ELQ3H4 光耦合器数据手册 - 16引脚SSOP封装 - 交流输入 - 电流传输比20-300% - 隔离耐压3750Vrms - 中文技术文档

1. 产品概述

ELQ3H4系列是一类专为需要可靠信号隔离的高密度应用而设计的光电耦合隔离器。其核心组件由一个砷化镓发光二极管与一个硅NPN光敏三极管通过光学方式耦合而成，全部封装在一个紧凑的16引脚超薄小外形封装内。该封装的一个关键特性是集成了遮光罩，能有效减少环境光对光敏三极管性能的影响，从而在嘈杂的电气环境中增强信号完整性。

该器件设计为可直接接受交流输入信号，在许多应用中无需外部整流电路。其主要价值主张在于将极小的外形尺寸与强大的隔离性能相结合，并符合主要的国际安全与环境标准。_有效值。

1.1 核心优势与目标市场

ELQ3H4光耦合器提供多项显著优势。其无卤素结构以及符合RoHS和无铅指令的要求，使其适用于注重环保的设计。该器件获得了包括UL、VDE、SEMKO、NEMKO、DEMKO、FIMKO和CQC在内的领先安全机构的认证，便于其用于面向具有严格法规要求的全球市场的产品。

其主要目标应用领域是工业自动化和测量，其中抗干扰能力和安全性至关重要。这些应用包括：

• 可编程逻辑控制器：用于将数字I/O信号、通信总线或模拟传感器输入与中央处理单元隔离。
• 测量仪器：在数据采集系统、万用表或示波器中提供隔离，以保护敏感电路免受高压测试点的影响。
• 混合集成电路与电源：在隔离式开关电源中作为反馈元件，或在用于栅极驱动或信号调理的定制混合模块中使用。

2. 深入技术参数分析

透彻理解电气和光学参数对于可靠的电路设计至关重要。以下部分对关键规格进行了详细分析。

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。不建议在这些条件下运行。ELQ3H4的关键极限包括：

• 输入侧：连续正向电流为±60mA，1μs脉冲电流为1A。每通道功耗为70mW，降额系数为0.7mW/°C。_FF_FPFP
• 输出侧：集电极电流为50mA。集电极-发射极电压为80V，而发射极-集电极电压较低，为7V，这表明了光敏三极管击穿特性的不对称性。每通道输出功耗为150mW，降额系数为1.4mW/°C。_CC_CEOCEO_ECOECO
• 隔离与环境：该器件可承受一分钟的_ISO3750 V_有效值隔离电压。工作温度范围为-55°C至+110°C。

2.2 电气与光学特性

这些参数定义了器件在正常工作条件下的性能。_AA

输入特性：砷化镓发光二极管的正向电压在I_FF_F= 20mA时典型值为1.2V，最大值为1.4V。输入电容最大可达250pF，这可能影响高频开关性能。_F) is up to 250pF, which can affect high-frequency switching performance.

输出特性：在发光二极管关闭、V_CEOCEO_CE=20V时，集电极-发射极暗电流最大为100nA，代表光敏三极管的漏电流。击穿电压确认了其不对称结构。_CEOCEO_ECOECO

传输特性：_A这是光耦合器性能的核心。电流传输比：

• 定义为在特定条件下（IC_CF_F/ I_F）* 100%。ELQ3H4在I_CEF
• = 1mA，VCEO
• = 5V时具有非常宽的CTR范围，为20%至300%。这种宽泛的范围意味着在精确应用中需要仔细的电路设计或分档。 V_CTR比率：该参数范围在0.5到2.0之间，表示多通道器件中通道间的匹配度或交流操作下CTR的一致性。比率为1.0表示完美匹配。_F饱和电压：_C在I
• C=20mA，I_IOF¹⁰=1mA时，典型值为0.1V，这表示在驱动至饱和时具有良好的开关特性。_IO隔离参数：
• 隔离电阻最小为5 x 1010_rΩ，隔离电容典型值为0.3pF。低电容对于抑制高频共模噪声至关重要。_f开关速度：_CE在V_CCC_L=2V，I

