目录
1. 产品概述
TIL113、4NXX和H11BX系列是光达林顿光电耦合器（光隔离器）产品家族。每个器件由一个红外发光二极管（LED）与一个光达林顿晶体管探测器通过光耦合构成。这种配置提供了高电流传输比（CTR），使其非常适合将低电流控制信号与较高电流负载进行接口连接。器件采用紧凑的6引脚双列直插式封装（DIP），可选择标准通孔安装、宽引脚间距和表面贴装技术（SMD）。该系列的核心优势在于输入和输出电路之间的高电气隔离（5000 Vrms），这对于具有不同地电位的系统中的安全性和抗噪性至关重要。
2. 主要特性与认证
该系列为严苛应用提供了多项确保稳健可靠运行的重要特性。5000 Vrms的高隔离电压和超过7.62 mm的爬电距离确保了在高压环境下的安全运行。这些器件的额定工作温度范围高达+110°C。此外，该产品系列符合主要的国际安全和环境标准，包括UL、cUL、VDE、SEMKO、NEMKO、DEMKO、FIMKO和CQC认证。器件也符合欧盟REACH法规，并提供符合RoHS标准的版本。
3. 应用领域
这些光电耦合器专为需要电气隔离和信号耦合的广泛应用而设计。典型用途包括：
- 低功耗逻辑电路接口和电平转换。
- 用于信号隔离的电信设备。
- 便携式和电池供电电子产品。
- 在不同电位和阻抗下运行的接口和耦合系统，例如工业控制系统、电源和测量设备。
4. 引脚配置与原理图
器件采用标准的6引脚DIP配置。引脚定义如下：
- 引脚1：输入LED的阳极。
- 引脚2：输入LED的阴极。
- 引脚3：无连接（NC）。
- 引脚4：输出光达林顿晶体管的发射极。
- 引脚5：输出光达林顿晶体管的集电极。
- 引脚6：输出光达林顿晶体管的基极（通常悬空或连接用于加速网络）。
内部原理图显示红外LED连接在引脚1和2之间，光达林顿晶体管连接在引脚4（发射极）、5（集电极）和6（基极）之间。
5. 绝对最大额定值
超出这些限值的应力可能导致器件永久性损坏。除非另有说明，所有额定值均在环境温度（Ta）为25°C下指定。
- 输入（LED）：正向电流（IF）：60 mA；峰值正向电流（IFP，1µs脉冲）：1 A；反向电压（VR）：6 V；功耗（PD）：120 mW（在Ta= 100°C以上需按3.8 mW/°C降额）。
- 输出（晶体管）：功耗（PC）：150 mW（在Ta= 80°C以上需按6.5 mW/°C降额）；集电极-发射极电压（VCEO）：55 V；集电极-基极电压（VCBO）：55 V；发射极-集电极电压（VECO）：7 V；发射极-基极电压（VEBO）：7 V。
- 器件总计：总功耗（PTOT）：200 mW；隔离电压（VISO）：5000 Vrms（交流1分钟，40-60%相对湿度）。
- 温度：工作温度（TOPR）：-55°C 至 +100°C；存储温度（TSTG）：-55°C 至 +125°C；焊接温度（TSOL）：260°C（持续10秒）。
6. 电光特性
这些参数定义了正常工作条件下的电气和光学性能，通常在Ta=25°C下。
6.1 输入特性（LED）
- 正向电压（VF）：典型值1.2V，在IF= 10mA（H11B3为50mA）时最大1.5V。
- 反向电流（IR）：在VR= 6V时最大10 µA。
- 输入电容（Cin）：在V=0，f=1MHz时典型值50 pF。
6.2 输出特性（光达林顿管）
- 集电极-发射极暗电流（ICEO）：在VCE= 10V时最大100 nA。
- 集电极-发射极击穿电压（BVCEO）：在IC=1mA时最小55 V。
- 集电极-基极击穿电压（BVCBO）：在IC=0.1mA时最小55 V。
- 发射极-集电极击穿电压（BVECO）：在IE=0.1mA时最小7 V。
6.3 传输特性
这些参数定义了耦合效率和开关性能。
- 电流传输比（CTR）：这是输出集电极电流与输入LED正向电流之比，以百分比表示。它因型号而异：
- 4N32、4N33、H11B1：CTR ≥ 500%（在IF=10mA，VCE=10V 或 IF=1mA，VCE=5V条件下）。
- 4N29、4N30：CTR ≥ 100%。
- 4N31、H11B3、H11B255：CTR ≥ 100%。
- H11B2：CTR ≥ 200%。
- TIL113：CTR ≥ 300%（在IF=10mA，VCE=1V条件下）。
- 集电极-发射极饱和电压（VCE(sat)）：根据系列不同，在指定的IF和IC conditions.
