Техническая документация на твердотельное реле 8-выводное DIP 2-канальное - Корпус 8-Pin DIP - Пробивное напряжение 400В/600В - Нагрузка 120мА/50мА

1. Обзор продукта

EL840A и EL860A — это универсальные двухканальные твердотельные реле (ТТР) в компактном корпусе 8-Pin DIP. Эти устройства используют механизм оптической связи, включающий инфракрасный светодиод AlGaAs на входной стороне, который оптически изолирован от высоковольтной выходной детекторной схемы на выходной стороне. Выходной детектор состоит из фотогальванической диодной матрицы, управляющей MOSFET-ключами. Эта конфигурация обеспечивает электрическую функциональность, эквивалентную двум независимым электромеханическим реле типа Form A (нормально разомкнутым), предлагая превосходную надежность, больший срок службы и более высокую скорость переключения по сравнению с механическими аналогами.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Основные преимущества этой серии ТТР проистекают из их твердотельной конструкции. Ключевые преимущества включают полное отсутствие движущихся частей, что исключает дребезг контактов, дугообразование и механический износ, приводя к исключительно долгому сроку службы и высокой надежности. Оптическая изоляция между входом и выходом обеспечивает высокое напряжение изоляции 5000 В среднеквадратичных, повышая безопасность системы и помехоустойчивость. Устройства предназначены для управления слаботочными аналоговыми сигналами с высокой чувствительностью и скоростью. Их компактный корпус 8-Pin DIP делает их подходящими для высокоплотных компоновок печатных плат. Целевые области применения включают промышленную автоматизацию, телекоммуникационное оборудование, компьютерную периферию и высокоскоростные контрольно-измерительные машины, где требуется надежное, быстрое и изолированное переключение сигналов или маломощных нагрузок.

2. Подробный анализ технических параметров

Работа EL840A и EL860A определяется комплексным набором электрических, оптических и тепловых параметров. Понимание этих спецификаций имеет решающее значение для правильного проектирования схемы и надежной работы.

2.1 Абсолютные максимальные параметры

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

• Вход (сторона светодиода):Максимальный постоянный прямой ток (I_F) составляет 50 мА. Обратное напряжение (V_R) до 5В может быть приложено. Пиковый прямой ток (I_FP) 1А допускается в импульсных условиях (100Гц, скважность 0.1%). Рассеиваемая мощность на входе (P_in) не должна превышать 75 мВт.
• Выход (сторона MOSFET):Критическое различие между EL840A и EL860A заключается в их номинальных значениях напряжения и тока. EL840A имеет пробивное напряжение (V_L) 400В и номинальный постоянный ток нагрузки (I_L) 120 мА. EL860A рассчитан на более высокое пробивное напряжение 600В, но на меньший постоянный ток 50 мА. Конструкторы должны выбирать модель в соответствии со своими конкретными требованиями по напряжению и току. Импульсный ток нагрузки (I_LPeak) составляет 300 мА для EL840A и 150 мА для EL860A в течение 100 мс. Рассеиваемая мощность на выходе (P_out) ограничена 800 мВт.
• Изоляция и тепловые параметры:Напряжение изоляции (V_iso) между входом и выходом составляет 5000 В среднеквадратичных (испытание в течение 1 минуты). Устройство может работать в диапазоне температур окружающей среды от -40°C до +85°C и храниться от -40°C до +125°C. Температура пайки не должна превышать 260°C более 10 секунд во время процессов оплавления.

2.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры, обычно указанные при 25°C, определяют рабочие характеристики ТТР.

• Входные характеристики:Прямое напряжение (V_F) входного светодиода обычно составляет 1.18В при токе управления 10мА, максимум 1.5В. Обратный ток утечки (I_R) составляет максимум 1 мкА при обратном смещении 5В.
• Выходные характеристики:Ток утечки в выключенном состоянии (I_leak) исключительно низок, максимум 1 мкА, когда входной светодиод выключен, а выход находится при максимальном номинальном напряжении. Сопротивление во включенном состоянии (R_d(ON)) является ключевым параметром, влияющим на падение напряжения и потери мощности. EL840A имеет типичное R_d(ON)20 Ом (макс. 30 Ом), в то время как EL860A имеет типичное значение 40 Ом (макс. 70 Ом) при управлении входным током 10мА при максимальной нагрузке.
• Передаточные характеристики:Это определяет взаимосвязь между входом и выходом. Ток включения светодиода (I_F(on)), необходимый для полной активации выходных MOSFET, составляет максимум 5мА для обеих моделей (типично 3мА). Ток выключения светодиода (I_F(off)) составляет минимум 0.4мА, ниже которого выход гарантированно выключен. Это определяет гистерезис входного тока.
• Скорость переключения:Время включения (T_on) — это задержка от подачи входного тока до достижения выходом 90% своего значения во включенном состоянии. Для EL840A оно обычно составляет 0.4 мс (макс. 3 мс), а для EL860A — обычно 1.4 мс (макс. 3 мс). Время выключения (T_off) обычно составляет 0.05 мс (макс. 0.5 мс) для обеих моделей. Это относительно быстро для ТТР, подходит для многих приложений переключения сигналов.
• Параметры изоляции:Сопротивление изоляции (R_I-O) составляет минимум 5 x 10¹⁰Ом при 500В постоянного тока. Емкость изоляции (C_I-O) составляет максимум 1.5 пФ, что важно для учета связи высокочастотных помех.