F

=2mA，R

• L_F=100Ω的测试条件下，上升时间和下降时间均指定为最大18μs。这表明该器件适用于中低频数字信号传输，而非高速数据传输。3. 性能曲线分析_F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，但它们通常说明了设计中至关重要的以下关系：
• CTR与正向电流的关系：显示传输效率如何随发光二极管驱动电流变化。CTR在非常高的I
• F_F下通常会因发光二极管效率下降而降低。CTR与温度的关系：
• 说明了耦合效率的温度依赖性，通常随温度升高而降低。_C正向电压与温度的关系：_CE显示了发光二极管正向电压的负温度系数。集电极电流与集电极-发射极电压的关系：
• 光敏三极管在不同输入电流下的输出特性，类似于双极型晶体管的曲线。_L开关时间与负载电阻的关系：展示了上升和下降时间如何受输出负载影响。较大的R_LL

通常会因RC时间常数增加而增加上升时间。

设计人员应查阅完整的图形数据，以针对其特定的速度、功耗和温度稳定性要求优化工作点。

4. 机械与封装信息

4.1 封装尺寸与布局

A ELQ3H4采用16引脚SSOP封装，外形高度仅为2.0mm，可实现高密度PCB安装。数据手册包含详细的尺寸图，指定了封装的长度、宽度、高度、引脚间距和引脚尺寸。遵守这些机械规格对于在PCB上正确安装以及适应自动化组装设备至关重要。提供了表面贴装组装的

推荐焊盘布局

。遵循此焊盘图案对于确保可靠的焊点形成、适当的机械强度以及避免回流焊接期间的立碑等问题至关重要。该图案考虑了焊料圆角的形成和热释放。4.2 器件标记与极性.

• 器件标记在封装顶部。标记格式如下：EL Q3H4 YWW V
• EL：制造商标识符。
• Q3H4：器件型号。
• Y：一位数年份代码。
• WW：两位数年周代码。

V：

表示VDE认证的可选标记。

正确的方向至关重要。封装上的引脚1指示器必须与PCB封装上的引脚1标记对齐。错误的插入将导致器件无法工作，并可能造成损坏。

5. 焊接与组装指南5.1 回流焊接条件该器件适用于表面贴装回流焊接。数据手册指定了符合IPC/JEDEC J-STD-020D标准的临界

• 最高本体温度曲线。关键参数包括：
• 预热：_L在60-120秒内从150°C升至200°C。液相线以上时间：
• 60-100秒。_P峰值温度：最高260°C。
• 峰值温度±5°C内时间：最长30秒。
• 最大回流次数：3次。

严格遵守此温度曲线可防止对塑料封装、内部引线键合和半导体芯片造成热损伤。超过峰值温度或高温时间可能导致分层、开裂或参数漂移。

5.2 操作与存储

必须遵守标准的ESD预防措施，因为内部的砷化镓发光二极管和硅光敏三极管易受静电损坏。使用接地工作台和腕带。器件应储存在其原始的防潮袋中，并置于受控环境中，以防止吸湿，吸湿可能在回流焊接期间导致“爆米花”效应。

6. 包装与订购信息

6.1 型号与选项

部件号结构如下：ELQ3H4(Z)-V.

• Z：“TA”表示卷带包装。如果省略，默认为管装。
• V：表示VDE认证标记。

包装数量：管装选项每管40个器件。卷带选项每卷1000个器件。

6.2 卷带规格

提供了载带的详细尺寸，包括口袋尺寸、间距和卷盘尺寸。此信息对于正确配置自动贴片机是必需的。载带宽度为16.0mm ± 0.3mm，并指定了进给方向。

7. 应用设计考量

7.1 输入电路设计

对于交流输入操作，发光二极管可以直接由交流信号驱动。必须使用限流电阻来设定所需的正向电流。其阻值必须根据交流信号的峰值电压、发光二极管的正向电压和所需的正向电流计算。由于发光二极管是二极管，除非在其前端使用桥式整流器进行全波操作，否则它只会在半周期内导通。宽CTR范围意味着如果使用固定的正向电流，输出电流在不同器件间会有显著差异。为了获得更一致的性能，可考虑使用更高的正向电流或实施反馈。_FF_FF_FF_FF_FF

3.2 输出电路设计

光敏三极管可用于开关或线性模式。对于数字开关，器件被驱动至饱和状态。连接到集电极的负载电阻决定了输出电压摆幅并影响开关速度。对于模拟或线性应用，光敏三极管工作在其有源区。然而，CTR与正向电流曲线的非线性及其强烈的温度依赖性使得在没有补偿的情况下进行精确的线性操作具有挑战性。_FF_CECE_CE(sat)L_LL_LF_F7.3 抗干扰性与布局

