EL847系列光電耦合器規格書 - 16腳DIP封裝 - 隔離電壓5000Vrms - CTR 50-600% - 粵語技術文件

1. 產品概述

EL847系列係一個採用標準16腳雙列直插式封裝（DIP）嘅四通道光電晶體管光電耦合器家族。每個通道都整合咗一個紅外發光二極管，透過光學方式耦合到一個光電晶體管探測器，喺輸入同輸出電路之間提供強勁嘅電氣隔離。呢款器件專為喺潛在電位差同抗噪能力至關重要嘅環境中，實現可靠信號傳輸而設計。

核心功能係利用光來傳輸電信號，從而實現電氣隔離。咁樣可以防止接地迴路、抑制噪音，並保護敏感電路免受高壓瞬變影響。該系列提供標準通孔DIP同表面貼裝（SMD）引腳形式選擇，為唔同嘅PCB組裝工藝提供靈活性。

2. 技術參數深入分析

2.1 絕對最大額定值

呢啲額定值定義咗可能導致器件永久損壞嘅極限。喺呢啲條件下操作唔保證性能。

• 輸入正向電流（I_F)）：60 mA（連續）。呢個係可以施加到輸入LED嘅最大直流電流。
• 峰值正向電流（I_FP)）：1 A，持續1 μs脈衝。允許用於驅動或測試嘅短暫高電流脈衝。
• 反向電壓（V_R)）：6 V。輸入LED可以承受嘅最大反向偏壓。
• 集電極-發射極電壓（V_CEO)）：80 V。輸出光電晶體管喺關閉狀態下可以阻擋嘅最大電壓。
• 集電極電流（I_C)）：50 mA。輸出晶體管可以吸收嘅最大連續電流。
• 隔離電壓（V_ISO)）：5000 V_rms，持續1分鐘。一個關鍵嘅安全參數，表示輸入同輸出側之間嘅介電強度。
• 工作溫度（T_OPR)）：-55°C 至 +110°C。指定咗可靠操作嘅環境溫度範圍。
• 焊接溫度（T_SOL)）：260°C，持續10秒。定義咗回流焊接曲線嘅耐受度。

2.2 電光特性

呢啲參數定義咗器件喺正常工作條件下嘅性能（除非註明，T_A= 25°C）。

2.2.1 輸入特性（LED側）

• 正向電壓（V_F)）：典型值1.2V，最大值1.4V（當I_F= 20 mA時）。用於計算所需嘅限流電阻。
• 反向電流（I_R)）：最大值10 μA（當V_R= 4V時）。表示LED反向偏置時嘅極低漏電流。
• 輸入電容（C_in)）：典型值30 pF，最大值250 pF。影響輸入側嘅高頻開關能力。

2.2.2 輸出特性（光電晶體管側）

• 集電極-發射極暗電流（I_CEO)）：最大值100 nA（當V_CE= 20V，I_F= 0mA時）。LED關閉時嘅漏電流；數值越低，抗噪能力越好。
• 集電極-發射極擊穿電壓（BV_CEO)）：最小值80V（當I_C= 0.1mA時）。確認高壓阻斷能力。
• 集電極-發射極飽和電壓（V_CE(sat))）：典型值0.1V，最大值0.2V（當I_F= 20mA，I_C= 1mA時）。晶體管完全導通（飽和）時嘅壓降。低數值有助於最小化功率損耗。

2.2.3 傳輸特性

• 電流傳輸比（CTR））：50% 至 600%（當I_F= 5mA，V_CE= 5V時）。呢個係最關鍵嘅參數，定義為（I_C/ I_F） * 100%。佢表示將輸入電流轉換為輸出電流嘅效率。寬範圍表示器件提供唔同增益等級。
• 隔離電阻（R_IO)）：最小值5 x 10¹⁰Ω（當V_IO= 500V DC時）。隔離側之間極高嘅電阻，確保最小漏電。
• 浮動電容（C_IO)）：典型值0.6 pF，最大值1.0 pF。隔離屏障上嘅寄生電容，影響共模瞬變抗擾度同高頻噪音耦合。
• 截止頻率（f_c)）：典型值80 kHz（當V_CE= 5V，I_C= 2mA，R_L= 100Ω時）。-3dB帶寬，表示有用嘅數字信號最高頻率。
• 上升時間（t_r）同下降時間（t_f)）：喺指定測試條件下，典型值分別為6 μs同8 μs（各自最大值18 μs）。呢啲開關速度參數對於確定數字應用中嘅最大數據速率至關重要。

