5핀 SOP 고속 10Mbit/s 논리 게이트 포토커플러 ELM453H-G 시리즈 데이터시트 - 패키지 5핀 SOP - 절연 내압 3750Vrms - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

ELM453H-G 시리즈는 까다로운 디지털 절연 응용 분야를 위해 설계된 고속 논리 게이트 포토커플러(광절연기) 제품군입니다. 이 장치는 입력과 출력 회로 사이의 높은 전기적 절연을 유지하면서 신뢰할 수 있는 신호 전송을 제공하도록 설계되었습니다. 핵심 기능은 적외선 LED를 사용하여 고속 광검출기 및 트랜지스터 증폭기에 광학적으로 결합시켜 절연 장벽을 가로질러 디지털 논리 신호를 전송하는 것입니다.

이 부품의 주요 시장은 노이즈 내성과 안전 절연이 중요한 산업 자동화, 모터 드라이브 시스템, 필드버스 통신 네트워크 및 전원 공급 제어를 포함합니다. 그 핵심 장점은 베이스-컬렉터 커패시턴스를 감소시키는 별도의 포토다이오드 바이어스 연결을 통해 달성된, 기존 포토트랜지스터 커플러에 비해 향상된 속도 성능에서 비롯됩니다.

2. 기술 파라미터 심층 분석

이 섹션은 데이터시트에 명시된 주요 전기적 및 광학적 파라미터에 대한 객관적인 분석을 제공합니다.

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 영구적인 손상이 발생할 수 있는 응력 한계를 정의합니다. 주요 한계는 다음과 같습니다:

• 입력 순방향 전류 (I_F): 최대 25 mA. 이를 초과하면 입력 LED가 열화되거나 파괴될 수 있습니다.
• 절연 내압 (V_ISO): 1분 동안 3750 V_rms. 이는 내부 절연 장벽의 유전 강도를 인증하는 중요한 안전 정격으로, 한쪽에서는 핀 1과 3을 단락시키고 다른 쪽에서는 핀 4, 5, 6을 단락시켜 테스트합니다.
• 동작 온도 (T_OPR): -40 ~ +125 °C. 이 넓은 범위는 가혹한 산업 환경에서도 신뢰할 수 있는 동작을 보장합니다.
• 솔더링 온도 (T_SOL): 10초 동안 260 °C, 일반적인 무연 리플로우 프로파일에 준수합니다.

2.2 전기적 특성

지정된 테스트 조건에서 보장된 성능 파라미터입니다.

2.2.1 입력 특성

• 순방향 전압 (V_F): 일반적으로 1.4V, I_F=16mA에서 최대 1.8V. 이는 LED 구동 회로에 필요한 전류 제한 저항을 계산하는 데 사용됩니다.
• 입력 커패시턴스 (C_IN): 일반적으로 70 pF. 낮은 커패시턴스는 입력 측에서 더 나은 고주파 성능에 기여할 수 있습니다.

2.2.2 출력 및 전달 특성

• 저전압 레벨 출력 전압 (V_OL): I_F=16mA, I_O=3mA, V_CC=4.5V 조건에서 최대 0.4V. 이는 부하 하에서 출력 논리 '0' 레벨을 정의합니다.
• 전류 전달율 (CTR): 동일한 테스트 조건에서 최소 20%. CTR은 출력 트랜지스터 전류 대 입력 LED 전류의 비율입니다. 최소 보장치는 충분한 출력 구동 능력을 보장합니다.
• 고전압 레벨 출력 전류 (I_OH): LED가 꺼져 있을 때 매우 낮은 누설 전류(25°C에서 최대 5 µA)로, 깨끗한 논리 '1' 출력을 보장합니다.

2.3 스위칭 특성

이 파라미터들은 데이터 전송에 중요한 장치의 속도와 노이즈 내성을 정의합니다.

• 전파 지연 (T_PHL, T_PLH): 일반적으로 0.35 µs (낮음) 및 0.45 µs (높음), 최대 1.0 µs. 이는 제목에서 논리 게이트 버전에 대해 10Mbit/s 능력을 시사하지만, 최대 1Mbit/s까지의 신호 전송 속도를 허용합니다.
• 공통 모드 과도 내성 (CM_H, CM_L): 최소 10 kV/µs. 이는 절연 장벽 양쪽에 동일하게 나타나는 빠른 전압 과도 현상(노이즈)을 제거하는 장치의 능력을 나타내는 중요한 파라미터입니다. 높은 CMTI는 모터 드라이브와 같은 노이즈가 많은 환경에서 잘못된 출력 스위칭을 방지합니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트는 일반적인 전기-광학 특성 곡선을 참조합니다. 제공된 텍스트에는 표시되지 않았지만, 이러한 곡선은 일반적으로 설계에 중요한 관계를 설명합니다:

• 전류 전달율 (CTR) 대 순방향 전류 (I_F): 구동 전류에 따라 효율이 어떻게 변하는지 보여주어 동작점 최적화에 도움을 줍니다.
• CTR 대 주변 온도 (T_A): 온도 증가에 따른 CTR의 디레이팅을 보여주어 고온 동작에 필수적입니다.
• 전파 지연 대 부하 저항 (R_L): 스위칭 속도와 출력 구동 능력 사이의 트레이드오프를 보여줍니다.
• 순방향 전압 대 온도: 입력 회로의 열 관리에 중요합니다.

