EL815系列光电达林顿耦合器数据手册 - 4引脚DIP封装 - 隔离电压5000Vrms - 电流传输比600-7500% - 工作温度-55至+110°C - 简体中文技术文档

1. 产品概述

EL815系列是一系列采用紧凑型4引脚双列直插封装（DIP）的高性能光电达林顿耦合器（光耦）。该器件的核心功能是为具有不同电位或阻抗的两个电路之间提供电气隔离和信号传输。其原理是利用输入侧的红外发光二极管（LED），通过光耦合到输出侧的光电达林顿晶体管。这种设计确保了完全的电气隔离，可防止地环路，并保护敏感电路免受来自另一电路的电压尖峰或噪声影响。

达林顿结构提供了极高的电流传输比（CTR），使其具有高灵敏度，适用于需要用小输入电流控制较大输出电流的应用。该系列的一个关键优势是符合各种国际安全和环境标准，包括无卤要求、RoHS和欧盟REACH法规，使其适用于全球市场和对环保有要求的设计。

2. 技术参数详解

2.1 绝对最大额定值

这些额定值定义了可能导致器件永久损坏的极限值，不适用于正常工作条件。

• 输入正向电流（I_F)）：60 mA（直流）。这是可以流过输入红外LED的最大连续电流。
• 峰值正向电流（I_FP)）：1 A，持续1 µs脉冲。LED可以承受短暂的高电流脉冲，这对于某些开关或瞬态条件很有用。
• 输入反向电压（V_R)）：6 V。可以施加在输入LED两端的最大反向偏置电压。
• 集电极-发射极电压（V_CEO)）：35 V。当基极开路时，输出光电达林顿晶体管的集电极和发射极之间可以承受的最大电压。
• 集电极电流（I_C)）：80 mA。输出晶体管可以吸收的最大连续电流。
• 总功耗（P_TOT)）：200 mW。器件输入和输出部分可以耗散的最大总功率。
• 隔离电压（V_ISO)）：5000 V_rms，持续1分钟。此关键参数规定了输入侧和输出侧之间的高压隔离能力，测试时将引脚1-2短路，引脚3-4短路。
• 工作温度（T_OPR)）：-55°C 至 +110°C。器件规定可工作的环境温度范围。

2.2 光电特性

这些参数在规定的测试条件下（通常T_a= 25°C）测量，定义了器件的性能。

2.2.1 输入特性

• 正向电压（V_F)）：典型值1.2V，最大值1.4V（在I_F= 20 mA时）。这是驱动时红外LED两端的压降。
• 反向电流（I_R)）：最大值10 µA（在V_R= 4V时）。LED反向偏置时的小漏电流。

2.2.2 输出特性

• 集电极-发射极暗电流（I_CEO)）：最大值1 µA（在V_CE= 10V，I_F= 0mA时）。输入LED关闭时输出晶体管的漏电流。
• 集电极-发射极饱和电压（V_CE(sat))）：典型值0.8V，最大值1.0V（在I_F= 20mA，I_C= 5mA时）。输出晶体管完全导通（饱和）时其两端的电压。较低的值有利于最小化功率损耗。

2.2.3 传输特性

• 电流传输比（CTR））：600%（最小值）至7500%（最大值）（在I_F= 1mA，V_CE= 2V时）。这是光耦最重要的参数，定义为（I_C/ I_F）* 100%。极宽的范围表明该器件提供多种灵敏度等级。高CTR允许以最小的输入驱动电流实现高效的信号传输。
• 隔离电阻（R_IO)）：最小值5 x 10¹⁰Ω（在V_IO= 500V DC时）。这表明隔离侧之间的直流电阻极高。
• 上升时间（t_r)）：典型值60 µs，最大值300 µs。下降时间（t_f）：典型值53 µs，最大值250 µs。这些参数以及典型值为6 kHz的截止频率（f_c）定义了器件的开关速度。与光电晶体管或光电集成电路耦合器相比，达林顿结构固有的开关时间较慢，使其更适合直流和低频交流应用，而非高速数字隔离。

3. 性能曲线分析

数据手册包含典型的特性曲线，对于理解器件在非标准条件下的行为至关重要。虽然具体图表未在文本中重现，但其含义对设计至关重要。

• CTR vs. 正向电流（I_F)）：通常，CTR随着正向电流的增加而降低。设计人员必须参考此曲线，为其所需的输出电流和传输效率选择最佳工作点。
• CTR vs. 环境温度（T_a)）：CTR与温度相关，通常在温度极端时会降低。此曲线对于确保在规定的-55°C至+110°C范围内可靠运行至关重要。恶劣环境下的设计必须根据此数据降额性能。
• 集电极电流 vs. 集电极-发射极电压（I_C-V_CE)）：这些输出曲线以不同的输入电流（I_F）为参数，显示了光电达林顿的工作区域（饱和区、放大区）。它们用于确定负载线并确保器件在安全和功能限制内运行。
• 开关时间波形）：测试电路和波形图说明了如何测量上升时间（t_r）、下降时间（t_f）、开启延迟（t_on）和关断延迟（t_off）。理解这些有助于设计时序电路和预测信号完整性。

