6N138 6N139 포토커플러 데이터시트 - 8핀 DIP 패키지 - 고이득 스플릿 달링턴 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

6N138과 6N139는 스플릿 달링턴 포토트랜지스터 출력 단을 특징으로 하는 고성능, 저입력 전류 포토커플러입니다. 이 소자들은 매우 높은 전류전달비(CTR)를 제공하도록 설계되어 최소의 입력 구동 전류로도 신뢰할 수 있는 신호 전송을 가능하게 합니다. 표준 8핀 듀얼 인라인 패키지(DIP)에 장착되며, 넓은 리드 간격 및 표면 실장 구성 옵션을 제공합니다. 주요 기능은 입력과 출력 회로 사이의 전기적 절연을 제공하여 민감한 논리 회로를 전압 서지 및 접지 루프로부터 보호하는 것입니다.

1.1 핵심 장점 및 타겟 시장

이 포토커플러들의 주요 장점은 2000%라는 매우 높은 전형적인 CTR로, 추가 증폭 없이도 저전류 논리 신호와 직접 인터페이싱할 수 있습니다. 주요 국제 안전 인증 기관(UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO)의 인증을 받았으며 5000 Vrms의 높은 절연 전압을 제공합니다. 이러한 특징들은 노이즈 내성, 안전 절연 및 신호 무결성이 중요한 산업, 통신 및 컴퓨팅 응용 분야에 이상적입니다. 타겟 시장에는 산업 자동화, 전원 공급 장치 피드백 루프, 디지털 인터페이스 절연, 통신 라인 수신기가 포함됩니다.

2. 기술 파라미터 심층 분석

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

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 영구적 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 입력 적외선 LED의 최대 연속 순방향 전류(IF)는 20 mA이며, 매우 짧은 펄스(<1 µs)에 대해 1 A 피크 과도 전류를 견딜 수 있습니다. 출력 트랜지스터의 최대 콜렉터 전류(IO)는 60 mA이며, 소비 전력(PO)은 100 mW로 제한됩니다. 이 소자는 -40°C에서 +85°C의 주변 온도 범위에서 작동할 수 있습니다. 5000 Vrms 절연 전압은 핵심 안전 파라미터로, 모든 입력 핀을 함께 단락시키고 모든 출력 핀을 함께 단락시킨 상태에서 테스트됩니다.

2.2 전기적 특성

전기적 특성은 0°C에서 70°C의 상업용 온도 범위에서 보장됩니다. 입력 LED의 경우, IF = 1.6 mA에서 전형적인 순방향 전압(VF)은 1.3V입니다. 출력 부분 파라미터는 6N138과 6N139 사이에 약간의 차이가 있습니다. 6N139는 동일 조건(IF=0mA, VCC=18V)에서 6N138의 100 µA에 비해 일반적으로 더 낮은 논리 하이 출력 전류(IOH) 누설 전류 0.01 µA를 제공합니다. 논리 로우 상태의 공급 전류(ICCL)는 LED가 1.6 mA로 구동될 때 둘 다 일반적으로 0.6 mA입니다.

2.3 전달 특성

전류전달비(CTR)는 (IC / IF) * 100%로 정의되는 가장 중요한 파라미터입니다. 6N139는 IF=0.5mA에서 최소 CTR 400%, IF=1.6mA에서 500%를 가집니다. 6N138은 IF=1.6mA에서 최소 CTR 300%를 가집니다. 둘 다의 전형적인 값은 2000-2500%로 높은 감도를 나타냅니다. 논리 로우 출력 전압(VOL)은 다양한 부하 조건에서 최대 0.4V로 명시되어 있어 표준 TTL 및 CMOS 논리 레벨과의 호환성을 보장합니다.

2.4 스위칭 특성

스위칭 속도는 입력 구동 전류와 부하 저항에 따라 달라집니다. 전파 지연 시간(tPLH, tPHL)은 특정 테스트 조건에 대해 제공됩니다. 예를 들어, IF=0.5mA 및 RL=4.7kΩ인 6N139는 일반적인 tPHL 5 µs 및 tPLH 16 µs를 가집니다. IF를 12mA로 증가시키고 RL=270Ω으로 설정하면 속도가 각각 0.2 µs 및 1.7 µs로 크게 향상됩니다. 6N138은 지정된 테스트 조건(IF=1.6mA, RL=2.2kΩ)에서 일반적으로 더 느립니다. 공통 모드 과도 내성(CMTI)은 논리 하이 및 로우 상태 모두에 대해 최소 1000 V/µs로 명시되어 있어 절연 장벽을 가로지르는 빠른 전압 과도에 대한 우수한 노이즈 제거 능력을 나타냅니다.

