EL354N-G系列光电耦合器数据手册 - 4引脚SOP封装 - 交流输入 - 隔离电压3750Vrms - 简体中文技术文档

1. 产品概述

EL354N-G系列是一类紧凑型、高性能的光电晶体管光电耦合器，专为交流输入应用而设计。这些器件旨在为输入极性未知或交变的环境提供可靠的电气隔离和信号传输。器件的核心由两个反向并联连接的红外发射二极管组成，它们与一个硅光电晶体管探测器进行光耦合。这种独特的配置使器件能够响应流过输入LED的任一方向电流，使其天生适用于直流极性不固定的交流信号监测和传感应用。

该系列光电耦合器采用节省空间的4引脚小外形封装（SOP），非常适合现代高密度印刷电路板（PCB）设计。该系列背后的一个关键设计理念是符合全球环境与安全标准。器件采用无卤素材料，严格遵守溴（Br<900 ppm）、氯（Cl<900 ppm）及其总和（Br+Cl<1500 ppm）的限制。此外，它们持续符合RoHS（有害物质限制）指令和欧盟REACH法规，确保满足电子元器件的当代环保要求。

1.1 核心优势与目标市场

EL354N-G系列的主要优势在于其集交流输入能力、高隔离度和紧凑外形于一体。输入与输出之间高达3750 V_rms的隔离电压提供了坚固的安全屏障，保护敏感的低压控制电路免受高压市电或嘈杂工业线路的影响。这使其在需要电气隔离的应用中不可或缺。

该元件的目标市场多样，涵盖工业自动化、电信和电源管理。关键应用领域包括电源和电器中的交流线路监测、为可编程逻辑控制器（PLC）提供输入隔离、电话线电路中的接口，以及作为未知极性直流信号的传感器。该器件获得了包括UL、cUL、VDE、SEMKO、NEMKO、DEMKO、FIMKO和CQC在内的主要国际安全机构的认证，这有助于其用于面向全球市场的终端产品，简化了设备制造商的认证流程。

2. 深入技术参数分析

透彻理解器件的极限和性能特性对于可靠的电路设计至关重要。这些参数定义了工作范围，并确保元件在其安全工作区（SOA）内使用。

2.1 绝对最大额定值

绝对最大额定值规定了可能导致器件永久损坏的应力极限。这些并非工作条件。

• 输入正向电流（I_F)）：±50 mA（直流）。此额定值适用于流过输入二极管的任一方向电流。
• 峰值正向电流（I_FP)）：1 A（持续1 µs脉冲）。这允许器件承受短暂的电流浪涌。
• 功耗：器件总功耗（P_TOT）不得超过200 mW。输入侧（P_D）额定值为70 mW，在环境温度（T_a）超过90°C时，降额系数为3.7 mW/°C。输出侧（P_C）额定值为150 mW，在T_a.
• 超过70°C时降额。电压额定值_CEO：集电极-发射极电压（V_ECO）为80 V，而发射极-集电极电压（V
• ）为6 V。这种不对称性源于光电晶体管的结构。_ISO)隔离电压（V_{）：3750 V}rms
• （在40-60%相对湿度下持续1分钟）。这是一个关键的安全参数。温度范围_OPR：工作温度（T_STG）范围为-55°C至+100°C。储存温度（T
• ）范围为-55°C至+125°C。焊接温度_SOL：器件可承受峰值焊接温度（T

）260°C持续10秒，这与无铅回流工艺兼容。

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（除非另有说明）。

• 2.2.1 输入特性_F)正向电压（V_F）：典型值1.2 V，在正向电流（I
• ）为±20 mA时最大为1.4 V。这种低电压降有利于低功耗电路。_{输入电容（C})in

）：在1 kHz下，范围为50 pF（典型值）至250 pF（最大值）。此参数影响高频响应和潜在的耦合噪声。

• 2.2.2 输出特性_CEO)暗电流（I_F）：当输入LED关闭（I_CE=0）且V
• =20V时，集电极到发射极的漏电流最大为100 nA。低暗电流对于关断状态下的良好信噪比至关重要。击穿电压_CEO：BV_ECO最小为80 V，BV

