EL452-G 시리즈 4핀 SOP 고전압 포토달링턴 옵토커플러 데이터시트 - 패키지 4.4x7.4x2.0mm - VCEO 350V - CTR 1000% - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

EL452-G 시리즈는 서로 다른 전위를 가진 회로 간의 신뢰할 수 있는 신호 전송을 위해 설계된 고전압 포토달링턴 옵토커플러입니다. 이 소자는 고전압 달링턴 포토트랜지스터에 광학적으로 결합된 적외선 발광 다이오드를 통합하고 있습니다. 이 디바이스는 낮은 2.0mm 프로파일을 가진 컴팩트한 4핀 SOP 패키지에 장착되어 있어 공간이 제한된 표면 실장 애플리케이션에 적합합니다. 주요 기능은 제어 또는 데이터 신호를 전송하면서 전기적 절연을 제공하여 고전압 서지 및 접지 루프 문제로부터 민감한 회로를 보호하는 것입니다.

1.1 핵심 장점 및 타겟 시장

이 부품의 주요 장점은 350V의 높은 콜렉터-이미터 전압 정격(V_CEO)을 포함하며, 이는 상용 전원 회로나 모터 드라이브와의 인터페이스에 필수적입니다. 표준 테스트 조건에서 최소 1000%의 매우 높은 전류 전달율(CTR)을 제공하여 적당한 입력 전류에서도 강력한 출력 신호 레벨을 보장합니다. 이 디바이스는 입력과 출력 사이에 3750V_rms의 높은 절연 전압을 자랑하며, 엄격한 안전 표준을 충족합니다. 또한 할로겐 프리이며 RoHS 및 무연 지침을 준수합니다. 이러한 특징들은 통신 장비(전화기, 교환기), 산업용 시퀀스 컨트롤러, 시스템 어플라이언스, 측정 기기 및 서로 다른 전압 영역 간 안전한 신호 전송이 필요한 모든 시나리오에서 이상적인 선택입니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

이 섹션은 절대 최대 정격 및 전기-광학 특성에 정의된 디바이스의 전기적, 광학적 및 열적 사양에 대한 상세하고 객관적인 해석을 제공합니다.

2.1 절대 최대 정격

절대 최대 정격은 디바이스에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 스트레스 한계를 정의합니다. 입력 순방향 전류(I_F)는 연속 60mA로 정격되며, 단시간 피크 순방향 전류(I_FM)는 10µs 동안 1A입니다. 총 소비 전력(P_TOT)은 170mW를 초과해서는 안 됩니다. 중요한 출력 파라미터는 350V의 콜렉터-이미터 전압(V_CEO)으로, 입력 LED가 꺼져 있을 때 출력 트랜지스터가 차단할 수 있는 최대 전압입니다. 1분 동안 3750V_ISOrms_{의 절연 전압(V})은 내부 절연 장벽의 유전 강도를 명시합니다. 이 디바이스는 -55°C에서 +110°C의 온도 범위 내에서 동작합니다.

2.2 전기-광학 특성

전기-광학 특성은 25°C의 정상 동작 조건에서 디바이스의 성능을 정의합니다.

2.2.1 입력 특성 (LED 측)

적외선 LED의 순방향 전압(V_F)은 일반적으로 1.2V이며, 순방향 전류 10mA에서 최대 1.4V입니다. 이 낮은 V_F는 입력 측의 낮은 전력 소비에 기여합니다. 역방향 누설 전류(I_R)는 4V 역방향 바이어스에서 최대 10µA입니다.

2.2.2 출력 특성 (포토트랜지스터 측)

콜렉터-이미터 암전류(I_CEO), 즉 LED가 꺼져 있을 때의 누설 전류는 V_CE=200V에서 최대 100nA로 명시됩니다. 콜렉터-이미터 항복 전압(BV_CEO)은 최소 350V로, 고전압 능력을 확인시켜 줍니다. 콜렉터-이미터 포화 전압(V_CE(sat))은 디바이스가 완전히 켜졌을 때(I_F=20mA, I_C=100mA) 일반적으로 1.2V(최대 1.5V)로, 도통 상태에서 출력 양단의 전압 강하를 나타냅니다.

