ELD3H7 ELQ3H7 포토커플러 데이터시트 - 8핀/16핀 SSOP 패키지 - 절연전압 3750Vrms - CTR 50-600% - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

ELD3H7과 ELQ3H7은 전기 신호 절연을 위해 설계된 포토트랜지스터 기반 포토커플러(옵토커플러)입니다. 이들은 적외선 발광 다이오드(LED)가 실리콘 포토트랜지스터에 광학적으로 결합되어 소형 표면 실장 패키지 내에 모두 캡슐화되어 있습니다. 주요 기능은 노이즈, 그라운드 루프, 전압 스파이크의 전파를 방지하면서 두 회로 간에 높은 전기적 절연을 유지하며 전기 신호를 전송하는 것입니다.

ELD3H7은 8핀 SSOP(Shrink Small Outline Package) 내에 2개의 독립적인 절연 채널을 통합합니다. ELQ3H7은 16핀 SSOP 내에 4개의 독립적인 채널을 통합합니다. 두 변종 모두 2.0mm의 초저 프로파일을 특징으로 하여 공간이 제한된 응용 분야에 적합합니다. 이 장치들은 할로겐 프리, 그린 몰딩 컴파운드를 사용하며 무연 및 RoHS 지침을 준수합니다.

2. 주요 특징 및 핵심 장점

• 높은 절연전압:1분 동안 3750 V_rms로 정격되어 고전압 환경에서 견고한 보호 및 안전성을 보장합니다.
• 넓은 전류 전달율(CTR):I_F= 5mA, V_CE= 5V에서 50%에서 600%까지 범위로, 다양한 신호 증폭 요구에 대한 설계 유연성을 제공합니다.
• 소형 폼 팩터:2.0mm 프로파일의 SSOP 패키지는 고밀도 PCB 설계에 이상적입니다.
• 포괄적인 안전 인증:UL(E214129), VDE(40028116), SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO 및 CQC 인증을 획득하여 글로벌 규제 장비에서의 사용을 용이하게 합니다.
• 고속 스위칭 특성:지정된 테스트 조건에서 상승 시간(t_r) 5 µs, 하강 시간(t_f) 3 µs의 전형적인 값을 가지며 디지털 신호 전송에 적합합니다.

3. 목표 시장 및 응용 분야

이 포토커플러들은 신뢰할 수 있는 신호 절연 및 노이즈 내성이 필요한 응용 분야를 위해 설계되었습니다.

• DC-DC 컨버터:스위치 모드 전원 공급 장치에서 피드백 루프 절연을 제공합니다.
• 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC) 및 산업 자동화:컨트롤러와 현장 장치 간의 디지털 I/O 신호를 절연합니다.
• 통신 장비:모뎀, 인터페이스 및 네트워크 하드웨어의 신호 라인을 절연합니다.
• 일반 회로 절연:서로 다른 접지 전위 또는 임피던스 레벨의 회로 간에 신호를 전송합니다.

4. 심층 기술 파라미터 분석

4.1 절대 최대 정격

이는 영구적인 장치 손상을 방지하기 위해 어떤 조건에서도 초과해서는 안 되는 스트레스 한계입니다.

• 입력(LED 측):순방향 전류(I_F) 60 mA; 피크 순방향 전류(I_FP) 1 A (1 µs 펄스); 역전압(V_R) 6 V; 소비 전력(P_D) 70 mW.
• 출력(트랜지스터 측):컬렉터 전류(I_C) 50 mA; 컬렉터-이미터 전압(V_CEO) 80 V; 이미터-컬렉터 전압(V_ECO) 7 V; 소비 전력(P_C) 150 mW.
• 전체 장치:총 소비 전력(P_TOT) 200 mW; 절연전압(V_ISO) 3750 V_rms.
• 온도:동작 범위 -55°C ~ +110°C; 보관 범위 -55°C ~ +125°C; 납땜 온도 260°C (10초).

