Техническая документация на оптопару серии EL817-G - 4-контактный корпус DIP - Изоляция 5000В среднекв. - CTR 50-600% - Английский технический документ

Обзор продукта

Серия EL817-G представляет собой семейство оптопар (оптронов) на основе фототранзисторов, предназначенных для гальванической развязки и передачи сигналов между цепями с разными потенциалами. Каждое устройство объединяет инфракрасный излучающий диод, оптически связанный с кремниевым фототранзисторным детектором, в компактном 4-выводном корпусе Dual In-line Package (DIP). Основная функция — обеспечение электрической изоляции, предотвращение распространения скачков напряжения, контурных токов и помех между входными и выходными цепями, что защищает чувствительные компоненты и обеспечивает целостность сигнала.

Ключевое преимущество данной серии заключается в её надежных характеристиках изоляции, подтвержденных высоким номинальным напряжением изоляции 5000V_rms. This makes it suitable for industrial control systems and mains-connected appliances. The devices are manufactured to be halogen-free, complying with environmental regulations (Br < 900 ppm, Cl < 900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). They also carry approvals from major international safety standards bodies including UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO, and CQC, underscoring their reliability for use in certified end products.

Подробный анализ технических характеристик

2.1 Абсолютные максимальные параметры

Эти параметры определяют предельные значения воздействия, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа в таких условиях не гарантируется.

• Вход (сторона светодиода): Инфракрасный диод имеет максимальный постоянный прямой ток (I_F) 60 мА. Он может выдерживать очень короткий импульсный ток (I_FP) длительностью 1 мкс до 1 А, что полезно для подавления переходных процессов. Максимальное обратное напряжение (V_R) составляет 6 В. Входная рассеиваемая мощность (P_D) номинально равна 100 мВт при 25°C, с уменьшением на 2.9 мВт/°C при температуре окружающей среды выше 100°C.
• Выход (сторона транзистора): Коллекторный ток фототранзистора (I_C) ограничен 50 мА. Напряжение коллектор-эмиттер (V_CEO) может достигать 80 В, в то время как напряжение эмиттер-коллектор (V_ECO) ограничено 7 В. Рассеиваемая мощность на выходе (P_C) составляет 150 мВт при 25°C, с уменьшением на 5,8 мВт/°C выше 100°C.
• Всего устройств: Общая рассеиваемая мощность для всего корпуса (P_TOT) не должна превышать 200 мВт.
• Isolation & Environment: Напряжение изоляции (V_ISO) между входом и выходом составляет 5000 В_rms (тестировалось в течение 1 минуты при относительной влажности 40-60%). Рабочий температурный диапазон (T_OPR) исключительно широк, от -55°C до +110°C. Температура хранения (T_STG) диапазон составляет от -55°C до +125°C. Устройство выдерживает пайку при температуре 260°C до 10 секунд.

2.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры определяют производительность устройства в нормальных рабочих условиях (T_a = 25°C, если не указано иное).

• Характеристики входного диода: Прямое напряжение (V_F) обычно составляет 1,2 В с максимумом 1,4 В при I_F = 20 мА. Обратный ток (I_R) составляет максимум 10 мкА при V_R = 4 В. Входная ёмкость (C_in) обычно составляет 30 пФ.
• Характеристики выходного транзистора: Темновой ток коллектор-эмиттер (I_CEO), который представляет собой ток утечки при выключенном светодиоде, составляет максимум 100 нА при V_CE = 20В. Напряжения пробоя составляют BV_CEO ≥ 80В и BV_ECO ≥ 7 В.
• Передаточные характеристики (критические):
  • Коэффициент передачи тока (CTR): Это отношение выходного тока коллектора (I_C) к входному прямому току светодиода (I_F), выраженное в процентах. Это ключевой параметр, определяющий чувствительность и коэффициент усиления устройства. Серия EL817-G предлагается в нескольких градациях по КПТ, измеренных при I_F = 5 мА и V_CE = 5 В:
    • EL817: от 50% до 600% (широкий диапазон)
    • EL817A: от 80% до 160%
    • EL817B: от 130% до 260%
    • EL817C: от 200% до 400%
    • EL817D: от 300% до 600%
    • EL817X: от 100% до 200%
    • EL817Y: от 150% до 300%
    Такая градация позволяет разработчикам выбрать устройство с подходящим коэффициентом усиления для их приложения, обеспечивая стабильную работу схемы и исключая необходимость последующей калибровки.
  • Напряжение насыщения: Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (V_CE(sat)) обычно составляет 0,1 В (макс. 0,2 В), когда устройство полностью включено (I_F=20 мА, I_C=1 мА), что свидетельствует о хороших коммутационных характеристиках.
  • Параметры изоляции: Сопротивление изоляции (R_IO) составляет минимум 5×10¹⁰ Ω. Емкость изоляции (C_IO) обычно составляет 0.6 пФ, что является очень низким значением и способствует поддержанию высокого подавления высокочастотных помех.
  • Скорость переключения: Время нарастания (t_r) и время спада (t_f) обычно составляют 6 мкс и 8 мкс соответственно (максимум по 18 мкс каждый) при заданных условиях испытаний (V_CE=2В, I_C=2мА, R_L=100Ω). Частота среза (f_c) обычно составляет 80 кГц. Эти параметры определяют максимальную частоту цифрового сигнала, которую соединитель может эффективно обрабатывать.

