Техническая документация на оптопару EL452-G серии 4-выводная SOP высоковольтная фотодарлингтон - Корпус 4.4x7.4x2.0мм - VCEO 350В - CTR 1000%

1. Обзор продукта

Серия EL452-G представляет собой высоковольтную оптопару типа фотодарлингтон, предназначенную для надежной передачи сигналов между цепями с разными потенциалами. Она объединяет инфракрасный светоизлучающий диод, оптически связанный с высоковольтным фототранзистором по схеме Дарлингтона. Прибор выполнен в компактном 4-выводном корпусе SOP с низким профилем 2.0 мм, что делает его подходящим для поверхностного монтажа в условиях ограниченного пространства. Его основная функция — обеспечение гальванической развязки при передаче управляющих или информационных сигналов, защищая чувствительные цепи от высоковольтных переходных процессов и проблем с контурами заземления.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Ключевые преимущества этого компонента включают высокое номинальное напряжение коллектор-эмиттер 350В (V_CEO), что крайне важно для сопряжения с цепями, питаемыми от сети, или приводами двигателей. Он обеспечивает очень высокий коэффициент передачи тока (CTR) — минимум 1000% при стандартных условиях испытаний, гарантируя сильный уровень выходного сигнала при умеренном входном токе. Прибор обладает высоким напряжением изоляции 3750В_rmsмежду входной и выходной сторонами, что соответствует строгим стандартам безопасности. Он также не содержит галогенов и соответствует директивам RoHS и бессвинцовой пайки. Эти особенности делают его идеальным для применения в телекоммуникационном оборудовании (телефонные аппараты, АТС), промышленных программируемых контроллерах, системных приборах, измерительных устройствах и любых сценариях, требующих безопасной передачи сигналов между различными областями напряжения.

2. Подробный анализ технических параметров

В этом разделе представлена детальная, объективная интерпретация электрических, оптических и тепловых характеристик прибора, определенных в его предельных эксплуатационных характеристиках и электрооптических параметрах.

2.1 Предельные эксплуатационные характеристики

Предельные эксплуатационные характеристики определяют границы нагрузок, превышение которых может привести к необратимому повреждению прибора. Прямой ток светодиода (I_F) составляет 60 мА в непрерывном режиме, с кратковременным пиковым прямым током (I_FM) 1 А в течение 10 мкс. Общая рассеиваемая мощность (P_TOT) не должна превышать 170 мВт. Критический выходной параметр — напряжение коллектор-эмиттер (V_CEO) 350 В, это максимальное напряжение, которое выходной транзистор может выдерживать при выключенном входном светодиоде. Напряжение изоляции (V_ISO) 3750В_rmsв течение одной минуты определяет диэлектрическую прочность внутреннего изоляционного барьера. Прибор работает в диапазоне температур от -55°C до +110°C.

2.2 Электрооптические характеристики

Электрооптические характеристики определяют работу прибора в нормальных условиях эксплуатации при 25°C.

2.2.1 Входные характеристики (сторона светодиода)

Прямое напряжение (V_F) инфракрасного светодиода составляет типично 1.2 В, максимум 1.4 В при прямом токе 10 мА. Это низкое V_Fспособствует снижению энергопотребления на входной стороне. Обратный ток утечки (I_R) составляет максимум 10 мкА при обратном смещении 4 В.

2.2.2 Выходные характеристики (сторона фототранзистора)

Темновой ток коллектор-эмиттер (I_CEO), который является током утечки при выключенном светодиоде, указан как максимум 100 нА при V_CE=200 В. Напряжение пробоя коллектор-эмиттер (BV_CEO) составляет минимум 350 В, что подтверждает высоковольтные возможности. Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (V_CE(sat)) составляет типично 1.2 В (макс. 1.5 В), когда прибор полностью открыт (I_F=20 мА, I_C=100 мА), что указывает на падение напряжения на выходе в проводящем состоянии.

2.2.3 Передаточные характеристики

Коэффициент передачи тока (CTR) является наиболее критическим параметром, определяемым как отношение выходного тока коллектора к входному прямому току, выраженное в процентах. Для EL452-G CTR составляет минимум 1000%, типично 2000%, при I_F=1 мА и V_CE=2 В. Этот исключительно высокий CTR характерен для конфигурации Дарлингтона, которая обеспечивает высокий коэффициент усиления по току, позволяя малым входным токам эффективно управлять большими выходными токами. Скорость переключения характеризуется временем нарастания (t_r) типично 80 мкс (макс. 250 мкс) и временем спада (t_f) типично 10 мкс (макс. 100 мкс). Эти времена относительно велики из-за структуры Дарлингтона и присущего фототранзисторам накопления заряда, что делает прибор подходящим для переключения на низких и средних частотах и линейных аналоговых применений, но не для высокоскоростной цифровой развязки. Граничная частота (f_c) составляет типично 7 кГц. Сопротивление изоляции (R_IO) составляет минимум 5×10¹⁰Ω, что указывает на отличную гальваническую развязку по постоянному току.

