EL851 시리즈 4핀 DIP 고전압 포토트랜지스터 옵토커플러 데이터시트 - 패키지 6.35x4.57x3.3mm - VCEO 350V - CTR 50-600% - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

EL851 시리즈는 까다로운 애플리케이션에서 견고한 전기적 절연을 위해 설계된 고전압 포토트랜지스터 옵토커플러 제품군을 나타냅니다. 이 소자들은 컴팩트한 4핀 듀얼 인라인 패키지(DIP) 내에 장착된 실리콘 포토트랜지스터 검출기에 광학적으로 결합된 적외선 발광 다이오드를 통합합니다. 주요 기능은 빛을 사용하여 두 개의 절연된 회로 사이에서 전기 신호를 전송하여 고전압 또는 노이즈가 출력 측에서 입력 측으로, 또는 그 반대로 전파되는 것을 방지하는 것입니다. 이 시리즈는 높은 콜렉터-이미터 전압 등급으로 특징지어져 전원 공급 회로 및 기타 고전압 시스템과의 인터페이스에 적합합니다.

1.1 핵심 장점 및 목표 시장

EL851 시리즈는 시장에서의 위치를 정의하는 몇 가지 주요 장점을 제공합니다. 가장 두드러진 특징은 높은V_CEO350V의 등급으로, 입력 측과 출력 측 사이의 상당한 전압 차이를 견딜 수 있게 합니다. 이는 5000 VV_ISO의 높은 절연 전압(_rms)으로 보완되어 산업 및 통신 장비에서 신뢰할 수 있는 안전 장벽을 보장합니다. 이 소자들은 UL, cUL, VDE 및 다양한 기타 지역 인증(SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO, CQC)을 포함한 주요 국제 안전 표준을 준수하여 글로벌 시장에서의 사용을 용이하게 합니다. 또한, 이 시리즈는 할로겐 프리(구리 리드프레임 버전의 경우)로 설계되었으며 RoHS 및 EU REACH 규정을 준수하여 현대적인 환경 및 규제 요구 사항을 해결합니다. 목표 애플리케이션에는 전화 회선 인터페이스, 전원 공급 회로 인터페이스, 솔리드 스테이트 릴레이(SSR) 및 DC 모터용 컨트롤러, 신호 절연 및 노이즈 내성이 중요한 프로그래머블 컨트롤러가 포함됩니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

적절한 회로 설계 및 신뢰할 수 있는 동작을 위해서는 소자의 전기적 및 광학적 특성에 대한 철저한 이해가 필수적입니다.

2.1 절대 최대 정격

절대 최대 정격은 소자에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 스트레스 한계를 정의합니다. 이는 정상 작동을 위한 것이 아닙니다. EL851의 주요 정격은 다음과 같습니다:

• 입력 순방향 전류(I_F): 60 mA (연속).
• 피크 순방향 전류(I_FM): 1µs 펄스에 대해 1 A, 짧은 서지 조건에 유용합니다.
• 콜렉터-이미터 전압(V_CEO): 350 V, 베이스가 개방되었을 때 출력 트랜지스터 양단에 인가될 수 있는 최대 전압입니다.
• 콜렉터 전류(I_C): 50 mA.
• 총 전력 소산(P_TOT): 200 mW, 입력 및 출력 전력 한계를 합산한 값입니다.
• 절연 전압(V_ISO): 상대 습도 40-60%에서 1분 동안 5000 V_rms. 이 테스트는 핀 1과 2를 함께 단락시키고 핀 3과 4를 함께 단락시킨 상태에서 수행됩니다.
• 동작 온도(T_OPR): -55°C ~ +100°C.
• 솔더링 온도(T_SOL): 10초 동안 260°C, 웨이브 또는 리플로우 솔더링 공정과 관련이 있습니다.

2.2 전기-광학적 특성

이 파라미터들은 일반적으로 25°C에서 지정되며, 정상 작동 조건에서 소자의 성능을 설명합니다.