4. 机械与封装信息

4.1 封装尺寸

EL815提供三种主要的引脚形式选项，每种都有详细的机械图纸，以毫米为单位指定所有关键尺寸。

• 标准DIP型）：经典的直插式封装，具有标准引脚间距。
• M选项型）：具有宽引脚弯曲，提供0.4英寸（约10.16毫米）的引脚间距，这可能有利于PCB上的爬电距离和电气间隙要求。
• S1选项型）：一种薄型表面贴装器件（SMD）引脚形式。这是封装的SMD变体。

所有封装均保持大于7.62毫米的爬电距离，这有助于实现高隔离电压额定值。

4.2 极性标识与标记

4引脚DIP光耦的引脚配置是标准的：

1. 阳极（输入LED正极）
2. 阴极（输入LED负极）
3. 发射极（输出晶体管发射极）
4. 集电极（输出晶体管集电极）

器件顶部标记有"EL"（表示系列）、"815"（器件编号），后跟一位年份代码（Y）、两位周代码（WW），以及可选的"V"表示VDE认证版本。

4.3 推荐SMD焊盘布局

对于S1（表面贴装）选项，数据手册提供了建议的焊盘布局图。给出的尺寸仅供参考，注释明确指出设计人员应根据其特定的PCB制造工艺和可靠性要求修改焊盘尺寸。

5. 焊接与组装指南

绝对最大额定值规定了焊接温度（T_SOL）为260°C，持续10秒。这是回流焊接工艺的关键参数。

• 回流焊接）：对于SMD（S1选项）组装，应使用标准的无铅回流焊温度曲线，峰值温度在指定时间内不超过260°C。必须控制温度曲线以避免热冲击。
• 波峰焊/手工焊接）：对于直插式（标准和M选项）封装，可以使用标准的波峰焊或手工焊接技术，但应注意限制器件本体暴露在高温下的时间。
• 存储条件）：存储温度范围规定为-55°C至+125°C。器件应储存在干燥、防静电的环境中。对于以编带和卷盘形式提供的SMD部件，如果器件对潮湿敏感（尽管本数据手册未明确说明MSL等级），卷盘应储存在其原始的带干燥剂的防潮袋中。

6. 包装与订购信息

6.1 订购代码结构

部件编号遵循以下格式：EL815X(Z)-V

• X：引脚形式选项。
  • 无：标准DIP-4（100个/管）。
  • M：宽引脚弯曲，0.4英寸间距（100个/管）。
  • S1：表面贴装引脚形式，薄型。
• Z：编带和卷盘选项（仅适用于S1）。
  • TA, TB, TU, TD：不同的编带和卷盘规格，影响包装数量和进料方向。
• V：可选后缀，表示VDE安全认证。

6.2 编带与卷盘规格

提供了编带（载带、盖带）和卷盘的详细尺寸图纸和表格。关键尺寸包括口袋尺寸（A, B）、孔直径（D0）、元件间距（P0）、带宽度（W）和卷盘轴心尺寸。选项TA和TB在卷盘进料方向上有所不同，必须在自动贴片设备中正确配置。

7. 应用建议

7.1 典型应用电路

数据手册列出了几个应用领域：电话机/交换机、顺序控制器、系统设备、测量仪器以及不同电位/阻抗电路之间的信号传输。高CTR和高隔离电压使其特别适用于：

• 微控制器I/O隔离）：保护低压微控制器免受高压或有噪声的工业控制信号影响。
• 交流线路检测）：使用光耦为驱动交流负载的双向可控硅或继电器提供隔离反馈。
• 地环路消除）：在传感器和数据采集系统之间的模拟信号链中切断地环路。
• 带隔离的逻辑电平转换）：在不同电压电平下工作的逻辑电路之间进行接口，同时保持隔离。

7.2 设计注意事项

• 输入电流限制）：必须始终使用一个串联电阻与输入LED连接，以将正向电流（I_F）限制在所需值，计算公式为（电源电压 - V_F）/ I_F.
• 。输出负载_CC）：输出光电达林顿充当电流吸收器。通常将一个上拉电阻从集电极连接到正电源电压（V
• ）。该电阻的值和负载将决定输出电压摆幅和开关速度。速度与灵敏度的权衡
• ）：高CTR是以较慢的开关速度为代价的。此器件不适用于高频通信（例如，用于USB、SPI > 10 kHz的数字隔离器）。它非常适合状态检测、慢速控制信号和交流电源线同步（50/60 Hz）。热考虑_OPR）：虽然功耗较低，但在最高结温（从T

