EL815系列光達靈頓光耦合器規格書 - 4腳DIP封裝 - 隔離電壓5000Vrms - 電流傳輸比600-7500% - 工作溫度-55至+110°C - 粵語技術文件

1. 產品概覽

EL815系列係一個高性能光達靈頓光耦合器（光耦）家族，採用緊湊嘅4腳雙列直插式封裝（DIP）。呢個器件嘅核心功能係為兩個具有唔同電位或阻抗嘅電路之間提供電氣隔離同信號傳輸。佢通過喺輸入側使用一個紅外發光二極管（LED），並將佢光學耦合到輸出側嘅一個光達靈頓晶體管嚟實現呢個功能。呢個設計確保咗完全嘅電氣隔離，防止接地迴路，並保護敏感電路免受來自另一電路嘅電壓尖峰或噪音影響。

光達靈頓配置提供咗非常高嘅電流傳輸比（CTR），令佢非常靈敏，適合需要用小輸入電流控制大輸出電流嘅應用。呢個系列嘅一個主要優勢係佢符合多種國際安全同環保標準，包括無鹵素要求、RoHS同歐盟REACH，令佢適合全球市場同注重環保嘅設計。

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。佢哋唔係用於正常操作嘅。

• 輸入正向電流（I_F)）：60 mA（直流）。呢個係可以流過輸入紅外LED嘅最大連續電流。
• 峰值正向電流（I_FP)）：1 A，持續1 µs脈衝。LED可以承受短暫嘅高電流脈衝，呢個對於某啲開關或瞬態條件好有用。
• 輸入反向電壓（V_R)）：6 V。可以施加喺輸入LED兩端嘅最大反向偏壓電壓。
• 集電極-發射極電壓（V_CEO)）：35 V。當基極開路時，輸出光達靈頓晶體管嘅集電極同發射極之間可以承受嘅最大電壓。
• 集電極電流（I_C)）：80 mA。輸出晶體管可以吸收嘅最大連續電流。
• 總功耗（P_TOT)）：200 mW。器件輸入同輸出部分可以耗散嘅最大總功率。
• 隔離電壓（V_ISO)）：5000 V_rms，持續1分鐘。呢個關鍵參數指定咗輸入同輸出側之間嘅高壓隔離能力，測試時將腳1-2短路同腳3-4短路。
• 工作溫度（T_OPR)）：-55°C 至 +110°C。器件被指定可以喺呢個環境溫度範圍內工作。

2.2 電氣光學特性

呢啲參數係喺指定測試條件下（通常T_a= 25°C）測量嘅，並定義咗器件嘅性能。

2.2.1 輸入特性

• 正向電壓（V_F)）：典型值1.2V，最大值1.4V（當I_F= 20 mA時）。呢個係驅動時紅外LED兩端嘅壓降。
• 反向電流（I_R)）：最大值10 µA（當V_R= 4V時）。LED反向偏壓時嘅小漏電流。

2.2.2 輸出特性

• 集電極-發射極暗電流（I_CEO)）：最大值1 µA（當V_CE= 10V，I_F= 0mA時）。輸入LED關閉時輸出晶體管嘅漏電流。
• 集電極-發射極飽和電壓（V_CE(sat))）：典型值0.8V，最大值1.0V（當I_F= 20mA，I_C= 5mA時）。輸出晶體管完全導通（飽和）時兩端嘅電壓。較低嘅數值對於最小化功率損耗係理想嘅。

2.2.3 傳輸特性

• 電流傳輸比（CTR））：600%（最小值）至7500%（最大值）（當I_F= 1mA，V_CE= 2V時）。呢個係光耦合器最重要嘅參數，定義為（I_C/ I_F） * 100%。極闊嘅範圍表示器件有多種靈敏度等級可供選擇。高CTR允許用最少嘅輸入驅動電流進行高效信號傳輸。
• 隔離電阻（R_IO)）：最小值5 x 10¹⁰Ω（當V_IO= 500V直流時）。呢個表示隔離側之間極高嘅直流電阻。
• 上升時間（t_r)）：典型值60 µs，最大值300 µs。下降時間（t_f）：典型值53 µs，最大值250 µs。呢啲參數，連同典型值6 kHz嘅截止頻率（f_c），定義咗器件嘅開關速度。同光電晶體管或光電IC耦合器相比，光達靈頓結構固有嘅開關時間較慢，令佢更適合直流同低頻交流應用，而非高速數字隔離。

