EL2514-G 光电耦合器数据手册 - 4引脚DIP封装 - 隔离电压5000Vrms - 电流传输比50-200% - 中文技术文档

1. 产品概述

EL2514-G系列是一类高性能的4引脚双列直插式封装（DIP）光电晶体管型光电耦合器。这些器件旨在为两个电路之间提供可靠的电气隔离和信号传输。其核心组件是一个红外发光二极管，通过光耦合到一个硅光电晶体管探测器。EL2514-G的一个关键设计特点是其针对相对较高的开关速度进行了优化，即使在负载电阻为千欧姆级别时也能实现。这使得它适用于既需要隔离又需要中等带宽的应用。

该系列的特点是符合严格的环境和安全标准。它采用无卤素工艺制造，溴（Br）和氯（Cl）含量符合特定限值。此外，它获得了包括UL、cUL、VDE、SEMKO、NEMKO、DEMKO、FIMKO和CQC在内的主要国际安全机构的认证，确保了其适用于全球市场和受监管的应用。

2. 技术参数详解

2.1 绝对最大额定值

该器件设计为在指定限值内可靠工作。超过这些绝对最大额定值可能会导致永久性损坏。关键额定值包括：输入LED的连续正向电流（I_F）为50 mA，1µs脉冲的峰值正向电流（I_FP）为0.5 A，反向电压（V_R）为6 V。在输出侧，集电极电流（I_C）额定值为20 mA，集电极-发射极电压（V_CEO）为40 V。器件的总功耗（P_TOT）为200 mW。一个关键的安全参数是隔离电压（V_ISO）为5000 V_rms，在特定湿度条件（40-60% RH）下，输入和输出引脚分别短路，测试1分钟。工作温度范围宽广，从-55°C到+110°C。

2.2 光电特性

这些参数定义了器件在25°C正常操作条件下的性能。

2.2.1 输入特性（LED侧）

• 正向电压（V_F）：典型值为1.2 V，在I_F= 20 mA驱动时最大为1.4 V。这对于设计驱动电路的电源电压至关重要。
• 反向电流（I_R）：在V_R= 4V时最大为10 µA，表明具有良好的二极管特性。
• 输入电容（C_in）：范围从典型的30 pF到最大250 pF。该电容会影响高频驱动能力。

2.2.2 输出特性（光电晶体管侧）

• 集电极-发射极暗电流（I_CEO）：在LED关闭且V_CE= 10V时最大为100 nA。这种低漏电流对于实现良好的“关断”状态至关重要。
• 集电极-发射极击穿电压（BV_CEO）：最小为40 V，在I_C= 0.1 mA条件下测量。
• 发射极-集电极击穿电压（BV_ECO）：最小为0.45 V，相对较低，表明光电晶体管的不对称性。

2.2.3 传输特性

• 电流传输比（CTR）：这是一个核心性能指标，定义为（I_C/ I_F）* 100%。对于EL2514-G，在标准测试条件I_F= 5 mA和V_CE= 5V下，CTR范围为50%至200%。这个宽范围要求进行适当的电路设计以适应器件间的差异。
• 集电极-发射极饱和电压（V_CE(sat)）：在I_F= 5 mA和I_C= 0.4 mA时最大为0.35 V。低饱和电压有利于实现强的逻辑低电平输出。
• 隔离电阻（R_IO）：在500 V¹⁰下最小为5 x 10_DCΩ，确保出色的直流隔离。
• 浮空电容（C_IO）：典型值为0.6 pF，最大为1.0 pF。这种低电容有助于提高共模瞬态抗扰度。
• 开关时间：在V_on）和关断时间（t_off）的最大规格均为25 µs。这定义了器件用于数字信号传输的速度。_CC= 5V，I_F= 5 mA，R_L= 5 kΩ的测试条件下，开启时间（t

3. 性能曲线分析

数据手册引用了典型的光电特性曲线。虽然提供的文本中没有详细说明具体的图表，但此类曲线通常说明了关键参数之间的关系。设计人员应期望看到描述以下内容的曲线：

• CTR与正向电流（I_F）的关系：显示电流传输比如何随不同的LED驱动电流变化。
• CTR与环境温度（T_A）的关系：说明CTR的温度依赖性，通常随着温度升高而降低。
• 集电极电流（I_C）与集电极-发射极电压（V_CE）的关系：针对不同LED电流的曲线族，显示了光电晶体管的输出特性。
• 开关波形：提供了测试电路和相关波形（图7）来定义测量t_on和t_off的条件。这通常涉及一个脉冲发生器驱动LED，以及一个示波器监测负载电阻上的光电晶体管输出。