高达110°C推断）下工作可能需要降低最大允许电流或功耗。

8. 技术对比与差异化

• 与其他光耦类型相比，EL815系列作为光电达林顿耦合器占据了一个特定的细分市场：与标准光电晶体管耦合器对比
• ）：光电达林顿耦合器提供更高的CTR（通常高10-100倍），但速度明显更慢。对于中等速度（几十kHz）选择光电晶体管，对于在低频下以低输入电流实现最大灵敏度选择光电达林顿。与光电集成电路（逻辑输出）耦合器对比_CEO）：光电集成电路耦合器具有数字输出（干净的开关）并且可以非常快（MBd范围），但它们具有固定的、通常较低的电流传输函数，并且需要在输出侧有特定的电源电压。EL815提供模拟电流输出，并且可以在宽范围的输出电压（高达V
• ）下工作。与其他光电达林顿对比_{）：EL815的关键差异化优势是其高5000V}rms

隔离、宽工作温度范围（-55°C至+110°C）以及符合主要国际安全认证（UL、VDE、cUL、SEMKO等）。宽CTR分级（600-7500%）允许采购针对特定灵敏度需求定制的部件。

9. 常见问题解答（基于技术参数）

问：高隔离电压（5000Vrms）的目的是什么？

答：它确保在隔离电路之间存在较大电位差的应用中可靠运行和安全，例如离线电源、工业电机控制或医疗设备。它可以防止高压瞬变并防止击穿。

问：我的电路需要在1 kHz下开关。EL815是否适用？_c答：是的，完全适用。EL815的典型截止频率（f

）为6 kHz，上升/下降时间为几十微秒，可以轻松处理1 kHz的开关。输出波形将是圆滑的，而不是方波，但对于此频率的开/关控制，它完全足够。

问：如何选择正确的CTR等级？_F答：选择一个最小CTR，确保在您计划的最坏情况（最低）输入电流下，您的输出晶体管能够饱和（完全导通）。例如，如果您的设计驱动I_C= 1mA，并且您需要I

> 5mA来使负载饱和，那么您需要一个CTR > 500%的器件。从更高CTR分级中选择部件可以提供更多的设计余量。始终根据您的工作条件参考CTR与温度曲线。

问：我可以将其用于模拟信号隔离吗？

答：虽然可能，但并不理想。光电达林顿的CTR是非线性的，并且随温度和正向电流变化显著。对于精密模拟隔离，推荐使用专用的线性光耦或隔离放大器。EL815最适合数字（开/关）或低精度模拟隔离。

10. 实际设计案例分析

场景：用于24V PLC模块的隔离数字输入。

1. 一个可编程逻辑控制器（PLC）需要读取一个24V直流传感器信号，同时提供4000V隔离以确保安全和抗噪性。电路设计_F）：24V传感器输出与一个限流电阻和EL815的输入LED（引脚1-2）串联。电阻值按I
2. ≈ 5-10 mA（在24V时）计算。在输出侧，集电极（引脚4）通过一个10kΩ上拉电阻连接到PLC内部的3.3V逻辑电源。发射极（引脚3）连接到PLC的内部地。输出信号取自集电极。元件选择_F）：选择一个CTR等级确保在I_{= 5mA时饱和的EL815。5000V}rms
3. 隔离和安全认证（UL、VDE）符合工业标准。选择S1（SMD）封装用于高密度PCB组装。性能_{）：当24V传感器激活时，LED点亮，导致光电达林顿导通，将集电极输出电压拉低（至V}CE(sat)

≈ 0.8V），PLC将其读取为逻辑'0'。当传感器关闭时，光电达林顿关闭，上拉电阻将输出拉高至3.3V（逻辑'1'）。隔离屏障保护敏感的PLC逻辑免受24V传感器线路上的任何故障或瞬变影响。

11. 工作原理_FEL815基于光电转换的基本原理工作。施加到输入侧的电信号导致电流（I

）流过红外发光二极管（LED）。该LED发出与正向电流成正比的红外光。光线穿过封装内的透明隔离间隙，照射到输出侧光电达林顿晶体管的基区。_FE光电达林顿本质上是两个以达林顿配置连接的双极晶体管，其中第一个晶体管的基极-集电极结（充当光电二极管）中产生的光电流被第二个晶体管放大。这种结构提供了非常高的电流增益（h_C），这转化为观察到的高电流传输比（CTR）。因此，输出集电极电流（I

）由输入光强度控制，从而由输入电信号控制，而两侧之间没有任何电气连接。

12. 技术趋势

• 光耦技术持续发展。虽然像EL815这样的传统器件对于成本敏感、高隔离和高CTR应用仍然至关重要，但有几个趋势值得注意：集成化
• ）：较新的器件集成了额外的组件，如输出晶体管上的基极-发射极电阻，以提高温度稳定性和开关速度。高速数字隔离
• ）：基于射频耦合器、巨磁阻（GMR）或电容耦合的技术，由于其卓越的速度、稳定性和寿命，正在高速数据隔离（≥1 Mbps）领域挑战光耦。小型化
• ）：由于对更高PCB密度的需求，持续推动更小的SMD封装（例如，SO-4、SO-5）具有相同或更好的隔离等级。增强可靠性

）：专注于改善长期CTR衰减，特别是在高温和高电流应力条件下，以满足汽车和工业应用对更长寿命的需求。