6핀 DIP 제로크로싱 트라이액 드라이버 포토커플러 EL303X/304X/306X/308X 시리즈 데이터시트 - 전압 250V-800V - 절연 5000Vrms

1. 제품 개요

EL303X, EL304X, EL306X 및 EL308X 시리즈는 제로크로싱 트라이액 드라이버로 특별히 설계된 6핀 듀얼 인라인 패키지(DIP) 포토커플러 제품군입니다. 이 소자들은 저전압 논리 제어 회로와 고전압 AC 전원 라인 사이의 중요한 인터페이스 역할을 하여 AC 부하의 안전하고 효율적인 스위칭을 가능하게 합니다. 핵심 기능은 전기적 절연을 제공하면서 AC 전압 파형의 제로크로싱 지점에서 외부 파워 트라이액을 트리거하여 전자기 간섭(EMI)과 돌입 전류를 최소화하는 것입니다.

이 시리즈는 주로 피크 차단 전압 능력에 따라 구분되며, EL303X의 250V부터 EL308X의 800V까지 범위를 가져 110VAC부터 380VAC까지의 다양한 라인 전압에 적합합니다. 주요 특징은 통합된 제로크로싱 검출 회로로, AC 라인 전압이 0V 근처일 때만 출력 트라이액이 트리거되도록 보장합니다. 이 소자는 솔리드 스테이트 릴레이(SSR), 모터 컨트롤러 및 다양한 산업 및 가전 제어의 핵심 구성 요소로 일반적으로 사용됩니다.

2. 기술 파라미터 심층 해석

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 소자에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 스트레스 한계를 정의합니다. 이러한 조건에서의 동작은 보장되지 않습니다.

• 입력 순방향 전류 (IF):적외선 LED를 통한 최대 연속 전류는 60 mA입니다. 이를 초과하면 LED가 열화되거나 파괴될 수 있습니다.
• 입력 역방향 전압 (VR):LED는 최대 6V의 역방향 바이어스를 견딜 수 있습니다.
• 입력/출력 전력 소산:입력측(PD)은 100 mW, 출력측(PC)은 300 mW로 정격되며, 주변 온도 85°C 이상에서는 지정된 디레이팅 계수가 적용됩니다. 총 소자 소산(PTOT)은 330 mW입니다.
• 오프 상태 출력 단자 전압 (VDRM):이것이 중요한 차별화 파라미터입니다. EL303X: 250V, EL304X: 400V, EL306X: 600V, EL308X: 800V. 소자는 차단할 피크 라인 전압보다 높은 VDRM 정격으로 선택해야 합니다.
• 절연 전압 (VISO):1분 동안 5000 Vrms. 이는 입력측과 출력측 사이의 유전 강도를 지정하여 안전성과 규제 표준 준수를 보장합니다.

2.2 전기-광학 특성

이 파라미터들은 25°C의 정상 작동 조건에서 소자의 성능을 정의합니다.

2.2.1 입력 특성

• 순방향 전압 (VF):IF=30mA에서 최대 1.5V. 이는 LED 구동 회로에 필요한 전류 제한 저항을 계산하는 데 사용됩니다.
• 역방향 누설 전류 (IR):VR=6V에서 최대 10 µA, 역방향 바이어스에서 매우 낮은 누설을 나타냅니다.

2.2.2 출력 특성

• 피크 차단 전류 (IDRM):출력이 정격 VDRM에서 오프 상태일 때 매우 낮은 누설 전류(최대 100-500 nA). 낮은 누설은 전력 효율에 유리합니다.
• 피크 온 상태 전압 (VTM):출력 트라이액이 100 mA 피크 전류를 전도할 때 최대 3V. 이는 전도 손실을 나타냅니다.
• 오프 상태 전압의 임계 상승률 (dv/dt):최소 600-1000 V/µs. 이 파라미터는 AC 라인의 빠른 전압 변동으로 인한 오동작 트리거에 대한 소자의 내성을 나타냅니다. 값이 높을수록 좋습니다.
• 억제 전압 (VINH):최대 20V. 출력 단자 간 전압이 이 값을 초과하면, LED가 켜져 있어도 제로크로싱 회로가 트리거를 방지합니다.

2.3 전달 특성

이 파라미터들은 입력 LED 전류와 출력 트라이액 트리거링 사이의 관계를 정의합니다.