- 条件下，最大1.0V至1.2V。IO隔离电阻（R）：11在VIO=500V DC时最小10
- Ω。IO输入-输出电容（C）：IO在V
- =0，f=1MHz时典型值0.8 pF。开关时间：开启时间（ton）和关断时间（toffCC）针对不同系列在特定测试条件（VF=10V，指定IL和负载电阻R=100Ω）下给出。例如，H11Bx系列ton典型值为25µs，toff
典型值为18µs。4Nxx和TIL113系列开启更快（最大5µs），但关断可能较慢（某些型号可达100µs）。
7. 性能曲线与开关特性r数据手册包含典型的性能曲线（尽管提供的文本中未详述）。这些曲线通常说明了CTR与温度、正向电流或集电极电流之间的关系。对于设计人员理解非标准条件下的性能偏差至关重要。定义了一个开关时间测试电路，显示了驱动LED的输入脉冲和集电极处的输出脉冲。关键的时序参数，如上升时间（tf）、下降时间（t）、开启延迟（ton）和关断延迟（toff
）是在各自脉冲的10%和90%点之间测量的。
8. 机械与封装信息
- 器件提供多种封装变体以适应不同的组装工艺。标准DIP型：
- 经典的通孔封装。M型选项：
- 具有宽引脚弯曲，提供0.4英寸（约10.16mm）的引脚间距，适用于需要更大爬电距离或更易于手动插入的应用。S型选项：
- 用于回流焊的表面贴装引脚形式。S1型选项：
一种薄型表面贴装引脚形式变体。
为每种封装类型提供了详细的尺寸图，包括本体长度、宽度、高度、引脚间距和引脚尺寸。还包括表面贴装选项的推荐焊盘布局，以确保PCB组装过程中形成可靠的焊点。
9. 焊接与组装指南
绝对最大额定值规定了260°C持续10秒的焊接温度。这是回流焊或波峰焊工艺的关键参数。设计人员必须确保组装过程中的热分布不超过此限制，以防止损坏内部半导体芯片或塑料封装。对于表面贴装变体，遵循推荐的焊盘布局对于防止立碑或不良焊点至关重要。应按照存储温度额定值（-55°C至+125°C）保持适当的存储条件，以在使用前保持器件的完整性。
10. 包装与订购信息
部件编号系统旨在指示系列、具体部件号、引脚形式选项、卷带选项和可选的安全认证。部件编号格式：
- [系列][部件号][引脚形式][卷带]-[安全认证]
- 系列：4NXX、H11BX 或 TIL113。
- 部件号：对于4NXX：29、30、31、32、33。对于H11BX：1、2、3、255。
- 引脚形式（Y）：S（SMD）、S1（薄型SMD）、M（宽引脚）或无（标准DIP）。
- 卷带（Z）：TA、TB（适用于SMD选项）或无。
安全认证（V）：可选的VDE认证。
- 包装数量：
- 标准DIP和M选项：每管65个。
带TA/TB的S和S1选项：每卷1000个。
11. 应用设计注意事项CEO在设计使用这些光达林顿光电耦合器时，必须考虑几个因素。高CTR允许输出晶体管在相对较低的LED电流下进入饱和状态，这有利于与微控制器接口。然而，与光晶体管或光IC耦合器相比，光达林顿结构固有的开关速度较慢，使其更适合低频应用（通常最高可达数十kHz范围，具体取决于负载条件）。基极引脚（引脚6）可用于连接外部电阻，将部分光生基极电流分流到地，这可以显著改善关断时间，但会降低CTR。设计人员必须确保负载电路不超过输出晶体管的电压额定值（VCBO、VF）。输入LED必须始终串联一个限流电阻。其阻值根据电源电压、所需IF.
