8핀 DIP 고속 1Mbit/s 트랜지스터 포토커플러 6N135 6N136 EL450x 시리즈 데이터시트 - DIP-8 패키지 - 5000Vrms 절연 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

6N135, 6N136, EL4502, EL4503은 고속 디지털 신호 절연이 필요한 응용 분야를 위해 설계된 고속 트랜지스터 출력 포토커플러(광절연기) 제품군입니다. 각 장치는 고속 광검출 트랜지스터에 광학적으로 결합된 적외선 발광 다이오드(LED)를 통합합니다. 이 시리즈의 핵심 장점은 포토다이오드 바이어스와 출력 트랜지스터의 콜렉터를 분리하는 전용 핀아웃에 있습니다. 이러한 구조적 선택은 입력 트랜지스터의 베이스-콜렉터 커패시턴스를 크게 줄여 초당 1 메가비트(1Mbit/s)에 달하는 스위칭 속도를 가능하게 하며, 이는 기존 포토트랜지스터 기반 커플러보다 수 배 빠른 속도입니다.

이 장치는 표준 8핀 듀얼 인라인 패키지(DIP)로 제공되며, 넓은 리드 간격 및 표면 실장 구성 옵션을 사용할 수 있습니다. 넓은 온도 범위에서 동작하도록 특성화되었으며 주요 국제 안전 표준을 준수하여 산업, 통신 및 전력 전자 응용 분야에 적합합니다.

2. 기술 파라미터 심층 해석

2.1 절대 최대 정격

절대 최대 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 스트레스 한계를 정의합니다. 이 한계에서 또는 그 근처에서 장치를 지속적으로 동작시키는 것은 권장되지 않습니다. 주요 정격은 다음과 같습니다:

• 입력 순방향 전류 (I_F): 연속 25 mA. 피크 순방향 전류 (I_FP)는 듀티 사이클 50%, 펄스 폭 1ms의 펄스에 대해 50 mA로 정격됩니다.
• 역방향 전압 (V_R): 입력 LED 양단 최대 5 V.
• 출력 전압 (V_O): 출력 핀에서 -0.5 V ~ +20 V 범위.
• 공급 전압 (V_CC): 출력측 전원 공급 장치에 대해 -0.5 V ~ +30 V 범위.
• 절연 전압 (V_ISO): 1분 동안 5000 V_rms. 입력측 핀(1-4)을 함께 단락시키고 출력측 핀(5-8)을 함께 단락시켜 테스트하는 중요한 안전 파라미터입니다.
• 동작 온도 (T_OPR): -55°C ~ +100°C. 이 넓은 범위는 가혹한 환경에서도 안정적인 성능을 보장합니다.
• 총 소비 전력 (P_TOT): 입력 및 출력 전력 제한을 합친 200 mW.

2.2 전기 및 전달 특성

별도로 명시되지 않는 한, 이 파라미터들은 0°C ~ 70°C의 동작 온도 범위에서 보장됩니다. 이들은 정상 동작 조건에서 장치의 성능을 정의합니다.

• 순방향 전압 (V_F): I_F= 16 mA에서 일반적으로 1.45V. 이는 입력측 전류 제한 회로 설계에 중요합니다.
• 전류 전달율 (CTR): 출력 트랜지스터의 콜렉터 전류와 입력 LED의 순방향 전류의 비율로 백분율로 표시됩니다. 6N135은 최소 CTR이 7%(일반 시나리오)인 반면, 6N136, EL4502, EL4503은 최소 19%입니다. 이 파라미터는 주어진 출력 전류에 필요한 구동 전류에 직접적인 영향을 미칩니다.
• 논리 로우 출력 전압 (V_OL): 장치가 "ON" 상태일 때 출력 핀의 전압입니다. 6N135의 경우, I_F=16mA 및 I_O=1.1mA에서 최대 0.4V 미만으로 보장됩니다. 6N136/EL450x의 경우, I_O=3mA에서 0.4V 미만입니다. 낮은 V_OL는 깨끗한 논리 로우 신호에 중요합니다.
• 공급 전류 (I_CCL, I_CCH): I_CCL는 출력이 낮을 때(LED 켜짐) V_CC에서 소비되는 전류로, 일반적으로 140 µA입니다. I_CCH는 출력이 높을 때(LED 꺼짐)의 전류로, 일반적으로 0.01 µA로, 유휴 상태에서 매우 낮은 전력 소비를 나타냅니다.

3. 스위칭 특성

이 파라미터들은 장치의 주요 차별점인 속도를 수치화합니다. 테스트는 I_F=16mA 및 V_CC=5V에서 수행됩니다.

