Техническая документация на оптопары серии EL827 - Корпус DIP 8-выводный - Изоляция 5000Вэфф - КПТ 50-600%

1. Обзор продукта

Серия EL827 представляет собой семейство фототранзисторных оптопар (оптронов), выполненных в стандартном 8-выводном корпусе DIP (Dual In-line Package). Эти устройства предназначены для обеспечения гальванической развязки и передачи сигналов между цепями, работающими при разных потенциалах или импедансах. Основная функция реализуется посредством инфракрасного излучающего диода (ИК-диода), оптически связанного с кремниевым фототранзистором. Такая конфигурация позволяет передавать управляющие сигналы со входной стороны на выходную, сохраняя высокую степень электрической изоляции, что критически важно для безопасности и помехоустойчивости во многих электронных системах.

Основное преимущество данной серии заключается в сочетании широкого диапазона коэффициента передачи по току (КПТ) и высокого номинального напряжения изоляции. Компактный корпус DIP доступен в нескольких вариантах выводов, включая стандартный, с увеличенным шагом и для поверхностного монтажа, что обеспечивает гибкость для различных процессов сборки печатных плат. Устройства соответствуют основным международным стандартам безопасности и экологическим нормам, что делает их пригодными для широкого спектра глобальных применений.

1.1 Ключевые особенности и целевые применения

Серия EL827 разработана с несколькими ключевыми особенностями, определяющими её рабочие характеристики и область применения. Высокий коэффициент передачи по току (КПТ) в диапазоне от 50% до 600% (при IF=5мА, VCE=5В) обеспечивает эффективную передачу сигнала с хорошей чувствительностью. Напряжение изоляции между входной и выходной секциями составляет 5000 Вэфф, создавая надежный барьер против высоковольтных помех и повышая безопасность системы.

Продукт соответствует директивам RoHS и REACH. Он имеет сертификаты безопасности от нескольких известных международных агентств, включая UL, cUL (файл E214129), VDE (файл 132249), SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO и CQC. Эти сертификаты необходимы для продуктов, предназначенных для рынков со строгими требованиями безопасности.

Типичные области применения серии EL827 включают:

• Программируемые логические контроллеры (ПЛК) и системы промышленной автоматизации.
• Системные приборы и прецизионные измерительные устройства, требующие бесшумного сбора сигналов.
• Телекоммуникационное оборудование для изоляции сигналов и защиты интерфейсов.
• Бытовая техника, такая как тепловентиляторы и другие системы управления.
• Универсальная передача сигналов между цепями с разными потенциалами и импедансами, выполняя роль базового элемента гальванической развязки.

2. Технические характеристики и подробная интерпретация

В этом разделе представлено детальное описание электрических и оптических параметров устройства. Понимание этих спецификаций крайне важно для правильного проектирования схемы и обеспечения надежной долгосрочной работы.

2.1 Предельные эксплуатационные параметры

Предельные эксплуатационные параметры определяют границы, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа на этих пределах или за их пределами не гарантируется и в нормальном использовании должна быть исключена. Параметры указаны при температуре окружающей среды (Ta) 25°C.

• Входная сторона (диод):Постоянный прямой ток (IF) не должен превышать 60 мА. Допустим кратковременный пиковый прямой ток (IFP) 1 А в течение 1 микросекунды. Максимальное обратное напряжение (VR), прикладываемое к диоду, составляет 6 В. Рассеиваемая мощность на входной стороне (PD) ограничена 100 мВт.
• Выходная сторона (транзистор):Максимальный ток коллектора (IC) составляет 50 мА. Напряжение коллектор-эмиттер (VCEO) может достигать 80 В, в то время как напряжение эмиттер-коллектор (VECO) ограничено 7 В. Рассеиваемая мощность на выходе (PC) составляет 150 мВт.
• Общие параметры устройства и окружающей среды:Суммарная рассеиваемая мощность устройства (PTOT) составляет 200 мВт. Напряжение изоляции (VISO) между входной и выходной секциями равно 5000 Вэфф (испытание в течение 1 минуты при относительной влажности 40-60%). Диапазон рабочих температур (TOPR) от -55°C до +110°C, диапазон температур хранения (TSTG) от -55°C до +125°C. Температура пайки (TSOL) не должна превышать 260°C в течение 10 секунд во время сборки.