分析这些曲线对于在预期的工作温度和电流范围内优化电路性能至关重要。

4. 机械与封装信息

4.1 封装选项与尺寸

EL2514-G提供多种4引脚DIP封装变体，以适应不同的组装工艺：

• 标准DIP：经典的直插式封装。
• 选项M：具有“宽引脚弯曲”特性，提供0.4英寸（约10.16毫米）的引脚间距，这可能对特定的PCB布局或爬电距离要求有用。
• 选项S1：一种表面贴装（SMD）引脚形式，外形低矮。它提供两种卷带包装选项（TU，TD），每卷1500个器件。
• 选项S2：另一种表面贴装引脚形式，同样外形低矮，卷带包装选项每卷2000个器件。

为每种封装类型提供了详细的尺寸图，包括关键尺寸，如本体尺寸、引脚长度、引脚间距和离板高度。输入和输出侧之间的爬电距离规定大于7.62毫米，这有助于实现高隔离等级。

4.2 引脚配置与极性

该器件采用标准的4引脚DIP引脚排列：

1. 引脚1：阳极（输入LED）
2. 引脚2：阴极（输入LED）
3. 引脚3：发射极（输出光电晶体管）
4. 引脚4：集电极（输出光电晶体管）

正确的方向至关重要。器件标记包括代码“EL2514GYWWV”，其中EL代表制造商，2514是器件编号，G表示无卤素，Y是一位数年份代码，WW是两位数字的周代码，V表示可选的VDE认证。

4.3 推荐PCB焊盘布局

对于表面贴装选项（S1和S2），数据手册提供了建议的焊盘布局。这些是参考设计，旨在确保可靠的焊接和机械稳定性。文档明确指出，这些尺寸应根据具体的制造工艺和要求（如焊膏量和热缓解考虑）进行修改。

5. 焊接与组装指南

该器件的焊接温度（T_SOL）额定值为260°C，最长10秒。这与典型的无铅回流焊曲线一致。对于直插式封装的波峰焊，应遵循标准的行业实践，注意不要超过封装本体的最高温度。存储温度范围为-55°C至+125°C。如果用于SMD组装，建议将器件存放在防潮包装中，如果超过湿度暴露等级，则应遵循适当的烘烤程序。

6. 包装与订购信息

订购代码遵循以下模式：EL2514X(Y)-VG。

• X：引脚形式选项（S1、S2、M，或留空表示标准DIP）。
• Y：卷带包装选项（TU、TD，或留空表示管装）。
• V：表示VDE安全认证（可选）。
• G：表示无卤素结构。

包装数量不同：直插式选项每管100个器件，SMD卷带包装选项每卷1500或2000个器件。提供了详细的卷带规格，包括料袋尺寸（A0，B0）、带宽度（W）、间距（P0）和卷盘中心孔直径，用于自动贴片机编程。

7. 应用建议

7.1 典型应用场景

EL2514-G非常适合需要电气隔离、抗噪声或电平转换的应用。提到的具体应用包括：

• 可编程逻辑控制器（PLC）：用于将数字I/O模块与中央处理单元和现场设备隔离。
• 系统设备与测量仪器：在工业设备中隔离传感器信号或通信线路。
• 电子电能表：在计量电路中提供隔离，以确保安全和抑制噪声。
• 电信设备：数据线或电源反馈回路中的信号隔离。
• 电源：常用于开关电源（SMPS）的反馈回路，将次级侧的反馈信号与初级侧的控制器隔离，从而提高安全性和稳定性。

7.2 设计注意事项

• CTR变化：设计接收电路（例如，比较器阈值、上拉电阻值）时，应确保其在50-200%的整个CTR范围内都能可靠工作。
• 速度与负载：开关速度是在5 kΩ负载下指定的。使用较小的负载电阻通常会提高开关速度，但会减小输出摆幅并增加功耗。较大的电阻会减慢响应速度，特别是关断时间，这是由于光电晶体管的存储时间造成的。
• LED限流：务必使用串联电阻将正向电流（I_F）限制在推荐的工作范围（典型5-7 mA）内或低于绝对最大值。这确保了长期可靠性和稳定的CTR。
• 抗噪性：虽然光电耦合器提供了出色的共模抑制，但应通过保持输入和输出走线分离，并在器件引脚附近使用旁路电容来抑制高频噪声，以确保正确的PCB布局。

8. 技术对比与定位

EL2514-G通过结合关键属性在市场中脱颖而出。其高隔离电压（5000 Vrms）和长爬电距离使其成为具有严格安全要求的应用的有力候选者。无卤素结构满足了环境法规和客户对“绿色”电子产品的偏好。广泛的认证组合（UL、VDE等）降低了针对全球市场的终端产品的认证壁垒。虽然其开关速度（25 µs）适用于许多数字隔离和电源反馈应用，但它并不定位为用于数据通信的超高速耦合器；这些应用需要具有纳秒级开关时间的器件。因此，EL2514-G最好被视为一款坚固耐用、通用型的光电耦合器，针对可靠性、安全合规性和中等性能进行了优化。