4.2 전기 및 광전자 특성

25°C에서 측정된 전형적인 성능 파라미터입니다.

4.2.1 입력(적외선 LED) 특성

• 순방향 전압(V_F):I_F=20mA에서 전형적으로 1.2V, 최대 1.4V입니다. 이 파라미터는 LED 구동 회로 설계에 중요합니다.
• 역전류(I_R):V_R=4V에서 최대 10 µA로, 우수한 다이오드 차단 특성을 나타냅니다.
• 입력 커패시턴스(C_in):전형적으로 30 pF로, 고주파 스위칭 성능에 영향을 미칩니다.

4.2.2 출력(포토트랜지스터) 특성

• 암전류(I_CEO):V_CE=20V, I_F=0mA에서 최대 100 nA입니다. 이는 LED가 꺼져 있을 때의 누설 전류로, OFF 상태 신호 무결성에 영향을 미칩니다.
• 항복 전압: BV_CEO≥ 80V, BV_ECO≥ 7V로, 트랜지스터 양단에 허용 가능한 최대 전압을 정의합니다.
• 컬렉터-이미터 포화 전압(V_CE(sat)):I_F=10mA, I_C=1mA에서 전형적으로 0.1V, 최대 0.2V입니다. 낮은 V_CE(sat)는 논리 레벨 출력에 바람직합니다.

4.2.3 전달 특성

• 전류 전달율(CTR):(I_C/ I_F) * 100%로 정의됩니다. 지정된 범위는 I_F=5mA, V_CE=5V에서 50%에서 600%입니다. 이 넓은 등급 분류는 필요한 이득에 따라 선택할 수 있게 합니다.
• 절연 저항(R_IO):500V DC에서 최소 5×10¹⁰Ω으로, 우수한 DC 절연을 보장합니다.
• 절연 커패시턴스(C_IO):전형적으로 0.3 pF, 최대 1.0 pF입니다. 낮은 커패시턴스는 절연 장벽을 가로지르는 고주파 노이즈의 용량성 결합을 최소화합니다.
• 스위칭 시간:테스트 조건(V_r=2V, I_f=2mA, R_CE=100Ω)에서 상승 시간(t_C) 전형적으로 5 µs, 하강 시간(t_L) 전형적으로 3 µs입니다. 이 값들은 최대 사용 가능 데이터 전송률을 결정합니다.

5. 기계적 및 패키지 정보

5.1 패키지 치수 및 외형도

장치들은 SSOP 패키지에 장착됩니다. ELD3H7(2채널)은 8핀 SSOP를 사용하고, ELQ3H7(4채널)은 16핀 SSOP를 사용합니다. 둘 다 공통적으로 2.0mm의 낮은 프로파일 높이를 공유합니다. PCB 풋프린트 설계를 위한 모든 중요한 치수(본체 크기, 리드 피치, 스탠드오프)를 포함한 상세한 치수 도면이 데이터시트에 제공됩니다.

5.2 핀 구성 및 극성

ELD3H7(8핀)의 경우:

• 핀 1, 3: 각각 채널 1 및 채널 2 LED의 애노드.
• 핀 2, 4: 각각 채널 1 및 채널 2 LED의 캐소드.
• 핀 5, 7: 각각 채널 1 및 채널 2 포토트랜지스터의 이미터.
• 핀 6, 8: 각각 채널 1 및 채널 2 포토트랜지스터의 컬렉터.

ELQ3H7(16핀)의 경우:

• 핀 1, 3, 5, 7: 채널 1~4 LED의 애노드.
• 핀 2, 4, 6, 8: 채널 1~4 LED의 캐소드.
• 핀 9, 11, 13, 15: 채널 1~4 포토트랜지스터의 이미터.
• 핀 10, 12, 14, 16: 채널 1~4 포토트랜지스터의 컬렉터.