最小为7 V。这些定义了最大可持续反向电压。

2.2.3 传输特性

• 这些参数描述了输入和输出之间的耦合效率和速度。电流传输比（CTR）_C：这是输出集电极电流（I_F）与输入正向电流（I_F）的比率，以百分比表示。它是增益的关键参数。标准EL354N在I_CE= ±1mA，V
• = 5V条件下的CTR范围为20%至300%。EL354NA变体提供了更窄、更高档次的CTR分档，在相同条件下CTR范围为50%至150%。这种分档允许设计者为生产中更一致的增益选择器件。_{饱和电压（V})CE(sat)_F）：典型值0.1 V，当I_C=±20mA且I
• =1mA时最大为0.2 V。低饱和电压可在输出晶体管完全导通时最大限度地减少功率损耗。_IO)隔离电阻（R¹⁰）：最小5×10¹¹Ω，在500 V直流下典型值为10
• Ω。这种极高的电阻是隔离功能的基础。_c)截止频率（f
• ）：在指定测试条件下，典型值为80 kHz（-3dB点）。这定义了最大有用信号频率。_IO)浮空电容（C
• ）：在1 MHz下，典型值为0.6 pF，最大为1.0 pF。这是跨越隔离屏障的寄生电容，可能耦合高频噪声。开关速度_r：上升时间（t_f）和下降时间（t

）均规定最大为18 µs。这种相对适中的速度适用于工频监测（50/60 Hz）和许多工业控制信号，但不适用于高速数字通信。

3. 性能曲线分析

虽然数据手册引用了典型的光电特性曲线，但其具体图表（例如，CTR与温度关系、CTR与正向电流关系）对于详细设计至关重要。这些曲线通常显示CTR随着环境温度的升高而降低，并且可能与正向电流呈非线性关系。设计人员必须查阅这些图表，以针对其特定的工作环境适当降额性能，确保电路在预期温度范围内保持足够的增益。输出电流与正向电流之间的关系对于确定实现所需输出状态所需的驱动电流也至关重要，尤其是在CTR规格极限附近工作时。

4. 机械、封装和组装信息

4.1 封装尺寸与极性

器件采用4引脚SOP封装。引脚配置如下：引脚1为阳极/阴极，引脚2为阴极/阳极（用于反向并联的LED对），引脚3为光电晶体管的发射极，引脚4为集电极。此引脚排列对于正确的PCB布局至关重要。封装图纸提供了精确的机械尺寸，包括本体长度、宽度、高度、引脚间距和引脚尺寸，这些必须在精确的PCB焊盘设计中遵循。

4.2 推荐的PCB焊盘布局

提供了建议的表面贴装焊盘布局。需要强调的是，这是一个参考设计，应根据具体的制造工艺、PCB材料和热要求进行修改。焊盘设计的目标是确保在回流焊期间形成可靠的焊点，同时管理元件上的热应力。

4.3 焊接与回流指南

• 详细规定了回流焊接条件，参考IPC/JEDEC J-STD-020D。该温度曲线对于无铅组装至关重要：预热
• ：在60-120秒内从室温升至150°C至200°C。升温
• ：从200°C到峰值温度，最大升温速率为3°C/秒。液相线以上时间（217°C）
• ：60-100秒。峰值温度
• ：最高260°C。峰值温度±5°C内时间
• ：最长30秒。冷却速率
• ：最大6°C/秒。总循环时间
• ：从25°C到峰值温度，最长8分钟。回流次数

：器件最多可承受3次回流循环。

遵循此温度曲线可防止塑料封装和内部引线键合受到热损伤。

5. 订购、包装与标识

5.1 料号与分档系统

• X料号结构如下：EL354N(X)(Y)-VG。
• Y：(X) - CTR等级选项。'A'表示50-150%分档（EL354NA）。无字母表示标准20-300%分档（EL354N）。
• V：(Y) - 卷带选项。'TA'或'TB'指定卷带类型和方向。省略表示管装包装（100个）。
• G：-VG - 可选后缀，表示包含VDE认证。

：-G - 表示无卤素结构。

包装选项包括管装（100个）或卷带装（TA和TB选项均为每卷3000个）。'TA'和'TB'选项的区别在于载带上的元件方向，必须与贴片机的供料器要求匹配。

5.2 器件标识器件顶部表面印有代码：.

