Техническое описание оптопары EL101XH-G с фототранзистором - корпус SOP, 4 вывода - расстояние утечки 8 мм - напряжение изоляции 5000 Vrms - безгалогенный - техническая документация на упрощенном китайском языке

1. Обзор продукта

Серия EL101XH-G представляет собой семейство высокопроизводительных оптопар (оптронов) с фототранзистором, разработанных для надежной гальванической развязки сигналов в требовательных электронных приложениях. Эти устройства предназначены для создания прочного барьера электрической изоляции между входными и выходными цепями, предотвращая распространение контурных токов, выбросов напряжения и помех между различными частями системы. Их основная функция реализована посредством оптической связи инфракрасного светодиода с кремниевым фотодетектором на фототранзисторе, все компоненты размещены в компактном 4-выводном корпусе SOP.

Ключевой отличительной особенностью данной серии являетсяДлинный путь утечки 8 мм, что значительно повышает безопасность и надежность приложений, требующих высокого напряжения изоляции. Эта конструкция сочетает в себе5000 V_{действующее значение}Напряжение изоляцииНоминальные значения, что делает серию пригодной для промышленных систем управления, источников питания и электроприборов, где безопасность пользователя и защита оборудования имеют первостепенное значение. Устройство также выполнено с использованиемБезгалогенныйПроизводственный процесс, соответствующий экологическим нормам за счет ограничения содержания брома (Br) и хлора (Cl).

Целевой рынок серии EL101XH-G широк и охватывает промышленную автоматизацию, телекоммуникации, измерительные приборы и бытовую технику. Типичные применения включают гальваническую развязку в модулях ввода/вывода программируемых логических контроллеров (PLC), передачу сигналов в телекоммуникационном оборудовании, интерфейсную изоляцию в измерительных приборах и безопасную изоляцию в бытовых приборах, таких как вентиляторы и обогреватели.

2. Подробное описание технических параметров

2.1 Абсолютные максимальные номинальные значения

Эти номинальные значения определяют предельные уровни воздействия, которые могут привести к необратимому повреждению устройства. Работа в условиях, соответствующих или превышающих эти пределы, не гарантируется.

• Входной прямой ток (I_F)): 50 мА (постоянный ток). Это максимальный постоянный ток, который может проходить через инфракрасный светодиод.
• Пиковый прямой ток (I_FP)): 1 А (импульс длительностью 1 мкс). Этот параметр имеет решающее значение для выдерживания кратковременных скачков тока во время коммутационных событий.
• Входное обратное напряжение (V_R)): 6 В. Превышение этого напряжения при обратном смещении может повредить светодиод.
• Выходное напряжение коллектор-эмиттер (V_CEO)): 80 В. Это максимальное напряжение, которое коллектор фототранзистора (управляемого светом) может выдерживать относительно своего эмиттера при разомкнутом базовом выводе.
• Общая рассеиваемая мощность (P_TOT)): 250 мВт. Это максимальная общая мощность, которую может рассеивать всё устройство, ограничивающая произведение входного тока/напряжения на выходной ток/напряжение.
• Напряжение изоляции (V_ISO)): 5000 V_{действующее значение}Продолжительность 1 минута. Этот критический параметр безопасности тестируется при коротком замыкании выводов 1 и 2, а также выводов 3 и 4, с приложением высокого напряжения между этими двумя группами.
• Рабочая температура (T_OPR)): от -55°C до +125°C. Этот широкий диапазон обеспечивает функциональность в суровых промышленных и автомобильных условиях.
• Температура пайки (T_SOL)): 260°C в течение 10 секунд. Это определяет процесс пайки оплавлением.

2.2 Оптоэлектронные характеристики

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

2.2.1 Входные характеристики (сторона светодиода)

• Прямое напряжение (V_F)): типичное значение 1.2 В, максимум 1.4 В при I_F= 10 мА. Это используется для расчета необходимого токоограничивающего резистора.
• Обратный ток (I_R)): при V_RМаксимум 10 мкА при = 6 В, что указывает на хорошие характеристики утечки диода.
• Входная емкость (C_in)): типичное значение 50 пФ. Это влияет на высокочастотные коммутационные характеристики на входной стороне.