5.3 권장 PCB 패드 레이아웃

데이터시트에는 8핀 및 16핀 SSOP 패키지 모두에 대한 권장 랜드 패턴 설계가 포함되어 있습니다. 이러한 권장 사항을 준수하면 리플로우 납땜 중 신뢰할 수 있는 솔더 조인트 형성과 적절한 기계적 안정성을 보장합니다.

5.4 장치 마킹

장치는 상단 표면에 마킹됩니다. 마킹에는 다음이 포함됩니다:

• "EL": 제조사 식별자.
• "D3H7" 또는 "Q3H7": 2채널 또는 4채널 변종에 대한 장치 번호.
• "Y": 한 자리 연도 코드.
• "WW": 두 자리 주 코드.
• "V": VDE 인증을 나타내는 선택적 마킹.

6. 납땜 및 조립 지침

이 장치들은 리플로우 납땜 기술을 사용한 표면 실장 조립에 적합합니다.

• 리플로우 납땜:패키지 본체에서 측정된 최대 허용 납땜 온도는 260°C이며, 지속 시간은 10초를 초과하지 않아야 합니다. 표준 무연 리플로우 프로파일(IPC/JEDEC J-STD-020)이 적용 가능합니다.
• 취급:장치에 정전기 민감한 반도체가 포함되어 있으므로 표준 ESD(정전기 방전) 예방 조치를 준수해야 합니다.
• 세척:그린 에폭시 몰딩 컴파운드와 호환되는 표준 PCB 세척 절차를 따르십시오.
• 보관:온도 -55°C ~ +125°C 사이의 건조한 환경에 보관하십시오. 최적의 납땜성을 위해 데이트 코드로부터 12개월 이내에 사용하십시오.

7. 포장 및 주문 정보

7.1 모델 번호 체계

부품 번호는 다음 형식을 따릅니다:EL[D3H7/Q3H7](Z)-V

• EL:시리즈 접두사.
• D3H7 / Q3H7:2채널 또는 4채널 장치를 나타냅니다.
• (Z):테이프 및 릴 포장 옵션. "TA"는 테이프 및 릴을 나타내며, 없으면 튜브 포장을 나타냅니다.
• V:VDE 인증을 나타내는 선택적 접미사.

7.2 포장 사양

• ELD3H7(튜브):튜브당 80개.
• ELD3H7(테이프 및 릴):릴당 1000개.
• ELQ3H7(튜브):튜브당 40개.
• ELQ3H7(테이프 및 릴):릴당 1000개.

자동 피크 앤 플레이스 머신 설정을 위한 캐리어 테이프 폭, 포켓 치수, 릴 직경을 포함한 테이프 및 릴 사양이 상세히 설명되어 있습니다.

8. 응용 설계 고려사항

8.1 대표적인 응용 회로

가장 일반적인 응용은 디지털 신호 절연입니다. 원하는 순방향 전류(I_F)를 설정하기 위해 LED 애노드에 직렬 전류 제한 저항을 연결해야 합니다. 값은 R_limit= (V_{CC_input}- V_F) / I_F로 계산됩니다. 출력 측에서는 풀업 저항(R_L)이 컬렉터와 출력 측 공급 전압(V_{CC_output}) 사이에 연결되어 출력 논리 레벨을 정의하고 포토트랜지스터 컬렉터 전류를 제한합니다.