• ELEL 354N RYWWV
• ：EL - 制造商代码。：354N - 基础器件型号。
• R：R - CTR等级（例如，'A'或空白）。
• Y：Y - 1位年份代码。
• WW：WW - 2位周代码。
• V：V - 存在则表示VDE认证（可选）。

5.3 卷带规格

提供了压花载带的详细尺寸，包括凹槽尺寸（A、B、D0、D1）、带宽度（W）、间距（P0）和覆盖带密封尺寸。这些对于正确设置自动化组装设备是必需的。

6. 应用指南与设计考量

6.1 典型应用电路

主要应用是交流线路电压检测或过零检测。典型电路涉及将输入引脚（1和2）与一个限流电阻串联后跨接在交流线路上。必须计算电阻值，以将峰值正向电流（I_F）限制在50 mA以下的安全值，同时考虑交流峰值电压。输出晶体管可以连接成共发射极配置（发射极接地，集电极通过负载电阻上拉到逻辑电源），以提供随交流周期切换的数字信号。对于未知极性的直流检测，器件可以直接放置在检测线路中，因为它无论电流方向如何都会导通。

6.2 关键设计因素

• 限流：输入电路设计中最关键的方面。电阻必须在最坏情况（最大线路电压、最小电阻容差）下限制电流。
• CTR衰减：CTR可能随时间衰减，尤其是在高工作温度和高电流下。设计应包含余量（例如，使用数据手册中的最小CTR，然后为寿命应用进一步的降额系数）。
• 抗噪性：寄生电容（C_IO）可能耦合高频瞬变（如ESD或EMI）跨越隔离屏障。在嘈杂环境中，可能需要在输出侧增加滤波或在微控制器中使用更快的数字滤波器。
• 开关速度限制：18 µs的上升/下降时间将器件限制在较低频率的应用。它不适合隔离高速数字数据线。
• 散热：确保总功耗（输入LED损耗 + 输出晶体管损耗）不超过200 mW，并考虑随温度的降额。

7. 技术对比与差异化

EL354N-G的关键差异化在于其集成的反向并联LED输入，无需外部桥式整流器或复杂电路来处理交流或未知极性的直流信号。与标准直流输入光电耦合器相比，这简化了物料清单并节省了电路板空间。在交流输入光电耦合器细分市场中，其将3750Vrms隔离、无卤素材料和全面的国际安全认证（UL、VDE等）结合在紧凑的SOP封装中，为成本敏感但对安全要求严格的全球应用提供了强大的价值主张。更窄CTR分档（EL354NA）的可用性为需要更一致增益而无需手动分选或校准的设计提供了优势。

8. 常见问题解答（FAQ）

问：我可以用这个器件直接检测120VAC或230VAC市电吗？

答：可以，但必须使用外部串联限流电阻。根据市电峰值电压（例如，230VAC有效值的峰值约为325V）和所需的LED电流计算其阻值，确保峰值电流远低于50 mA的绝对最大额定值。

问：EL354N和EL354NA有什么区别？

答：区别在于电流传输比（CTR）分档。EL354N的范围较宽（20-300%），而EL354NA的范围更窄、最小阈值更高（50-150%）。对于要求器件间增益更一致的应用，请使用'NA'版本。

问：输出是光电晶体管。我能用它直接驱动继电器吗？

答：不建议这样做。光电晶体管的电流处理能力有限（与其功耗额定值相关）。它设计为信号级器件。要驱动继电器，请使用光电耦合器输出来驱动更大的功率晶体管或MOSFET栅极。

问：如何在我的设计中确保可靠的隔离？

答：根据相关安全标准（如IEC 60950-1、IEC 62368-1），在PCB上保持输入和输出电路之间适当的爬电距离和电气间隙。元件本身的3750Vrms额定值必须得到板上足够间距的支持。

9. 工作原理

该器件基于光电转换和隔离原理工作。当电流流过两个输入红外LED中的任何一个（取决于极性）时，它会发光。该光穿过透明的隔离屏障（通常是模塑塑料）并照射到输出侧的硅光电晶体管的基区。光子在基区产生电子-空穴对，有效地充当基极电流，从而打开晶体管，允许更大的集电极电流流动。关键在于输入和输出之间的唯一连接是光学的，从而提供电气隔离。反向并联的LED配置意味着流入引脚1（阳极）并从引脚2（阴极）流出的电流点亮一个LED，而相反方向的电流点亮另一个LED，确保在交流或双向直流下工作。

10. 行业趋势

光电耦合器和隔离技术的趋势是向更高集成度、更快速度和更低功耗发展。虽然像EL354N-G这样的传统光电晶体管耦合器在电源和工业控制中对于经济高效的中速隔离仍然至关重要，但新技术正在涌现。这些包括基于CMOS技术和射频耦合的数字隔离器，它们提供显著更高的数据速率、更低的功耗和更高的可靠性。然而，对于基本的交流线路检测和电压监测，其中简单性、高隔离电压和经过验证的鲁棒性至关重要，光电晶体管交流耦合器仍然是首选且可靠的解决方案。正如'-G'系列所示，向无卤素和增强环境合规性的转变是对全球监管趋势的直接响应。