2.2.2 Выходные характеристики (сторона фототранзистора)

• Темновой ток коллектор-эмиттер (I_CEO)): при V_CE= 48V, I_F= 0мА, максимум 200 нА. Это ток утечки при выключенном светодиоде, что важно для целостности сигнала в выключенном состоянии.
• Напряжение пробоя коллектор-эмиттер (BV_CEO)): при I_C= 0.1мА, минимум 80В, что подтверждает способность работать при высоком напряжении.
• Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (V_CE(sat))): при I_F= 10мА, I_C= 1мА, максимальное значение 0.3В. Низкое напряжение насыщения желательно, когда выход используется в качестве переключателя в состоянии "включено".

2.2.3 Передаточные характеристики

Эти параметры определяют эффективность и скорость связи между входом и выходом.

• Коэффициент передачи тока (CTR): Это ключевой показатель производительности, определяемый как (I_C=5В, I_F=5мА) при заданных условиях (V_CE/ I_F) * 100%. Серия EL101XH-G предлагает несколько уровней CTR:
  • EL1010H: от 50% до 600% (широкий диапазон)
  • EL1011H: от 100% до 200%
  • EL1017H: от 80% до 160%
  • EL1018H: от 130% до 260%
  • EL1019H200% до 400%
  Более высокий класс CTR позволяет использовать меньший входной ток светодиода для получения того же выходного тока, что повышает эффективность источника питания.
• Изолирующий резистор (R_IO)): не менее 5 x 10¹⁰Ω. Это чрезвычайно высокое значение сопротивления подтверждает качество внутреннего изоляционного материала.
• Плавающая емкость (C_IO)): максимальная 1.0 пФ. Эта низкая межкорпусная ёмкость является ключевым фактором для достижения высокой устойчивости к синфазным переходным помехам (CMTI) в условиях шумной среды.
• Время переключения: условия испытаний V_CE=5В, I_C=5мА, R_L=100 Ом.
  • Время включения (t_on): типичное значение 12 мкс.
  • Время выключения (t_off): типичное значение 10 мкс.
  • Время нарастания (t_r) и время спада (t_f): максимальное значение каждого составляет 18 мкс.
  Эти скорости применимы для изоляции цифровых сигналов средней частоты (десятки кГц).

3. Описание системы классификации

Серия EL101XH-G используетСистема классификации на основе CTR, это основное различие между различными моделями. Модель EL101X"X" в H-G обозначает класс CTR (0, 1, 7, 8, 9). Каждый класс соответствует определенному минимальному и типичному диапазону CTR, подробности см. в разделе 2.2.3. Это позволяет разработчикам выбирать устройства с точным коэффициентом усиления, необходимым для их приложения. Выбор более высокого класса CTR (например, EL1019H) может снизить требуемый ток возбуждения входного светодиода, тем самым уменьшая энергопотребление и нагрев. И наоборот, для приложений с достаточным током возбуждения может быть достаточно более низкого класса CTR.

4. Анализ кривых производительности

Хотя в PDF указано наличие "типичных кривых оптоэлектронных характеристик", в текстовом содержании конкретные графики не приведены. Как правило, такие технические описания содержат кривые, отображающие следующие зависимости:

• CTR от прямого тока (I_F)): Эта кривая показывает, как коэффициент передачи тока изменяется в зависимости от тока светодиода. CTR обычно снижается при очень высоких I_Fиз-за нагрева и падения эффективности.
• CTR в зависимости от температуры окружающей среды (T_a)): Это ключевая кривая для теплового проектирования. CTR оптопара с фототранзистором обычно имеет отрицательный температурный коэффициент, что означает его снижение с ростом температуры. Конструкторы должны учитывать это снижение во всем рабочем температурном диапазоне.
• Коллекторный ток в зависимости от напряжения коллектор-эмиттер (I_C-V_CE)): Эти выходные характеристики, построенные для различных входных токов (I_F), показывают рабочие области фототранзистора (область насыщения, активная область).
• Прямое напряжение и прямой ток (V_F-I_F)): Стандартная I-V кривая светодиода, полезна для управления тепловым режимом на входной стороне.