2.2.1 입력 특성 (LED 측)

• 순방향 전압(V_F): 일반적으로 1.2V, I_F= 10 mA에서 최대 1.4V. 이는 입력 측에 필요한 전류 제한 저항을 계산하는 데 사용됩니다.
• 역방향 전류(I_R): V_R= 5V에서 최대 10 µA, LED가 역바이어스되었을 때 매우 낮은 누설 전류를 나타냅니다.
• 입력 커패시턴스(C_in): 일반적으로 30 pF, 최대 250 pF. 이는 입력 측의 고주파 스위칭 성능에 영향을 줄 수 있습니다.

2.2.2 출력 특성 (포토트랜지스터 측)

• 콜렉터-이미터 암전류(I_CEO): V_CE= 200V에서 최대 100 nA. 이는 LED가 꺼져 있을 때(빛 없음)의 누설 전류로, '오프 상태' 신호 무결성을 결정하는 데 중요합니다.
• 콜렉터-이미터 항복 전압(BV_CEO): I_C= 0.1mA에서 최소 350V, 고전압 능력을 확인합니다.
• 콜렉터-이미터 커패시턴스(C_CE): V_CE= 0V에서 일반적으로 10 pF.

2.2.3 전달 특성

• 전류 전달율(CTR): I_F= 5mA 및 V_CE= 5V에서 50% ~ 600% 범위. CTR은 (I_C/ I_F) * 100%로 정의됩니다. 높은 CTR은 주어진 출력 전류를 구동하기 위해 더 낮은 입력 전류를 허용하여 효율성을 향상시킵니다. 넓은 범위는 빈닝 시스템을 나타냅니다. 설계자는 회로가 기능을 보장하도록 최소 CTR을 고려해야 합니다.
• 콜렉터-이미터 포화 전압(V_CE(sat)): I_F= 20mA 및 I_C= 1mA에서 최대 0.4V. 이 낮은 포화 전압은 포토트랜지스터가 '온' 상태의 스위치로 사용될 때 전압 강하와 전력 손실을 최소화하는 데 중요합니다.
• 절연 저항(R_IO): V¹¹= 500V DC에서 최소 10_IOΩ, 입력과 출력 사이의 우수한 DC 절연을 나타냅니다.
• 입력-출력 커패시턴스(C_IO): 일반적으로 0.6 pF, 이는 매우 낮아 절연 장벽을 가로지르는 고주파 노이즈의 커패시티브 결합을 최소화하는 데 도움이 됩니다.
• 상승 시간(t_r) 및 하강 시간(t_f): 일반적인 값은 각각 4 µs 및 5 µs이며, 테스트 조건(V_CE=2V, I_C=2mA, R_L=100Ω)에서 각각 최대 18 µs입니다. 이 파라미터들은 옵토커플러의 스위칭 속도를 정의하며 디지털 신호 전송 또는 PWM 애플리케이션에 중요합니다.

3. 성능 곡선 분석

특정 그래픽 데이터는 PDF(일반적인 전기-광학적 특성 곡선, 그림 9)에서 참조되지만, 주요 해석은 제공된 표 형식 데이터 및 테스트 회로를 기반으로 합니다.

스위칭 시간 테스트 회로는 펄스 전류가 입력 LED를 구동하고 부하 저항(R_L)을 가로질러 출력 포토트랜지스터의 응답을 측정하는 표준 구성을 보여줍니다. 상승 시간(t_r)은 LED가 켜질 때 출력 전류가 최종 값의 10%에서 90%로 가는 시간입니다. 하강 시간(t_f)은 LED가 꺼질 때 90%에서 10%로 가는 시간입니다. 4-5 µs 범위의 일반적인 값은 이 소자가 릴레이 구동 또는 낮은 주파수의 데이터 라인 절연과 같은 중간 속도 스위칭 애플리케이션에 적합하지만 매우 고속 디지털 통신에는 이상적이지 않을 수 있음을 나타냅니다.

4. 기계적 및 패키지 정보

4.1 패키지 치수 및 옵션

EL851은 세 가지 주요 리드 형상 옵션으로 제공되며, 각각 특정 치수와 애플리케이션이 있습니다.