3. 性能曲線分析

規格書包含典型特性曲線，對於理解器件喺非標準條件下嘅行為至關重要。雖然具體圖表唔會喺文字中複製，但佢哋嘅含義對於設計係關鍵嘅。

• CTR vs. 正向電流（I_F)）：通常，CTR會隨正向電流增加而降低。設計師必須參考呢條曲線，為所需嘅輸出電流同傳輸效率選擇最佳工作點。
• CTR vs. 環境溫度（T_a)）：CTR係溫度相關嘅，通常喺溫度極端時會降低。呢條曲線對於確保喺指定嘅-55°C至+110°C範圍內可靠運行至關重要。用於惡劣環境嘅設計必須基於呢啲數據降低性能額定值。
• 集電極電流 vs. 集電極-發射極電壓（I_C-V_CE)）：呢啲輸出曲線，以唔同輸入電流（I_F）為參數，顯示咗光達靈頓嘅工作區域（飽和區、放大區）。佢哋用於確定負載線並確保器件喺安全同功能限制內工作。
• 開關時間波形）：測試電路同波形圖說明咗點樣測量上升時間（t_r）、下降時間（t_f）、開啟延遲（t_on）同關閉延遲（t_off）。理解呢啲有助於設計時序電路同預測信號完整性。

4. 機械及封裝資訊

4.1 封裝尺寸

EL815提供三種主要引腳形式選項，每種都有詳細嘅機械圖紙，以毫米為單位指定所有關鍵尺寸。

• 標準DIP型）：經典嘅通孔封裝，具有標準引腳間距。
• M選項型）：具有寬引腳彎曲，提供0.4英寸（約10.16mm）引腳間距，呢個對於PCB上嘅爬電距離同電氣間隙要求可能有益。
• S1選項型）：一種表面貼裝器件（SMD）引腳形式，具有低剖面。呢個係封裝嘅SMD變體。

所有封裝都保持大於7.62 mm嘅爬電距離，呢個有助於實現高隔離電壓額定值。

4.2 極性識別同標記

對於4腳DIP光耦合器，引腳配置係標準嘅：

1. 陽極（輸入LED正極）
2. 陰極（輸入LED負極）
3. 發射極（輸出晶體管發射極）
4. 集電極（輸出晶體管集電極）

器件頂部標記有"EL"（表示系列）、"815"（器件編號），跟住係一個1位數字嘅年份代碼（Y）、一個2位數字嘅星期代碼（WW），同一個可選嘅"V"表示VDE認證版本。

4.3 建議SMD焊盤佈局

對於S1（表面貼裝）選項，規格書提供咗建議嘅焊盤佈局圖。尺寸僅供參考，備註明確指出設計師應根據其特定PCB製造工藝同可靠性要求修改焊盤尺寸。

5. 焊接同組裝指引

絕對最大額定值指定焊接溫度（T_SOL）為260°C，持續10秒。呢個係回流焊接工藝嘅關鍵參數。

• 回流焊接）：對於SMD（S1選項）組裝，應使用標準無鉛回流曲線，峰值溫度喺指定時間內唔超過260°C。必須控制曲線以避免熱衝擊。
• 波峰/手動焊接）：對於通孔（標準同M選項）封裝，可以使用標準波峰或手動焊接技術，但應注意限制器件本體暴露喺高溫下嘅時間。
• 儲存條件）：儲存溫度範圍指定為-55°C至+125°C。器件應儲存喺乾燥、防靜電嘅環境中。對於以載帶同捲盤供應嘅SMD部件，如果器件對濕度敏感（雖然呢份規格書無明確標明MSL等級），捲盤應連同乾燥劑儲存喺其原始防潮袋中。

6. 包裝同訂購資訊

6.1 訂購代碼結構

部件編號遵循以下格式：EL815X(Z)-V

• X）：引腳形式選項。
  • 無：標準DIP-4（100件/管）。
  • M：寬引腳彎曲，0.4"間距（100件/管）。
  • S1：表面貼裝引腳形式，低剖面。
• Z）：載帶同捲盤選項（僅適用於S1）。
  • TA, TB, TU, TD：唔同嘅載帶同捲盤規格，影響包裝數量同送料方向。
• V）：可選後綴，表示VDE安全認證。

6.2 載帶同捲盤規格

提供咗載帶（載體帶、覆蓋帶）同捲盤嘅詳細尺寸圖同表格。關鍵尺寸包括口袋尺寸（A, B）、孔直徑（D0）、元件間距（P0）、帶寬（W）同捲盤軸心尺寸。選項TA同TB喺捲盤送料方向上唔同，必須喺自動貼片設備中正確配置。

7. 應用建議

7.1 典型應用電路

規格書列出咗幾個應用領域：電話機/交換機、順序控制器、系統設備、測量儀器，以及唔同電位/阻抗電路之間嘅信號傳輸。高CTR同隔離電壓令佢特別適合：

• 微控制器I/O隔離）：保護低壓微控制器免受更高電壓或嘈雜嘅工業控制信號影響。
• 交流線路檢測）：使用光耦合器提供來自驅動交流負載嘅雙向可控矽或繼電器嘅隔離反饋。
• 接地迴路消除）：斷開傳感器同數據採集系統之間模擬信號鏈中嘅接地迴路。
• 帶隔離嘅邏輯電平轉換）：連接工作喺唔同電平嘅邏輯電路，同時保持隔離。