2.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры определяют производительность устройства в нормальных рабочих условиях, обычно при Ta=25°C. Они необходимы для расчета характеристик схемы.

Входные характеристики (инфракрасный излучающий диод):

• Прямое напряжение (VF):Обычно 1.2В, максимум 1.4В при прямом токе (IF) 20 мА. Этот параметр используется для расчета токоограничивающего резистора на входной стороне.
• Обратный ток (IR):Максимум 10 мкА при обратном напряжении (VR) 4В, что указывает на ток утечки диода в закрытом состоянии.
• Входная емкость (Cin):Обычно 30 пФ, максимум 250 пФ (измерено при 0В, 1 кГц). Влияет на высокочастотные коммутационные характеристики.

Выходные характеристики (фототранзистор):

• Темновой ток коллектор-эмиттер (ICEO):Максимум 100 нА при VCE=20В и IF=0мА. Это ток утечки фототранзистора при отсутствии падающего света.
• Напряжения пробоя:Напряжение пробоя коллектор-эмиттер (BVCEO) минимум 80В (IC=0.1мА). Напряжение пробоя эмиттер-коллектор (BVECO) минимум 7В (IE=0.1мА).

Передаточные характеристики (параметры связи):

• Коэффициент передачи по току (CTR, КПТ):Это ключевой параметр, определяемый как (IC / IF) * 100%. Для серии EL827 он варьируется от минимума 50% до максимума 600% при стандартных условиях испытаний IF=5мА и VCE=5В. Такой широкий диапазон может указывать на разные сорта или разброс производства. Конструкторы должны учитывать минимальный КПТ, чтобы обеспечить правильное насыщение выходного транзистора.
• Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (VCE(sat)):Обычно 0.1В, максимум 0.2В при IF=20мА и IC=1мА. Низкое VCE(sat) желательно для коммутационных применений на выходе, чтобы минимизировать падение напряжения.
• Сопротивление изоляции (RIO):Минимум 5 x 10^10 Ом при приложении 500В постоянного тока между изолированными сторонами. Это указывает на отличную гальваническую развязку по постоянному току.
• Паразитная емкость (CIO):Обычно 0.6 пФ, максимум 1.0 пФ (VIO=0В, f=1МГц). Эта малая емкость способствует высокой помехоустойчивости по синфазной помехе.
• Граничная частота (fc):Обычно 80 кГц (VCE=5В, IC=2мА, RL=100Ом, точка -3дБ). Определяет полосу пропускания устройства для малого сигнала.
• Времена переключения:Время нарастания (tr) обычно 3 мкс (макс. 18 мкс), а время спада (tf) обычно 4 мкс (макс. 18 мкс) при указанных условиях испытаний (VCE=2В, IC=2мА, RL=100Ом). Эти времена определяют максимальную скорость цифрового переключения.

3. Анализ характеристических кривых

В техническом описании приведены типичные электрооптические характеристические кривые. Хотя конкретные графики не воспроизводятся в предоставленном тексте, их цель — показать, как ключевые параметры меняются в зависимости от рабочих условий. Конструкторам следует обратиться к полному техническому описанию для просмотра этих графиков.

Типичные кривые включают:

• КПТ в зависимости от прямого тока (IF):Показывает, как коэффициент передачи по току изменяется с током входного диода. КПТ часто достигает пика при определенном IF и может уменьшаться при очень высоких токах из-за нагрева или других эффектов.
• КПТ в зависимости от температуры окружающей среды (Ta):Иллюстрирует температурную зависимость эффективности связи. КПТ обычно уменьшается с ростом температуры.
• Выходной ток (IC) в зависимости от напряжения коллектор-эмиттер (VCE):Семейство кривых с параметром IF, аналогичное выходным характеристикам стандартного транзистора. Показывает рабочие области (насыщение, активный режим).
• Напряжение насыщения (VCE(sat)) в зависимости от прямого тока (IF):Показывает взаимосвязь между входным управляющим током и насыщением выходного транзистора.