• 표준 DIP 타입: 기본 스루홀 패키지.
• 옵션 M 타입: 0.4인치(약 10.16mm) 리드 간격을 가진 넓은 리드 벤드 특징, 더 넓은 핀 간격이 필요한 보드에 적합합니다.
• 옵션 S1 타입: 낮은 프로파일을 가진 표면 실장(SMD) 리드 형상. 이는 소자의 SMD 변형입니다.

정확한 수치 치수는 PDF 도면에 제공되지만, 표준 DIP 타입의 전체 패키지 본체 크기는 길이 약 6.35mm, 너비 약 4.57mm, 높이 약 3.3mm로 컴팩트한 부품입니다.

4.2 극성 식별 및 마킹

핀 구성은 표준화되어 있습니다:

1. 애노드 (입력 LED 양극)
2. 캐소드 (입력 LED 음극)
3. 이미터 (포토트랜지스터 이미터, 일반적으로 출력 측의 접지/공통에 연결됨)
4. 콜렉터 (포토트랜지스터 콜렉터, 출력)

소자는 상단에 "EL"(제조사 표시), "851"(소자 번호), 그 뒤에 1자리 연도 코드(Y), 2자리 주 코드(WW), 그리고 VDE 승인 버전의 경우 선택적 "V"가 표시됩니다. 핀 1의 올바른 식별(종종 패키지의 점, 노치 또는 경사진 모서리로 표시됨)은 조립 중 올바른 방향을 위해 중요합니다.

4.3 권장 솔더 패드 레이아웃

S1(표면 실장) 옵션의 경우 권장 패드 레이아웃이 제공됩니다. 제안된 치수는 참고용이며, 설계자는 신뢰할 수 있는 솔더 접합을 보장하기 위해 특정 PCB 제조 공정, 솔더 페이스트 적용 및 열 관리 요구 사항에 따라 이를 수정하는 것이 좋습니다.

5. 솔더링 및 조립 지침

이 소자는 최대 10초 동안 260°C의 솔더링 온도를 견딜 수 있습니다. 이는 스루홀 패키지의 표준 웨이브 솔더링 및 SMD 옵션의 무연 리플로우 솔더링 프로파일과 호환됩니다. 내부 다이, 와이어 본드 또는 플라스틱 패키지 재료의 손상을 방지하기 위해 이 시간-온도 한계를 준수하는 것이 중요합니다. 취급 및 조립 중에는 표준 ESD(정전기 방전) 예방 조치를 준수해야 합니다. 저장 온도 범위는 -55°C ~ +125°C입니다.

6. 포장 및 주문 정보

6.1 모델 번호 규칙

부품 번호는 다음 형식을 따릅니다:EL851X(Z)-V.

• X: 리드 형상 옵션.
  • 없음: 표준 DIP-4 (100개/튜브).
  • M: 넓은 리드 벤드, 0.4" 간격 (100개/튜브).
  • S1: 표면 실장 리드 형상 (낮은 프로파일).
• Z: 테이프 및 릴 옵션 (S1에만 적용 가능).
  • TA, TB, TU, TD: 포장 수량(1000 또는 1500개/릴)에 영향을 미치는 다른 테이프 및 릴 사양.
• V: VDE 안전 승인을 나타내는 선택적 접미사.

6.2 테이프 및 릴 사양

S1 옵션에 대한 상세한 테이프 치수(A, B, D0, D1, E, F, P0, P1, P2, t, W, K)가 제공됩니다. 이 치수는 PCB 조립 기계가 릴에서 부품을 올바르게 집어서 배치하는 데 중요합니다. 테이프 너비(W)는 16.0mm ±0.3mm이고, 포켓 피치(P0)는 4.0mm ±0.1mm입니다.

