EL827系列光耦合器数据手册 - 8引脚DIP封装 - 隔离电压5000Vrms - 电流传输比50-600% - 中文技术文档

1. 产品概述

EL827系列是基于光敏三极管的光耦合器（光耦）家族，采用行业标准的8引脚双列直插式封装（DIP）。这些器件旨在为工作在不同电位或阻抗的电路之间提供电气隔离和信号传输。其核心功能通过一个红外发射二极管（IRED）与一个硅光敏三极管探测器进行光耦合来实现。这种配置允许控制信号从输入端传递到输出端，同时保持高度的电气隔离，这对于许多电子系统中的安全性和抗噪性至关重要。

该系列的主要优势在于其高电流传输比（CTR）范围和坚固的隔离电压额定值的结合。紧凑的DIP封装提供多种引脚形式选项，包括标准型、宽引脚间距型和表面贴装型，为不同的PCB组装工艺提供了灵活性。该器件符合主要的国际安全和环境标准，适用于广泛的全球应用。

1.1 核心特性与目标应用

EL827系列设计具有多项关键特性，定义了其性能范围和应用适用性。电流传输比（CTR）范围从50%到600%（在IF=5mA，VCE=5V条件下），确保了高效且具有良好灵敏度的信号传输。输入和输出部分之间的隔离电压额定值为5000 Vrms，为抵抗高压瞬变提供了强大的屏障，并增强了系统安全性。

本产品符合RoHS和欧盟REACH法规。它已获得多家知名国际机构的安全认证，包括UL、cUL（档案号E214129）、VDE（档案号132249）、SEMKO、NEMKO、DEMKO、FIMKO和CQC。这些认证对于销往有严格安全要求的市场的产品至关重要。

EL827系列的典型应用包括：

• 可编程逻辑控制器（PLC）和工业自动化系统。
• 需要无噪声信号采集的系统设备和精密测量仪器。
• 用于信号隔离和接口保护的电信设备。
• 家用电器，如暖风机和其他控制系统。
• 不同电位和阻抗电路之间的通用信号传输，作为基础的隔离元件。

2. 技术规格与深度解读

本节详细分解了器件的电气和光学参数。理解这些规格对于正确的电路设计和确保长期可靠运行至关重要。

2.1 绝对最大额定值

绝对最大额定值定义了可能导致器件永久损坏的应力极限。不保证在此极限下或超过此极限的操作，在正常使用中应避免。这些额定值在环境温度（Ta）为25°C时指定。

• 输入（二极管）侧：连续正向电流（IF）不得超过60 mA。允许1微秒的1 A短暂峰值正向电流（IFP）。施加在二极管上的最大反向电压（VR）为6 V。输入侧的功耗（PD）限制为100 mW。
• 输出（三极管）侧：最大集电极电流（IC）为50 mA。集电极-发射极电压（VCEO）最高可达80 V，而发射极-集电极电压（VECO）限制为7 V。输出功耗（PC）为150 mW。
• 器件总参数与环境参数：器件总功耗（PTOT）为200 mW。输入和输出部分之间的隔离电压（VISO）为5000 Vrms（在40-60%相对湿度下测试1分钟）。工作温度范围（TOPR）为-55°C至+110°C，存储温度（TSTG）范围为-55°C至+125°C。组装过程中，焊接温度（TSOL）在10秒内不得超过260°C。

2.2 光电特性

这些参数定义了器件在正常工作条件下的性能，通常在Ta=25°C时测量。它们对于计算电路性能至关重要。

输入特性（红外发射二极管）：

• 正向电压（VF）：典型值为1.2V，当施加20 mA正向电流（IF）时最大为1.4V。此参数用于确定输入侧限流电阻的大小。
• 反向电流（IR）：当施加4V反向电压（VR）时，最大为10 µA，表示二极管在关断状态下的漏电流。
• 输入电容（Cin）：典型值为30 pF，最大为250 pF（在0V，1 kHz下测量）。这会影响高频开关性能。

输出特性（光敏三极管）：

• 集电极-发射极暗电流（ICEO）：当VCE=20V且IF=0mA时，最大为100 nA。这是无光照时光敏三极管的漏电流。
• 击穿电压：集电极-发射极击穿电压（BVCEO）最小为80V（IC=0.1mA）。发射极-集电极击穿电压（BVECO）最小为7V（IE=0.1mA）。