• LED 트리거 전류 (IFT):출력 트라이액이 켜지는 것을 보장하는 데 필요한 최대 전류입니다. 이 시리즈는 세 가지 감도 등급으로 제공됩니다: 15 mA (ELxx1), 10 mA (ELxx2), 5 mA (ELxx3). 낮은 IFT는 더 약한 구동 회로를 사용할 수 있게 합니다.
• 홀딩 전류 (IH):일반값은 280 µA입니다. 일단 트리거되면, 출력 트라이액을 통과하는 전류가 이 값을 초과하는 한 계속 켜져 있습니다. 이는 유도성 부하에서 래칭 동작을 보장하는 데 중요합니다.

권장 작동 LED 전류는 선택한 등급의 최대 IFT와 절대 최대 IF인 60 mA 사이에 있습니다. IFT 이상에서 작동하면 신뢰할 수 있는 트리거링이 보장되지만, 60 mA 미만에서 작동하면 장기적인 신뢰성이 보장됩니다.

3. 등급 체계 설명

이 제품군은 두 가지 핵심 파라미터를 기반으로 명확한 등급 체계를 사용합니다:

1. 전압 정격 ('EL' 뒤 첫 번째 숫자):이것이 주요 등급입니다.
   • EL303X:250V 차단 전압.
   • EL304X:400V 차단 전압.
   • EL306X:600V 차단 전압.
   • EL308X:800V 차단 전압.
2. 감도 등급 (부품 번호의 마지막 숫자, 'X'):이것은 LED 트리거 전류 요구 사항을 정의합니다.
   • 등급 '1':최대 트리거 전류 (IFT) = 15 mA. 가장 둔감함.
   • 등급 '2':최대 트리거 전류 (IFT) = 10 mA.
   • 등급 '3':최대 트리거 전류 (IFT) = 5 mA. 가장 민감함.

예를 들어, EL3062는 최대 트리거 전류가 10 mA인 600V 정격 포토커플러입니다.

4. 성능 곡선 분석

데이터시트는 일반적인 성능 곡선을 참조하며, 이는 비표준 조건(예: 온도 변화)에서 소자 동작을 이해하는 데 필수적입니다. 제공된 텍스트에 구체적인 그래프가 상세히 설명되어 있지는 않지만, 이러한 소자에 대한 일반적인 곡선은 다음과 같습니다:

• 순방향 전류 대 순방향 전압 (IF-VF):입력 LED의 비선형 관계를 보여주며, 구동기 설계에 중요합니다.
• 트리거 전류 대 온도 (IFT vs. Ta):출력을 트리거하는 데 필요한 LED 전류는 일반적으로 온도가 감소함에 따라 증가합니다. 이는 추운 환경에서 작동하는 신뢰할 수 있는 시스템을 설계하는 데 중요합니다.
• 온 상태 전압 대 온 상태 전류 (VTM-ITM):출력 트라이액의 전도 특성을 설명합니다.

설계자는 전체 데이터시트 그래프를 참조하여 특정 작동 온도 범위에 맞게 파라미터를 적절히 디레이팅해야 합니다.

5. 회로도 및 핀 구성

내부 회로도는 적외선 GaAs LED가 광 감응 트라이액과 제로크로싱 검출 회로를 포함하는 실리콘 칩에 광학적으로 결합된 것을 보여줍니다.

핀아웃 (6핀 DIP):

1. 애노드:입력 LED의 양극 단자.
2. 캐소드:입력 LED의 음극 단자.
3. 연결 없음 (NC):이 핀은 내부적으로 연결되지 않았습니다.
4. 메인 단자 2 (MT2):출력 트라이액의 메인 단자 중 하나입니다.
5. 기판:내부 연결입니다.외부에 연결하지 마십시오.
6. 메인 단자 1 (MT1):출력 트라이액의 다른 메인 단자입니다. 이는 일반적으로 게이트 트리거 신호의 기준점입니다.

출력(핀 4 및 6)은 실제로 부하 전류를 스위칭하는 외부 고출력 트라이액의 게이트와 직렬로 연결되도록 설계되었습니다.

6. 측정 방법론: 정적 dv/dt

데이터시트는 오프 상태 전압의 임계 상승률(dv/dt)을 측정하기 위한 상세한 테스트 회로와 절차를 제공합니다. 이 테스트는 소자의 노이즈 내성을 정량화하는 데 중요합니다.

테스트 회로:고전압 펄스 소스가 직렬 RC 네트워크(RTEST, CTEST)를 통해 피시험 소자(DUT) 출력에 연결됩니다. LED는 꺼져 있습니다(IF=0).

