHL에 상승/하강 시간의 일부를 더한 값입니다. 일반적인 지연이 약 30-50ns이므로, 이 데이터 전송률에 충분한 마진이 있습니다. 그러나펄스 폭 왜곡이 중요합니다. 20ns의 왜곡은 펄스가 절연기를 통과한 후 그만큼 좁아지거나 넓어짐을 의미합니다. 매우 좁은 펄스의 경우, 왜곡이 펄스 폭보다 크면 펄스가 사라질 수 있습니다. 타이밍이 중요한 설계에서는 항상 일반 값이 아닌 최대 값을 고려하십시오.

4.4 절연 및 안전 설계

3750V_rms절연 등급은 안전 요구 사항입니다. 최종 제품에서 이 등급을 유지하려면 PCB 레이아웃이 중요합니다. PCB 상의 모든 입력 측 트레이스/부품과 출력 측 트레이스/부품 사이의크리피지 및 클리어런스거리가 시스템의 동작 절연 전압(3750V_rms테스트 전압보다 낮음)에 대한 요구 사항을 충족하거나 초과하도록 해야 합니다. 이는 종종 포토커플러 패키지 아래 PCB에 넓은 슬롯 또는 배리어를 포함하는 것을 의미합니다. 전압, 오염도 및 재료 그룹에 따른 구체적인 거리 요구 사항은 관련 안전 표준(예: IEC 60950, IEC 61010)을 참조하십시오.

5. 주문 정보 및 패키징

부품 번호는 다음 구조를 따릅니다:ELM8XL(Z)-V.

• ELM8XL:기본 부품 번호.
• (Z):테이프 및 릴 옵션. 튜브 패키징의 경우 "TA", "TB" 또는 생략될 수 있습니다.
• -V:VDE 승인 포함을 나타내는 선택적 접미사.

패키징 옵션:

• 튜브:튜브당 100개. 수동 또는 소량 조립에 표준입니다.
• 테이프 및 릴 (TA 또는 TB):릴당 3000개. "TA"와 "TB"는 서로 다른 릴 크기 또는 테이프 폭(예: 8mm 대 12mm)을 나타낼 가능성이 높습니다. 이 옵션은 자동 피크 앤 플레이스 조립용입니다.

데이터시트에는 포켓 치수(A, B, D0, D1), 피치(P0, P1, P2), 테이프 두께(t), 릴 폭(W)을 포함한 상세한 테이프 및 릴 사양이 포함되어 있습니다. 이러한 치수는 자동 조립 기계의 피더를 프로그래밍하는 데 필수적입니다.

6. 성능 곡선 및 일반 특성

PDF 발췌문에 "일반 전기-광학 특성 곡선"이 언급되어 있지만, 제공된 텍스트에는 구체적인 그래프가 포함되어 있지 않습니다. 일반적으로 이러한 데이터시트에는 다음을 보여주는 곡선이 포함됩니다:

• 순방향 전류 (I_F) 대 순방향 전압 (V_F):다른 온도에서 입력 LED의 다이오드 특성을 보여줍니다.
• 전류 전달 비 (CTR) 대 순방향 전류:이것은 디지털 장치이지만, I_F와 결과 출력 상태 사이의 관계인 일종의 CTR이 존재합니다. 문턱 전류 I_FT가 핵심 파라미터입니다.
• 전파 지연 대 공급 전압 (V_CC):타이밍 파라미터가 V_CC.
• 전파 지연 대 온도:동작 온도 범위에 걸쳐 타이밍 파라미터가 어떻게 변하는지 보여줍니다.
• 공급 전류 (I_CC) 대 온도:정지 전류가 온도에 따라 어떻게 변하는지 보여줍니다.

설계자는 견고한 설계를 위해 표의최소 및 최대 값을 사용하고, 일반 곡선은 추세와 동작을 이해하는 데만 사용해야 합니다.

7. 비교 및 기술적 맥락

ELM8XL-G는 고속 디지털 포토커플러 범주에 속합니다. 트랜지스터 또는 달링턴 출력을 가진 오래된 포토커플러와 비교하여, CMOS 논리 게이트 출력은 훨씬 빠른 스위칭 속도, 더 날카로운 에지 및 명확한 논리 레벨을 제공합니다. 펄스 변압기와 비교하여 더 작은 공간 점유율, DC 결합 능력(변압기는 DC 신호를 전달할 수 없음) 및 종종 더 낮은 비용을 제공합니다. 커패시티브(디지털 절연기) 또는 GMR 절연기와 같은 새로운 절연 기술과 비교하여, ELM8XL-G와 같은 포토커플러는 검증된 신뢰성, 매우 높은 고유 절연 강도 및 자기장 내성이라는 장점을 제공합니다. 절충점은 일반적으로 최신 반도체 기반 절연기보다 느린 속도와 더 높은 전력 소비(LED 구동 전류로 인해)입니다. 선택은 속도, 전력, 비용 및 노이즈 내성에 대한 특정 애플리케이션 요구 사항에 따라 달라집니다.

8. 자주 묻는 질문 (FAQ)

Q: LED를 구동하기 위해 3.3V 입력 신호와 함께 사용할 수 있습니까?

A: 예, 하지만 전류 제한 저항을 재계산해야 합니다. 3.3V 구동 및 V_F~1.4V의 경우, I_F=8mA를 얻으려면 R = (3.3V - 1.4V) / 0.008A = 237.5Ω입니다. 240Ω 저항을 사용하십시오. 3.3V 소스가 8mA를 제공할 수 있는지 확인하십시오.

Q: M80L과 M81L 버전의 차이점은 무엇입니까?

A: 주요 차이점은 공통 모드 과도 내성(CMTI)입니다. M81L 버전은 최소 10,000 V/µs를 보장하고, M80L 버전은 5,000 V/µs를 보장합니다. 모터 드라이브나 산업용 전원 시스템과 같이 노이즈가 많은 환경에서는 M81L을 선택하십시오.

Q: 출력에 외부 풀업 저항이 필요합니까?

A: 아니요. 출력은 하이와 로우 레벨을 모두 구동하는 능동 푸시-풀 CMOS 단입니다. 외부 풀업은 불필요하며 전력 소비만 증가시킵니다.

Q: PCB 설계에서 높은 절연 등급을 유지하려면 어떻게 해야 합니까?

A: 입력 측의 모든 도체와 출력 측의 모든 도체 사이에 충분한 크리피지(표면을 따라 거리)와 클리어런스(공기 간격)를 유지해야 합니다. 이는 일반적으로 포토커플러 본체 아래 PCB에 물리적 간격 또는 슬롯을 필요로 합니다. 구체적인 거리는 애플리케이션의 동작 전압과 충족해야 하는 안전 표준에 따라 다릅니다.

Q: 출력 핀(5)을 다른 장치의 입력에 직접 연결할 수 있습니까, 아니면 직렬 저항이 필요합니까?

A: 직접 연결할 수 있습니다. 출력은 표준 디지털 입력을 구동하도록 설계되었습니다. 직렬 저항은 일반적으로 필요하지 않으며 신호 에지를 느리게 만듭니다.