ELQ3H4 포토커플러 데이터시트 - 16핀 SSOP 패키지 - AC 입력 - CTR 20-300% - 절연 내압 3750Vrms - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

ELQ3H4 시리즈는 신뢰할 수 있는 신호 절연이 필요한 고밀도 응용 분야를 위해 설계된 광학적 결합 절연기 제품군입니다. 핵심 구성 요소는 갈륨 비소(GaAs) 발광 다이오드(LED)와 실리콘 NPN 포토트랜지스터가 광학적으로 결합되어 있으며, 이 모든 것이 컴팩트한 16핀 슈링크 소형 아웃라인 패키지(SSOP) 내에 장착되어 있습니다. 이 패키지의 주요 특징은 통합된 차광 구조로, 주변광이 포토트랜지스터 성능에 미치는 영향을 효과적으로 최소화하여 잡음이 많은 전기 환경에서 신호 무결성을 향상시킵니다.

이 장치는 AC 입력 신호를 직접 수용하도록 설계되어 많은 응용 분야에서 외부 정류 회로가 필요 없습니다. 주요 가치는 매우 작은 폼 팩터(2.0mm 프로파일)와 강력한 절연 성능(3750 V_rms) 및 주요 국제 안전 및 환경 표준 준수를 결합한 데 있습니다.

1.1 핵심 장점 및 목표 시장

ELQ3H4 포토커플러는 몇 가지 뚜렷한 장점을 제공합니다. 그할로겐 프리구조와 RoHS 및 무연 지침 준수는 환경 친화적인 설계에 적합합니다. 이 장치는 UL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO, CQC를 포함한 주요 안전 기관의 승인을 받아 엄격한 규제 요구 사항이 있는 글로벌 시장용 제품에 사용하기 용이합니다.

주요 목표 응용 분야는 내잡음성과 안전이 가장 중요한 산업 자동화 및 계측 분야입니다. 여기에는 다음이 포함됩니다:

• 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC):중앙 처리 장치로부터 디지털 I/O 신호, 통신 버스 또는 아날로그 센서 입력을 절연합니다.
• 측정 기기:데이터 수집 시스템, 멀티미터 또는 오실로스코프에서 절연을 제공하여 고전압 테스트 포인트로부터 민감한 회로를 보호합니다.
• 하이브리드 IC 및 전원 공급 장치:절연형 스위치 모드 전원 공급 장치의 피드백 요소로 사용되거나 게이트 구동 또는 신호 조절을 위한 맞춤형 하이브리드 모듈 내에서 사용됩니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

전기적 및 광학적 파라미터에 대한 철저한 이해는 신뢰할 수 있는 회로 설계에 중요합니다. 다음 섹션에서는 주요 사양에 대한 상세한 분석을 제공합니다.

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 이러한 조건에서의 동작은 의도되지 않았습니다. ELQ3H4의 주요 한계는 다음과 같습니다:

• 입력 (LED 측):연속 순방향 전류(I_F) ±60mA 및 1μs 펄스 전류(I_FP) 1A. 채널당 전력 소산은 70mW이며, 0.7mW/°C로 감소합니다.
• 출력 (포토트랜지스터 측):컬렉터 전류(I_C) 50mA. 컬렉터-이미터 전압(V_CEO)은 80V인 반면, 이미터-컬렉터 전압(V_ECO)은 더 낮은 7V로, 포토트랜지스터의 항복 특성 비대칭성을 나타냅니다. 출력 전력 소산은 채널당 150mW이며, 1.4mW/°C로 감소합니다.
• 절연 및 환경:이 장치는 1분 동안_ISO3750 V_rms의 절연 전압(V

)을 견딥니다. 동작 온도 범위는 -55°C에서 +110°C입니다.