9. 常见问题解答（基于技术参数）

问：CTR范围50-200%对我的电路设计意味着什么？

答：这意味着输出电流可以低至输入电流的一半，也可以高达其两倍。您的电路必须在两个极端情况下都能正常工作。对于数字接口，这会影响上拉电阻的选择以及后续门电路或微控制器的输入阈值。

问：我可以用电压源直接驱动LED吗？

答：不行。LED是电流驱动器件。您必须始终使用一个限流电阻与LED串联，以设定所需的I_F并防止过流损坏，即使您的电源电压与典型的V_F.

问：隔离电压是5000 Vrms。这是否意味着我可以在输入和输出之间持续施加5000V电压？

答：不是。这是在受控条件下测试一分钟的耐压值。应用中的连续工作电压应显著低于此值，具体由终端设备的相关安全标准定义。

问：选项S1和S2有什么区别？

答：主要区别在于封装尺寸和卷带尺寸。S2的本体宽度（B0尺寸）稍大，并使用更宽的卷带（S1为16mm，S2为24mm），每卷可容纳更多器件（S1为1500个，S2为2000个）。选择取决于您的PCB空间限制和组装线送料器的兼容性。

10. 实际设计案例

场景：将微控制器的数字信号隔离到高压部分。

一个微控制器（3.3V逻辑）需要向一个在不同且嘈杂的高压电位下工作的电路发送ON/OFF信号。可以使用EL2514-G进行隔离。



设计步骤：

1. 输入侧：通过一个限流电阻（R_limit）将微控制器GPIO引脚连接到光电耦合器的阳极。计算R_limit= (V_{CC_MCU}- V_F) / I_F。对于V_{CC_MCU}=3.3V，V_F~1.2V，目标I_F=5mA，则R_limit= (3.3-1.2)/0.005 = 420Ω。使用一个标准的470Ω电阻。将阴极连接到地。
2. 输出侧：将集电极连接到隔离高压电源（例如12V）上的一个上拉电阻（R_L）。发射极连接到隔离地。R_L的值影响速度和电流。使用数据手册测试条件中的5kΩ电阻可提供指定的开关时间。然后，来自集电极节点的信号可以驱动隔离侧的MOSFET栅极或另一个逻辑输入。
3. 布局：在PCB上物理分离输入和输出部分。根据封装能力保持大于7.62毫米的爬电距离。在耦合器两侧的电源和地之间靠近器件引脚处放置一个小型旁路电容（例如0.1µF）。

这种设置可以防止地环路、阻断噪声，并保护微控制器免受高压侧的电压瞬变影响。

11. 工作原理

光电耦合器是一种利用光在两个隔离电路之间传输电信号的器件。在EL2514-G中，施加到输入引脚（1和2）的电流使红外发光二极管（LED）发射光子。这些光子穿过透明的绝缘间隙（通常由模塑化合物制成）并撞击输出侧（引脚3和4）硅光电晶体管的基区。入射光在基区产生电子-空穴对，有效地充当基极电流。然后，这个光生基极电流被晶体管的增益放大，产生一个与输入LED电流（I_C）成比例的集电极电流（I_F）。比率I_C/I_F就是电流传输比（CTR）。关键点在于，输入和输出之间的唯一连接是光束，从而提供了电气隔离。

12. 技术趋势

光电耦合器市场持续发展。影响EL2514-G等器件的趋势包括：

• 集成度提高：将多个隔离通道组合在一起，或将栅极驱动器或误差放大器等附加功能集成到单个封装中。
• 开发使用更快探测器（如带有集成放大器的光电二极管）的耦合器，以支持Mbps数据速率的数字通信协议（USB、CAN、RS-485）。增强可靠性和寿命：
• 专注于提高CTR的长期稳定性，CTR会因LED老化（尤其是在高温和高电流下）而随时间退化。更严格的环境合规性：
• 除了RoHS和无卤素之外，供应链中对PFAS等物质和更广泛的可持续性指标的关注日益增长。替代隔离技术：
• 虽然光电耦合器在许多应用中仍占主导地位，但电容隔离（使用SiO屏障）和磁隔离（使用变压器）等技术在需要极高速度、低功耗或高集成密度的领域展开竞争。光电耦合器在简单性、高共模瞬态抗扰度（CMTI）和成熟的安全认证方面保持优势。₂EL2514-G专注于安全认证、环境合规性和稳健性能，满足了工业、电力和设备市场中这些趋势至关重要的持久需求。

EL2514-G专注于安全认证、环境合规性和稳健性能，满足了工业、电力和设备市场中这些趋势至关重要的持久需求。