Конструкторам следует обращаться к официальному даташиту с графическими диаграммами для точного моделирования поведения устройства в нестандартных условиях.

5. Механическая и корпусная информация

5.1 Конфигурация выводов

4-выводной корпус SOP имеет следующее расположение выводов:

1. Вход инфракрасного светодиодаАнод
2. 。Вход инфракрасного светодиода
3. Катод。
4. Выход фототранзистораЭмиттер

。

Выход фототранзистора

Коллектор

。

Это стандартная конфигурация оптопары на фототранзисторе.5.2 Размеры корпуса и разводка контактных площадокУстройство описывается как "компактный 4-выводной SOP с высотой 2,2 мм". PDF-документ содержит чертеж "Габаритные размеры корпуса" и "Рекомендуемая разводка контактных площадок для поверхностного монтажа". Рекомендации по разводке площадок приведены только для справки; в техническом описании четко указано, что разработчикам следует корректировать размеры площадок в соответствии с их конкретным технологическим процессом изготовления PCB и тепловыми требованиями. Правильная конструкция контактных площадок имеет решающее значение для надежной пайки и механической прочности.

6. Рекомендации по пайке и сборке

Предоставленные ключевые параметры:

Температура сварки260°C в течение 10 секунд. Это соответствует типичному профилю бессвинцовой пайки оплавлением (IPC/JEDEC J-STD-020). Конструкторы и производители должны гарантировать, что профиль их печи оплавления не превышает данную продолжительность температуры, чтобы предотвратить повреждение внутренней эпоксидной компаундной массы и проволочных соединений. Следует соблюдать стандартные процедуры обработки для влагочувствительных устройств (уровень MSL, не указан в предоставленном тексте, но должен быть проверен в полном техническом описании), включая прокаливание, если упаковка подвергалась воздействию влажности окружающей среды, превышающей её номинальный уровень.

• 7. Информация об упаковке и заказе7.1 Правила наименования моделей
• XМодель следует следующему формату:
• HEL101X H(Y)- VG
• EL101: Базовая модель.
• V: Класс CTR (0, 1, 7, 8, 9).
• G: Обозначает способность работы при высоких температурах.

(Y)

: Вариант упаковки в рулонной ленте. Может быть TA, TB или отсутствовать (обозначает трубчатую упаковку).

: Дополнительный суффикс, обозначающий сертификацию безопасности VDE.

• : Обозначает бесгалогенную конструкцию.Пример: EL1018H-VG — это бесгалогенная версия с уровнем CTR 8 и сертификацией VDE.
• 7.2 Спецификация упаковкиДанное устройство выпускается в двух основных типах упаковки:

В трубке

: 100 штук в трубке. Доступны варианты: стандартная версия или версия с сертификацией VDE.Рулонная лента

• EL: 3000 штук на рулон. Предлагается два варианта направления подачи (TA и TB). В техническом описании приведены подробные размеры рулонной ленты (Ao, Bo, Po, P и др.) для программирования автоматов поверхностного монтажа.
• 7.3 Идентификация компонентаНа верхней стороне корпуса SOP нанесен код:
• HEL 101X H Y WW V
• YКод производителя.
• WW101X
• VНомер компонента (X обозначает уровень CTR).

Маркировка для работы в условиях высоких температур.

1-значный код года.

2-значный код недели.

1. Опциональная маркировка для версии с сертификацией VDE.8. Рекомендации по применению_CC8.1 Типовая схема применения
2. Оптопара может использоваться в двух основных режимах:Цифровой переключатель/изоляция

Входной светодиод управляется цифровым сигналом (например, от GPIO микроконтроллера). Выход фототранзистора действует как переключатель, подтягивая линию к земле или V через подтягивающий резистор.