8.2 설계 노트 및 모범 사례

• CTR 선택:구동 전류와 필요한 출력 전류에 적합한 CTR 등급을 선택하십시오. 더 높은 CTR을 사용하면 동일한 출력에 대해 더 낮은 I_F를 사용할 수 있어 입력 전력을 줄일 수 있습니다.
• 속도 대 전류 트레이드오프:스위칭 속도(t_r, t_f)는 일반적으로 더 높은 I_F와 더 낮은 R_L으로 향상되지만, 이는 전력 소비를 증가시킵니다. 테스트 회로(I_Fpulse, V_CE=2V, I_C=2mA, R_L=100Ω)는 예상 성능에 대한 참조를 제공합니다.
• 노이즈 내성:높은 절연 저항(R_IO)과 낮은 절연 커패시턴스(C_IO)는 공통 모드 노이즈 제거에 핵심적입니다. 정격 절연전압을 저해할 수 있는 크리피지 및 클리어런스 문제를 피하기 위해 적절한 PCB 레이아웃을 보장하십시오.
• 열적 고려사항:전체 장치 소비 전력(P_TOT= 200 mW)을 초과하지 마십시오. 전력은 입력 LED 전력(I_F*V_F)과 출력 트랜지스터 전력(I_C*V_CE)의 합입니다.

9. 기술 비교 및 차별화

표준 DIP-4 또는 DIP-6 포토커플러와 비교하여 ELD3H7/ELQ3H7 시리즈는 상당한 장점을 제공합니다:

• 크기 감소:SSOP 패키지는 2채널 장치에 대해 표준 DIP-8 패키지의 보드 면적의 25% 미만을 차지하여 소형화를 가능하게 합니다.
• 다중 채널 통합:단일 패키지에 2개 및 4개 채널을 사용할 수 있어 다중 절연 응용 분야에서 부품 수를 줄이고 보드 공간을 절약합니다.
• 프로파일:2.0mm 높이는 초박형 설계에 매우 중요합니다.
• 성능:작은 크기에도 불구하고 높은 절연전압과 넓은 CTR 범위를 유지하며, 이는 많은 소형화 대안들과의 주요 차별화 요소입니다.

10. 자주 묻는 질문(FAQ)

10.1 이 포토커플러로 달성 가능한 최대 데이터 전송률은 얼마입니까?

전형적인 상승/하강 시간 5 µs 및 3 µs를 기반으로, 깨끗한 디지털 신호에 대한 최대 실용 데이터 전송률은 약 1/(t_r+t_f) ≈ 125 kHz입니다. 신뢰할 수 있는 동작을 위해 50-100 kHz의 보수적인 설계 목표를 권장합니다.

10.2 내 응용 분야에 맞는 올바른 CTR 등급을 어떻게 선택합니까?

설계가 특정 입력 전류(I_C)로 보장된 최소 출력 전류(I_F)를 요구하는 경우, 필요한 최소 CTR을 계산하십시오: CTR_{min_req}= (I_C/ I_F) * 100%. 최소 보장 CTR(예: 50%)이 이 값을 충족하거나 초과하는 장치를 선택하십시오. 더 높은 CTR 등급을 사용하면 더 많은 설계 마진을 제공합니다.

10.3 이 장치를 아날로그 신호 절연에 사용할 수 있습니까?

주로 디지털 절연을 위해 설계되었지만, 저주파, 저정밀 아날로그 응용 분야(예: 절연 전원 공급 장치의 피드백)에서 사용할 수 있습니다. 그러나 CTR은 I_F에 대한 강한 온도 의존성과 비선형성을 가지므로, 광범위한 보정 또는 보상 회로 없이는 정밀 아날로그 신호 전송에는 적합하지 않습니다. 특수 선형 옵토커플러가 아날로그 절연에 더 적합합니다.

10.4 절연전압 정격의 목적은 무엇이며, 어떻게 테스트됩니까?

3750 V_rms정격(1분 동안)은 입력 측과 출력 측 사이의 절연체의 유전 강도를 나타내는 안전 사양입니다. 테스트 중에는 LED 측의 모든 핀이 함께 단락되고, 트랜지스터 측의 모든 핀이 함께 단락됩니다. 높은 AC 전압이 이 두 그룹 사이에 인가됩니다. 이 정격은 산업 또는 전원 연결 장비에서 발생할 수 있는 고전압 과도 현상에 대한 보호를 보장합니다.