절차:정격 VDRM과 동일한 피크 값(VPEAK)을 가진 펄스가 인가됩니다. 저항 RTEST는 RC 네트워크의 시정수(τ = R*C)를 변경하기 위해 변화시키며, 이는 차례로 DUT에 인가되는 전압 램프의 기울기(dv/dt)를 변경합니다. DUT가 오동작 트리거할 때까지 기울기를 증가시킵니다. 그런 다음 트리거링이 멈출 때까지 기울기를 감소시킵니다. 이 임계값에서의 dv/dt 값은 0.632 * VPEAK / τRC로 계산됩니다.

이 측정값은 최소 dv/dt 사양(예: EL308X의 경우 600 V/µs)을 충족하거나 초과해야 합니다.

7. 응용 제안

7.1 대표적인 응용 시나리오

• 솔리드 스테이트 릴레이 (SSR):주요 응용 분야로, 히터, 램프, 솔레노이드와 같은 AC 부하에 대한 절연 및 제로크로싱 스위칭을 제공합니다.
• 산업 제어:PLC 출력을 모터 스타터, 콘택터 및 밸브 액추에이터와 인터페이싱하기 위해 사용됩니다.
• 가전 제품:안전한 AC 스위칭을 위한 스마트 소켓, 디머 및 가전 제어 보드에 사용됩니다.
• 온도 제어:서모스탯 및 오븐의 발열체 스위칭.

7.2 설계 시 고려사항

1. 전압 선택:피크 AC 라인 전압보다 안전 마진을 가진 VDRM 정격을 선택하십시오. 240VAC 라인(피크 ~340V)의 경우, EL304X(400V)가 최소이지만, EL306X(600V)는 변동에 대한 더 나은 마진을 제공합니다.
2. LED 구동 회로:직렬 저항 계산: R = (Vcc - VF) / I_F_operating. I_F_operating이 최대 IFT(선택한 등급에 대해)와 60mA 사이에 있는지 확인하십시오. 등급 1 및 2의 경우 일반적인 작동 전류는 10-20 mA입니다.
3. 스너버 회로:포토커플러 자체는 좋은 dv/dt 정격을 가지고 있지만, 외부 파워 트라이액은 유도성 부하로부터의 전압 스파이크를 억제하여 오동작 트리거 또는 손상을 방지하기 위해 단자 간에 RC 스너버 네트워크가 필요할 수 있습니다.
4. 열 소산:전력 디레이팅 곡선을 준수하십시오. 출력 전력 소산(PC)은 주로 온 상태 전압(VTM)에 외부 트라이액의 게이트 전류를 곱한 것입니다. 최대 주변 온도에서 총 소자 소산(PTOT)이 한도 내에 있는지 확인하십시오.

8. 기술 비교 및 차별점

이 제로크로싱 트라이액 드라이버 포토커플러 시리즈의 비제로크로싱 유형 또는 기본 광트라이액과 비교한 주요 장점은 다음과 같습니다:

• EMI 감소:제로크로싱 지점에서 스위칭함으로써 갑작스러운 전류 변화(di/dt)가 최소화되어 전도 및 방사 전자기 간섭이 크게 감소합니다.
• 낮은 돌입 전류:백열등 또는 발열체와 같은 저항성 부하를 스위칭할 때 높은 돌입 전류를 방지하여 수명을 연장합니다.
• 통합 솔루션:절연, 검출 및 트리거링 기능을 하나의 신뢰할 수 있는 6핀 패키지로 결합하여 개별 제로크로싱 회로에 비해 설계를 단순화합니다.
• 전압 범위:넓은 차단 전압 범위(250V ~ 800V)는 단일 제품군으로 대부분의 글로벌 AC 전원 응용 분야를 커버합니다.
• 규제 준수:이 소자들은 주요 국제 안전 기관(UL, cUL, VDE 등)의 승인을 받아 최종 제품 인증을 단순화합니다.

9. 기술 파라미터 기반 일반적인 질문

1. Q: 120VAC 라인에서 EL303X(250V)를 사용할 수 있습니까?
   
   A: 예. 120VAC의 피크 전압은 ~170V로, 250V 정격보다 낮습니다. 그러나 라인 서지에 대한 신뢰성을 위해 EL304X와 같은 더 높은 정격 부품이 종종 권장됩니다.
2. Q: "기판(연결 금지)" 핀의 목적은 무엇입니까?
   
