Техническая документация на оптопары ELD3H7 и ELQ3H7 - Корпус SSOP на 8/16 выводов - Напряжение изоляции 3750 Вэфф - КТП 50-600%

1. Обзор продукта

ELD3H7 и ELQ3H7 — это фототранзисторные оптопары (оптроны), предназначенные для гальванической развязки электрических сигналов. Они состоят из инфракрасного светоизлучающего диода (СИД), оптически связанного с кремниевым фототранзистором, и заключены в компактный корпус для поверхностного монтажа. Основная функция — передача электрических сигналов между двумя цепями при обеспечении высокой гальванической развязки, предотвращающей распространение помех, контурных токов и скачков напряжения.

ELD3H7 интегрирует 2 независимых канала развязки в 8-выводном корпусе SSOP (Shrink Small Outline Package). ELQ3H7 интегрирует 4 независимых канала в 16-выводном корпусе SSOP. Оба варианта имеют сверхнизкий профиль 2,0 мм, что делает их подходящими для приложений с ограниченным пространством. Устройства используют безгалогенное, "зеленое" компаундное покрытие и соответствуют директивам по отсутствию свинца (Pb-free) и RoHS.

2. Ключевые особенности и преимущества

• Высокое напряжение изоляции:Номинальное значение 3750 В_эфф в течение 1 минуты, что обеспечивает надежную защиту и безопасность в условиях высокого напряжения.
• Широкий диапазон коэффициента передачи тока (КТП):Диапазон от 50% до 600% при I_F= 5 мА, V_CE= 5 В, что обеспечивает гибкость проектирования для различных потребностей в усилении сигнала.
• Компактный форм-фактор:Корпус SSOP с профилем 2,0 мм идеально подходит для высокоплотного монтажа на печатных платах.
• Комплексные сертификаты безопасности:Сертифицированы UL (E214129), VDE (40028116), SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO и CQC, что упрощает использование в оборудовании, регулируемом на глобальном уровне.
• Быстрые переключательные характеристики:Типичное время нарастания (t_r) 5 мкс и время спада (t_f) 3 мкс в указанных условиях испытаний, что подходит для передачи цифровых сигналов.

3. Целевой рынок и области применения

Эти оптопары разработаны для приложений, требующих надежной развязки сигналов и помехозащищенности.

• DC-DC преобразователи:Обеспечение развязки цепи обратной связи в импульсных источниках питания.
• Программируемые логические контроллеры (ПЛК) и промышленная автоматизация:Развязка цифровых сигналов ввода/вывода между контроллером и полевыми устройствами.
• Телекоммуникационное оборудование:Развязка сигнальных линий в модемах, интерфейсах и сетевом оборудовании.
• Общая развязка цепей:Передача сигналов между цепями с разными потенциалами земли или уровнями импеданса.

4. Подробный анализ технических параметров

4.1 Предельные эксплуатационные характеристики

Это предельные значения, которые ни при каких условиях не должны превышаться во избежание необратимого повреждения устройства.

• Вход (сторона СИД):Прямой ток (I_F) 60 мА; Пиковый прямой ток (I_FP) 1 А в течение 1 мкс импульса; Обратное напряжение (V_R) 6 В; Рассеиваемая мощность (P_D) 70 мВт.
• Выход (сторона транзистора):Ток коллектора (I_C) 50 мА; Напряжение коллектор-эмиттер (V_CEO) 80 В; Напряжение эмиттер-коллектор (V_ECO) 7 В; Рассеиваемая мощность (P_C) 150 мВт.
• Устройство в целом:Суммарная рассеиваемая мощность (P_TOT) 200 мВт; Напряжение изоляции (V_ISO) 3750 В_эфф.
• Температура:Рабочий диапазон от -55°C до +110°C; Диапазон хранения от -55°C до +125°C; Температура пайки 260°C в течение 10 секунд.

4.2 Электрические и оптоэлектронные характеристики

Типичные параметры производительности измерены при 25°C.

4.2.1 Характеристики входа (инфракрасный светодиод)

• Прямое напряжение (V_F):Типично 1,2 В, максимум 1,4 В при I_F=20 мА. Этот параметр критически важен для проектирования цепи управления СИД.
• Обратный ток (I_R):Максимум 10 мкА при V_R=4 В, что указывает на хорошие блокирующие характеристики диода.
• Входная емкость (C_вх):Типично 30 пФ, влияет на высокочастотные переключательные характеристики.