7. 애플리케이션 노트 및 설계 고려 사항

7.1 일반적인 애플리케이션 회로

EL851은 몇 가지 주요 애플리케이션에 매우 적합합니다:

• 전화 회선 인터페이스: 모뎀 또는 전화 시스템의 민감한 논리 회로를 전화 회선의 고전압 링 신호 및 잠재적 서지로부터 절연합니다.
• 전원 공급 피드백 루프: 스위치 모드 전원 공급 장치(SMPS)에서 출력 전압의 절연된 피드백을 제공하여 1차(고전압) 측과 2차(저전압) 측 사이의 안전 절연을 유지하면서 조정을 허용합니다.
• SSR 및 DC 모터 제어: 솔리드 스테이트 릴레이의 게이트 또는 입력을 구동하거나 마이크로컨트롤러와 모터 드라이버 H-브리지 사이의 절연 인터페이스 역할을 하여 논리 컨트롤러를 모터 유발 노이즈 및 전압 스파이크로부터 보호합니다.
• 프로그래머블 컨트롤러(PLC) I/O 모듈: 디지털 입력/출력 채널을 절연하여 중앙 처리 장치를 현장 배선 결함, 노이즈 및 다른 접지 전위로부터 보호합니다.

7.2 중요한 설계 요소

1. CTR 열화: 옵토커플러의 CTR은 시간이 지남에 따라 열화될 수 있으며, 특히 고온 및 높은 LED 전류에서 작동할 때 그렇습니다. 장기적인 신뢰성을 위해, 적절한 열화 마진(종종 제품 수명 동안 50%)을 고려한 후최소지정된 CTR로 작동하도록 회로를 설계하십시오.
2. 입력 전류 제한: 입력 LED와 직렬로 외부 저항을 항상 사용하여 순방향 전류(I_F)를 안전한 값(일반적으로 60mA 절대 최대치보다 훨씬 낮음)으로 제한해야 합니다. 저항 값은 R_limit= (V_supply- V_F) / I_F.
3. 로 계산됩니다.출력 부하 저항_L: 포토트랜지스터 콜렉터에 연결된 부하 저항(R_L)의 값은 출력 전압 스윙과 스위칭 속도 모두에 영향을 미칩니다. 더 작은 R_L은 더 높은 속도를 허용하지만 출력 전압 이득을 감소시킵니다. R
4. =100Ω의 테스트 조건은 지정된 스위칭 시간에 대한 참조를 제공합니다.노이즈 내성
5. : 이 소자는 우수한 갈바닉 절연을 제공하지만, 매우 낮은 입력-출력 커패시턴스(0.6 pF)는 고주파 노이즈 결합을 최소화하는 데 도움이 됩니다. 극도로 시끄러운 환경의 경우 입력 및 출력 신호에 대한 추가 필터링이 여전히 필요할 수 있습니다.열 방산_TOT: 최대 동작 주변 온도를 고려하여 총 전력 소산(P_F= V_F*I_CE+ V_C*I

)이 200 mW를 초과하지 않도록 하십시오. 25°C 이상의 온도에서는 감액이 필요할 수 있습니다.

8. 기술 비교 및 차별화_CEO표준 저전압 옵토커플러(종종 V

등급이 30-70V)와 비교하여, EL851의 350V 등급이 주요 차별화 요소입니다. 이를 통해 출력 측에 추가 전압 클램핑 또는 스텝다운 회로 없이 오프라인 전원 공급 피드백 회로(정류된 주전압이 ~300V+일 수 있음) 또는 산업 제어 인터페이스에서 직접 사용할 수 있습니다. CTR 범위가 넓어 민감한 및 표준 구동 요구 사항 모두에 대한 옵션을 제공합니다. 스루홀(DIP, 넓은 벤드) 및 표면 실장(S1) 패키지가 테이프 및 릴 형식으로 제공되어 프로토타이핑 및 대량 자동 조립 모두에 다용도로 사용할 수 있습니다.

9. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

Q: 설계 시 고려해야 할 최소 CTR은 무엇입니까?_FA: 항상 의도한 작동 I_CE및 V

에서 최소 CTR 50%로 작동하도록 회로를 설계하십시오. 제품 수명 동안 잠재적 열화를 고려하십시오.