• Время переключения определяет максимальную скорость передачи данных.Линейная изоляция сигналаРабота фототранзистора в активной области (не в режиме насыщения) позволяет передавать аналоговые сигналы. Однако нелинейность КПТ и её зависимость от температуры делают эту задачу сложной без дополнительных компенсирующих цепей. Для таких применений чаще используются специальные линейные оптопары.8.2 Рекомендации по проектированию_FОграничение входного тока_：Всегда_{Требуется внешний резистор, включенный последовательно со входным светодиодом для установки прямого тока (I}). Рассчитайте R_Flimit_F= (V_Fdrive
• - V) / I
• Убедитесь, что I_L)не превышает 50 мА постоянного тока._LСнижение CTR в зависимости от температуры_L: Учитывайте снижение CTR при высоких температурах. Спроектируйте схему так, чтобы она работала корректно при максимальной рабочей температуре, используя минимальное значение CTR выбранного класса.
• Выходное нагрузочное сопротивление (R): Значение резистора подтяжки коллектора влияет на скорость переключения, потребляемую мощность и помехоустойчивость. Меньшее значение R

обеспечивает более высокую скорость переключения, но и более высокое потребление тока. R

= 100Ω используется как тестовое условие для характеристики; фактическое значение обычно находится в диапазоне от 1 кОм до 10 кОм.

• Помехоустойчивость：低耦合电容（<1pF）提供了良好的共模抑制。对于非常嘈杂的环境，确保布局干净，接地良好，并考虑在输出侧电源轨之间添加一个小旁路电容（例如0.1µF）。
• 9. Сравнение технологий и преимущества_{Серия EL101XH-G выделяется на рынке благодаря нескольким ключевым характеристикам:})Увеличенное расстояние утечки (8 мм)
• По сравнению со стандартными оптопарами SOP, это увеличенное расстояние утечки является значительным преимуществом для приложений, требующих усиленной изоляции или работы в загрязнённых средах, поскольку снижает риск поверхностного пробоя.Высокое напряжение изоляции (5000 В
• действующее значениеЭто прочное изоляционное номинальное значение, подходящее для промышленного оборудования с подключением к сетевому питанию (например, системы 240V/480V).
• Соответствует стандарту бесгалогенности.Удовлетворяет экологическим и нормативным требованиям по снижению содержания галогенов, что становится все более важным в "зеленой" электронике.

Широкий диапазон рабочих температур (-55°C до +125°C).

Выходит за рамки типичного коммерческого диапазона (0°C до 70°C), что делает его пригодным для промышленных, автомобильных и военных применений.
Ожидаемые сертификаты безопасности

В техническом описании сертификаты UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO и CQC указаны как "ожидаемые". Это указывает на то, что устройство предназначено для соответствия этим строгим международным стандартам безопасности.
10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В1: Какова цель большого расстояния утечки?
О1: Расстояние утечки — это кратчайший путь между двумя токопроводящими частями (выводами входа и выхода) вдоль поверхности изоляционного корпуса. Расстояние в 8 мм обеспечивает повышенную защиту от высоковольтной дуги или утечки тока по поверхности корпуса, особенно во влажной или загрязненной среде, что повышает долгосрочную надежность и безопасность.

Q2: Как выбрать правильный уровень CTR?
A2: Выбирайте в зависимости от доступного вам тока управления и требуемого выходного тока. Если ваш микроконтроллер может обеспечить только 5 мА, выберите высокий уровень CTR (например, EL1019H) для получения достаточного выходного тока. Если у вас достаточно тока управления, более низкий уровень может быть более экономически эффективным. Всегда проектируйте, исходя из наихудшего случая (минимальный CTR при максимальной температуре)._{Q3: Можно ли это использовать для изоляции сигналов переменного тока?}Q4: В чем разница между напряжением изоляции и номинальным напряжением коллектор-эмиттер?A4: Напряжение изоляции (5000Vдействующее значение) относится к корпусумежду входной и выходной сторонами

диэлектрическая прочность. Напряжение коллектор-эмиттер (80V) — это диэлектрическая прочность в течение нормальной работы

может быть приложено к самому выходному транзисторуМаксимальное напряжение. Это совершенно разные параметры.