4.2.2 Характеристики выхода (фототранзистор)

• Ток темновой утечки (I_CEO):Максимум 100 нА при V_CE=20 В и I_F=0 мА. Это ток утечки при выключенном СИД, влияющий на целостность сигнала в выключенном состоянии.
• Напряжения пробоя: BV_CEO≥ 80 В, BV_ECO≥ 7 В, определяют максимально допустимые напряжения на транзисторе.
• Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (V_КЭ(нас)):Типично 0,1 В, максимум 0,2 В при I_F=10 мА, I_C=1 мА. Низкое V_КЭ(нас)желательно для логического уровня на выходе.

4.2.3 Передаточные характеристики

• Коэффициент передачи тока (КТП):Определяется как (I_C/ I_F) * 100%. Указанный диапазон составляет от 50% до 600% при I_F=5 мА, V_CE=5 В. Такой широкий диапазон позволяет выбирать устройство на основе требуемого усиления.
• Сопротивление изоляции (R_IO):Минимум 5×10¹⁰Ω при 500 В постоянного тока, что обеспечивает отличную гальваническую развязку по постоянному току.
• Емкость изоляции (C_IO):Типично 0,3 пФ, максимум 1,0 пФ. Низкая емкость минимизирует емкостную связь высокочастотных помех через барьер изоляции.
• Времена переключения:Время нарастания (t_r) типично 5 мкс, время спада (t_f) типично 3 мкс в условиях испытаний (V_CE=2 В, I_C=2 мА, R_L=100 Ом). Эти значения определяют максимальную применимую скорость передачи данных.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Габаритные размеры и чертежи корпуса

Устройства размещены в корпусах SSOP. ELD3H7 (2-канальная) использует 8-выводный SSOP, а ELQ3H7 (4-канальная) — 16-выводный SSOP. Оба имеют общую низкую высоту профиля 2,0 мм. Подробные размерные чертежи со всеми критическими размерами (размер корпуса, шаг выводов, зазор) приведены в техническом описании для проектирования посадочного места на печатной плате.

5.2 Распиновка и полярность выводов

Для ELD3H7 (8 выводов):

• Выводы 1, 3: Аноды СИД Канала 1 и Канала 2 соответственно.
• Выводы 2, 4: Катоды СИД Канала 1 и Канала 2 соответственно.
• Выводы 5, 7: Эмиттеры фототранзисторов Канала 1 и Канала 2 соответственно.
• Выводы 6, 8: Коллекторы фототранзисторов Канала 1 и Канала 2 соответственно.

Для ELQ3H7 (16 выводов):

• Выводы 1, 3, 5, 7: Аноды СИД Каналов с 1 по 4.
• Выводы 2, 4, 6, 8: Катоды СИД Каналов с 1 по 4.
• Выводы 9, 11, 13, 15: Эмиттеры фототранзисторов Каналов с 1 по 4.
• Выводы 10, 12, 14, 16: Коллекторы фототранзисторов Каналов с 1 по 4.

5.3 Рекомендуемая контактная площадка для печатной платы

Техническое описание включает рекомендуемые конструкции контактных площадок для 8-выводных и 16-выводных корпусов SSOP. Следование этим рекомендациям обеспечивает надежное формирование паяных соединений при групповой пайке оплавлением и правильную механическую устойчивость.

5.4 Маркировка устройства

Устройства маркируются на верхней поверхности. Маркировка включает:

• "EL": Идентификатор производителя.
• "D3H7" или "Q3H7": Номер устройства для 2-канального или 4-канального варианта.
• "Y": Однозначный код года.
• "WW": Двузначный код недели.
• "V": Необязательная маркировка, указывающая на сертификацию VDE.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

Устройства подходят для поверхностного монтажа с использованием технологии пайки оплавлением.

• Пайка оплавлением:Максимально допустимая температура пайки составляет 260°C, измеренная на корпусе, в течение не более 10 секунд. Применимы стандартные профили бессвинцовой пайки оплавлением (IPC/JEDEC J-STD-020).
• Обращение:Следует соблюдать стандартные меры предосторожности от электростатического разряда (ЭСР), так как устройство содержит чувствительные к статике полупроводники.
• Очистка:Следуйте стандартным процедурам очистки печатных плат, совместимым с зеленым эпоксидным компаундом.
• Хранение:Храните в сухой среде при температуре от -55°C до +125°C. Используйте в течение 12 месяцев с даты кодировки для оптимальной паяемости.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Система нумерации моделей

Номер детали следует формату:EL[D3H7/Q3H7](Z)-V

• EL:Префикс серии.
• D3H7 / Q3H7:Обозначает 2-канальное или 4-канальное устройство.
• (Z):Вариант упаковки в ленте и на катушке. "TA" указывает на ленту и катушку, а его отсутствие — на упаковку в трубке.
• V:Необязательный суффикс, указывающий на сертификацию VDE.