3. 性能曲線分析

規格書包含典型特性曲線（雖然提供嘅文本中無詳細說明）。呢啲通常會說明關鍵參數之間嘅關係，為設計師提供超越表格化最小/典型/最大值嘅器件行為更深層次理解。

• CTR 對比 正向電流（I_F)）：顯示效率如何隨驅動電流變化，通常喺特定I_F.
• CTR 對比 溫度）：說明CTR嘅負溫度係數，通常隨溫度升高而降低。呢個對於喺全溫度範圍內設計穩定電路至關重要。
• 輸出電流（I_C）對比 集電極-發射極電壓（V_CE)）：顯示光電晶體管喺唔同輸入電流下嘅輸出特性曲線族，類似於雙極晶體管嘅輸出曲線。
• 飽和電壓（V_CE(sat)）對比 集電極電流（I_C)）：顯示導通狀態壓降如何隨負載電流增加。

4. 機械與封裝信息

4.1 封裝尺寸

器件提供兩種主要引腳形式選擇：

1. 標準DIP型：通孔封裝，16腳，腳距2.54mm（100密耳）。詳細尺寸圖標明主體長度、寬度、高度、引腳長度同間距。
2. S型選項（表面貼裝）：鷗翼形引腳形式，適用於SMD組裝。尺寸包括PCB焊盤圖案設計嘅佔位建議。

一個與安全相關嘅關鍵機械特性係封裝輸入同輸出側之間嘅爬電距離大於7.62 mm。呢個係絕緣封裝表面導電部件之間嘅最短距離，對於滿足高隔離電壓安全標準至關重要。

4.2 引腳排列與原理圖

引腳配置簡單直接，各通道一致：

• 引腳1, 3, 5, 7：分別係通道1-4嘅陽極。
• 引腳2, 4, 6, 8：分別係通道1-4嘅陰極。
• 引腳9, 11, 13, 15：分別係通道1-4嘅發射極。
• 引腳10, 12, 14, 16：分別係通道1-4嘅集電極。

呢種排列將所有輸入集中喺一側（引腳1-8），所有輸出集中喺另一側（引腳9-16），從物理上加強咗隔離屏障。

4.3 器件標記

器件頂部標記有"EL847"（器件編號），跟住係一位數字年份代碼（Y），兩位數字星期代碼（WW），以及一個可選嘅"V"後綴，表示該單元具有VDE認證。

5. 焊接與組裝指南

5.1 回流焊接曲線

規格書提供符合IPC/JEDEC J-STD-020D無鉛焊接標準嘅詳細回流曲線：

• 預熱：150°C 至 200°C，持續60-120秒。
• 液相線以上時間（T_L=217°C）：60-100秒。
• 峰值溫度（T_P)）：最高260°C。
• 峰值溫度±5°C內時間：最多30秒。
• 最大升溫速率：從T_smax到T_p.
• 最大降溫速率：6°C/秒。
• 總循環時間：從25°C到峰值溫度，最多8分鐘。
• 回流次數：器件最多可承受3次回流循環。

嚴格遵守呢個曲線對於防止因熱應力導致封裝破裂、分層或內部晶片同鍵合線損壞至關重要。

6. 包裝與訂購信息

EL847系列使用以下部件編號格式訂購：EL847X-V.