11. Исследование реальных проектных кейсов

1. Сценарий:В промышленном модуле PLC изолировать сигнал GPIO микроконтроллера 3.3В для управления катушкой реле 24В в независимой силовой области._FЭтапы проектирования:_FСторона входа:_{GPIO микроконтроллера — 3.3В. Предположим, что ожидаемый I}равен 5 мА, типичное напряжение V
2. равно 1,2 В, рассчитаем Rlimit_F= (3,3 В - 1,2 В) / 0,005 А = 420 Ом. Используем стандартный резистор 430 Ом.
3. Выбор CTR:Для базы транзистора, управляющего катушкой реле, требуется примерно 5 мА. При I_L=5 мА, требуемый минимальный CTR = (5 мА / 5 мА)*100% = 100%. Для обеспечения работы при 125°C (когда CTR ниже), выбирается класс с достаточным запасом. EL1018H (минимальный CTR 130%) является хорошим выбором.
4. Выходная сторона:Через подтягивающий резистор (R

) коллектор фототранзистора подключается к источнику питания 24 В. Эмиттер подключается к базе транзистора, управляющего реле (NPN BJT или затвор N-канального MOSFET). Когда выход MCU находится в высоком уровне, светодиод проводит ток, фототранзистор насыщается, притягивая базу к потенциалу, близкому к земле, тем самым выключая драйвер. Когда выход MCU находится в низком уровне, светодиод выключен, фототранзистор закрыт, отдельный резистор смещения подтягивает базу драйвера к высокому уровню, чтобы активировать реле. На катушке реле необходим обратный диод.

Компоновка:

Соблюдайте физическое разделение входных и выходных трасс на печатной плате. Размещайте блокировочные конденсаторы как можно ближе к выводам компонента. Соблюдайте рекомендуемую конфигурацию контактных площадок для обеспечения надежной пайки.

1. Данная конструкция обеспечивает надежную изоляцию, защищая чувствительный микроконтроллер от переходных процессов, генерируемых индуктивными катушками реле.12. Принцип работыОптопара (или оптрон) — это устройство, использующее свет для передачи электрических сигналов между двумя изолированными цепями. В серии EL101XH-G:Приложенное квходным выводам (анод и катод)
2. ток вызывает свечение встроенного
3. инфракрасного светодиода (LED)Испускание фотонов.Эти фотоны распространяются в прозрачном изоляционном материале внутри корпуса (обычно литьевая эпоксидная смола).Столкновение фотонов.
4. Выходная сторона的 Выводы.
5. Кремниевый фототранзистор_CБазовая область._FСветовая энергия генерирует электронно-дырочные пары в базовой области, эффективно действуя как базовый ток, что приводит к тому, что транзистор в его

Коллектор и эмиттер

Проводят между собой.

Величина выходного коллекторного тока (I

• ) пропорциональна величине входного тока светодиода (I), коэффициент пропорциональности равен коэффициенту передачи тока (CTR).
• Ключевым моментом является то, что единственная связь между входом и выходом — это луч света, обеспечивающий превосходную электрическую изоляцию, определяемую свойствами изолирующего барьера и внутренним расстоянием между кристаллом светодиода и фототранзистора.13. Тенденции отрасли
• Рынок изолирующих компонентов, таких как оптопары, развивается под влиянием нескольких ключевых тенденций:Более высокая скорость и пропускная способность:
• Растущий спрос на цифровые изоляторы и высокоскоростные оптопары, способные поддерживать такие протоколы связи, как USB, CAN FD и Ethernet в изолированных сетях, подталкивает скорость передачи данных к десяткам и сотням Мбит/с.Интеграция:
• Тенденция заключается в интеграции нескольких изолированных каналов в один корпус или в сочетании изоляции с другими функциями, такими как драйверы затворов силовых MOSFET/IGBT.Повышенные стандарты безопасности и надежности:

В промышленности, автомобильной сфере (ISO 26262) и в области медицинского оборудования нормативные требования ужесточаются, требуя от компонентов более высокого сертифицированного уровня изоляции, увеличенных путей утечки/воздушных зазоров и подтвержденных данных о надежности.