7.2 Спецификации упаковки

• ELD3H7 (Трубка):80 штук в трубке.
• ELD3H7 (Лента и катушка):1000 штук на катушке.
• ELQ3H7 (Трубка):40 штук в трубке.
• ELQ3H7 (Лента и катушка):1000 штук на катушке.

Спецификации ленты и катушки, включая ширину несущей ленты, размеры ячеек и диаметр катушки, подробно описаны для настройки автоматических установщиков компонентов.

8. Рекомендации по проектированию приложений

8.1 Типовые схемы применения

Наиболее распространенное применение — развязка цифровых сигналов. Последовательно с анодом СИД должен быть подключен токоограничивающий резистор для установки требуемого прямого тока (I_F). Его значение рассчитывается как R_огр= (V_{CC_вх}- V_F) / I_F. На стороне выхода подтягивающий резистор (R_L) подключается между коллектором и напряжением питания стороны выхода (V_{CC_вых}) для определения логических уровней на выходе и ограничения тока коллектора фототранзистора.

8.2 Примечания по проектированию и лучшие практики

• Выбор КТП:Выберите диапазон КТП, соответствующий вашему току управления и требуемому выходному току. Более высокий КТП позволяет использовать меньший I_Fдля того же выхода, снижая потребляемую мощность на входе.
• Компромисс между скоростью и током:Скорость переключения (t_r, t_f) обычно улучшается с увеличением I_Fи уменьшением R_L, но это увеличивает потребляемую мощность. Испытательная схема (I_Fимпульс, V_CE=2 В, I_C=2 мА, R_L=100 Ом) служит ориентиром для ожидаемой производительности.
• Помехозащищенность:Высокое сопротивление изоляции (R_IO) и низкая емкость изоляции (C_IO) являются ключевыми для подавления синфазных помех. Обеспечьте правильную разводку печатной платы, чтобы избежать проблем с утечкой тока и воздушными зазорами, которые могут снизить номинальное напряжение изоляции.
• Тепловые соображения:Не превышайте суммарную рассеиваемую мощность устройства (P_TOT= 200 мВт). Мощность складывается из мощности входного СИД (I_F*V_F) и мощности выходного транзистора (I_C*V_CE).

9. Техническое сравнение и отличия

По сравнению со стандартными оптопарами в корпусах DIP-4 или DIP-6, серия ELD3H7/ELQ3H7 предлагает значительные преимущества:

• Уменьшение размера:Корпус SSOP занимает менее 25% площади платы стандартного корпуса DIP-8 для 2-канального устройства, что позволяет миниатюризировать конструкцию.
• Интеграция нескольких каналов:Наличие 2 и 4 каналов в одном корпусе сокращает количество компонентов и экономит место на плате в приложениях с множественной развязкой.
• Профиль:Высота 2,0 мм критически важна для сверхтонких конструкций.
• Производительность:Сохраняет высокое напряжение изоляции и широкий диапазон КТП, несмотря на малый размер, что является ключевым отличием от многих миниатюрных аналогов.

10. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

10.1 Какова максимальная скорость передачи данных для этих оптопар?

Основываясь на типичных временах нарастания/спада 5 мкс и 3 мкс, максимальная практическая скорость передачи данных для чистого цифрового сигнала составляет примерно 1/(t_r+t_f) ≈ 125 кГц. Для надежной работы рекомендуется консервативная цель проектирования 50-100 кГц.

10.2 Как выбрать правильный диапазон КТП для моего приложения?

Если ваша конструкция требует гарантированного минимального выходного тока (I_C) при определенном входном токе (I_F), рассчитайте требуемый минимальный КТП: КТП_{мин_треб}= (I_C/ I_F) * 100%. Выберите устройство, минимальный гарантированный КТП которого (например, 50%) соответствует или превышает это значение. Использование диапазона с более высоким КТП обеспечивает больший запас по проектированию.

10.3 Можно ли использовать эти устройства для изоляции аналоговых сигналов?