2.2 전기적 및 광학적 특성_A이 파라미터는 정상 동작 조건(T

=25°C, 별도 명시 없는 경우)에서 장치의 성능을 정의합니다.입력 특성:_FGaAs LED의 순방향 전압(V_F)은 I_{= 20mA에서 일반적으로 1.2V이며, 최대 1.4V입니다. 입력 커패시턴스(C}in

)은 최대 250pF로, 고주파 스위칭 성능에 영향을 줄 수 있습니다.출력 특성:_CEOLED가 꺼진 상태에서 V_CE=20V일 때 컬렉터-이미터 암전류(I_CEO)는 최대 100nA로, 포토트랜지스터의 누설 전류를 나타냅니다. 항복 전압(BV_ECO=80V, BV

=7V)은 비대칭 구조를 확인시켜 줍니다._A전달 특성 (T= -40 ~ 85°C):

• 이는 포토커플러 성능의 핵심입니다.전류 전달율(CTR):_C지정된 조건에서 (I_F/ I_F) * 100%로 정의됩니다. ELQ3H4는 I_CE= 1mA, V
• = 5V에서 20%에서 300%까지 매우 넓은 CTR 범위를 가집니다. 이 넓은 분포는 정밀 응용을 위한 신중한 회로 설계 또는 빈닝을 필요로 합니다.CTR 비율 (CTR1/CTR2):
• 0.5에서 2.0 사이의 범위를 가지는 이 파라미터는 다중 채널 장치에서 채널 간의 일치 또는 AC 동작 하에서의 CTR 일관성을 나타냅니다. 1.0의 비율은 완벽한 일치를 나타냅니다. V_{포화 전압:}CE(sat)_F는 I_C=20mA, I
• =1mA에서 일반적으로 0.1V(최대 0.2V)로, 포화 상태로 구동될 때 우수한 스위칭 특성을 나타냅니다.절연 파라미터:_IO절연 저항(R¹⁰)은 최소 5 x 10_IOΩ이며, 절연 커패시턴스(C
• )는 일반적으로 0.3pF(최대 1.0pF)입니다. 낮은 커패시턴스는 고주파 공통 모드 노이즈 제거에 중요합니다.스위칭 속도:_r상승 시간(t_f) 및 하강 시간(t_CE)은 V_C=2V, I_L=2mA, R

=100Ω의 테스트 조건에서 각각 최대 18μs로 지정됩니다. 이는 장치가 고속 데이터 전송이 아닌 중저주파 디지털 신호 전송에 적합함을 나타냅니다.

3. 성능 곡선 분석

• 데이터시트는 일반적인 전기-광학 특성 곡선을 참조합니다. 특정 그래프는 제공된 텍스트에 재현되지 않았지만, 일반적으로 설계에 중요한 다음 관계를 설명합니다:_FCTR 대 순방향 전류(I):_F전달 효율이 LED 구동 전류에 따라 어떻게 변하는지 보여줍니다. CTR은 매우 높은 I
• 에서 LED 효율 저하로 인해 종종 감소합니다.CTR 대 온도:
• 결합 효율의 온도 의존성을 보여주며, 일반적으로 온도가 증가함에 따라 감소합니다._F순방향 전압(V) 대 온도:
• LED 순방향 전압의 음의 온도 계수를 보여줍니다._C컬렉터 전류(I_CE) 대 컬렉터-이미터 전압(V):
• 다른 입력 전류에 대한 포토트랜지스터의 출력 특성으로, 바이폴라 트랜지스터의 곡선과 유사합니다._L스위칭 시간 대 부하 저항(R):_L상승 및 하강 시간이 출력 부하에 의해 어떻게 영향을 받는지 보여줍니다. 더 큰 R

은 증가된 RC 시정수로 인해 일반적으로 상승 시간을 증가시킵니다.

설계자는 속도, 전력 소비 및 온도 안정성에 대한 특정 요구 사항에 맞게 동작점을 최적화하기 위해 전체 그래픽 데이터를 참조해야 합니다.

4. 기계적 및 패키지 정보

4.1 패키지 치수 및 레이아웃

A ELQ3H4는 2.0mm의 낮은 프로파일을 가진 16핀 SSOP를 사용하여 고밀도 PCB 장착이 가능합니다. 데이터시트에는 패키지의 길이, 너비, 높이, 리드 피치 및 리드 치수를 지정하는 상세한 치수 도면이 포함되어 있습니다. 이러한 기계적 사양을 준수하는 것은 PCB에 적절히 장착되고 자동화 조립 장비에 들어가기 위해 필수적입니다.표면 실장 조립을 위한

권장 패드 레이아웃

이 제공됩니다. 이 랜드 패턴을 따르는 것은 신뢰할 수 있는 솔더 조인트 형성, 적절한 기계적 강도 보장 및 리플로우 솔더링 중 툼스토닝과 같은 문제를 피하는 데 중요합니다. 이 패턴은 솔더 필렛 형성 및 열 완화를 고려합니다.4.2 장치 마킹 및 극성.