11. 실용적인 설계 예시

시나리오:마이크로컨트롤러에서 5V 시스템으로 3.3V 디지털 신호를 절연합니다.

• 입력 측: V_{CC_input}= 3.3V. 좋은 속도와 CTR을 위해 목표 I_F= 5 mA. V_F≈ 1.2V라고 가정하면, R_limit= (3.3V - 1.2V) / 0.005A = 420Ω. 표준 430Ω 저항을 사용합니다.
• 출력 측: V_{CC_output}= 5V. I_L를 제한하고 논리 레벨을 설정하기 위해 R_C를 선택합니다. I_F=5mA에서 CTR이 100%인 경우, I_C≈ 5mA. 트랜지스터가 ON(포화)일 때, V_CE≈ 0.1V이므로 출력은 낮음(~0.1V)입니다. OFF일 때 출력은 5V로 풀업됩니다. R_L의 ON일 때 전력은 (5V - 0.1V) * 5mA ≈ 24.5 mW로, 정격 내에 잘 들어갑니다. 표준 1 kΩ 저항은 I_C≈ (5V - 0.1V)/1kΩ = 4.9mA를 제공하며, 이 또한 허용 가능합니다.
• 레이아웃:장치를 PCB의 절연 장벽 근처에 배치하십시오. 특히 높은 절연전압 정격에 대해 입력 및 출력 구리 트레이스 사이에 권장 크리피지 및 클리어런스 거리(IEC 60950-1과 같은 안전 표준 참조)를 유지하십시오.

12. 동작 원리

포토커플러는 전기 신호를 빛으로 변환하고, 전기적으로 절연된 간극을 가로질러 전송한 다음, 빛을 다시 전기 신호로 변환하여 동작합니다. ELD3H7/ELQ3H7에서:

1. 전류(I_F)가 적외선 LED를 통해 흐르면, 광자를 방출합니다.
2. 이 광자들은 투명한 절연 유전체(몰딩 컴파운드)를 통과하여 실리콘 포토트랜지스터의 베이스 영역에 도달합니다.
3. 광자 에너지는 베이스에서 전자-정공 쌍을 생성하여 효과적으로 베이스 전류를 만들어 트랜지스터를 ON 상태로 만듭니다.
4. 트랜지스터는 수신된 빛의 강도에 비례하는 컬렉터 전류(I_C)를 전도하며, 따라서 입력 I_F에 비례합니다. 비례 상수가 CTR입니다.

핵심은 입력과 출력 사이의 유일한 연결이 광학적이라는 점으로, 전기적 절연을 제공합니다.

13. 산업 동향 및 발전

옵토커플러 기술의 동향은 더 높은 속도, 더 작은 크기, 더 낮은 전력 소비 및 추가 기능 통합에 대한 요구에 의해 주도됩니다. ELD3H7/ELQ3H7과 같은 기존 포토트랜지스터 커플러는 비용 효율성, 견고성 및 높은 절연전압에서 뛰어나지만, 새로운 기술들이 등장하고 있습니다:

• 고속 디지털 커플러:CMOS 기술과 통합 LED를 활용하여 수십 또는 수백 Mbps의 데이터 전송률을 달성하며, 포토트랜지스터 기반 장치를 훨씬 능가합니다.
• 통합 절연 기능:절연 게이트 드라이버, 절연 ADC 또는 절연 전원 공급(isoPower)과 같은 기능을 절연과 결합한 장치들.
• 향상된 안전성 및 신뢰성:진화하는 국제 안전 표준을 충족하기 위해 더 작은 패키지에서 절연 재료 내구성, 서지 내성 개선 및 더 높은 동작 전압 정격 달성에 초점을 맞춘 지속적인 개발이 진행 중입니다.

포토트랜지스터 커플러는 중간 속도와 높은 신뢰성이 가장 중요한 비용 민감한 범용 절연을 위한 기본적이고 널리 사용되는 솔루션으로 남아 있습니다.