Хотя они в первую очередь предназначены для цифровой изоляции, их можно использовать в низкочастотных, низкоточных аналоговых приложениях (например, обратная связь в изолированных источниках питания). Однако КТП сильно зависит от температуры и нелинеен по отношению к I_F, что делает их непригодными для передачи точных аналоговых сигналов без сложных схем калибровки или компенсации. Специализированные линейные оптопары лучше подходят для аналоговой изоляции.

10.4 Для чего предназначен параметр напряжения изоляции и как он тестируется?

Номинальное значение 3750 В_эфф (в течение 1 минуты) — это параметр безопасности, указывающий на диэлектрическую прочность изоляции между входной и выходной сторонами. Во время испытаний все выводы на стороне СИД закорочены вместе, и все выводы на стороне транзистора закорочены вместе. Между этими двумя группами прикладывается высокое переменное напряжение. Этот параметр обеспечивает защиту от высоковольтных переходных процессов, которые могут возникать в промышленном оборудовании или оборудовании, подключенном к сети.

11. Практический пример проектирования

Сценарий:Развязка цифрового сигнала 3,3 В от микроконтроллера к системе 5 В.

• Сторона входа: V_{CC_вх}= 3,3 В. Целевой I_F= 5 мА для хорошей скорости и КТП. Предполагая V_F≈ 1,2 В, R_огр= (3,3 В - 1,2 В) / 0,005 А = 420 Ом. Используйте стандартный резистор 430 Ом.
• Сторона выхода: V_{CC_вых}= 5 В. Выберите R_Lдля ограничения I_Cи установки логических уровней. Для КТП 100% при I_F=5 мА, I_C≈ 5 мА. Когда транзистор включен (в насыщении), V_CE≈ 0,1 В, поэтому выходной сигнал низкий (~0,1 В). Когда выключен, выход подтягивается к высокому уровню 5 В. Мощность на R_Lпри включении составляет (5 В - 0,1 В) * 5 мА ≈ 24,5 мВт, что хорошо в пределах номиналов. Стандартный резистор 1 кОм даст I_C≈ (5 В - 0,1 В)/1 кОм = 4,9 мА, что также приемлемо.
• Разводка платы:Разместите устройство близко к барьеру изоляции на печатной плате. Соблюдайте рекомендуемые расстояния утечки тока и воздушные зазоры (согласно стандартам безопасности, таким как IEC 60950-1) между медными дорожками входа и выхода, особенно для высокого номинального напряжения изоляции.

12. Принцип работы

Оптопара работает путем преобразования электрического сигнала в свет, передачи его через электрически изолирующий зазор и последующего преобразования света обратно в электрический сигнал. В ELD3H7/ELQ3H7:

1. Электрический ток (I_F) протекает через инфракрасный СИД, заставляя его излучать фотоны.
2. Эти фотоны проходят через прозрачный изолирующий диэлектрик (компаунд) и попадают в базовую область кремниевого фототранзистора.
3. Энергия фотонов генерирует электрон-дырочные пары в базе, эффективно создавая базовый ток, который включает транзистор.
4. Транзистор проводит ток коллектора (I_C), пропорциональный интенсивности принимаемого света и, следовательно, входному току I_F. Коэффициент пропорциональности — это КТП.

Ключевой момент заключается в том, что единственная связь между входом и выходом — оптическая, что обеспечивает гальваническую развязку.

13. Тенденции и развитие отрасли

Тенденции в технологии оптопар определяются требованиями к более высокой скорости, меньшему размеру, снижению энергопотребления и интеграции дополнительных функций. В то время как традиционные фототранзисторные оптопары, такие как ELD3H7/ELQ3H7, превосходны по экономической эффективности, надежности и высокому напряжению изоляции, появляются новые технологии:

• Высокоскоростные цифровые развязки:Используют технологию CMOS и интегрированные СИД для достижения скоростей передачи данных в десятки или сотни Мбит/с, что значительно превышает возможности устройств на основе фототранзисторов.
• Интегрированные изолированные функции:Устройства, сочетающие изоляцию с такими функциями, как изолированные драйверы затворов, изолированные АЦП или изолированная передача питания (isoPower).
• Повышенная безопасность и надежность:Постоянная разработка сосредоточена на улучшении долговечности изоляционных материалов, устойчивости к перенапряжениям и достижении более высоких рабочих напряжений в меньших корпусах для соответствия развивающимся международным стандартам безопасности.

Фототранзисторные оптопары остаются фундаментальным и широко используемым решением для экономически эффективной, универсальной развязки, где умеренная скорость и высокая надежность имеют первостепенное значение.