견고한 회로 설계를 위해 설계자는 이러한 비선형 관계를 이해하기 위해 전체 데이터시트 그래프를 참조해야 합니다.

4. 기계적 및 패키지 정보

4.1 패키지 치수

장치는 표준 5핀 SOP(소형 아웃라인 패키지)에 실장되어 있습니다. 상세한 기계 도면은 길이, 너비, 높이, 리드 피치 및 스탠드오프에 대한 정확한 치수를 제공합니다. 이 정보는 PCB 풋프린트 설계 및 적절한 클리어런스 확보에 중요합니다.

4.2 권장 패드 레이아웃

권장 표면 실장 패드 레이아웃이 제공됩니다. 데이터시트는 이것이 참조 설계이며 개별 제조 공정(예: 솔더 페이스트 유형, 리플로우 프로파일)에 따라 수정되어야 한다고 정확히 언급합니다. 최종 패드 설계에는 IPC 표준 준수가 권장됩니다.

4.3 극성 식별 및 장치 마킹

핀 구성:

1. 애노드 (입력 LED +)
2. 연결 없음 / 내부
3. 캐소드 (입력 LED -)
4. GND (출력 접지)
5. V_OUT(출력 신호)
6. V_CC(출력 공급 전압)

장치 마킹:패키지 상단에는 "EL"(제조사 코드), "M453H"(장치 번호), 1자리 연도 코드(Y), 2자리 주 코드(WW) 및 VDE 승인 버전의 경우 선택적 "V"가 표시됩니다. 이는 추적성을 허용합니다.

5. 솔더링 및 조립 가이드라인

리플로우 솔더링:이 부품은 10초 동안 최대 솔더링 온도 260°C로 정격되어 있습니다. 이는 표준 무연 리플로우 프로파일(IPC/JEDEC J-STD-020)과 일치합니다. 피크 온도와 액상선 이상의 시간은 패키지 손상을 방지하기 위해 제어되어야 합니다.

보관 조건:보관 온도 범위는 -55 ~ +125 °C입니다. 표면 실장 장치에 중요한 Moisture Sensitivity Level (MSL) 정보는 전체 데이터시트나 포장에서 확인해야 합니다. 해당되는 경우, 리플로우 전에 수분을 흡수한 부품을 베이킹하기 위한 표준 예방 조치를 따라야 합니다.

6. 포장 및 주문 정보

6.1 주문 부품 번호

부품 번호는 다음 구조를 따릅니다:ELM453H(Z)-VG

• Z: 테이프 및 릴 옵션. 튜브(100개)의 경우 'None', 다른 릴 방향(3000개/릴)의 경우 'TA' 또는 'TB'.
• V: VDE 인증 포함을 나타냅니다.
• G: 무할로겐 재료 구성을 나타냅니다.

6.2 테이프 및 릴 사양

자동 픽 앤 플레이스 조립을 위한 상세한 캐리어 테이프 치수(너비, 포켓 크기, 피치) 및 릴 사양이 제공됩니다. 옵션 TA와 TB는 테이프 내 부품의 방향이 다르며, 릴에서의 공급 방향에 영향을 미칩니다.

7. 응용 제안

7.1 대표적인 응용 회로

라인 리시버 / 디지털 신호 절연:이 장치는 산업 네트워크에서 RS-485, CAN 또는 기타 직렬 데이터 라인을 절연하는 데 이상적입니다. 높은 CMTI는 접지 전위 차이와 노이즈로부터 보호합니다.

모터 드라이브의 게이트 드라이브 절연:IGBT 또는 MOSFET을 위한 고전압, 노이즈가 많은 게이트 드라이브 회로로부터 저전압 제어 신호를 절연하는 데 사용됩니다. 높은 절연 내압(3750Vrms)과 속도가 여기서 핵심입니다.

논리 접지 절연:하위 시스템 간(예: 민감한 아날로그 센서 인터페이스와 노이즈가 많은 마이크로컨트롤러 사이) 디지털 접지를 분리하여 접지 루프와 노이즈 결합을 방지합니다.