• X：引腳形式選項。"S"表示表面貼裝，空白（無）表示標準DIP。
• V：可選後綴，表示該特定單元包含VDE安全認證。

包裝：兩種型號均以每管20個單位供應。

7. 應用建議

7.1 典型應用電路

EL847用途廣泛，可以用於多種配置：

1. 數字信號隔離：將輸入LED串聯一個限流電阻，連接到微控制器GPIO引腳。輸出集電極可以通過一個電阻上拉到隔離側嘅邏輯電壓。發射極通常接地。咁樣可以提供開/關信號嘅抗噪傳輸，例如喺PLC I/O模塊中。
2. 模擬信號隔離（線性模式）：通過喺光電晶體管嘅線性區域（非飽和）操作，輸出電流可以大致與輸入LED電流成正比。呢個需要仔細偏置，並且受CTR變化同溫度漂移影響。通常用於低帶寬、低精度嘅模擬隔離。
3. 驅動小負載：輸出可以直接驅動小負載，如繼電器、LED或光電雙向可控矽驅動器，前提係唔超過集電極電流同電壓額定值。

7.2 設計考慮與最佳實踐

• CTR選擇與電路設計：寬廣嘅CTR範圍（50-600%）需要謹慎設計。對於數字開關，選擇一個CTR等級，確保喺你選擇嘅I_F同負載電阻（R_L）下，喺最小指定CTR時輸出晶體管能夠飽和。條件I_C= CTR_min* I_F必須大於V_CC/R_L以確保飽和。
• 速度與電流嘅權衡：較高嘅I_F通常會提高開關速度（減少t_r/t_f），但會因LED老化而隨時間降低CTR。設計應使用滿足速度同抗噪要求嘅最低I_F。
• 抗噪性與旁路：為提高共模瞬變抗擾度（CMTI），喺輸入同輸出側嘅電源同地之間使用旁路電容（例如，0.1 μF），盡可能靠近器件引腳放置。呢個有助於抵消內部耦合電容（C_IO）嘅影響。
• 散熱：遵守總功耗限制（P_TOT= 200 mW）。功率計算為輸入側（I_F* V_F）加上輸出側（I_C* V_CE）。

8. 技術比較與關鍵優勢

EL847通過以下幾個關鍵特點喺市場上脫穎而出：

• 高隔離電壓（5000 V_rms)）：超越咗許多工業控制同電源應用嘅要求，提供顯著嘅安全裕度。
• 寬工作溫度範圍（-55°C 至 +110°C））：適用於溫度極端常見嘅惡劣工業同汽車環境。
• 全面安全認證：UL、cUL、VDE、SEMKO、NEMKO、DEMKO、FIMKO同CQC認證，簡化咗將器件整合到需要全球多個市場認證嘅終端產品嘅過程。
• 四通道單一封裝：相比使用四個單通道光電耦合器進行多信號隔離任務，節省電路板空間同成本效益更高。
• 雙封裝選項：同時提供通孔（DIP）同表面貼裝（SMD）形式，為原型製作同大批量自動組裝提供靈活性。

9. 常見問題解答（基於技術參數）

Q1：點樣為輸入LED選擇正確嘅限流電阻？

A1：使用公式：R_limit= (V_supply- V_F) / I_F。使用規格書中嘅最大V_F（1.4V）進行最壞情況設計，以確保唔超過I_F。根據所需CTR同速度選擇I_F；5-20 mA係典型值。

Q2：我嘅電路未能完全開關。輸出電壓唔夠低。出咗咩問題？

A2：光電晶體管可能未進入飽和狀態。呢個通常係CTR問題。請確認你嘅設計使用最小CTR（50%）進行計算。增加I_F，或者增加集電極上嘅上拉電阻R_L嘅值，以減少飽和所需嘅I_C（I_C(sat)≈ V_CC/R_L）。

Q3：我可以用呢個來隔離模擬信號，例如傳感器輸出嗎？

A3：有可能，但具有挑戰性。光電晶體管嘅線性度差，CTR隨溫度同器件之間差異顯著變化。對於精確嘅模擬隔離，強烈推薦專用隔離放大器或線性光電耦合器（包含反饋以補償非線性）。

Q4：爬電距離大於7.62 mm有咩意義？

A4：爬電距離係絕緣封裝表面導電部件（例如，輸入引腳1同輸出引腳9）之間嘅最短路徑。較長嘅爬電距離可以防止表面爬電（因污染或濕度導致嘅表面電弧），並且係高隔離電壓（如5000 V_rms.