• 장치는 패키지 상단에 마킹됩니다. 마킹 형식은 다음과 같습니다:EL Q3H4 YWW V
• EL:제조사 식별자.
• Q3H4:장치 번호.
• Y:한 자리 연도 코드.
• WW:두 자리 주 코드.

V:

VDE 승인을 나타내는 선택적 마킹.

올바른 방향은 매우 중요합니다. 패키지의 핀-1 표시기(일반적으로 점, 노치 또는 베벨 에지)는 PCB 풋프린트의 핀-1 마커와 정렬되어야 합니다. 잘못된 삽입은 장치가 작동하지 않게 하고 손상을 일으킬 수 있습니다.

5. 솔더링 및 조립 지침5.1 리플로우 솔더링 조건이 장치는 표면 실장 리플로우 솔더링에 적합합니다. 데이터시트는 IPC/JEDEC J-STD-020D를 준수하는 중요한

• 최대 본체 온도 프로파일을 지정합니다. 주요 파라미터는 다음과 같습니다:
• 예열:_L60-120초 동안 150°C에서 200°C.액상선 온도 이상 시간(T
• =217°C):_P60-100초.피크 온도(T
• ):최대 260°C.
• 피크 온도 ±5°C 내 시간:최대 30초.

최대 리플로우 사이클:

3회.

이 프로파일을 엄격히 준수하면 플라스틱 패키지, 내부 와이어 본딩 및 반도체 다이에 대한 열 손상을 방지합니다. 피크 온도 또는 온도 유지 시간을 초과하면 박리, 균열 또는 파라미터 변화가 발생할 수 있습니다.

5.2 취급 및 보관

내부 GaAs LED와 실리콘 포토트랜지스터는 정전기로 인한 손상에 취약하므로 표준 ESD(정전기 방전) 예방 조치를 준수해야 합니다. 접지된 작업대 및 손목 스트랩을 사용하십시오. 장치는 수분 흡수를 방지하기 위해 제어된 환경(일반적으로 <40°C/90% RH)에서 건제와 함께 원래의 방습 백에 보관해야 합니다. 수분 흡수는 리플로우 중 \"팝콘 현상\"을 일으킬 수 있습니다.

6. 포장 및 주문 정보6.1 모델 번호 및 옵션.

• 부품 번호 구조는 다음과 같습니다:ELQ3H4(Z)-V
• Z (포장 옵션):\"TA\"는 테이프 및 릴 포장을 나타냅니다. 생략된 경우 기본값은 튜브 포장입니다.

V (승인 옵션):VDE 승인 마킹을 나타냅니다.

포장 수량:

튜브 옵션은 튜브당 40개를 포함합니다. 테이프 및 릴(TA) 옵션은 릴당 1000개를 포함합니다.

6.2 테이프 및 릴 사양

캐리어 테이프에 대한 상세 치수(포켓 크기 A0, B0, D0, D1, 피치 P0 및 릴 치수 포함)가 제공됩니다. 이 정보는 자동 픽 앤 플레이스 머신을 올바르게 구성하는 데 필요합니다. 테이프 너비(W)는 16.0mm ± 0.3mm이며, 공급 방향이 지정됩니다.

7. 응용 설계 고려 사항7.1 입력 회로 설계AC 입력_F동작의 경우, LED는 AC 신호에 의해 직접 구동될 수 있습니다. 원하는 순방향 전류(I_F)를 설정하기 위해 전류 제한 저항이 필수적입니다. 그 값은 AC 신호의 피크 전압, LED의 V_F및 원하는 I_F를 기반으로 계산되어야 합니다. LED는 다이오드이므로, 전파 정류를 위해 앞에 브리지 정류기를 사용하지 않는 한 반주기 동안만 전도합니다. 넓은 CTR 범위는 고정된 I_F를 사용하면 출력 전류가 장치 간에 크게 변할 수 있음을 의미합니다. 더 일관된 성능을 위해 더 높은 I

(CTR 변동이 더 낮을 수 있는)를 사용하거나 피드백을 구현하는 것을 고려하십시오.