为了最大化高隔离能力，仔细的PCB布局至关重要。根据安全标准，在电路的输入和输出侧之间保持足够的爬电距离和电气间隙。使用接地层，但考虑在光耦合器下方分割接地层，以最小化跨越隔离屏障的电容耦合。在器件引脚两侧靠近放置旁路电容有助于抑制高频噪声。

rms_rmsIO_IO8. 技术对比与选型指导

ELQ3H4的关键差异化特性是其

交流输入能力、, 超小型SSOP封装以及全面的安全认证。在选择光耦合器时，请根据项目需求比较以下方面：

• 与直流输入光耦合器对比：ELQ3H4通过消除交流信号的外部整流器简化了电路，节省了板空间和成本。
• 与较大封装对比：SSOP封装提供了显著的空间节省，但可能具有略微不同的热特性，并且需要更精确的组装。
• 与高速光耦合器对比：具有更快逻辑门或数字隔离器的器件提供更高的数据速率，但可能具有不同的隔离等级、功耗要求或成本结构。
• 与达林顿输出光耦合器对比：达林顿配置提供更高的CTR，但开关速度较慢，饱和电压较高。
• CTR分档选择：如果电路性能对增益高度敏感，可咨询是否有分档到更窄CTR范围的器件可用。

9. 常见问题解答

Q1: 我可以用电压源直接驱动发光二极管吗？

A1: 不可以。发光二极管是电流驱动器件。必须始终使用串联限流电阻来控制正向电流并防止过流损坏。_FF

Q2: 为什么规格书中输出上升时间比下降时间慢？

A2: 这对光敏三极管来说是典型的。上升时间受限于通过光电流对光敏三极管结电容充电所需的时间。下降时间则由该电容通过外部负载电阻和器件内部复合过程的放电决定。

Q3: 温度如何影响性能？

A3: CTR通常随温度升高而降低。发光二极管的正向电压也会降低。在宽温度范围工作的设计中必须考虑这些影响，以确保可靠的开关阈值或线性度。_FF

Q4: 提到的“遮光效应”目的是什么？

A4: 不透明的塑料封装起到遮光罩的作用，阻挡环境光到达光敏三极管。这可以防止由外部光源引起的误触发或偏置电流。

10. 实际应用示例

场景：用于PLC输入模块的隔离式交流市电检测。

一个常见的用例是检测来自开关或传感器的120V交流信号的存在。ELQ3H4非常适合此应用。

1. 输入电路：120V交流信号通过一个高阻值、高压电阻网络降压以限制电流。可以在发光二极管两端并联一个反向保护二极管，以在负半周期钳位反向电压，尽管该器件额定用于交流操作。选择电阻值以将正向电流设定为标称的5-10mA，完全在额定值范围内。_FF
2. 输出电路：光敏三极管集电极通过一个上拉电阻连接到PLC的逻辑电源电压。发射极接地。当存在交流电时，光敏三极管在导通的半周期内导通，将集电极输出拉低。PLC的数字输入读取此脉动的低电平信号。然后，软件可以进行去抖动或检测过零点以确认交流电的存在。_LL
3. 优势：此设计提供了强大的电气隔离，保护敏感的PLC电路免受市电瞬变和故障的影响。紧凑的SSOP封装允许在单个模块上放置多个此类通道。

11. 工作原理

光耦合器基于光学耦合原理工作以实现电气隔离。电输入信号驱动发光二极管，使其发出与电流成比例的红外光。该光穿过封装内的短透明间隙，照射到硅光敏三极管的基区。入射的光子在基区产生电子-空穴对，有效地充当基极电流。然后，该光生电流被晶体管的增益放大，产生一个集电极电流，该电流是输入信号的电气复制品。关键在于信号传输是通过光进行的，输入和输出之间没有电气连接，从而创建了隔离屏障。

12. 技术趋势

信号隔离领域持续发展。虽然像ELQ3H4这样的传统基于光敏三极管的耦合器在成本效益、中速和高隔离应用中仍占主导地位，但有几个趋势值得注意：

• 集成度提高：单封装内的多通道光耦合器很常见，减少了板空间和每通道成本。
• 更高速的替代方案：对于数据通信，基于CMOS技术以及射频或电容耦合的数字隔离器提供显著更高的数据速率、更低的功耗和更好的时序一致性，尽管通常具有不同的隔离电压等级。
• 增强的可靠性与认证：持续推动更高的可靠性指标、更宽的工作温度范围以及获得新兴标准的认证，特别是在汽车和医疗应用中。
• 封装小型化：对更小、更薄封装的持续推动使得终端产品更加紧凑，正如ELQ3H4中使用的2.0mm高度的SSOP所展示的那样。