• 전파 지연 (t_PHL, t_PLH): 입력 신호 에지와 해당 출력 응답 사이의 시간 지연입니다.
  • 6N135: t_PHL(로우로)는 일반적으로 0.35 µs (최대 2.0 µs); t_PLH(하이로)는 R_L=4.1kΩ에서 일반적으로 0.5 µs (최대 2.0 µs)입니다.
  • 6N136/EL450x: t_PHL는 일반적으로 0.35 µs (최대 1.0 µs); t_PLH는 R_L=1.9kΩ에서 일반적으로 0.3 µs (최대 1.0 µs)입니다.
  이러한 빠른 전파 지연은 1Mbit/s에서 안정적인 데이터 전송을 가능하게 합니다.
• 공통 모드 과도 내성 (CM_H, CM_L): 이는 절연 장벽의 입력측과 출력측 모두에 동일하게 나타나는 빠른 전압 과도 현상(노이즈)을 제거하는 장치의 능력을 측정합니다. 마이크로초당 볼트(V/µs)로 지정됩니다.
  • 6N135/6N136/EL4502: 하이 및 로우 상태 모두 최소 1000 V/µs.
  • EL4503: 상당히 높으며, 일반값 20,000 V/µs, 최소값 15,000 V/µs로, 모터 드라이브와 같이 노이즈가 매우 심한 환경에 이상적입니다.

4. 기계적 및 패키지 정보

4.1 핀 구성

장치는 8핀 DIP 패키지를 사용합니다. 핀아웃은 6N135/6N136과 EL4502/EL4503 사이에 약간의 차이가 있으며, 주로 핀 7의 기능에서 차이가 있습니다.

6N135 / 6N136의 경우:

1. 연결 없음 (NC)
2. 애노드 (입력 LED 애노드)
3. 캐소드 (입력 LED 캐소드)
4. 연결 없음 (NC)
5. 접지 (출력측 접지, GND)
6. 출력 전압 (V_OUT)
7. 바이어스 전압 (V_B) - 이 핀은 내부 포토다이오드를 바이어스하기 위한 별도의 연결을 제공하며, 고속 달성의 핵심입니다.
8. 공급 전압 (V_CC)

EL4502 / EL4503의 경우:

1. 연결 없음 (NC)
2. 애노드 (입력 LED 애노드)
3. 캐소드 (입력 LED 캐소드)
4. 연결 없음 (NC)
5. 접지 (출력측 접지, GND)
6. 출력 전압 (V_OUT)
7. 연결 없음 (NC) - 참고: 이 변형에서는 핀 7이 연결되지 않습니다.
8. 공급 전압 (V_CC)

5. 응용 제안

5.1 대표적인 응용 시나리오

• 라인 리시버 및 통신 장비: 디지털 데이터 라인(예: RS-232, RS-485)을 절연하여 그라운드 루프를 방지하고 서지로부터 민감한 회로를 보호합니다.
• 모터 드라이브 및 스위치 모드 전원 공급 장치(SMPS)의 전력 트랜지스터 절연: 전기적 절연을 유지하면서 하이사이드 전력 MOSFET/IGBT에 게이트 구동 신호를 제공합니다. 높은 공통 모드 과도 내성(특히 EL4503)이 여기서 중요합니다.
• 고속 논리 접지 절연: 서로 다른 전위에서 동작하는 디지털 서브시스템 간의 그라운드 루프를 차단하여 노이즈 결합을 방지합니다.
• 저속 포토트랜지스터 커플러 대체: 주요 회로 변경 없이 기존 설계를 더 높은 데이터 속도로 업그레이드합니다.
• 가전 제품 및 산업 제어: 사용자 인터페이스 마이크로컨트롤러를 전력 단계로부터 절연합니다.

5.2 설계 시 고려사항

• 입력 전류 제한: 입력 LED와 직렬로 외부 저항을 사용하여 순방향 전류 (I_F)를 원하는 값(일반적으로 최적의 속도와 CTR을 위해 약 16 mA)으로 제한해야 합니다. 저항 값은 (공급 전압 - V_F) / I_F.
• 로 계산됩니다.출력 풀업 저항_L: V_OUT(핀 6)과 V_CC(핀 8) 사이에 풀업 저항 (R_L)이 필요합니다. 그 값은 스위칭 속도와 출력 전류 용량 모두에 영향을 미칩니다. 데이터시트는 6N135의 경우 R
• =4.1kΩ, 6N136/EL450x의 경우 1.9kΩ으로 테스트 조건을 지정합니다. 낮은 값은 속도를 높이지만 전력 소비도 증가시킵니다.바이패스 커패시터_CC: 출력측의 V
• 및 GND 핀 근처에 0.1 µF 세라믹 커패시터를 배치하여 고주파 노이즈를 제거합니다.높은 CMR을 위한 레이아웃

: 높은 공통 모드 제거비를 유지하려면 회로 기판 레이아웃의 입력측과 출력측 사이의 기생 커패시턴스를 최소화하십시오. 절연 장벽 양쪽의 트레이스를 잘 분리하여 유지하십시오.