7.2 설계 고려사항

• 입력 전류 제한:외부 저항을 사용하여 LED 순방향 전류(I_F)를 설정해야 하며, 일반적으로 보장된 파라미터를 위해 약 16mA입니다. 저항 값은 R_LIMIT= (V_DRIVE- V_F) / I_F.
• 입니다.출력 풀업 저항:_L출력(핀 5에서 V_CC로)에 풀업 저항(R_L)이 필요합니다. 그 값은 스위칭 속도(낮은 R
• = 빠름, 그러나 높은 전류)와 논리 하이 레벨에 영향을 미칩니다. 테스트 조건은 1.9 kΩ을 사용합니다.전원 공급 디커플링:_CC핀 4(GND)와 6(V
• ) 근처에 0.1 µF 세라믹 커패시터를 배치하여 안정적인 동작을 보장하고 스위칭 노이즈를 최소화합니다.크리피지 및 클리어런스:

PCB에서 입력과 출력 회로(트레이스 및 부품 포함) 사이에 충분한 크리피지 및 클리어런스 거리를 유지하여 고전압 절연 정격을 유지하십시오. 관련 안전 표준(예: IEC 61010-1)을 따르십시오.

8. 기술 비교 및 차별화ELM453H-G의 표준 포토트랜지스터 커플러와의 주요 차별점은 그속도

입니다. 출력 트랜지스터를 바이어스하기 위해 별도의 베이스 연결(통합 포토다이오드를 통해)을 제공함으로써, 기존 포토트랜지스터를 느리게 하는 밀러 커패시턴스 효과를 극적으로 감소시킵니다. 이로 인해 1Mbit/s에서 10Mbit/s 범위의 디지털 데이터 전송에 적합하며, 반면 표준 장치는 종종 100 kbit/s 미만으로 제한됩니다.

또한, 포괄적인 국제 안전 인증(UL, cUL, VDE, SEMKO 등) 및 무할로겐, RoHS, REACH 규정 준수는 엄격한 환경 및 안전 요구 사항이 있는 글로벌 시장에서 선호되는 선택이 되게 합니다.

9. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

Q: 이 포토커플러가 지원할 수 있는 최대 데이터 속도는 얼마입니까?_LA: 최대 전파 지연 1.0 µs를 기반으로, 이 장치는 최소 1 Mbit/s의 데이터 속도를 안정적으로 지원할 수 있습니다. 제목의 10 Mbit/s 참조는 최적화된 성능이나 특정 버전을 시사합니다; 실제 최대 속도는 회로 설계(R_F, I

)에 따라 다르며 중요한 응용 분야에서는 오실로스코프 측정으로 확인해야 합니다.

Q: 내 설계에서 높은 절연 정격이 유지되도록 어떻게 보장합니까?

A: 장치의 내부 구조가 절연을 제공합니다. PCB에서 이를 유지하려면 입력 측(핀 1,2,3)과 출력 측(핀 4,5,6)과 관련된 모든 도전성 요소(트레이스, 패드, 부품) 사이에 충분한 물리적 거리(크리피지/클리어런스)를 확보해야 합니다. 동작 전압에 기반한 강화 절연을 위한 PCB 레이아웃 가이드라인을 따르십시오.

Q: 아날로그 신호를 절연하는 데 이것을 사용할 수 있습니까?

A: 아날로그 신호 접지 절연을 위해 나열되어 있지만, 근본적으로 비선형 CTR을 가진 디지털(논리 게이트) 장치입니다. 선형 아날로그 신호 절연에는 이상적이지 않습니다. 그 목적을 위해서는 전용 선형 광커플러나 절연 증폭기가 더 적합합니다.

10. 실제 사용 사례

시나리오: 모터 제어 장치의 절연 SPI 통신.

3.3V 제어 보드의 마이크로컨트롤러는 고전력 모터 위상 근처에 위치한 ADC로 SPI를 통해 구성 데이터를 전송해야 합니다. 접지 전위는 노이즈가 많고 다릅니다. ELM453H-G는 SPI 클록(SCK) 및 칩 선택(CS) 라인을 절연하는 데 사용될 수 있습니다. 마이크로컨트롤러 GPIO는 전류 제한 저항을 통해 LED를 구동합니다. 출력 핀(5)은 2.2kΩ 저항을 통해 ADC의 5V 공급 전압으로 풀업되어 깨끗하고 절연된 논리 신호를 제공합니다. 높은 CMTI는 SPI 신호가 모터의 스위칭 노이즈에 의해 손상되지 않도록 보장합니다.

11. 동작 원리

이 장치는 광학적 결합의 원리로 동작합니다. 입력 적외선 발광 다이오드(IRED)에 가해진 전류는 빛을 방출하게 합니다. 이 빛은 투명한 절연 장벽(일반적으로 성형된 실리콘 또는 폴리머)을 통과하여 통합 검출기 칩 내의 포토다이오드에 도달합니다. 포토다이오드 전류는 트랜지스터 단에 의해 증폭 및 처리되어 해당 디지털 출력 신호(활성화 시 접지로 싱크 전류)를 생성합니다. 신호가 빛에 의해 전송되고 장벽을 가로지르는 전기 전도 경로가 없기 때문에 완전한 전기적 절연이 달성됩니다.

12. 산업 동향