3. Анализ характеристических кривых

Хотя в даташите приведены ссылки на конкретные графические данные (типичные кривые электрооптических характеристик, диаграммы времени включения/выключения), текстовые данные позволяют проанализировать ключевые тенденции. Зависимость прямого тока от прямого напряжения для входного светодиода будет следовать стандартной экспоненциальной кривой диода. Сопротивление во включенном состоянии указано при определенных условиях; оно имеет положительный температурный коэффициент, что означает его увеличение с ростом температуры перехода выходных MOSFET. Время переключения зависит от нагрузки; указанные времена приведены для резистивной нагрузки (R_L= 200 Ом). Емкостные или индуктивные нагрузки повлияют на эти времена, потенциально требуя снабберных цепей для защиты и стабильности времени.

4. Механическая информация и данные по корпусу

4.1 Распиновка и принципиальная схема

Устройство использует стандартную распиновку 8-Pin DIP. Выводы 1 и 3 являются анодами для двух независимых входных светодиодов. Выводы 2 и 4 являются соответствующими катодами. Выходная сторона состоит из двух независимых MOSFET-ключей. Для каждого канала стоковые и истоковые выводы подключены к выводам 5, 6, 7 и 8 в соответствии со внутренней схемой, что позволяет гибко подключать их как SPST-ключ.

4.2 Габаритные размеры корпуса и варианты

Продукт предлагается в двух основных вариантах корпуса:Стандартный DIP типс выводными контактами для сквозного монтажа, иОпция S1 типкоторая представляет собой корпус для поверхностного монтажа (низкопрофильный). Для обоих вариантов предоставлены подробные чертежи размеров, включая длину, ширину, высоту корпуса, шаг выводов (стандартно 2.54 мм для DIP) и размеры выводов. Для SMD-варианта также предоставляется рекомендуемая контактная площадка для обеспечения надежной пайки и механической прочности.

4.3 Полярность и маркировка устройства

Устройство маркируется на верхней поверхности. Маркировка следует формату: "EL" (идентификатор производителя), затем номер детали (например, 860A), однозначный код года (Y), двузначный код недели (WW) и необязательный "V", обозначающий версии, одобренные VDE. Правильная идентификация вывода 1, обычно обозначаемого точкой или выемкой на корпусе, необходима для правильной ориентации.

5. Рекомендации по пайке и монтажу

5.1 Профиль оплавления при пайке

Для сборок поверхностного монтажа необходимо соблюдать определенный температурный профиль оплавления, чтобы предотвратить повреждение. Профиль соответствует IPC/JEDEC J-STD-020D. Ключевые параметры включают: этап предварительного нагрева от 150°C до 200°C в течение 60-120 секунд, максимальную скорость нагрева 3°C/сек, время выше температуры ликвидуса (217°C) 60-100 секунд и максимальную температуру корпуса 260°C не более 30 секунд. Эти условия обеспечивают правильное формирование паяного соединения без воздействия чрезмерного теплового напряжения на внутренние полупроводниковые переходы.

5.2 Меры предосторожности при использовании

Выделено несколько важных соображений по проектированию. Абсолютные максимальные параметры по напряжению, току и мощности никогда не должны превышаться. Выходные MOSFET не имеют встроенной защиты от переходных процессов напряжения или индуктивных выбросов; в жестких электрических условиях могут потребоваться внешние защитные компоненты, такие как снабберы или TVS-диоды. Низкая тепловая масса корпуса означает, что необходимо уделять внимание рассеиваемой мощности и достаточной площади медной фольги на печатной плате для теплоотвода, особенно при работе вблизи максимальных токов нагрузки или при высоких температурах окружающей среды.