传输特性（耦合性能）：

• 电流传输比（CTR）：这是关键参数，定义为（IC / IF）* 100%。对于EL827系列，在IF=5mA和VCE=5V的标准测试条件下，其范围从最小50%到最大600%。这个宽范围可能表示不同的等级或生产分布。设计者必须考虑最小CTR，以确保输出三极管能够正常饱和。
• 集电极-发射极饱和电压（VCE(sat)）：典型值为0.1V，当IF=20mA且IC=1mA时最大为0.2V。对于输出开关应用，低VCE(sat)是理想的，可以最小化压降。
• 隔离电阻（RIO）：在隔离侧之间施加500V直流电压时，最小为5 x 10^10 Ω。这表明了优异的直流隔离性能。
• 浮空电容（CIO）：典型值为0.6 pF，最大为1.0 pF（VIO=0V，f=1MHz）。这个小电容有助于实现高共模瞬态抗扰度。
• 截止频率（fc）：典型值为80 kHz（VCE=5V，IC=2mA，RL=100Ω，-3dB点）。这定义了器件的小信号带宽。
• 开关时间：在指定的测试条件下（VCE=2V，IC=2mA，RL=100Ω），上升时间（tr）典型值为3 µs（最大18 µs），下降时间（tf）典型值为4 µs（最大18 µs）。这些时间决定了最大数字开关速度。

3. 性能曲线分析

数据手册引用了典型的光电特性曲线。虽然具体图表未在提供的文本中重现，但其目的是说明关键参数如何随工作条件变化。设计者应查阅完整的数据手册以获取这些图表。

典型曲线包括：

• CTR vs. 正向电流（IF）：显示电流传输比如何随输入二极管电流变化。CTR通常在特定IF处达到峰值，并可能因发热或其他效应在极高电流下下降。
• CTR vs. 环境温度（Ta）：说明耦合效率的温度依赖性。CTR通常随温度升高而降低。
• 输出电流（IC）vs. 集电极-发射极电压（VCE）：以IF为参数的曲线族，类似于标准三极管的输出特性。这显示了工作区域（饱和区、放大区）。
• 饱和电压（VCE(sat)）vs. 正向电流（IF）：显示输入驱动与输出三极管饱和之间的关系。

3.1 开关时间测试电路

数据手册中的图10详细说明了用于测量开关时间（ton， toff， tr， tf）的标准测试电路和波形定义。测试使用脉冲输入电流驱动IRED进行。输出通过连接在集电极和电源电压（VCC）之间的负载电阻（RL）进行监测。上升时间（tr）从输出脉冲最终值的10%测量到90%，下降时间（tf）从90%测量到10%。理解此测试设置有助于设计者在需要在其特定应用电路中表征器件性能时复现条件。

4. 机械与封装信息

EL827采用8引脚DIP封装，提供多种引脚形式选项，以适应不同的PCB设计和组装方法。

4.1 引脚配置与原理图

内部原理图显示红外发射二极管连接在引脚1/3（阳极）和2/4（阴极）之间。光敏三极管的发射极连接到引脚5/7，其集电极连接到引脚6/8。功能相同的引脚在内部连接，以提供机械强度并可能降低引脚电感。标准连接是使用每对中的一个引脚。

引脚分配：

• 引脚 1， 3： 阳极（A）
• 引脚 2， 4： 阴极（K）
• 引脚 5， 7： 发射极（E）
• 引脚 6， 8： 集电极（C）

4.2 封装尺寸与选项

为每种封装变体提供了详细的机械图纸：

• 标准DIP型：传统的通孔封装。
• M选项型：具有\"宽引脚弯曲\"，提供0.4英寸（约10.16mm）的引脚间距，可能适用于面包板或特定的布局要求。
• S选项型：用于回流焊的表面贴装引脚形式。
• S1选项型：一种\"薄型\"表面贴装引脚形式，与S选项相比，可能具有更低的离板高度。

数据手册还包括了表面贴装选项（S和S1）的推荐焊盘布局，这对于在回流焊过程中实现可靠的焊点和正确的机械对准至关重要。

4.3 器件标记

器件顶部标记有\"EL827\"表示系列，后跟一位年份代码（Y）、两位周代码（WW），如果该单元获得VDE认证，则带有可选的\"V\"后缀。此标记允许追溯生产日期和变体。

5. 焊接与组装指南

5.1 焊接条件

数据手册为组装过程提供了关键信息，特别是对于表面贴装变体。焊接期间允许的最高本体温度由参考IPC/JEDEC J-STD-020D的回流焊曲线定义。该曲线的关键参数包括：

• 预热温度：最低（Tsmin）150°C，最高（Tsmax）200°C。
• 预热时间：曲线显示了在此温度范围内的特定时间（ts），以逐渐加热元件和电路板，最大限度地减少热冲击。
• 峰值温度与时间：曲线不得超过最大焊接温度（TSOL）260°C，且高于260°C的时间应受到限制（通常如绝对最大额定值中所述，限制为10秒）。

遵守此曲线对于防止损坏塑料封装、内部引线键合或半导体芯片本身至关重要。对于通孔部件，波峰焊或手工焊接也应遵守260°C、10秒的限制。

6. 包装与订购信息

6.1 订购料号结构

料号遵循格式：EL827X(Z)-V

• X：引脚形式选项：无（标准DIP），M（宽引脚弯曲），S（表面贴装），S1（薄型表面贴装）。
• Z：卷带包装选项：无（管装），TA，或TB（不同的卷带进给方向）。
• V：可选的VDE安全认证标记。

6.2 包装数量

• 标准DIP和M选项：每管45个。
• S(TA)， S(TB)， S1(TA)， S1(TB)选项：每卷1000个。

6.3 卷带规格

为S和S1选项（TA和TB）提供了载带的详细尺寸。参数包括凹槽尺寸（A， B， Do， D1）、带间距（Po， P1）、带厚度（t）和总带宽度（W）。选项TA和TB在卷带进给方向上不同，必须在贴片机中正确配置。图表显示了器件在卷带凹槽内的方向。

7. 应用建议与设计考量

使用EL827光耦合器进行设计时，必须考虑几个因素以确保最佳性能和可靠性。

输入电路设计：必须在输入IRED上串联一个限流电阻。其阻值根据电源电压（Vcc_in）、所需正向电流（IF）和二极管的压降（VF）计算：R_in = （Vcc_in - VF） / IF。选择的IF会影响CTR、开关速度和器件寿命。建议在或低于推荐的连续工作电流20mA下运行。

输出电路设计：光敏三极管可用于开关（饱和）模式或线性（放大）模式。对于数字开关，上拉电阻（RL）连接在集电极和输出侧电源电压（Vcc_out）之间。RL的值影响开关速度（RL越低越快，但IC越高）和电流消耗。确保输出电流（IC）不超过50mA的最大值。对于线性应用，器件工作在其放大区，但必须仔细考虑CTR的非线性和温度依赖性。

隔离与布局：为了保持高隔离等级，根据相关安全标准（如IEC 60950-1， IEC 62368-1），在PCB上输入和输出侧的铜走线之间保持足够的爬电距离和电气间隙。在布局中将光耦合器放置在跨越隔离屏障的位置。

旁路与噪声：对于噪声敏感的应用或为了提高开关电路的稳定性，考虑在器件的输入和输出侧的电源引脚附近放置一个小型旁路电容（例如，0.1 µF）。

8. 技术对比与常见问题

8.1 与其他光耦合器的区别

EL827的主要区别在于其高5000Vrms隔离电压和宽CTR范围（50-600%）。与基本的4引脚光耦合器相比，8引脚DIP为每个端子提供了双引脚，这可以提高电路板的机械固定强度，并可能提供稍好的热性能。表面贴装（S， S1）和宽引脚（M）选项的可用性比许多单一封装产品提供了更大的灵活性。全面的国际安全认证（UL， VDE等）对于需要认证的商业和工业产品来说是一个显著优势。

8.2 常见问题解答（基于参数）

问：CTR范围50-600%对我的设计意味着什么？

答：这表示生产差异。您必须设计您的电路，使其能够可靠地与最小保证的CTR（本例中为50%）配合工作，以确保在所有条件下输出都能正常开关。如果您的设计需要特定的灵敏度，您可能需要根据实测CTR（分档）选择器件，或使用能够补偿这种变化的电路。

问：我可以将其用于模拟信号隔离吗？

答：虽然可能（在线性模式下使用），但由于CTR相对于IF的非线性及其强烈的温度依赖性，这并不理想。对于精密模拟隔离，推荐使用专用的线性光耦合器或隔离放大器。

问：如何在S和S1表面贴装选项之间选择？

答：S1 \"薄型\"选项专为PCB组装有严格高度限制的应用而设计。请查阅数据手册中的封装尺寸图，比较离板高度和整体尺寸。电气特性是相同的。

问：开关时间似乎较慢（高达18µs）。这适用于我的高速数字通信吗？

答：对于PLC或微控制器接口中的标准数字I/O隔离，这些速度通常足够。对于高速串行通信（例如，USB， RS-485隔离），应考虑速度更快的数字隔离器（基于电容或磁耦合）或专门为Mbps范围数据速率设计的高速光耦合器。

9. 工作原理与趋势

9.1 基本工作原理

光耦合器通过将电信号转换为光，将该光通过电绝缘间隙传输，然后再将光转换回电信号来工作。在EL827中，施加到输入红外发射二极管（IRED）的电流使其发射红外波长的光子（光）。该光穿过透明的绝缘模塑化合物，照射到输出侧的硅光敏三极管的基区。入射光在基区产生电子-空穴对，有效地充当基极电流，从而允许更大的集电极电流流动。该集电极电流与入射光强度成正比，而入射光强度又与输入二极管电流成正比，从而建立了电流传输比（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。

9.2 行业趋势

光耦合器市场持续发展。主要趋势包括推动更高的数据速率以适应更快的工业通信协议和数字电源控制。对更高集成度的需求也在增长，例如在单个封装中集成多个隔离通道，或集成IGBT/MOSFET栅极驱动器等附加功能。此外，对更高可靠性的需求，特别是在汽车和工业应用中，推动了高温性能和CTR长期稳定性的改进。虽然像EL827这样基于光敏三极管的传统耦合器因其简单性、成本效益和高电压能力仍然是基础隔离的主力，但电容式和磁式（巨磁阻）隔离器等新技术在需要极高速度、低功耗和强大抗噪能力的应用中正获得越来越多的份额。