3.1 Испытательная схема для времени переключения

Рисунок 10 в техническом описании детализирует стандартную испытательную схему и определения форм сигналов для измерения времен переключения (ton, toff, tr, tf). Испытание проводится с импульсным входным током, управляющим ИК-диодом. Выходной сигнал контролируется на нагрузочном резисторе (RL), подключенном между коллектором и напряжением питания (VCC). Время нарастания (tr) измеряется от 10% до 90% конечного значения выходного импульса, а время спада (tf) измеряется от 90% до 10%. Понимание этой испытательной установки помогает конструкторам воспроизвести условия, если им необходимо охарактеризовать устройство в своей конкретной схеме применения.

4. Механическая информация и информация о корпусе

EL827 предлагается в 8-выводном корпусе DIP с несколькими вариантами формы выводов для размещения различных конструкций печатных плат и методов сборки.

4.1 Распиновка и схема

Внутренняя схема показывает инфракрасный излучающий диод, подключенный между выводами 1/3 (анод) и 2/4 (катод). Эмиттер фототранзистора подключен к выводам 5/7, а его коллектор — к выводам 6/8. Выводы с одинаковой функцией соединены внутри для обеспечения механической прочности и потенциально более низкой индуктивности выводов. Стандартное подключение — использование одного вывода из каждой пары.

Назначение выводов:

• Вывод 1, 3: Анод (A)
• Вывод 2, 4: Катод (K)
• Вывод 5, 7: Эмиттер (E)
• Вывод 6, 8: Коллектор (C)

4.2 Габариты корпуса и варианты

Предоставлены подробные механические чертежи для каждого варианта корпуса:

• Стандартный тип DIP:Традиционный корпус для монтажа в отверстия.
• Вариант типа M:Имеет \"широкий изгиб выводов\", обеспечивающий шаг выводов 0.4 дюйма (примерно 10.16 мм), что может быть полезно для макетных плат или специфических требований к разводке.
• Вариант типа S:Форма выводов для поверхностного монтажа под пайку оплавлением.
• Вариант типа S1:Форма выводов для поверхностного монтажа \"низкого профиля\", вероятно, с уменьшенной высотой по сравнению с вариантом S.

Техническое описание также включает рекомендуемую конфигурацию контактных площадок для вариантов поверхностного монтажа (S и S1), что критически важно для получения надежных паяных соединений и правильного механического выравнивания во время пайки оплавлением.

4.3 Маркировка устройства

Устройства маркируются сверху обозначением \"EL827\", обозначающим серию, за которым следуют однозначный код года (Y), двузначный код недели (WW) и необязательный суффикс \"V\", если устройство одобрено VDE. Эта маркировка позволяет отслеживать дату производства и вариант.

5. Рекомендации по пайке и сборке

5.1 Условия пайки

Техническое описание содержит критически важную информацию для процесса сборки, особенно для вариантов поверхностного монтажа. Максимально допустимая температура корпуса во время пайки определяется профилем оплавления со ссылкой на IPC/JEDEC J-STD-020D. Ключевые параметры этого профиля включают:

• Температура предварительного нагрева:Минимум (Tsmin) 150°C, максимум (Tsmax) 200°C.
• Время предварительного нагрева:Профиль показывает определенное время (ts) в этом температурном диапазоне для постепенного нагрева компонента и платы, минимизируя тепловой удар.
• Пиковая температура и время:Профиль не должен превышать максимальную температуру пайки (TSOL) 260°C, а время выше 260°C должно быть ограничено (обычно до 10 секунд, как указано в предельных параметрах).