和LED的V
计算得出。
12. 技术对比与选型指南
该系列内的主要区别在于电流传输比（CTR）。像4N32/33和H11B1这样的部件提供非常高的灵敏度（CTR ≥ 500%），使其非常适合驱动信号非常微弱的应用。4N29/30和H11B2提供中等灵敏度。4N31、H11B3和H11B255提供标准的100% CTR。TIL113在300%时提供了良好的平衡。DIP和SMD封装之间的选择取决于制造工艺。宽引脚（M）选项对于需要在PCB上增加爬电距离的高压应用有益。与更简单的光晶体管耦合器相比，光达林顿提供更高的增益但速度较慢。对于非常高速的数字隔离，其他技术如数字隔离器或具有逻辑门输出的更快光电耦合器会更合适。
13. 常见问题解答（FAQ）
问：光达林顿相对于标准光晶体管的主要优势是什么？
答：主要优势是电流传输比（CTR）高得多，通常是10到100倍。这意味着非常小的输入LED电流可以控制大得多的输出电流，从而简化驱动电路。
问：为什么光达林顿的开关时间较慢？
答：达林顿对配置有一个额外的晶体管级，这增加了电荷存储并降低了开关速度，特别是在关断期间。
问：如何改善光达林顿的关断时间？答：在基极引脚（6）和发射极引脚（4）之间连接一个外部电阻（通常在10kΩ至100kΩ范围内）将提供一个泄放存储电荷的路径，从而显著减少关断时间。问：5000 V
rms
的隔离额定值对我的设计意味着什么？
答：该额定值证明器件可以承受输入和输出侧之间5000伏交流电位差一分钟而不击穿。它定义了系统的安全屏障，保护用户和低压电路免受高压故障的影响。
问：我可以将这些用于交流输入信号吗？
答：输入是LED，它是一个二极管。它只会在交流信号的正半周期导通。对于真正的交流输入检测，需要桥式整流器或专用的交流输入光电耦合器。14. 设计与使用示例F示例1：微控制器继电器驱动器：
一个常见用途是将3.3V或5V微控制器与12V或24V继电器线圈隔离。微控制器GPIO引脚通过一个限流电阻（例如，对于5V电源和约10mA的I，使用220Ω）驱动LED侧。光达林顿的集电极连接到继电器线圈，发射极接地。必须在继电器线圈两端放置一个续流二极管。高CTR确保即使微控制器引脚只能提供适中的电流，继电器也能完全吸合。
示例2：市电电压过零检测：虽然不用于直接市电连接，但这些耦合器可用于开关电源的隔离反馈路径，或用于需要将较高电压的隔离信号传送到低压逻辑电路的过零检测电路中。高隔离电压在此至关重要。
示例3：工业数字输入模块：
在PLC输入模块中，这些光电耦合器可以将现场传感器信号（例如24V DC接近开关）与内部逻辑电路隔离，提供抗噪能力，并保护中央控制器免受现场侧的电压瞬变影响。F15. 工作原理C基本原理是电-光-电转换。当正向电流（I
）施加到输入红外LED时，它会发射光子（光）。这种光穿过封装内的透明绝缘间隙，照射到输出硅光达林顿晶体管的基区。吸收的光子产生电子-空穴对，形成光电流，该光电流作为达林顿对中第一个晶体管的基极电流。这个小光电流被两个晶体管的高增益放大，产生大得多的集电极电流（I
），可以开关外部负载。关键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。
LED规格术语详解
LED技术术语完整解释
一、光电性能核心指标
| 术语 | 单位/表示 | 通俗解释 | 为什么重要 |
|---|---|---|---|
| 光效（Luminous Efficacy） | lm/W（流明/瓦） | 每瓦电能发出的光通量，越高越节能。 | 直接决定灯具的能效等级与电费成本。 |
| 光通量（Luminous Flux） | lm（流明） | 光源发出的总光量，俗称"亮度"。 | 决定灯具够不够亮。 |
| 发光角度（Viewing Angle） | °（度），如120° | 光强降至一半时的角度，决定光束宽窄。 | 影响光照范围与均匀度。 |
| 色温（CCT） | K（开尔文），如2700K/6500K | 光的颜色冷暖，低值偏黄/暖，高值偏白/冷。 | 决定照明氛围与适用场景。 |
| 显色指数（CRI / Ra） | 无单位，0–100 | 光源还原物体真实颜色的能力，Ra≥80为佳。 | 影响色彩真实性，用于商场、美术馆等高要求场所。 |
| 色容差（SDCM） | 麦克亚当椭圆步数，如"5-step" | 颜色一致性的量化指标，步数越小颜色越一致。 | 保证同一批灯具颜色无差异。 |
| 主波长（Dominant Wavelength） | nm（纳米），如620nm（红） | 彩色LED颜色对应的波长值。 | 决定红、黄、绿等单色LED的色相。 |