2.2.3 전달 특성

전류 전달율(CTR)은 출력 콜렉터 전류와 입력 순방향 전류의 비율로 정의되는 가장 중요한 파라미터이며, 백분율로 표시됩니다. EL452-G의 경우, I_F=1mA 및 V_CE=2V에서 CTR은 최소 1000%, 일반적으로 2000%입니다. 이 예외적으로 높은 CTR은 높은 전류 이득을 제공하는 달링턴 구성의 특징으로, 작은 입력 전류로 더 큰 출력 전류를 효과적으로 제어할 수 있게 합니다. 스위칭 속도는 일반적으로 80µs(최대 250µs)의 상승 시간(t_r)과 일반적으로 10µs(최대 100µs)의 하강 시간(t_f)으로 특징지어집니다. 이 시간은 달링턴 구조와 포토트랜지스터의 고유한 전하 저장으로 인해 상대적으로 느리며, 이로 인해 디바이스는 저~중주파 스위칭 및 선형 아날로그 애플리케이션에는 적합하지만 고속 디지털 절연에는 적합하지 않습니다. 차단 주파수(f_c)는 일반적으로 7kHz입니다. 절연 저항(R_IO)은 최소 5×10¹⁰Ω로, 우수한 DC 절연을 나타냅니다.

3. 성능 곡선 분석

PDF에는 일반적인 전기-광학 특성 곡선이 존재함을 나타내지만, 특정 그래프(예: CTR 대 순방향 전류, CTR 대 온도, 콜렉터 전류 대 콜렉터-이미터 전압)는 본문 내용에 제공되지 않습니다. 전체 데이터시트에서 이러한 곡선은 설계에 매우 중요합니다. 이들은 일반적으로 CTR이 온도 상승에 따라 어떻게 저하되는지, 출력 전류가 높은 입력 전류나 낮은 콜렉터-이미터 전압에서 어떻게 포화되는지, 그리고 LED의 순방향 전압과 전류 간의 관계를 보여줍니다. 설계자는 25°C의 일반적인 지점뿐만 아니라 전체 동작 범위에서 디바이스 동작을 이해하기 위해 이러한 그래프를 참조해야 합니다.

4. 기계적 및 패키지 정보

4.1 패키지 치수 및 핀 구성

이 디바이스는 4핀 SOP 패키지를 사용합니다. 패키지 본체 치수는 길이 약 4.4mm, 너비 약 7.4mm이며, 높이 프로파일은 2.0mm입니다. 핀 구성은 이러한 옵토커플러에 표준입니다: 핀 1은 LED 애노드, 핀 2는 LED 캐소드, 핀 3은 포토트랜지스터 이미터, 핀 4는 포토트랜지스터 콜렉터입니다. 신뢰할 수 있는 솔더링 및 기계적 안정성을 보장하기 위해 권장되는 표면 실장 패드 레이아웃이 제공됩니다.

4.2 디바이스 마킹

디바이스는 상단 표면에 코드로 마킹됩니다. 마킹에는 "EL"(제조사 코드), "452"(부품 번호), 한 자리 연도 코드, 두 자리 주 코드 및 VDE 승인을 나타내는 선택적 "V"가 포함됩니다. 이 마킹을 통해 제조 날짜 및 규정 준수 여부를 추적할 수 있습니다.

5. 솔더링 및 조립 가이드라인

5.1 리플로우 솔더링 조건

데이터시트는 열 손상을 방지하기 위해 상세한 리플로우 솔더링 프로파일 사양을 제공합니다. 이 프로파일은 IPC/JEDEC J-STD-020D를 준수합니다. 주요 파라미터는 다음과 같습니다: 60-120초 동안 150°C에서 200°C까지의 예열 단계, 최대 본체 온도(T_p)는 260°C를 초과하지 않음, 액상선(217°C) 이상의 시간은 60-100초 사이. 이 디바이스는 최대 3회의 리플로우 사이클을 견딜 수 있습니다. 내부 에폭시 캡슐화 및 와이어 본드의 무결성을 유지하기 위해 이 프로파일을 준수하는 것이 중요합니다.