Соблюдение этого профиля крайне важно для предотвращения повреждения пластикового корпуса, внутренних проводных соединений или самого полупроводникового кристалла. Для компонентов для монтажа в отверстия, волновая пайка или ручная пайка также должны соблюдать ограничение 260°C в течение 10 секунд.

6. Упаковка и информация для заказа

6.1 Структура номера детали для заказа

Номер детали следует формату: EL827X(Z)-V

• X:Вариант формы выводов: None (Стандартный DIP), M (Широкий изгиб выводов), S (Поверхностный монтаж), S1 (Низкопрофильный поверхностный монтаж).
• Z:Вариант упаковки в ленту и на катушку: None (в трубке), TA или TB (разные направления подачи ленты).
• V:Необязательная маркировка об одобрении безопасности VDE.

6.2 Количества в упаковке

• Стандартный DIP и вариант M: 45 штук в трубке.
• Варианты S(TA), S(TB), S1(TA), S1(TB): 1000 штук на катушке.

6.3 Спецификации ленты и катушки

Предоставлены подробные размеры для несущей ленты для вариантов S и S1 (TA и TB). Параметры включают размеры ячейки (A, B, Do, D1), шаг ленты (Po, P1), толщину ленты (t) и общую ширину ленты (W). Варианты TA и TB отличаются направлением подачи с катушки, которое должно быть правильно настроено в установке для монтажа. На диаграммах показана ориентация устройства в ячейке ленты.

7. Рекомендации по применению и конструктивные соображения

При проектировании с использованием оптопары EL827 необходимо учитывать несколько факторов для обеспечения оптимальной производительности и надежности.

Проектирование входной цепи:Токоограничивающий резистор должен быть включен последовательно с входным ИК-диодом. Его значение рассчитывается на основе напряжения питания (Vcc_in), желаемого прямого тока (IF) и прямого напряжения диода (VF): R_in = (Vcc_in - VF) / IF. Выбранный IF влияет на КПТ, скорость переключения и срок службы устройства. Рекомендуется работать на уровне или ниже рекомендуемых 20мА для непрерывной работы.

Проектирование выходной цепи:Фототранзистор может использоваться либо в ключевом (режим насыщения), либо в линейном (активном) режиме. Для цифрового переключения подтягивающий резистор (RL) подключается между коллектором и напряжением питания выходной стороны (Vcc_out). Значение RL влияет на скорость переключения (меньше RL = быстрее, но выше IC) и потребление тока. Убедитесь, что выходной ток (IC) не превышает максимум 50мА. Для линейных применений устройство работает в активной области, но нелинейность КПТ и температурная зависимость должны быть тщательно учтены.

Изоляция и разводка платы:Для сохранения высокого номинала изоляции соблюдайте достаточные расстояния утечки и воздушные зазоры на печатной плате между медными дорожками входной и выходной сторон в соответствии с соответствующими стандартами безопасности (например, IEC 60950-1, IEC 62368-1). Размещайте оптопару так, чтобы она пересекала барьер изоляции в разводке платы.

Развязка и помехи:Для чувствительных к помехам применений или для повышения стабильности в коммутационных схемах рассмотрите возможность установки небольшого развязывающего конденсатора (например, 0.1 мкФ) рядом с выводами питания как на входной, так и на выходной стороне устройства.

8. Техническое сравнение и часто задаваемые вопросы

8.1 Отличия от других оптопар

Основными отличительными особенностями EL827 являются высокое напряжение изоляции 5000Вэфф и широкий диапазон КПТ (50-600%). По сравнению с базовыми 4-выводными оптопарами, 8-выводной DIP предлагает сдвоенные выводы для каждой клеммы, что может улучшить механическое крепление на плате и, возможно, обеспечить несколько лучшие тепловые характеристики. Наличие вариантов для поверхностного монтажа (S, S1) и с широкими выводами (M) обеспечивает большую гибкость, чем многие предложения с одним типом корпуса. Комплексный набор международных сертификатов безопасности (UL, VDE и др.) является значительным преимуществом для коммерческих и промышленных продуктов, требующих сертификации.