）安全認證嘅強制要求。

10. 實用設計案例研究

1. 場景：將微控制器嘅四個數字控制信號隔離到一個24V工業執行器驅動器。要求
2. ：信號頻率 < 1 kHz，高抗噪性，為安全同防止接地迴路進行隔離。:
   • 設計選擇器件
   • ：EL847（標準DIP）。輸入側_F：微控制器GPIO（3.3V，可提供20mA）。選擇I_{= 10 mA以獲得良好速度同壽命。R}limit
   • = (3.3V - 1.4V) / 0.01A = 190Ω。使用標準200Ω電阻。輸出側_L：執行器驅動器期望24V邏輯高電平，拉低至地表示導通。通過上拉電阻將集電極連接到24V電源。選擇R_{以確保喺最小CTR時飽和。所需I}C(sat)_L> 24V / R_。當CTRmin_F=50% 同 I_C=10mA時，I_L>= 5mA。因此，R_{必須 < 24V / 0.005A = 4.8 kΩ。選擇一個3.3 kΩ電阻，得到I}C(sat)
   • ≈ 7.3mA，呢個數值遠低於器件嘅50mA額定值，並提供良好裕度。旁路
3. ：喺引腳10（集電極1）同引腳9（發射極1）之間添加一個0.1 μF陶瓷電容，其他通道類似，以提高抗噪性。結果

：一個穩健、電氣隔離嘅接口，能夠喺電氣噪音大嘅工業環境中可靠傳輸控制信號。

11. 工作原理_F光電耦合器嘅操作基於電-光-電轉換。當正向電流（I_C）施加到輸入紅外發光二極管（IRED）時，佢會發射出波長通常約為940 nm嘅光子（光）。呢啲光穿過封裝內嘅透明絕緣間隙（通常由模塑料或空氣製成）。光照射到輸出矽光電晶體管嘅基極區域。被吸收嘅光子產生電子-空穴對，產生基極電流，從而打開晶體管，允許集電極電流（I_C）流動。關鍵點係輸入同輸出之間嘅唯一連接係光束，提供電氣隔離。比率I_F/I

就係電流傳輸比（CTR），佢取決於LED嘅發光效率、光電晶體管嘅靈敏度以及兩者之間嘅光耦合效率。

12. 行業趨勢與背景

• 像EL847咁樣嘅光電耦合器，喺高壓隔離不可或缺嘅電力電子、工業自動化同可再生能源系統中，仍然係基礎組件。呢個領域嘅趨勢包括：更高速度
• ：基於CMOS射頻或電容耦合技術嘅數字隔離器嘅發展，提供Mbps到Gbps範圍嘅數據速率，遠遠超過傳統光電晶體管耦合器約100 kHz嘅限制。更高集成度
• ：將隔離同其他功能（如柵極驅動器、ADC接口或USB/I2C/SPI隔離器）結合喺單一封裝中。更高可靠性與壽命
• ：專注於隨時間同溫度退化更低嘅LED技術，從而喺產品壽命期內實現更穩定嘅CTR。小型化

：朝向更小嘅表面貼裝封裝發展，如SOIC-8甚至更小，同時保持或提高隔離等級。儘管有呢啲趨勢，基於光電晶體管嘅光電耦合器由於其簡單性、穩健性、高隔離電壓能力、易用性以及對於需要中低速信號隔離嘅應用（如EL847規格書中列出嘅可編程控制器、家用電器同電信設備）嘅成本效益，仍然保持強勁嘅相關性。佢哋全面嘅安全認證使其成為需要監管批准嘅設計中值得信賴嘅選擇。