6. 기술 비교 및 선택 가이드

• 이 시리즈 내의 주요 차이점은 전류 전달율(CTR)과 공통 모드 제거(CMR)에 있습니다.6N135 대 6N136/EL4502
• : 6N135은 더 낮은 최소 CTR(7% 대 19%)을 가집니다. 이는 동일한 출력 전류 스윙을 달성하기 위해 약간 더 높은 입력 전류가 필요할 수 있음을 의미합니다. 6N136/EL4502는 더 나은 여유를 제공합니다.EL4503 대 기타
• : EL4503은 예외적으로 높은 공통 모드 과도 내성(최소 15,000 V/µs)으로 두드러집니다. 이는 가변 주파수 드라이브(VFD) 또는 산업용 모터 컨트롤러와 같이 빠른 전압 스파이크(dV/dt)가 일반적인 극도로 높은 전기적 노이즈가 있는 응용 분야에서 선호되는 선택입니다.:
  • 선택 요약
  • 좋은 CTR을 갖춘 범용 고속 절연: 6N136 또는 EL4502 선택.
  • 비용이 주요 요소이고 낮은 CTR이 허용 가능한 경우: 6N135이 충분할 수 있습니다.

가장 까다로운 고노이즈 전력 전자 환경: EL4503은 이 역할을 위해 특별히 설계되었습니다.

7. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

Q: 이 포토커플러의 표준 4N35 대비 주요 장점은 무엇인가요?_BA: 속도입니다. 전용 바이어스 핀(V

on 6N135/136) 아키텍처는 내부 커패시턴스를 줄여 1Mbit/s에서 동작을 가능하게 하는 반면, 4N35와 같은 표준 포토트랜지스터 커플러는 일반적으로 100 kbit/s 미만으로 제한됩니다.

Q: 입력측과 출력측 모두에 단일 5V 공급 장치를 사용할 수 있나요?_CCA: 전기적으로는 가능하지만, 이는 절연의 목적을 무효화합니다. 진정한 절연을 위해서는 입력측(LED)과 출력측(검출기, V

, GND)이 별도의, 연결되지 않은 전원 공급 장치 또는 절연된 DC-DC 컨버터로부터 전원을 공급받아야 합니다.

Q: 권장 풀업 저항 값이 두 가지(4.1kΩ 대 1.9kΩ)인 이유는 무엇인가요?

A: 장치의 다른 CTR 사양이 다른 최적 동작점으로 이어집니다. 낮은 CTR을 가진 6N135은 주어진 출력 로우 전압 사양에 대해 출력 전류를 제한하면서도 목표 속도를 달성하기 위해 더 높은 풀업 저항을 사용합니다. 더 높은 CTR을 가진 6N136/EL450x는 더 낮은 저항 값을 사용할 수 있으며, 이는 스위칭 속도를 더욱 향상시킬 수 있습니다.

Q: "무연 및 RoHS 준수"가 조립 공정에 어떤 의미인가요?

A: 이는 장치가 납(Pb) 없이 제조되었으며 유해 물질 제한 지침을 준수함을 의미합니다. 이는 이러한 환경 규정이 있는 지역에서 판매되는 제품에 사용할 수 있게 합니다. 납땜 온도 정격(10초 동안 260°C)은 무연 납땜 공정을 위해 지정됩니다.

8. 동작 원리 소개_CC트랜지스터 출력 포토커플러는 광학적 절연 원리로 동작합니다. 입력측에 가해진 전류는 적외선 발광 다이오드(LED)를 발광시킵니다. 이 빛은 패키지 내의 작은 간극을 가로질러 이동하여 출력측의 포토트랜지스터의 베이스 영역에 도달합니다. 들어오는 광자는 베이스에서 전자-정공 쌍을 생성하여 효과적으로 베이스 전류 역할을 합니다. 이 "광학적 베이스 전류"는 트랜지스터를 켜서 V

에서 출력 핀으로 훨씬 더 큰 콜렉터 전류가 트랜지스터를 통해 로우로 풀다운되도록 합니다. 입력 전류가 0일 때, LED는 꺼지고 빛이 트랜지스터에 도달하지 않으며, 트랜지스터는 오프 상태를 유지하여 외부 저항에 의해 출력 핀이 하이로 풀업되도록 합니다. 이 시리즈의 고속의 핵심은 트랜지스터의 베이스에 공급하는 내부 포토다이오드에 대한 별도의 연결로, 일반적으로 포토트랜지스터를 느리게 하는 밀러 커패시턴스를 최소화합니다.

9. 패키징 및 주문 정보장치는 특정 부품 번호 체계를 따릅니다:6N13XY(Z)-V또는.

• XEL450XY(Z)-V
• Y: 부품 번호 식별자 (6N 시리즈의 경우 5 또는 6; EL450 시리즈의 경우 2 또는 3).
  • : 리드 형태 옵션.
  • 없음: 표준 DIP-8 (0.3" 행 간격), 튜브 포장 45개.
  • M: 넓은 리드 벤드 (0.4" 간격), 튜브 포장 45개.
• ZS: 표면 실장 리드 형태.
• V: 테이프 및 릴 옵션 (예: TA). SMD 부품의 'S' 옵션과 함께 사용되며, 일반적으로 릴당 1000개.