3. Анализ рабочих характеристик

Хотя в PDF-документе указано наличие "Типичных электрооптических характеристик", конкретные графики в текстовом содержании не приведены. Как правило, такие технические описания включают кривые, иллюстрирующие следующие зависимости, которые имеют решающее значение для проектирования:

• CTR в зависимости от прямого тока (I_F): Показывает, как коэффициент передачи тока изменяется в зависимости от управляющего тока светодиода. CTR часто снижается при очень высоких значениях I_F из-за нагрева и падения эффективности.
• CTR в зависимости от температуры окружающей среды (T_a): Иллюстрирует температурную зависимость коэффициента усиления устройства. Оптопары на основе фототранзисторов обычно имеют отрицательный температурный коэффициент для CTR; усиление уменьшается с ростом температуры.
• Прямое напряжение (V_F) в зависимости от прямого тока (I_F): Стандартная ВАХ диода, важная для расчета необходимого токоограничивающего резистора на входной стороне.
• Коллекторный ток (I_C) в зависимости от напряжения коллектор-эмиттер (V_CE): Характеристические кривые выходного транзистора, показывающие область насыщения и активную область для различных уровней входного тока светодиода (I_F).
• Время переключения в зависимости от сопротивления нагрузки (R_L): Демонстрирует, как выбор подтягивающего резистора на коллекторе влияет на время нарастания и спада выходного сигнала.

Конструкторам следует обратиться к полной PDF-версии с графиками для точного моделирования поведения устройства в предполагаемых условиях эксплуатации.

4. Mechanical & Package Information

4.1 Конфигурация выводов

Стандартная цоколевка 4-выводного DIP корпуса следующая (вид сверху, выемка или точка указывают на вывод 1):

1. Анод (входного светодиода)
2. Катод (входного светодиода)
3. Эмиттер (выходного фототранзистора)
4. Коллектор (выходного фототранзистора)

Данная конфигурация является единообразной для всей серии. Указанное расстояние утечки (кратчайшее расстояние по поверхности изолирующего корпуса между токопроводящими выводами) составляет более 7,62 мм, что способствует высокому уровню изоляции.

4.2 Чертежи габаритных размеров корпуса

Серия предлагается в нескольких вариантах корпусов, хотя подробные размеры в мм в предоставленном тексте полностью не указаны. Доступны следующие варианты:

• Standard DIP Type: Классический корпус для монтажа в отверстия.
• Option M Type: Имеет "широкий изгиб выводов", обеспечивающий расстояние между выводами 0,4 дюйма (приблизительно 10,16 мм) вместо стандартных 0,3 дюйма (7,62 мм), что полезно для макетных плат или специфических компоновок печатных плат, требующих большего зазора.
• Option S1 & S2 Types: Формы выводов для поверхностного монтажа (SMD). Это «низкопрофильные» корпуса, предназначенные для пайки оплавлением. В техническом описании приведены рекомендуемые конфигурации контактных площадок для опций S1 и S2, обеспечивающие качественную пайку и механическую устойчивость. Размеры площадок даны в качестве справочных и должны корректироваться в зависимости от конкретного технологического процесса изготовления печатной платы.

5. Soldering & Assembly Guidelines

Устройство рассчитано на максимальную температуру пайки (T_SOL) 260°C в течение 10 секунд. Это соответствует стандартным профилям бессвинцовой групповой пайки оплавлением.

Для корпусов с выводным монтажом (DIP, M): Можно использовать стандартную волновую пайку или ручную пайку. Следует соблюдать осторожность, чтобы не превышать 10-секундный лимит в месте соединения выводов, чтобы предотвратить термическое повреждение внутреннего кристалла и эпоксидного корпуса.

Для поверхностного монтажа (S1, S2): Применимы стандартные процессы инфракрасной или конвекционной пайки оплавлением. Следует соблюдать рекомендуемую в техническом описании конфигурацию контактных площадок для обеспечения правильного формирования мениска припоя и предотвращения эффекта "надгробия". Низкопрофильная конструкция способствует устойчивости во время процесса оплавления. Как и для всех устройств, чувствительных к влаге, если катушка длительное время находилась в условиях окружающей влажности, перед оплавлением может потребоваться прогрев в соответствии со стандартами IPC/JEDEC для предотвращения "эффекта попкорна".