6. 패키징 및 주문 정보

6.1 주문 부품 번호 체계

부품 번호는 다음 형식을 따릅니다: EL452(Y)-VG. "Y" 위치는 테이프 및 릴 옵션(TA, TB 또는 튜브 패키징의 경우 없음)을 나타냅니다. "V"는 해당 유닛이 VDE 안전 승인을 받았음을 나타냅니다. "G" 접미사는 제품이 할로겐 프리임을 나타냅니다. 예를 들어, EL452TA-VG는 TA 방향 테이프 및 릴에 공급되며, VDE 승인을 받았고 할로겐 프리인 디바이스를 의미합니다.

6.2 테이프 및 릴 사양

이 디바이스는 자동화 조립을 위한 표준 엠보싱 캐리어 테이프로 제공됩니다. 두 가지 공급 방향이 가능합니다: 옵션 TA 및 옵션 TB. 테이프 너비(W)는 16.0mm, 포켓 피치(P₀)는 4.0mm이며, 릴은 일반적으로 3000개를 수용합니다. 피더 설정을 위한 상세한 테이프 치수(A, B, D₀ 등)가 제공됩니다.

7. 애플리케이션 권장사항

7.1 대표적인 애플리케이션 회로

EL452-G는 높은 V_CEO로 인해 AC 상용 전원 제어 회로(예: 솔리드 스테이트 릴레이)에서 트라이액, 사이리스터 또는 MOSFET 구동에 매우 적합합니다. 마이크로컨트롤러 인터페이스에서 전압 레벨 시프팅, 아날로그 센서 신호에 대한 절연 제공, 스위치 모드 전원 공급 장치에서 절연된 피드백 루프 생성에 사용될 수 있습니다. 높은 CTR 덕분에 LED에 대한 추가 드라이버 트랜지스터 없이도 마이크로컨트롤러 GPIO 핀(적절한 전류 제한 저항 포함)에서 직접 구동될 수 있습니다.

7.2 설계 고려사항 및 주의점

입력 측:LED와 항상 직렬 저항기를 사용하여 순방향 전류를 안전한 값(일반적으로 필요한 CTR 및 속도에 따라 1mA에서 20mA 사이)으로 제한해야 합니다. LED는 역방향 전압에 민감합니다; 구동 회로가 역방향 바이어스를 가할 수 있는 경우, LED와 병렬로 보호 다이오드를 사용하는 것이 권장됩니다.
출력 측:포토달링턴은 상당한 전류(최대 150mA)를 싱크할 수 있습니다. 출력 전압 스윙을 설정하고 전력 소산을 제한하기 위해 콜렉터와 양극 공급 레일 사이에 부하 저항기를 연결해야 합니다. 달링턴 구성으로 인해 포화 전압(V_CE(sat))은 단일 트랜지스터보다 높으며, 이는 스위칭 애플리케이션에서 출력 전압 스윙을 감소시킵니다. 설계자는 온도 및 수명에 따른 CTR 저하를 고려해야 합니다; 20-50%의 설계 마진을 두는 것이 좋습니다. 상대적으로 느린 스위칭 속도로 인해 몇 kHz 이상의 고주파 PWM 또는 데이터 통신에는 사용할 수 없습니다.

8. 기술 비교 및 차별화

EL452-G는 고전압(350V), 매우 높은 CTR(최소 1000%), 컴팩트한 SOP 패키지의 조합을 통해 시장에서 차별화됩니다. 표준 포토트랜지스터 커플러(CTR이 50-600%일 수 있음)와 비교하여 달링턴 구성은 훨씬 높은 감도를 제공합니다. 다른 일부 포토달링턴과 비교하여 3750Vrms 절연 정격 및 다수의 국제 안전 승인(UL, CUL, VDE, SEMKO 등)은 안전이 중요한 산업용 애플리케이션에 견고한 선택이 되게 합니다. 할로겐 프리 및 RoHS 준수는 현대 환경 규정과 일치합니다.

9. 자주 묻는 질문 (FAQ)

Q: 5V 논리 출력으로 LED를 직접 구동할 수 있나요?
A: 네, 하지만 직렬 저항을 계산해야 합니다. 예를 들어, 일반적인 V_F가 1.2V이고 5V 공급에서 원하는 I_F가 5mA일 때: R = (5V - 1.2V) / 0.005A = 760Ω. 표준 750Ω 저항을 사용하세요.