| 光谱分布（Spectral Distribution） | 波长 vs. 强度曲线 | 显示LED发出的光在各波长的强度分布。 | 影响显色性与颜色品质。 |
二、电气参数
| 术语 | 符号 | 通俗解释 | 设计注意事项 |
|---|---|---|---|
| 正向电压（Forward Voltage） | Vf | LED点亮所需的最小电压，类似"启动门槛"。 | 驱动电源电压需≥Vf，多个LED串联时电压累加。 |
| 正向电流（Forward Current） | If | 使LED正常发光的电流值。 | 常采用恒流驱动，电流决定亮度与寿命。 |
| 最大脉冲电流（Pulse Current） | Ifp | 短时间内可承受的峰值电流，用于调光或闪光。 | 脉冲宽度与占空比需严格控制，否则过热损坏。 |
| 反向电压（Reverse Voltage） | Vr | LED能承受的最大反向电压，超过则可能击穿。 | 电路中需防止反接或电压冲击。 |
| 热阻（Thermal Resistance） | Rth（°C/W） | 热量从芯片传到焊点的阻力，值越低散热越好。 | 高热阻需更强散热设计，否则结温升高。 |
| 静电放电耐受（ESD Immunity） | V（HBM），如1000V | 抗静电打击能力，值越高越不易被静电损坏。 | 生产中需做好防静电措施，尤其高灵敏度LED。 |
三、热管理与可靠性
| 术语 | 关键指标 | 通俗解释 | 影响 |
|---|---|---|---|
| 结温（Junction Temperature） | Tj（°C） | LED芯片内部的实际工作温度。 | 每降低10°C，寿命可能延长一倍；过高导致光衰、色漂移。 |
| 光衰（Lumen Depreciation） | L70 / L80（小时） | 亮度降至初始值70%或80%所需时间。 | 直接定义LED的"使用寿命"。 |
| 流明维持率（Lumen Maintenance） | %（如70%） | 使用一段时间后剩余亮度的百分比。 | 表征长期使用后的亮度保持能力。 |
| 色漂移（Color Shift） | Δu′v′ 或 麦克亚当椭圆 | 使用过程中颜色的变化程度。 | 影响照明场景的颜色一致性。 |
| 热老化（Thermal Aging） | 材料性能下降 | 因长期高温导致的封装材料劣化。 | 可能导致亮度下降、颜色变化或开路失效。 |
四、封装与材料
| 术语 | 常见类型 | 通俗解释 | 特点与应用 |
|---|---|---|---|
| 封装类型 | EMC、PPA、陶瓷 | 保护芯片并提供光学、热学接口的外壳材料。 | EMC耐热好、成本低；陶瓷散热优、寿命长。 |
| 芯片结构 | 正装、倒装（Flip Chip） | 芯片电极布置方式。 | 倒装散热更好、光效更高，适用于高功率。 |
| 荧光粉涂层 | YAG、硅酸盐、氮化物 | 覆盖在蓝光芯片上，部分转化为黄/红光，混合成白光。 | 不同荧光粉影响光效、色温与显色性。 |
| 透镜/光学设计 | 平面、微透镜、全反射 | 封装表面的光学结构，控制光线分布。 | 决定发光角度与配光曲线。 |
五、质量控制与分档
| 术语 | 分档内容 | 通俗解释 | 目的 |
|---|---|---|---|
| 光通量分档 | 代码如 2G、2H | 按亮度高低分组，每组有最小/最大流明值。 | 确保同一批产品亮度一致。 |
| 电压分档 | 代码如 6W、6X | 按正向电压范围分组。 | 便于驱动电源匹配，提高系统效率。 |
| 色区分档 | 5-step MacAdam椭圆 | 按颜色坐标分组，确保颜色落在极小范围内。 | 保证颜色一致性，避免同一灯具内颜色不均。 |
| 色温分档 | 2700K、3000K等 | 按色温分组，每组有对应的坐标范围。 | 满足不同场景的色温需求。 |
六、测试与认证
| 术语 | 标准/测试 | 通俗解释 | 意义 |
|---|---|---|---|
| LM-80 | 流明维持测试 | 在恒温条件下长期点亮，记录亮度衰减数据。 | 用于推算LED寿命（结合TM-21）。 |
| TM-21 | 寿命推演标准 | 基于LM-80数据推算实际使用条件下的寿命。 | 提供科学的寿命预测。 |
| IESNA标准 | 照明工程学会标准 | 涵盖光学、电气、热学测试方法。 | 行业公认的测试依据。 |
| RoHS / REACH | 环保认证 | 确保产品不含有害物质（如铅、汞）。 | 进入国际市场的准入条件。 |
| ENERGY STAR / DLC | 能效认证 | 针对照明产品的能效与性能认证。 | 常用于政府采购、补贴项目，提升市场竞争力。 |