   A: 이 핀은 실리콘 다이의 내부 연결입니다. 외부에서 연결하지 않는 것이 중요합니다. 연결하면 내부 회로가 단락되어 소자가 파괴될 수 있습니다.
3. Q: 감도 등급 1, 2, 3 사이에서 어떻게 선택합니까?
   
   A: 등급 3(5mA)은 더 높은 값의 전류 제한 저항 또는 더 약한 구동 IC(예: 마이크로컨트롤러)를 사용할 수 있게 하여 전력을 절약하고 구동 구성 요소의 스트레스를 줄입니다. 구동 회로가 강력하고 구동기 비용이 덜 중요하거나 입력측에서 더 높은 노이즈 내성이 필요한 응용 분야의 경우 등급 1(15mA)이 선택될 수 있습니다.
4. Q: 출력 전류 정격(IT(RMS))은 100mA에 불과합니다. 10A 부하를 스위칭할 수 있습니까?
   
   A: 아닙니다. 이 소자는드라이버입니다. 100mA 출력은 외부의 훨씬 더 큰 파워 트라이액 또는 사이리스터(예: 10A 또는 40A TRIAC)의 게이트를 트리거하도록 설계되었습니다. 외부 구성 요소가 전체 부하 전류를 처리합니다.

10. 실용 설계 사례

시나리오:5V 마이크로컨트롤러에서 240VAC, 5A 저항성 발열체를 스위칭하는 솔리드 스테이트 릴레이 설계.

1. 포토커플러 선택:EL3062 선택. 600V 정격은 340V 피크에 대해 좋은 마진을 제공합니다. 등급 2(10mA IFT)는 감도와 구동 능력 사이의 좋은 균형입니다.
2. LED 구동기:마이크로컨트롤러 핀(5V, 최대 20mA)이 LED를 구동합니다. VF ~1.3V. R = (5V - 1.3V) / 0.015A = ~247 옴. 220 옴 저항을 사용하여 IF ~17mA, 10mA IFT보다 훨씬 높고 최대 60mA 미만입니다.
3. 외부 파워 트라이액:600V, 10A+ 트라이액(예: BTA16-600) 선택. 게이트를 포토커플러의 핀 6(MT1)에 연결합니다. 포토커플러의 핀 4(MT2)를 100-200 옴 저항과 직렬로 연결하여 AC 라인(부하를 통해)에 연결합니다. 이 저항은 파워 트라이액의 게이트 전류를 제한합니다.
4. 스너버:BTA16 트라이액의 메인 단자(A1/A2) 간에 100 옴 저항과 0.1µF 커패시터를 직렬로 추가합니다.
5. 절연:포토커플러의 5000Vrms 절연은 저전압 마이크로컨트롤러 회로를 위험한 AC 전원으로부터 안전하게 분리합니다.

11. 동작 원리

이 소자는 광학적 결합 원리로 동작합니다. 입력 적외선 발광 다이오드(IR LED)에 전류가 흐르면 광자를 방출합니다. 이 광자들은 절연 간극을 가로질러 출력측의 광감응 실리콘 칩에 도달합니다. 이 칩에는 광활성 트라이액과 제로크로싱 검출 회로가 포함되어 있습니다. 검출 회로는 출력 단자(MT1-MT2) 간의 전압을 모니터링합니다. 이 전압이 특정 임계값(일반적으로 약 20V, 억제 전압 VINH) 미만일 때만그리고LED가 켜져 있을 때, 회로가 내부 트라이액의 트리거를 허용합니다. 이는 AC 사인파가 0V를 통과하는 지점에 매우 가깝게 전도가 시작되도록 보장합니다. 일단 트리거되면, 부하 전류가 홀딩 전류(IH)를 초과하는 한 트라이액은 다음 전류 제로크로싱까지 계속 래치 온 상태를 유지합니다.

12. 주문 정보

부품 번호는 다음 형식을 따릅니다: EL30XY(Z)-V

• X:전압 시리즈 (3,4,6,8).
• Y:감도 등급 (1,2,3).
• 리드 형상 옵션:
  • 없음/M:스루홀 DIP, 튜브 포장.
  • S / S1:표면 실장 리드 형상. S1은 로우 프로파일 버전입니다.
• 테이프 및 릴 옵션 (Z):SMD 부품의 경우 TA 또는 TB, 릴 유형 지정.
• V:VDE 안전 승인이 포함됨을 나타냅니다.

예: EL3062S-TA-V는 600V, 등급 2, TA 테이프 및 릴에 실장된 표면 실장 소자로 VDE 승인을 받았습니다.