Хранение: Устройства должны храниться в указанном диапазоне температур хранения от -55°C до +125°C, в сухой среде для сохранения паяемости и предотвращения внутренней коррозии.

6. Ordering Information & Packaging

6.1 Система нумерации деталей

Номер детали соответствует формату: EL817X(Y)(Z)-FVG

• XВариант выводов. S1 или S2 (SMD), M (DIP с широкими выводами) или none (стандартный DIP).
• YРанг CTR. A, B, C, D, X, Y или none (для базового диапазона EL817).
• ZВариант поставки в ленте для SMD-компонентов. TU или TD (направление ленты), или none.
• FМатериал рамки выводов. F для железа, none для меди.
• VДополнительная маркировка соответствия стандартам безопасности VDE.
• GОбозначает бесгалогенную конструкцию.

Пример: EL817B-S1(TU)-G будет SMD-компонентом (S1) с рангом CTR B (130-260%), упакованным в ленту и катушку стиля TU, с бесгалогенной конструкцией.

6.2 Количество в упаковке

• Стандартные варианты DIP и M: 100 штук в трубке.
• S1 option on tape & reel: 1500 units per reel.
• S2 option on tape & reel: 2000 units per reel.

6.3 Маркировка устройства

Верхняя часть корпуса маркируется кодом: EL 817FRYWWV

• EL: Идентификатор производителя.
• 817: Номер устройства.
• F: Код завода/процесса.
• R: CTR Ранг (A, B, C, D, X, Y).
• Y: однозначный код года.
• WW: двузначный код недели.
• V: обозначает наличие одобрения VDE, если присутствует.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типовые схемы применения

EL817-G является универсальным и может использоваться как в цифровых, так и в линейных приложениях.

• Изоляция цифрового сигнала: Наиболее распространенное применение. Входной светодиод управляется цифровым сигналом (часто через токоограничивающий резистор). Фототранзистор действует как переключатель, подтягивая выходную линию к земле, когда светодиод включен. Подтягивающий резистор к V_CC на коллекторе является обязательным. Скорость переключения (t_r, t_f) ограничивает максимальную скорость передачи данных, что делает его пригодным для низкоскоростных цифровых интерфейсов, таких как изоляция GPIO, UART или линии ввода-вывода в ПЛК.
• Изоляция аналогового сигнала (линейный режим): Работая в активной области (не в насыщении), фототранзистор может передавать аналоговые сигналы. КПД передачи тока (CTR) не является идеально линейным, и необходимо учитывать его изменение в зависимости от температуры и тока. Этот режим часто используется для гальванически развязанной обратной связи в импульсных источниках питания, где нелинейность может быть скомпенсирована в контуре управления.
• Изоляция модулей ввода/вывода (I/O): В программируемых логических контроллерах (PLCs) и промышленных системах управления эти оптопары изолируют чувствительный CPU от зашумленных или высоковольтных сигналов с поля (24В, 120VAC и т.д.).

7.2 Соображения по проектированию & Best Practices

• Выбор CTR: Выберите класс CTR, обеспечивающий достаточный выходной ток для вашей нагрузки (например, для управления логическим элементом или оптосимисторным драйвером), без необходимости в чрезмерном входном токе. Использование прибора с более высоким CTR позволяет снизить I_F, уменьшая потребляемую мощность на входной стороне. Однако убедитесь, что минимальный CTR выбранного класса удовлетворяет требованиям схемы в наихудших условиях (например, при высокой температуре, в конце срока службы).
• Ограничение входного тока: Всегда используйте последовательный резистор (R_in) со входным светодиодом для установки требуемого прямого тока (I_F). Рассчитайте R_in = (V_source - V_F) / I_F. Не превышайте абсолютный максимальный ток I_F в 60 мА непрерывно.
• Выходной нагрузочный резистор: Значение подтягивающего резистора (R_L) на коллекторе влияет как на уровень логической единицы на выходе, так и на скорость переключения. Меньшее значение R_L обеспечивает более быстрое время спада (транзистор включается и быстрее стягивает выход в низкий уровень), но более медленное время нарастания (постоянная времени RC с выходной ёмкостью транзистора больше) и потребляет больше мощности при низком уровне на выходе. Большее значение R_L даёт противоположный эффект. Типичное значение находится в диапазоне от 1 кОм до 10 кОм.
• Помехоустойчивость: Для цифровых применений добавление небольшого конденсатора (например, 1-10 нФ) между коллектором и эмиттером (со стороны выхода) может помочь отфильтровать высокочастотные помехи. Однако это дополнительно ухудшит скорость переключения.
• Влияние температуры: Помните, что коэффициент передачи тока (CTR) ухудшается с ростом температуры. Конструкция должна быть проверена во всем рабочем диапазоне температур с использованием минимального ожидаемого CTR при максимальной рабочей температуре.
• Компоновка изоляции: На печатной плате соблюдайте рекомендуемые расстояния по поверхности и воздуху (≥7,62 мм) между входными и выходными цепями. Это часто означает наличие паза или зазора в плате под корпусом оптрона и отсутствие медных дорожек, пересекающих барьер изоляции слишком близко.