3. 기계적 및 패키지 정보

이 소자들은 표준 8핀 DIP 패키지로 제공됩니다. 핀 구성은 다음과 같습니다: 핀 1: 연결 없음, 핀 2: 애노드, 핀 3: 캐소드, 핀 4: 연결 없음, 핀 5: 접지(Gnd), 핀 6: 출력(Vout), 핀 7: 베이스(VB), 핀 8: 공급 전압(VCC). 베이스 핀(7)은 포토트랜지스터의 베이스에 접근할 수 있게 하여, 대역폭과 안정성을 맞바꾸기 위한 스피드업 저항이나 커패시터를 연결하는 데 사용할 수 있습니다. 패키지 옵션에는 표준 DIP, 와이드 리드 벤드(0.4인치 간격), 표면 실장 리드 형태(S 및 로우 프로파일 S1)가 포함됩니다.

4. 납땜 및 조립 지침

납땜 온도의 절대 최대 정격은 10초 동안 260°C입니다. 이는 웨이브 또는 리플로우 납땜 공정에 일반적입니다. 정전기 방전(ESD)에 민감한 소자 취급에 대한 표준 주의 사항을 준수해야 합니다. 이 소자는 지정된 저장 온도 범위인 -55°C ~ +125°C 내의 조건에서 보관해야 합니다.

5. 포장 및 주문 정보

부품 번호는 다음 형식을 따릅니다: 6N13XY(Z)-V. 'X'는 부품 번호입니다(6N138의 경우 8, 6N139의 경우 9). 'Y'는 리드 형태 옵션을 나타냅니다: 표준 DIP(45개/튜브)의 경우 없음, 와이드 리드 벤드(45개/튜브)의 경우 'M', 표면 실장의 경우 'S', 로우 프로파일 표면 실장의 경우 'S1'. 'Z'는 SMD 부품에 대한 테이프 및 릴 옵션을 지정합니다: 'TA' 또는 'TB'(1000개/릴). 'V'는 VDE 승인을 위한 선택적 접미사입니다. 사용자는 조립 요구 사항에 따라 올바른 조합을 선택해야 합니다.

6. 응용 제안

6.1 전형적인 응용 시나리오

데이터시트는 몇 가지 주요 응용 분야를 나열합니다: 디지털 논리 접지 절연, RS-232C 라인 수신기, 저입력 전류 라인 수신기, 마이크로프로세서 버스 절연, 전류 루프 수신기. 높은 CTR 덕분에 마이크로컨트롤러 GPIO 핀과 직접 인터페이싱하거나, 노이즈가 많은 환경에서 센서 신호를 절연하거나, RS-232 또는 RS-485와 같은 직렬 통신 라인에서 갈바닉 절연을 제공하는 데 탁월합니다.

6.2 설계 고려 사항

1. 입력 전류 제한:LED 순방향 전류(IF)를 절대 최대 및 원하는 작동 범위 내 값으로 제한하기 위해 외부 직렬 저항을 사용해야 합니다. 필요한 저항 값은 (Vdrive - VF) / IF입니다.출력 부하:출력 트랜지스터는 전류 싱크로 작동합니다. 부하 저항(VCC와 핀 6 사이에 연결)은 원하는 출력 전압 스윙과 스위칭 속도를 설정하도록 선택해야 합니다. 저항 값이 작을수록 속도는 증가하지만 전력 소비도 증가합니다.속도 대 안정성:베이스 핀(7)에서 접지로 저항(일반적으로 10kΩ ~ 1MΩ)을 연결하면 안정성과 노이즈 내성이 향상되지만 CTR이 감소하고 스위칭 속도가 느려집니다. 추가 필터링을 위해 커패시터를 병렬로 추가할 수 있습니다.전원 공급 디커플링:모범 사례로는 VCC 핀(8) 근처에 0.1 µF 세라믹 커패시터를 접지에 연결하여 노이즈를 억제하는 것이 있습니다.

7. 기술 비교 및 차별화

6N138/6N139 패밀리의 주요 차별화 요소는 스플릿 달링턴 구성과 매우 높은 CTR에 있습니다. 표준 단일 트랜지스터 포토커플러(예: 4N25 시리즈)와 비교하여, 이 소자들은 훨씬 더 높은 감도를 제공하여 저전류 CMOS 논리로 직접 구동될 수 있습니다. 새로운 디지털 절연기와 비교하여, 초고속이나 복잡한 프로토콜이 필요 없는 기본 절연이 필요한 응용 분야에 대해 매우 비용 효율적인 간단한 아날로그 솔루션을 제공합니다. 베이스 핀의 가용성은 설계자에게 주파수 응답과 노이즈 내성을 맞춤 설정할 수 있는 독특한 자유도를 제공합니다.

8. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

Q1: 6N138과 6N139의 주요 차이점은 무엇인가요?

A1: 주요 차이점은 전기적 사양에 있습니다. 6N139는 일반적으로 더 나은 성능을 제공합니다: 더 높은 최소 CTR(IF=1.6mA에서 500% 대 300%), 오프 상태에서 더 낮은 출력 누설 전류, 테스트 시 약간 다른 스위칭 특성. 6N138은 사양이 낮은 변형입니다.