Q: 최대 스위칭 주파수는 얼마인가요?
A: 실용적인 스위칭 주파수는 상승 및 하강 시간에 의해 제한됩니다. 구형파에 대한 보수적인 추정치는 1/(t_r+t_f) ≈ 1/(250µs+100µs) ≈ 2.9kHz입니다. 신뢰할 수 있는 동작을 위해 1kHz 미만의 주파수로 설계하세요.

Q: 온도가 성능에 어떤 영향을 미치나요?
A: CTR은 일반적으로 온도가 증가함에 따라 감소합니다. 암전류(I_CEO)는 온도가 증가함에 따라 증가합니다. LED의 순방향 전압은 온도가 증가함에 따라 감소합니다. 전체 온도 범위에서 안정적인 동작을 위해 이러한 효과를 고려해야 합니다.

Q: 속도 향상을 위한 외부 베이스 연결이 가능한가요?
A: 아니요. 이는 외부 베이스 리드가 없는 표준 포토달링턴입니다. 외부 부품으로 스위칭 속도를 개선할 수 없습니다.

10. 실용 설계 사례 연구

시나리오:3.3V 마이크로컨트롤러 신호를 절연하여 24V DC 릴레이 코일을 제어합니다.
구현:마이크로컨트롤러 GPIO 핀(3.3V)이 470Ω 저항을 통해 LED를 구동하여 I_F≈ (3.3V - 1.2V)/470Ω ≈ 4.5mA로 설정합니다. 릴레이 코일(24V, 50Ω 코일 ≈ 480mA)은 24V 공급과 EL452-G의 콜렉터 사이에 연결됩니다. 이미터는 접지에 연결됩니다. 포토달링턴이 꺼질 때 전압 스파이크를 억제하기 위해 릴레이 코일 양단에 플라이백 다이오드를 배치해야 합니다. 4.5mA 입력에서 CTR은 릴레이 전류를 싱크할 수 있는 포화 출력을 보장하며, V_CE(sat)로 인해 작은 전압 강하가 발생합니다. 350V V_CEO는 24V 공급 및 모든 유도성 스파이크에 대해 충분한 마진을 제공합니다.

11. 동작 원리

이 디바이스는 광학적 결합의 원리로 동작합니다. 입력 적외선 발광 다이오드(LED)에 전류가 흐르면 광자를 방출합니다. 이 광자는 투명한 절연 간극을 가로질러 이동하여 출력 달링턴 포토트랜지스터 쌍의 베이스 영역에 충돌합니다. 흡수된 광자는 전자-정공 쌍을 생성하여 베이스 전류를 만들어 달링턴 트랜지스터 쌍을 켭니다. 이를 통해 LED 전류에 비례하여(CTR에 의해 정의됨) 훨씬 더 큰 전류가 콜렉터에서 이미터로 흐를 수 있습니다. 핵심은 신호가 빛에 의해 전송되어 입력과 출력 회로 사이에 전기적 연결이 없고 절연 재료를 통한 광학 경로만 존재하므로 완전한 갈바닉 절연을 제공한다는 점입니다.

12. 산업 동향 및 발전

옵토커플러 시장은 계속 발전하고 있습니다. 동향에는 CMOS 및 RF 기술을 기반으로 한 고속 디지털 아이솔레이터 개발이 포함되며, 이는 기존 옵토커플러에 비해 우수한 속도, 전력 소비 및 노이즈 내성을 제공합니다. 그러나 EL452-G와 같은 포토달링턴 및 포토트랜지스터 옵토커플러는 고전압 능력, 높은 전류 출력, 단순성, 견고성 및 저~중주파 절연에 대한 비용 효율성이 필요한 애플리케이션에서 강력한 위치를 유지하고 있습니다. 또한 소형화, 더 높은 통합(예: 다중 채널 결합), 개선된 신뢰성 및 진화하는 글로벌 표준을 충족하기 위한 향상된 안전 인증을 위한 지속적인 추진이 있습니다. EL452-G에서 볼 수 있는 할로겐 프리 및 환경 친화적 재료로의 전환은 표준 산업 요구사항입니다.