6. Упаковка и информация для заказа

6.1 Система нумерации моделей

Номер детали следует структуре: EL8XXA(Y)(Z)-V.

• XX:Обозначает номер детали, либо 40 (EL840A), либо 60 (EL860A), определяя номинальные значения напряжения/тока.
• Y:Вариант формы выводов. "S1" обозначает корпус для поверхностного монтажа. Отсутствие обозначает стандартный DIP для сквозного монтажа.
• Z:Опция ленты и катушки для автоматической сборки (TA, TB, TU, TD). Отсутствие обозначает упаковку в трубке.
• V:Суффикс, обозначающий вариант, одобренный VDE по безопасности.

6.2 Спецификации упаковки

Стандартная DIP-версия поставляется в трубках по 45 штук. Варианты для поверхностного монтажа (S1 с лентой TA или TB) поставляются на катушках по 1000 штук каждая. Предоставлены подробные размеры ленты, включая размер кармана (A, B), глубину кармана (D0, D1), шаг отверстий подачи (P0) и ширину катушки (W), что критически важно для совместимости с автоматическим оборудованием для установки компонентов.

7. Примечания по применению и рекомендации по проектированию

7.1 Типовые схемы включения

ТТР может использоваться в двух основных конфигурациях: как два независимых однополюсных однонаправленных (SPST) ключа или, путем соответствующего соединения выходов, как один ключ типа Form A или другая конфигурация. Входной светодиод обычно управляется цифровой логической схемой или транзистором с токоограничивающим резистором, рассчитанным на основе напряжения питания и желаемого тока светодиода (например, 10-20 мА для полной активации выхода). Выход может коммутировать нагрузки постоянного или переменного тока в пределах своих номинальных значений напряжения и тока. Для нагрузок переменного тока диоды MOSFET будут проводить в течение полупериодов, поэтому устройство по сути является двунаправленным ключом.

7.2 Рекомендации по проектированию

• Управление теплом:Рассчитайте рассеиваемую мощность как P_diss= I_L²* R_d(ON). Убедитесь, что общее рассеивание устройства (P_T= 850 мВт макс.) не превышено. Используйте достаточную площадь медной фольги на печатной плате в качестве радиатора.
• Совместимость с нагрузкой:ТТР идеально подходит для резистивных нагрузок. Для емкостных нагрузок пусковой ток может превысить I_LPeak. Для индуктивных нагрузок используйте снабберную цепь (RC параллельно нагрузке или ограничитель переходного напряжения) для подавления всплесков напряжения, возникающих при выключении.
• Управление входом:Убедитесь, что входной ток превышает I_F(on)для надежного включения и опускается ниже I_F(off)для надежного выключения. Избегайте медленных фронтов входного сигнала вблизи пороговых токов.
• Целостность изоляции:Соблюдайте надлежащие расстояния утечки и воздушные зазоры на печатной плате между входными и выходными цепями для сохранения высокого класса изоляции.

8. Техническое сравнение и руководство по выбору

Ключевым отличием в этой серии является компромисс между возможностями по напряжению и току.EL840Aоптимизирован для приложений, требующих более высокого постоянного тока (до 120 мА), но при более низком напряжении (400 В). Он имеет более низкое сопротивление во включенном состоянии, что приводит к меньшему падению напряжения и потерям мощности.EL860Aпредназначен для приложений, требующих более высокого напряжения блокировки (600 В), но с меньшим постоянным током (50 мА). Его сопротивление во включенном состоянии выше. Выбор должен основываться на пиковом напряжении и установившемся токе нагрузки. Для нагрузок со значительным пусковым током (например, лампы или конденсаторы) более высокий номинальный импульсный ток EL840A (300 мА против 150 мА) также может быть решающим фактором.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

9.1 Может ли это ТТР коммутировать нагрузки переменного тока?

Да. Структура выходного MOSFET с его внутренним диодом позволяет двунаправленное протекание тока. Следовательно, оно может коммутировать напряжения переменного тока в пределах своего пробивного напряжения (V_L). Номинальный ток применяется как к постоянному току, так и к пиковому значению переменного тока.

9.2 Какова назначение фотогальванической диодной матрицы в выходном детекторе?

Фотогальваническая матрица генерирует напряжение при освещении инфракрасным светодиодом со входной стороны. Это напряжение используется для управления затворами выходных MOSFET, включая их. Этот метод обеспечивает полную гальваническую развязку, так как не требуется электрического соединения для смещения затворов MOSFET.