8.2 Часто задаваемые вопросы (на основе параметров)

В: Что означает диапазон КПТ 50-600% для моего проекта?

О: Это указывает на производственный разброс. Вы должны спроектировать свою схему так, чтобы она надежно работала сминимальнымгарантированным КПТ (в данном случае 50%), чтобы обеспечить правильное переключение выхода при любых условиях. Если ваш проект требует определенной чувствительности, вам может потребоваться выбирать устройства на основе измеренного КПТ (сортировка) или использовать схему, компенсирующую разброс.

В: Могу ли я использовать это для изоляции аналоговых сигналов?

О: Хотя это возможно (использование в линейном режиме), это не идеально из-за нелинейности КПТ относительно IF и его сильной температурной зависимости. Для прецизионной аналоговой изоляции рекомендуются специальные линейные оптопары или изоляционные усилители.

В: Как выбрать между вариантами поверхностного монтажа S и S1?

О: Вариант S1 \"низкого профиля\" разработан для применений со строгими ограничениями по высоте на сборке печатной платы. Обратитесь к чертежам габаритов корпуса в техническом описании, чтобы сравнить высоту установки и общие размеры. Электрические характеристики идентичны.

В: Времена переключения кажутся медленными (до 18 мкс). Подходит ли это для моей высокоскоростной цифровой связи?

О: Для стандартной изоляции цифровых вводов/выводов в ПЛК или интерфейсах микроконтроллеров эти скорости обычно достаточны. Для высокоскоростной последовательной связи (например, изоляция USB, RS-485) следует рассмотреть гораздо более быстрые цифровые изоляторы (на основе емкостной или магнитной связи) или высокоскоростные оптопары, специально разработанные для скоростей передачи данных в диапазоне Мбит/с.

9. Принципы работы и тенденции

9.1 Основной принцип работы

Оптопара работает путем преобразования электрического сигнала в свет, передачи этого света через электрически изолирующий зазор и последующего преобразования света обратно в электрический сигнал. В EL827 электрический ток, приложенный к входному инфракрасному излучающему диоду (ИК-диоду), заставляет его излучать фотоны (свет) на инфракрасной длине волны. Этот свет проходит через прозрачную изолирующую компаундную массу и попадает в базовую область кремниевого фототранзистора на выходной стороне. Падающий свет генерирует электрон-дырочные пары в базе, эффективно действуя как ток базы, что позволяет протекать гораздо большему току коллектора. Этот ток коллектора пропорционален интенсивности падающего света, который, в свою очередь, пропорционален току входного диода, устанавливая коэффициент передачи по току (КПТ). Ключевой момент заключается в том, что единственной связью между входом и выходом является луч света, обеспечивающий электрическую изоляцию.

9.2 Отраслевые тенденции

Рынок оптопар продолжает развиваться. Ключевые тенденции включают стремление к более высоким скоростям передачи данных для поддержки более быстрых промышленных протоколов связи и управления цифровыми источниками питания. Также существует спрос на более высокую интеграцию, например, объединение нескольких каналов изоляции в одном корпусе или интеграцию дополнительных функций, таких как драйверы затворов для IGBT/MOSFET. Кроме того, потребность в повышенной надежности, особенно в автомобильных и промышленных применениях, стимулирует улучшения высокотемпературных характеристик и долгосрочной стабильности КПТ. В то время как традиционные оптопары на основе фототранзисторов, такие как EL827, остаются рабочей лошадкой для базовой изоляции благодаря своей простоте, экономической эффективности и высоковольтным возможностям, новые технологии, такие как емкостные и магнитные (гигантское магнитосопротивление) изоляторы, набирают долю в применениях, требующих очень высокой скорости, низкого энергопотребления и высокой помехоустойчивости.