Q2: 입력 전류 제한 저항의 값을 어떻게 선택하나요?

A2: 응용 분야에서 필요한 순방향 전류(IF)를 결정하세요(예: 속도와 CTR의 좋은 균형을 위한 1.6 mA). 데이터시트에서 전형적인 VF(1.3V)를 측정하거나 사용하세요. 구동 전압이 5V라면, 저항 R = (5V - 1.3V) / 0.0016A = 2312.5Ω입니다. 표준 2.2kΩ 저항이 적합한 선택이 될 것입니다.

Q3: 포토커플러 스위칭이 왜 느린가요?

A3: 스위칭 속도는 IF와 부하 저항 RL에 크게 영향을 받습니다. 속도를 높이려면 다음을 할 수 있습니다: a) LED 구동 전류(IF)를 증가시킵니다. b) 출력 콜렉터의 부하 저항(RL) 값을 줄입니다. c) 선택적으로, 베이스 핀(7)을 작은 저항으로 접지에 연결하여 저장된 전하를 제거할 수 있지만, 이는 CTR을 감소시킵니다.

Q4: "공통 모드 과도 내성"이 무엇을 의미하나요?

A4: 이는 절연 장벽의 입력측과 출력측 모두에 동일하게 나타나는 빠른 전압 스파이크를 무시하는 소자의 능력을 측정합니다. 높은 CMTI(1000 V/µs와 같은)는 출력이 그러한 노이즈로 인해 잘못 토글되지 않음을 의미하며, 이는 노이즈가 많은 전원 환경에서 중요합니다.

9. 실용 설계 사례

사례: RS-232 통신을 위한 마이크로컨트롤러 UART 신호 절연

마이크로컨트롤러의 3.3V UART TX 라인을 다른 접지 평면에 있는 RS-232 트랜시버 칩에 연결하기 전에 절연해야 합니다. 6N139를 사용할 수 있습니다. 마이크로컨트롤러 핀이 1kΩ 저항을 통해 LED를 구동합니다(IF ~ (3.3V-1.3V)/1k = 2mA). 출력 콜렉터(핀 6)는 RS-232 칩의 입력 핀에 연결되며, 4.7kΩ 풀업 저항을 통해 RS-232 칩의 VCC(5V)에 연결됩니다. 베이스 핀(7)은 개방되거나 안정성을 위해 큰 저항(예: 1MΩ)을 통해 접지에 연결됩니다. 이 간단한 회로는 견고한 절연을 제공하고, 마이크로컨트롤러를 RS-232 라인의 접지 변화 또는 서지로부터 보호하며, 신호 무결성을 유지합니다.

10. 동작 원리

이 소자는 광전 결합 원리로 작동합니다. 입력 핀(애노드 및 캐소드)에 가해진 전류는 적외선 발광 다이오드(LED)가 빛을 방출하게 합니다. 이 빛은 투명한 절연 간극을 가로질러 이동하여 스플릿 달링턴 쌍의 실리콘 포토트랜지스터의 광감응 베이스 영역에 도달합니다. 입사광은 베이스 전류를 생성하며, 이는 두 트랜지스터 단에 의해 증폭되어 출력에서 훨씬 더 큰 콜렉터 전류를 발생시킵니다. "스플릿" 구성은 일반적으로 첫 번째 트랜지스터의 베이스에 접근할 수 있음을 의미하며(핀 7), 외부 바이어싱을 허용합니다. 입력 LED와 출력 트랜지스터 사이의 완전한 전기적 절연은 높은 유전 강도를 가진 성형 플라스틱 패키지에 의해 제공됩니다.

11. 산업 동향 및 맥락

6N138/139와 같은 포토커플러는 성숙하고 신뢰할 수 있는 절연 기술을 대표합니다. 신호 절연의 현재 동향에는 CMOS 및 RF 또는 정전 용량 결합을 기반으로 하는 디지털 절연기의 성장이 포함되며, 이는 우수한 속도, 전력 효율 및 통합(한 패키지에 여러 채널)을 제공합니다. 그러나 포토커플러는 특정 영역에서 강력한 장점을 유지합니다: 매우 높은 작동 전압 절연(수 kV), 우수한 공통 모드 과도 내성, 단순성, 고전압 dv/dt 스트레스에 대한 견고함을 제공합니다. 이들은 고노이즈 산업 환경, 전원 공급 장치 피드백 루프, 검증된 신뢰성과 안전 인증이 가장 중요한 응용 분야에서 종종 선호됩니다. 새로운 LED 및 검출기 소재의 개발은 포토커플러의 속도와 CTR을 계속해서 개선하여 새로운 기술과 함께 그들의 관련성을 보장하고 있습니다.