3. Анализ характеристических кривых

Хотя в PDF указано наличие типичных электрооптических характеристических кривых, конкретные графики (например, CTR в зависимости от прямого тока, CTR в зависимости от температуры, ток коллектора в зависимости от напряжения коллектор-эмиттер) в текстовом содержании не приведены. В полном техническом описании эти кривые имеют решающее значение для проектирования. Обычно они показывают, как CTR ухудшается с ростом температуры, как выходной ток насыщается при высоких входных токах или низких напряжениях коллектор-эмиттер, а также зависимость прямого напряжения светодиода от тока. Конструкторы должны обращаться к этим графикам, чтобы понять поведение прибора во всем рабочем диапазоне, а не только в типичной точке 25°C.

4. Механическая информация и данные о корпусе

4.1 Габаритные размеры корпуса и конфигурация выводов

Прибор использует 4-выводный корпус SOP. Габаритные размеры корпуса составляют примерно 4.4 мм в длину и 7.4 мм в ширину, с высотой профиля 2.0 мм. Конфигурация выводов стандартна для таких оптопар: вывод 1 — анод светодиода, вывод 2 — катод светодиода, вывод 3 — эмиттер фототранзистора, вывод 4 — коллектор фототранзистора. Предоставлена рекомендуемая конфигурация контактных площадок для поверхностного монтажа, обеспечивающая надежную пайку и механическую стабильность.

4.2 Маркировка прибора

Прибор маркируется кодом на верхней поверхности. Маркировка включает "EL" (код производителя), "452" (номер детали), однозначный код года, двузначный код недели и опциональную букву "V", обозначающую одобрение VDE. Эта маркировка позволяет отслеживать дату производства и соответствие стандартам.

5. Рекомендации по пайке и монтажу

5.1 Условия пайки оплавлением

Техническое описание содержит подробные спецификации профиля пайки оплавлением для предотвращения теплового повреждения. Профиль соответствует IPC/JEDEC J-STD-020D. Ключевые параметры включают: стадию предварительного нагрева от 150°C до 200°C в течение 60-120 секунд, максимальную температуру корпуса (T_p), не превышающую 260°C, и время выше температуры ликвидуса (217°C) от 60 до 100 секунд. Прибор может выдержать максимум три цикла пайки оплавлением. Соблюдение этого профиля критически важно для сохранения целостности внутренней эпоксидной заливки и проводных соединений.

6. Упаковка и информация для заказа

6.1 Система обозначений для заказа

Номер детали следует формату: EL452(Y)-VG. Позиция "Y" указывает на вариант ленты и катушки (TA, TB или отсутствие для упаковки в трубку). Буква "V" обозначает, что устройство имеет одобрение безопасности VDE. Суффикс "G" указывает, что продукт не содержит галогенов. Например, EL452TA-VG относится к устройству, поставляемому на ленте и катушке ориентации TA, с одобрением VDE и не содержащему галогенов.

6.2 Спецификации на ленту и катушку

Прибор доступен в стандартной эмбоссированной несущей ленте для автоматизированной сборки. Доступны два направления подачи: вариант TA и вариант TB. Ширина ленты (W) составляет 16.0 мм, шаг ячейки (P₀) — 4.0 мм, а катушка обычно вмещает 3000 единиц. Подробные размеры ленты (A, B, D₀ и т.д.) предоставлены для настройки питателя.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типовые схемы включения

EL452-G хорошо подходит для управления симисторами, тиристорами или MOSFET в цепях управления сетью переменного тока (например, твердотельные реле) благодаря высокому V_CEO. Он может использоваться для сдвига уровней напряжения в интерфейсах микроконтроллеров, обеспечения развязки для аналоговых сигналов датчиков и создания изолированных цепей обратной связи в импульсных источниках питания. Его высокий CTR позволяет управлять им непосредственно с выводов GPIO микроконтроллера (с подходящим токоограничивающим резистором) без необходимости в дополнительном транзисторе-драйвере для светодиода.

7.2 Особенности проектирования и меры предосторожности

Входная сторона:Светодиод всегда должен использоваться с последовательным резистором для ограничения прямого тока до безопасного значения, обычно от 1 мА до 20 мА в зависимости от требуемого CTR и скорости. Светодиод чувствителен к обратному напряжению; если управляющая схема может создать обратное смещение, рекомендуется защитный диод, включенный параллельно светодиоду.
Выходная сторона:Фотодарлингтон может потреблять значительный ток (до 150 мА). Нагрузочный резистор должен быть подключен между коллектором и положительной шиной питания для установки размаха выходного напряжения и ограничения рассеиваемой мощности. Из-за конфигурации Дарлингтона напряжение насыщения (V_CE(sat)) выше, чем у одиночного транзистора, что уменьшает размах выходного напряжения в переключающих приложениях. Конструкторы должны учитывать деградацию CTR с температурой и временем; рекомендуется запас по проектированию 20-50%. Относительно низкая скорость переключения исключает его использование в высокочастотной ШИМ или передаче данных выше нескольких килогерц.