3.2 출력 회로 설계포토트랜지스터는스위치또는선형_F모드로 사용될 수 있습니다. 디지털 스위칭의 경우, 장치는 포화 상태로 구동됩니다(I_CE가 V_{≈ V}CE(sat)_L가 되도록 충분히 높음). 컬렉터에 연결된 부하 저항(R_L)은 출력 전압 스윙을 결정하고 스위칭 속도에 영향을 줍니다(더 큰 R_F은 상승 시간을 증가시킴). 아날로그 또는 선형 응용의 경우, 포토트랜지스터는 활성 영역에서 동작합니다. 그러나 CTR 대 I

곡선의 비선형성 및 강한 온도 의존성으로 인해 보상 없이는 정밀한 선형 동작이 어렵습니다.

7.3 내잡음성 및 레이아웃_{높은 절연 능력(3750V}rms_IO, 낮은 C

)을 최대화하기 위해 신중한 PCB 레이아웃이 필수적입니다. 안전 표준에 따라 회로의 입력 측과 출력 측 사이에 충분한 크리피지 및 클리어런스 거리를 유지하십시오. 접지면을 사용하되, 포토커플러 아래의 평면을 분할하여 절연 장벽을 가로지르는 커패시티브 결합을 최소화하십시오. 양측 장치 핀 근처에 배치된 바이패스 커패시터는 고주파 노이즈 억제에 도움이 될 수 있습니다.

8. 기술 비교 및 선택 가이드ELQ3H4의 주요 차별화 요소는, AC 입력 기능초소형 SSOP 패키지및포괄적인 안전 인증

• 입니다. 포토커플러를 선택할 때 프로젝트 요구 사항에 대해 다음을 비교하십시오:DC 입력 포토커플러 대비:
• ELQ3H4는 AC 신호에 대한 외부 정류기를 제거하여 회로를 단순화하고 보드 공간과 비용을 절약합니다.더 큰 패키지(DIP 등) 대비:
• SSOP는 상당한 공간 절약을 제공하지만 약간 다른 열 특성을 가질 수 있으며 더 정밀한 조립이 필요합니다.고속 광커플러 대비:
• 더 빠른 논리 게이트 또는 디지털 절연기를 가진 장치는 훨씬 더 높은 데이터 속도(>1 Mbps)를 제공하지만 다른 절연 등급, 전력 요구 사항 또는 비용 구조를 가질 수 있습니다.달링턴 출력 포토커플러 대비:
• 달링턴 구성은 훨씬 더 높은 CTR(500-1000%)을 제공하지만 더 느린 스위칭 속도와 더 높은 포화 전압을 가집니다.CTR 빈 선택:

회로 성능이 이득에 매우 민감한 경우, 더 좁은 CTR 범위(예: 100-200%)로 빈닝된 장치의 가용성에 대해 문의하십시오.

9. 자주 묻는 질문(FAQ)

Q1: 전압원으로 LED를 직접 구동할 수 있나요?_FA1: 아니요. LED는 전류 구동 장치입니다. 항상 직렬 전류 제한 저항을 사용하여 I

를 제어하고 과전류로 인한 손상을 방지하십시오.

Q2: 사양에서 출력 상승 시간이 하강 시간보다 느린 이유는 무엇인가요?

A2: 이는 포토트랜지스터의 일반적인 현상입니다. 상승 시간은 광전류를 통해 포토트랜지스터의 접합 커패시턴스를 충전하는 데 필요한 시간에 의해 제한됩니다. 하강 시간은 외부 부하 저항과 장치의 내부 재결합 과정을 통해 이 커패시턴스가 방전되는 것에 의해 결정됩니다.

Q3: 온도가 성능에 어떤 영향을 미치나요?_FA3: CTR은 일반적으로 온도가 증가함에 따라 감소합니다. LED의 순방향 전압(V

)도 감소합니다. 넓은 온도 범위에서 동작하는 설계에서는 신뢰할 수 있는 스위칭 임계값 또는 선형성을 보장하기 위해 이러한 효과를 고려해야 합니다.