9.3 Как подключить вход к 5-вольтовому микроконтроллеру?

Используйте простой последовательный резистор. Например, при выводе GPIO микроконтроллера 5В, V_Fсветодиода ~1.2В и желаемом I_F10мА, значение резистора R = (5В - 1.2В) / 0.01А = 380 Ом. Подойдет стандартный резистор 390 Ом. Убедитесь, что микроконтроллер может выдавать требуемый ток.

9.4 Почему время включения для EL860A больше, чем для EL840A?

Более длительное типичное время включения (1.4 мс против 0.4 мс), вероятно, связано с внутренней конструкцией высоковольтных MOSFET в EL860A, которые могут иметь другую емкость затвора или характеристики фотогальванической схемы управления, оптимизированной для процесса 600В.

10. Принцип работы

Устройство работает по принципу оптической изоляции и фотогальванического управления. Когда на входной инфракрасный светодиод AlGaAs подается прямой ток, он излучает свет. Этот свет пересекает изоляционный зазор и попадает на фотогальваническую диодную матрицу на выходной стороне. Матрица преобразует световую энергию в электрическую, генерируя напряжение, достаточное для смещения затворов N-канальных MOSFET в проводящее состояние. Это создает низкоомный путь между стоковыми и истоковыми выводами, замыкая "контакт" реле. Когда входной ток снимается, излучение света прекращается, фотогальваническое напряжение спадает, и затворы MOSFET разряжаются, выключая устройства и размыкая цепь. Весь процесс не включает физического контакта или магнитной связи, обеспечивая долгий срок службы и высокую помехоустойчивость.

11. Практический пример проектирования

Сценарий:Изоляция сигнала датчика 24 В постоянного тока, 80 мА от аналогового входа системы сбора данных.

Выбран EL840A из-за его номинального тока 120 мА (обеспечивает запас) и номинального напряжения 400 В (значительно превышает 24 В). Выход датчика управляет входом ТТР через резистор 330 Ом от шины 5 В, обеспечивая ~11 мА для светодиода, что значительно выше максимального IF(on)_{5 мА. Выход ТТР подключен между сигналом датчика 24 В и входом системы сбора данных. На входе сбора данных установлен подтягивающий резистор 10 кОм для определения низкого логического уровня, когда ТТР выключен. Низкий ток утечки (макс. 1 мкА) обеспечивает минимальное напряжение ошибки на подтягивающем резисторе, когда ТТР выключен. Высокая скорость переключения (типично 0.4 мс) позволяет при необходимости быстрое считывание. Изоляция 5000 В среднеквадратичных защищает чувствительную схему сбора данных от контурных токов или переходных процессов в среде датчика.}12. Тенденции и контекст технологии

Твердотельные реле представляют собой зрелую, но постоянно развивающуюся технологию. Основная тенденция — в сторону большей интеграции, меньших корпусов и улучшенных рабочих характеристик. Хотя это устройство использует фотогальванический драйвер MOSFET, существуют и другие технологии, такие как использование фотодинисторных драйверов для переключения переменного тока или более продвинутые конструкции на основе ИС со встроенными функциями защиты (от перегрузки по току, перегрева). Переход к корпусам для поверхностного монтажа (как опция S1) соответствует общеотраслевой тенденции автоматизации сборки и сокращения занимаемой площади на плате. Высокое напряжение изоляции и множественные международные сертификаты безопасности (UL, VDE и др.) отражают растущую важность безопасности и надежности систем на мировых рынках, особенно в промышленном и медицинском оборудовании. Будущие разработки могут быть сосредоточены на дальнейшем снижении сопротивления во включенном состоянии, увеличении скорости переключения для высокочастотных приложений и интеграции более интеллектуальных функций управления и мониторинга в том же изолированном корпусе.

Solid-state relays represent a mature but continuously evolving technology. The core trend is towards higher integration, smaller packages, and improved performance metrics. While this device uses a photovoltaic MOSFET driver, other technologies exist, such as those using phototriac drivers for AC switching or more advanced IC-based designs with integrated protection features (overcurrent, overtemperature). The move towards surface-mount packages (like the S1 option) aligns with the industry-wide trend for automated assembly and reduced board space. The high isolation voltage and multiple international safety approvals (UL, VDE, etc.) reflect the increasing importance of system safety and reliability in global markets, particularly in industrial and medical equipment. Future developments may focus on reducing on-resistance further, increasing switching speeds for high-frequency applications, and integrating more intelligent control and monitoring functions within the same isolated package.