8. Техническое сравнение и отличия

EL452-G выделяется на рынке благодаря сочетанию высокого напряжения (350 В), очень высокого CTR (мин. 1000%) и компактного корпуса SOP. По сравнению со стандартными оптопарами на фототранзисторах (которые могут иметь CTR 50-600%), конфигурация Дарлингтона обеспечивает гораздо более высокую чувствительность. По сравнению с некоторыми другими фотодарлингтонами, его рейтинг изоляции 3750 В RMS и множественные международные сертификаты безопасности (UL, CUL, VDE, SEMKO и др.) делают его надежным выбором для критически важных для безопасности и промышленных применений. Соответствие требованиям по отсутствию галогенов и RoHS соответствует современным экологическим нормам.

9. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В: Могу ли я управлять светодиодом напрямую с логического выхода 5В?
О: Да, но вы должны рассчитать последовательный резистор. Например, при типичном V_F1.2 В и желаемом I_F5 мА от источника 5 В: R = (5В - 1.2В) / 0.005А = 760 Ом. Используйте стандартный резистор 750 Ом.

В: Какова максимальная частота переключения?
О: Практическая частота переключения ограничена временем нарастания и спада. Консервативная оценка для прямоугольного сигнала: 1/(t_r+t_f) ≈ 1/(250 мкс+100 мкс) ≈ 2.9 кГц. Для надежной работы проектируйте на частоты ниже 1 кГц.

В: Как температура влияет на производительность?
О: CTR обычно уменьшается с ростом температуры. Темновой ток (I_CEO) увеличивается с температурой. Прямое напряжение светодиода уменьшается с температурой. Эти эффекты необходимо учитывать для стабильной работы во всем температурном диапазоне.

В: Доступно ли внешнее подключение базы для ускорения?
О: Нет. Это стандартный фотодарлингтон без внешнего вывода базы. Скорость переключения не может быть улучшена внешними компонентами.

10. Практический пример проектирования

Сценарий:Изоляция сигнала микроконтроллера 3.3 В для управления катушкой реле постоянного тока 24 В.
Реализация:Вывод GPIO микроконтроллера (3.3 В) управляет светодиодом через резистор 470 Ом, устанавливая I_F≈ (3.3В - 1.2В)/470Ом ≈ 4.5 мА. Катушка реле (24 В, сопротивление катушки 50 Ом ≈ 480 мА) подключена между источником 24 В и коллектором EL452-G. Эмиттер подключен к земле. Обратный диод должен быть установлен параллельно катушке реле для подавления выбросов напряжения при выключении фотодарлингтона. При входном токе 4.5 мА CTR обеспечивает насыщенный выход, способный потреблять ток реле, при этом V_CE(sat)вызывает небольшое падение напряжения. Напряжение V_CEO350 В обеспечивает достаточный запас относительно источника 24 В и любых индуктивных выбросов.

11. Принцип работы

Прибор работает по принципу оптической связи. Когда ток протекает через входной инфракрасный светоизлучающий диод (LED), он испускает фотоны. Эти фотоны проходят через прозрачный изолирующий зазор и попадают в базовую область выходной пары фототранзисторов Дарлингтона. Поглощенные фотоны генерируют электрон-дырочные пары, создавая базовый ток, который открывает пару транзисторов Дарлингтона. Это позволяет значительно большему току течь от коллектора к эмиттеру, пропорционально току светодиода (определяемому CTR). Ключевым моментом является то, что сигнал передается светом, обеспечивая полную гальваническую развязку между входной и выходной цепями, поскольку электрического соединения нет — только оптический путь через изолирующий материал.

12. Тенденции и развитие отрасли

Рынок оптопар продолжает развиваться. Тенденции включают разработку более высокоскоростных цифровых изоляторов на основе CMOS и RF-технологий, которые предлагают превосходную скорость, энергопотребление и помехоустойчивость по сравнению с традиционными оптопарами. Однако фотодарлингтоны и фототранзисторные оптопары, такие как EL452-G, сохраняют прочные позиции в приложениях, требующих высокого напряжения, высокого выходного тока, простоты, надежности и экономической эффективности для развязки на низких и средних частотах. Также наблюдается постоянное стремление к миниатюризации, более высокой интеграции (например, объединение нескольких каналов), повышению надежности и расширению сертификатов безопасности для соответствия развивающимся мировым стандартам. Переход к бесгалогенным и экологически чистым материалам, как видно на примере EL452-G, является стандартным требованием отрасли.