Q: 이 옵토커플러를 사용하여 120VAC 부하를 직접 스위칭할 수 있습니까?_CEOA: 아닙니다. V

등급은 350V DC입니다. 120VAC의 피크 전압은 약 170V로 등급 내에 있지만, 옵토커플러의 포토트랜지스터는 AC 부하의 높은 전류를 직접 처리하도록 설계되지 않았습니다. 트라이액, MOSFET 또는 SSR과 같은 별도의 고전력 스위치의 제어 입력을 구동하는 데 사용해야 합니다._CEOQ: V_ISO?

와 V_CEO의 차이점은 무엇입니까?_ISOA: V_{(350V)는 출력 트랜지스터의 콜렉터와 이미터 핀 사이에 인가될 수 있는 최대 DC 전압입니다. V}(5000 V

rms

)는 단락된 입력 핀(1,2)과 단락된 출력 핀(3,4) 사이에서 테스트된 AC 내전압으로, 내부 플라스틱 장벽의 절연 강도를 나타냅니다.

Q: DIP와 SMD 패키지 중 어떻게 선택합니까?

A: 프로토타이핑, 수동 조립 또는 보드 공간이 덜 중요하고 핀-스루-보드 솔더링의 기계적 견고성이 필요한 애플리케이션에는 스루홀 DIP 패키지를 사용하십시오. 자동 조립, 고밀도 PCB 설계 및 감소된 보드 두께를 위해 SMD(S1) 패키지를 선택하십시오.

10. 실용적인 설계 예시시나리오: 24V 산업용 센서를 위한 절연 디지털 입력.

목표:

1. 24V 근접 센서를 3.3V 마이크로컨트롤러에 인터페이스하여 MCU를 24V 라인의 전압 과도 현상으로부터 보호하는 절연을 제공합니다.회로 설계:_{입력 측:}센서 출력(싱킹 타입)은 +24V와 EL851의 애노드(핀 1) 사이에 연결됩니다. 전류 제한 저항(R_in)이 캐소드(핀 2)와 접지 사이에 배치됩니다. 센서가 활성화될 때 I_F를 명목상 5-10 mA로 설정하도록 R_Fin_{을 선택합니다. 예를 들어, V}~1.2V일 때, R
2. in= (24V - 1.2V) / 0.005A ≈ 4.56kΩ (표준 값 4.7kΩ 사용)._{출력 측:}포토트랜지스터 콜렉터(핀 4)는 풀업 저항(R_pullup)을 통해 3.3V MCU 공급 전압에 연결됩니다. 이미터(핀 3)는 MCU 접지에 연결됩니다. 센서가 활성화되면 LED가 켜지고 포토트랜지스터가 포화되어 콜렉터(출력 신호)를 낮음(~0.4V)으로 당깁니다. 센서가 꺼지면 포토트랜지스터가 꺼지고 R_pullup이 출력을 높음 3.3V로 당깁니다. 원하는 속도와 전력에 따라 R
3. pullup을 선택하십시오. 1kΩ ~ 10kΩ이 일반적입니다._절연:24V 센서 접지와 3.3V MCU 접지는 완전히 분리되어 유지됩니다. EL851의 5000V

절연 장벽은 MCU를 24V 라인의 결함으로부터 보호합니다.

이 간단한 회로는 견고하고 절연된 디지털 신호 전송을 제공합니다._FE11. 동작 원리_CEL851은 광전 변환 및 절연 원리로 작동합니다. 입력 측에 인가된 전류는 적외선 발광 다이오드(LED)를 통해 흐르며 빛을 방출하게 합니다. 이 빛은 플라스틱 패키지 내의 투명한 절연 간극을 가로질러 이동하여 출력 측의 실리콘 포토트랜지스터의 베이스 영역에 도달합니다. 입사광은 베이스에서 전자-정공 쌍을 생성하여 효과적으로 베이스 전류 역할을 합니다. 이 광생성 베이스 전류는 트랜지스터의 전류 이득(h

)에 의해 증폭되어 훨씬 더 큰 콜렉터 전류(I

)를 생성합니다. 이 출력 콜렉터 전류와 입력 LED 전류의 비율이 전류 전달율(CTR)입니다. 입력과 출력 회로 사이에는 전기적 연결이 존재하지 않습니다. 오직 빛만이 그들을 결합하여 갈바닉 절연을 제공합니다.