8. Technical Comparison & Differentiation

Серия EL817-G конкурирует на насыщенном рынке универсальных 4-выводных оптопар. Её ключевые отличительные особенности:

• Высокий температурный рейтинг: Рабочая температура до +110°C превышает распространенные значения +85°C или +100°C у многих конкурентов, что делает продукт подходящим для жестких условий эксплуатации, таких как подкапотные автомобильные приложения или промышленное оборудование вблизи источников тепла.
• Множественные сертификаты безопасности: Комплексный набор международных сертификатов безопасности (UL, VDE и др.) является значительным преимуществом для продуктов, требующих сертификации для глобального рынка.
• Соответствие требованиям по отсутствию галогенов: Соответствует современным экологическим нормам, что становится все более обязательным требованием в потребительской электронике и других отраслях.
• Широкий диапазон градаций CTR: Наличие семи различных градаций CTR (включая широкий диапазон EL817) предоставляет разработчикам детальный контроль над выбором коэффициента усиления для оптимизации производительности схемы и стоимости.
• Разнообразие корпусов: Наличие стандартного DIP, DIP с широкими выводами и двух типов SMD-корпусов обеспечивает гибкость для различных процессов сборки и ограничений по пространству на плате.

9. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Q1: What is the main purpose of the creepage distance specification (>7.62 mm)?
Ответ 1: Расстояние утечки — это кратчайший путь по поверхности изолирующего корпуса между двумя токопроводящими выводами (например, вывод 1 и вывод 4). Увеличенное расстояние утечки предотвращает поверхностные токи утечки и возникновение дуги, особенно во влажной или загрязненной среде, и является критическим фактором для достижения высокого уровня изоляции в 5000В_rms .

Вопрос 2: Как выбрать между различными классами коэффициента передачи тока (CTR) (A, B, C, D, X, Y)?
О2: Выбирайте исходя из требуемого выходного тока и желаемой эффективности входного тока. Для заданной потребности в выходном токе более высокий класс CTR (например, D: 300-600%) требует меньшего тока светодиода на входе, что экономит энергию. Однако устройства с более высоким CTR могут иметь несколько иные температурные коэффициенты или стоить дороже. Классы X и Y предлагают промежуточные, более узкие диапазоны. Используйте минимальное значение CTR из технического описания для расчетов в наихудшем случае.

В3: Можно ли использовать это для изоляции сигналов сети 240VAC?
О3: 5000V_rms Уровень изоляционного напряжения подходит для обеспечения усиленной изоляции во многих приложениях, подключенных к сетевому питанию. Однако окончательная конструкция должна учитывать стандарты безопасности на системном уровне (например, IEC 62368-1, IEC 60747-5-5), которые предписывают необходимые расстояния и испытания, выходящие за рамки характеристик компонента. Оптрон является ключевой частью решения, но правильная разводка печатной платы и конструкция корпуса не менее критичны.

В4: Почему существуют два разных номинальных напряжения коллектор-эмиттер (V_CEO 80V и BV_CEO 80V)?
A4: V_CEO (80V) в таблице Absolute Maximum Ratings — это максимальное напряжение, которое можно приложить, не вызывая повреждений. BV_CEO (80V min) в таблице Characteristics — это напряжение пробоя, точка, в которой устройство начинает значительно проводить ток даже при выключенном светодиоде. Они тесно связаны, но определяются по-разному. На практике следует проектировать так, чтобы V_CE В процессе работы напряжение никогда не приближается к 80 В, что обеспечивает запас по безопасности.

В5: В чем разница между вариантами SMD S1 и S2?
О5: Основное различие заключается в посадочном месте корпуса и количестве компонентов на катушке (1500 для S1, 2000 для S2). Корпус S2, вероятно, слегка модифицирован для размещения большего количества компонентов на стандартной катушке. В техническом описании приведены отдельные рекомендуемые разводки контактных площадок для каждого варианта, поэтому крайне важно использовать правильное посадочное место для заказанной детали.

LED Specification Terminology

Полное объяснение технических терминов LED