Q4: 언급된 \"차광 효과\"의 목적은 무엇인가요?

A4: 불투명한 플라스틱 패키지는 차광체 역할을 하여 주변광이 포토트랜지스터에 도달하는 것을 차단합니다. 이는 실내 조명이나 햇빛과 같은 외부 광원으로 인한 오작동 트리거 또는 오프셋 전류를 방지합니다.

10. 실용 응용 예시

시나리오: PLC 입력 모듈용 절연 AC 전원 감지.

1. 일반적인 사용 사례는 스위치 또는 센서로부터 120V AC 신호의 존재를 감지하는 것입니다. ELQ3H4는 이에 이상적입니다.입력 회로:_F120V AC 신호는 전류를 제한하기 위해 고값, 고전압 저항 네트워크를 통해 강압됩니다. 장치가 AC 동작에 정격되어 있지만, 음의 반주기 동안 역전압을 클램핑하기 위해 LED 양단에 역병렬 보호 다이오드를 배치할 수 있습니다. 저항 값은 I
2. 를 정격 내에서 명목상 5-10mA로 설정하도록 선택됩니다.출력 회로:_L포토트랜지스터 컬렉터는 풀업 저항(R
3. )을 통해 PLC의 논리 공급 전압(예: 3.3V 또는 5V)에 연결됩니다. 이미터는 접지됩니다. AC가 존재할 때, 포토트랜지스터는 전도 반주기 동안 켜져 컬렉터 출력을 낮은 상태로 당깁니다. PLC의 디지털 입력은 이 펄스 형태의 낮은 신호를 읽습니다. 소프트웨어는 디바운싱하거나 제로 크로싱을 감지하여 AC 존재를 확인할 수 있습니다.장점:

이 설계는 견고한 갈바닉 절연을 제공하여 민감한 PLC 회로를 전원 서지 및 고장으로부터 보호합니다. 컴팩트한 SSOP 패키지를 통해 단일 모듈에 많은 채널을 배치할 수 있습니다.

11. 동작 원리포토커플러는광학적 결합

원리를 통해 전기적 절연을 달성합니다. 전기 입력 신호가 발광 다이오드(LED)를 구동하여 전류에 비례하는 적외선을 방출합니다. 이 빛은 패키지 내의 짧은 투명한 간격을 가로질러 이동하여 실리콘 포토트랜지스터의 베이스 영역에 도달합니다. 입사 광자는 베이스에서 전자-정공 쌍을 생성하여 효과적으로 베이스 전류 역할을 합니다. 이 광생성 전류는 트랜지스터의 이득에 의해 증폭되어 입력 신호의 전기적 복제본인 컬렉터 전류를 생성합니다. 핵심은 신호 전달이 빛을 통해 발생하며, 입력과 출력 사이에 전기적 연결이 없어 절연 장벽을 생성한다는 점입니다.

12. 기술 동향

• 신호 절연 분야는 계속 발전하고 있습니다. ELQ3H4와 같은 기존 포토트랜지스터 기반 커플러가 비용 효율적이고 중속 및 고절연 응용 분야에서 여전히 지배적이지만, 몇 가지 동향이 주목할 만합니다:증가된 통합:
• 단일 패키지 내 다중 채널 포토커플러가 일반화되어 보드 공간과 채널당 비용을 줄입니다.더 높은 속도의 대안:
• 데이터 통신을 위해 CMOS 기술 및 RF 또는 커패시티브 결합을 기반으로 하는 디지털 절연기는 훨씬 더 높은 데이터 속도(최대 수백 Mbps), 더 낮은 전력 소비 및 더 나은 타이밍 일관성을 제공하지만, 종종 다른 절연 전압 등급을 가집니다.향상된 신뢰성 및 인증:
• 더 높은 신뢰성 지표(FIT 비율), 더 넓은 동작 온도 범위 및 특히 자동차(AEC-Q100) 및 의료 응용 분야에서의 새로운 표준에 대한 인증 획득을 위한 지속적인 추진이 있습니다.패키지 소형화: