EL101XH-G 光敏晶体管光电耦合器数据手册 - 4引脚SOP封装 - 8mm爬电距离 - 5000Vrms隔离电压 - 无卤素 - 简体中文技术文档

1. 产品概述

EL101XH-G系列是一系列高性能光敏晶体管光电耦合器（光耦），专为要求严苛的电子应用中的可靠信号隔离而设计。这些器件旨在为输入和输出电路之间提供坚固的电气隔离屏障，防止地环路、电压尖峰和噪声在系统的不同部分之间传播。其核心功能通过一个红外发光二极管与一个硅光敏晶体管探测器进行光耦合来实现，所有元件均封装在紧凑的4引脚小外形封装（SOP）内。

该系列的一个关键区别性特征是8毫米的长爬电距离，这显著增强了需要高隔离电压应用的安全性和可靠性。此设计结合了5000 V_有效值的隔离电压额定值，使得该系列适用于工业控制系统、电源和电器，其中用户安全和设备保护至关重要。该器件还采用无卤素工艺制造，通过限制溴（Br）和氯（Cl）含量来符合环保法规。

EL101XH-G系列的目标市场广泛，涵盖工业自动化、电信、测量仪器和消费电器。典型应用包括可编程逻辑控制器（PLC）I/O模块中的隔离、电信设备中的信号传输、测量仪器中的接口隔离以及风扇加热器等家用电器中的安全隔离。

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应力极限。不保证在或超过这些极限的条件下工作。

• 输入正向电流（I_F)）：50 mA（连续）。这是可以通过输入红外LED的最大直流电流。
• 峰值正向电流（I_FP)）：1 A（持续1 µs脉冲）。此额定值对于承受开关事件期间的短暂电流浪涌至关重要。
• 输入反向电压（V_R)）：6 V。在反向偏置下超过此电压可能会损坏LED。
• 输出集电极-发射极电压（V_CEO)）：80 V。这是当基极（由光驱动）开路时，光敏晶体管的集电极相对于其发射极所能承受的最大电压。
• 总功耗（P_TOT)）：250 mW。这是整个器件可以耗散的最大总功率，限制了输入电流/电压与输出电流/电压的乘积。
• 隔离电压（V_ISO)）：5000 V_有效值，持续1分钟。此关键安全参数在引脚1和2短路、引脚3和4短路的情况下进行测试，在这两组之间施加高电压。
• 工作温度（T_OPR)）：-55°C 至 +125°C。此宽范围确保了在严苛的工业和汽车环境中的功能性。
• 焊接温度（T_SOL)）：260°C，持续10秒。这指导了回流焊接工艺。

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（除非注明，T_a= 25°C）。

2.2.1 输入特性（LED侧）

• 正向电压（V_F)）：典型值1.2V，在I_F= 10 mA时最大为1.4V。这用于计算所需的限流电阻。
• 反向电流（I_R)）：在V_R= 6V时最大为10 µA，表明二极管具有良好的泄漏特性。
• 输入电容（C_in)）：典型值50 pF。这会影响输入侧的高频开关性能。

2.2.2 输出特性（光敏晶体管侧）

• 集电极-发射极暗电流（I_CEO)）：在V_CE= 48V，I_F= 0mA时最大为200 nA。这是LED关闭时的泄漏电流，对于关断状态信号完整性很重要。
• 集电极-发射极击穿电压（BV_CEO)）：在I_C= 0.1mA时最小为80V，确认了高电压能力。
• 集电极-发射极饱和电压（V_CE(sat))）：在I_F= 10mA，I_C= 1mA时最大为0.3V。当输出用作“导通”状态的开关时，低饱和电压是可取的。

2.2.3 传输特性

这些参数定义了输入和输出之间的耦合效率和速度。

• 电流传输比（CTR）：这是核心性能指标，定义为在指定条件下（V_C=5V，I_F=5mA）的（I_CE/ I_F）* 100%。EL101XH-G系列提供多种CTR等级：
  • EL1010H：50% 至 600%（宽范围）
  • EL1011H：100% 至 200%
  • EL1017H：80% 至 160%
  • EL1018H：130% 至 260%
  • EL1019H：200% 至 400%
  更高的CTR等级允许使用更低的输入LED电流来获得相同的输出电流，从而提高电源效率。
• 隔离电阻（R_IO)）：在500V DC下最小为5 x 10¹⁰Ω。此极高的电阻值证实了内部绝缘材料的质量。
• 浮空电容（C_IO)）：最大1.0 pF。此低封装间电容是在嘈杂环境中实现高共模瞬态抗扰度（CMTI）的关键。
• 开关时间：测试条件为V_CE=5V，I_C=5mA，R_L=100Ω。
  • 开启时间（t_on）：典型值12 µs。
  • 关断时间（t_off）：典型值10 µs。
  • 上升时间（t_r）和下降时间（t_f）：最大各为18 µs。
  这些速度适用于中等频率（数十kHz）的数字信号隔离。

3. 分级系统说明

EL101XH-G系列采用基于CTR的分级系统，这是不同型号之间的主要区别。型号EL101XH-G中的“X”表示CTR等级（0、1、7、8、9）。每个等级对应特定的最小和典型CTR范围，详见第2.2.3节。这使得设计人员能够选择其应用所需精确增益的器件。选择更高的CTR等级（例如EL1019H）可以降低输入LED所需的驱动电流，从而降低功耗和发热。相反，对于有充足驱动电流的应用，较低的CTR等级可能就足够了。

4. 性能曲线分析

虽然PDF表明存在“典型光电特性曲线”，但文本内容中未提供具体图表。通常，此类数据手册包含显示以下关系的曲线：

• CTR 与 正向电流（I_F)）：此曲线显示电流传输比如何随LED驱动电流变化。CTR通常在非常高的I_F下由于发热和效率下降而降低。
• CTR 与 环境温度（T_a)）：这是热设计的关键曲线。光敏晶体管耦合器的CTR通常具有负温度系数，这意味着它随温度升高而降低。设计人员必须考虑在整个工作温度范围内的这种降额。
• 集电极电流 与 集电极-发射极电压（I_C-V_CE)）：这些输出特性曲线，针对不同的输入电流（I_F）绘制，显示了光敏晶体管的工作区域（饱和区、放大区）。
• 正向电压 与 正向电流（V_F-I_F)）：标准的LED I-V曲线，对输入侧的热管理很有用。

设计人员应查阅带有图形图表的官方数据手册，以准确模拟器件在非标准条件下的行为。

5. 机械与封装信息

5.1 引脚配置

4引脚SOP封装具有以下引脚排列：

1. 输入红外LED的阳极
2. 。输入红外LED的
3. 阴极。
4. 输出光敏晶体管的发射极

。

输出光敏晶体管的

集电极

。

这是光敏晶体管光电耦合器的标准配置。5.2 封装尺寸与焊盘布局该器件被描述为“具有2.2毫米高度的紧凑型4引脚SOP”。PDF包含“封装尺寸”图和“表面贴装推荐焊盘布局”。焊盘布局建议仅供参考，数据手册明确建议设计人员根据其特定的PCB制造工艺和热要求修改焊盘尺寸。正确的焊盘设计对于可靠的焊接和机械强度至关重要。

6. 焊接与组装指南

提供的关键参数是

焊接温度：260°C，持续10秒。这与典型的无铅回流焊接曲线（IPC/JEDEC J-STD-020）一致。设计人员和制造商必须确保其回流焊炉曲线不超过此温度持续时间，以防止损坏内部环氧树脂模塑料和引线键合。应遵循湿敏器件（MSL等级，提供文本中未指定，但应在完整数据手册中检查）的标准处理程序，包括如果包装暴露在超过其额定水平的环境湿度下，则进行烘烤。

• 7. 包装与订购信息7.1 型号命名规则
• X型号遵循以下格式：
• HEL101X H(Y)- VG
• EL101：基础型号。
• V：CTR等级（0、1、7、8、9）。
• G：表示高温工作能力。

(Y)

：卷带包装选项。可以是TA、TB或无（表示管装）。

：可选后缀，表示VDE安全认证。

• ：表示无卤素结构。示例：EL1018H-VG是CTR等级为8、具有VDE认证的无卤素版本。
• 7.2 包装规格该器件有两种主要包装形式：

管装

：每管100个。选项有标准版或带VDE认证版。卷带包装

• EL：每卷3000个。提供两种进料方向选项（TA和TB），数据手册中提供了详细的卷带尺寸（Ao、Bo、Po、P等），用于自动贴片机编程。
• 7.3 器件标识SOP封装顶部标有代码：
• HEL 101X H Y WW V
• Y：制造商代码。
• WW101X
• V：器件编号（X表示CTR等级）。

：高温工作标识。

：1位年份代码。

：2位周代码。

1. ：VDE认证版本的可选标记。8. 应用建议_CC8.1 典型应用电路
2. 光电耦合器可用于两种主要模式：数字开关/隔离

：输入LED由数字信号（例如来自微控制器GPIO）驱动。光敏晶体管输出充当开关，通过上拉电阻将线路拉至地或V

• 。开关时间规格决定了最大数据速率。线性信号隔离：通过在放大区（非饱和区）操作光敏晶体管，可用于传输模拟信号。然而，CTR的非线性及其随温度的变化使得在没有额外补偿电路的情况下具有挑战性。对于此类任务，更常见的是使用专用的线性光耦。8.2 设计注意事项_F输入电流限制_：始终_{需要一个外部电阻与输入LED串联以设定正向电流（I}）。计算R_Flimit_F= (V_Fdrive
• - V) / I
• 。确保I_L)不超过50 mA DC。_LCTR随温度降额_L：考虑高温下CTR的下降。设计电路使其在最高工作温度下，使用所选等级的最小CTR时仍能正常工作。
• 输出负载电阻（R）：集电极上拉电阻的值影响开关速度、功耗和抗噪性。较小的R

提供更快的开关速度但电流消耗更高。R

= 100Ω的测试条件用于表征；实际值通常在1kΩ到10kΩ之间。

• 抗噪性：低耦合电容（<1pF）提供了良好的共模抑制。对于非常嘈杂的环境，确保布局干净，接地良好，并考虑在输出侧电源轨之间添加一个小旁路电容（例如0.1µF）。
• 9. 技术对比与优势_{EL101XH-G系列通过几个关键特性在市场中脱颖而出：})长爬电距离（8mm）
• ：与标准SOP光耦相比，此加长的爬电距离对于需要加强绝缘或在污染环境中运行的应用来说是一个显著优势，因为它降低了表面爬电的风险。高隔离电压（5000V
• 有效值）：这是一个坚固的隔离额定值，适用于工业市电连接设备（例如240V/480V系统）。
• 符合无卤素标准：满足减少卤素含量的环境和法规要求，这在绿色电子产品中日益重要。

宽工作温度范围（-55°C 至 +125°C）

：超出典型的商业范围（0°C 至 70°C），使其适用于工业、汽车和军用级应用。

待定安全认证

：数据手册将UL、cUL、VDE、SEMKO、NEMKO、DEMKO、FIMKO和CQC的认证列为“待定”。这表明该器件旨在满足这些严格的国际安全标准。

10. 常见问题解答（基于技术参数）

Q1：长爬电距离的目的是什么？

A1：爬电距离是两个导电部件（输入和输出引脚）之间沿绝缘封装表面的最短路径。8毫米的距离增加了对高压电弧或沿封装表面爬电的保护，特别是在潮湿或受污染的环境中，从而增强了长期可靠性和安全性。

Q2：如何选择正确的CTR等级？

A2：根据您可用的驱动电流和所需的输出电流进行选择。如果您的微控制器只能提供5mA，请选择高CTR等级（例如EL1019H）以获得足够的输出电流。如果您有充足的驱动电流，较低的等级可能更具成本效益。始终按最坏情况（最高温度下的最小CTR）进行设计。_{Q3：这可以用于交流信号隔离吗？}Q4：隔离电压和集电极-发射极电压额定值有什么区别？A4：隔离电压（5000V有效值）是封装输入和输出侧之间

的介电耐压。集电极-发射极电压（80V）是正常工作期间

可以施加在输出晶体管本身两端的最大电压。它们是完全不同的参数。



11. 实际设计案例研究

1. 场景：在工业PLC模块中，隔离一个3.3V微控制器GPIO信号，以控制独立电源域上的24V继电器线圈。_F设计步骤：_F输入侧：_{MCU GPIO为3.3V。假设期望的I}为5mA，典型的V
2. 为1.2V，计算Rlimit_F= (3.3V - 1.2V) / 0.005A = 420Ω。使用标准430Ω电阻。
3. CTR选择：继电器线圈驱动晶体管的基极需要约5mA。在I_L=5mA时，所需的最小CTR = (5mA / 5mA)*100% = 100%。为确保在125°C（CTR较低）下工作，选择具有足够裕量的等级。EL1018H（最小CTR 130%）是一个不错的选择。
4. 输出侧：通过上拉电阻（R

）将光敏晶体管集电极连接到24V电源。发射极连接到继电器驱动晶体管（一个NPN BJT或N沟道MOSFET栅极）的基极。当MCU输出为高电平时，LED导通，光敏晶体管饱和，将基极拉至接近地电位，从而关闭驱动器。当MCU输出为低电平时，LED关闭，光敏晶体管关闭，一个单独的偏置电阻将驱动器基极拉高以激活继电器。继电器线圈两端需要一个续流二极管。

布局：

在PCB上保持输入和输出走线物理分离。将旁路电容放置在靠近器件引脚的位置。遵循推荐的焊盘布局以实现可靠焊接。

1. 此设计提供了坚固的隔离，保护敏感的微控制器免受感性继电器线圈产生的瞬态影响。12. 工作原理光电耦合器（或光耦）是一种使用光在两个隔离电路之间传输电信号的器件。在EL101XH-G系列中：施加到输入引脚（阳极和阴极）
2. 的电流使集成的
3. 红外发光二极管（LED）发射光子。这些光子在封装内的透明绝缘材料（通常是模塑环氧树脂）中传播。光子撞击.
4. 输出侧的 pins.
5. 硅光敏晶体管_C的基区。_F光能在基区产生电子-空穴对，有效地充当基极电流，导致晶体管在其

集电极和发射极

之间导通。

输出集电极电流（I

• ）的大小与输入LED电流（I）成正比，比例常数为电流传输比（CTR）。
• 关键在于，输入和输出之间的唯一连接是一束光，提供了由绝缘屏障的特性以及LED和光敏晶体管芯片之间的内部距离决定的优异电气隔离。13. 行业趋势
• 光电耦合器等隔离元件的市场正在几个关键趋势的推动下发展：更高速度和带宽：
• 对能够支持隔离网络中USB、CAN FD和以太网等通信协议的数字隔离器和高速光耦的需求不断增长，将数据速率推向了数十和数百Mbps。集成化：
• 趋势是将多个隔离通道集成到单个封装中，或将隔离与功率MOSFET/IGBT的栅极驱动器等其他功能相结合。增强的安全性和可靠性标准：

工业、汽车（ISO 26262）和医疗设备领域的法规持续收紧，要求组件具有更高的认证隔离等级、更长的爬电/电气间隙以及经过验证的可靠性数据。