7.2 設計考慮因素

• 輸入電流限制）：必須始終使用一個串聯電阻器同輸入LED一齊，以將正向電流（I_F）限制到所需值，計算公式為（電源電壓 - V_F） / I_F.
• 輸出負載）：輸出光達靈頓充當電流吸收器。通常會將一個上拉電阻器從集電極連接到正電源電壓（V_CC）。呢個電阻器嘅值同負載將決定輸出電壓擺幅同開關速度。
• 速度 vs. 靈敏度權衡）：高CTR以較慢嘅開關速度為代價。呢個器件唔適合高頻通信（例如，用於USB、SPI > 10 kHz嘅數字隔離器）。佢係狀態檢測、慢速控制信號同交流電源線同步（50/60 Hz）嘅理想選擇。
• 熱考慮）：雖然功耗低，但喺最高結溫（從T_OPR高達110°C推斷）下工作可能需要降低最大允許電流或功耗額定值。

8. 技術比較同差異

EL815系列作為光達靈頓耦合器，同其他光耦合器類型相比佔據咗特定嘅利基市場：

• vs. 標準光電晶體管耦合器）：光達靈頓耦合器提供更高嘅CTR（通常高10-100倍），但速度明顯較慢。選擇光電晶體管用於中等速度（幾十kHz），選擇光達靈頓用於低頻下低輸入電流嘅最大靈敏度。
• vs. 光電IC（邏輯輸出）耦合器）：光電IC耦合器具有數字輸出（乾淨開關）並且可以非常快（MBd範圍），但佢哋具有固定嘅、通常較低嘅電流傳輸函數，並且需要輸出側有特定電源電壓。EL815提供模擬電流輸出，並且可以喺寬範圍嘅輸出電壓（高達V_CEO）下工作。
• vs. 其他光達靈頓）：EL815嘅關鍵區別在於其高5000V_rms隔離、寬工作溫度範圍（-55°C至+110°C）同符合主要國際安全認證（UL、VDE、cUL、SEMKO等）。闊CTR分檔（600-7500%）允許採購針對特定靈敏度需求定制嘅部件。

9. 常見問題（基於技術參數）

問：高隔離電壓（5000Vrms）嘅目的係咩？

答：佢確保咗喺隔離電路具有大電位差嘅應用中可靠運行同安全，例如離線電源、工業電機控制或醫療設備。佢可以防止高壓瞬變同擊穿。

問：我嘅電路需要喺1 kHz下開關。EL815適合嗎？

答：絕對適合。典型截止頻率（f_c）為6 kHz，上升/下降時間喺幾十微秒內，EL815可以輕鬆處理1 kHz嘅開關。輸出波形會係圓滑嘅，唔係方形，但對於呢個頻率嘅開/關控制，佢完全足夠。

問：我點樣選擇正確嘅CTR等級？

答：選擇一個最小CTR，確保你嘅輸出晶體管喺你計劃嘅最壞情況（最低）輸入電流下飽和（完全導通）。例如，如果你嘅設計驅動I_F= 1mA，並且你需要I_C> 5mA嚟使負載飽和，你需要CTR > 500%。從更高CTR分檔中選擇部件可以提供更多設計餘量。始終參考你工作條件下嘅CTR vs. 溫度曲線。

問：我可以用呢個嚟做模擬信號隔離嗎？

答：雖然可能，但唔係理想選擇。光達靈頓嘅CTR係非線性嘅，並且隨溫度同正向電流變化顯著。對於精密模擬隔離，建議使用專用線性光耦合器或隔離放大器。EL815最適合數字（開/關）或低精度模擬隔離。

10. 實用設計案例分析

場景：用於24V PLC模塊嘅隔離數字輸入。

一個可編程邏輯控制器（PLC）需要讀取一個24V直流傳感器信號，同時提供4000V隔離以確保安全同抗噪性。

1. 電路設計）：24V傳感器輸出串聯一個限流電阻器同EL815嘅輸入LED（腳1-2）。電阻值根據24V下I_F≈ 5-10 mA計算。喺輸出側，集電極（腳4）通過一個10kΩ上拉電阻器連接到PLC內部嘅3.3V邏輯電源。發射極（腳3）連接到PLC內部嘅地線。輸出信號取自集電極。
2. 元件選擇）：選擇一個CTR等級確保喺I_F= 5mA時飽和嘅EL815。5000V_rms隔離同安全認證（UL、VDE）符合工業標準。選擇S1（SMD）封裝用於高密度PCB組裝。
3. 性能）：當24V傳感器啟動時，LED亮起，導致光達靈頓導通，將集電極輸出電壓拉低（至V_CE(sat)≈ 0.8V），呢個被PLC讀取為邏輯'0'。當傳感器關閉時，光達靈頓關閉，上拉電阻器將輸出拉高到3.3V（邏輯'1'）。隔離屏障保護敏感嘅PLC邏輯免受24V傳感器線路上任何故障或瞬變影響。

11. 工作原理

EL815基於光電轉換嘅基本原理運行。施加到輸入側嘅電信號導致電流（I_F）流過紅外發光二極管（LED）。呢個LED發出與正向電流成正比嘅紅外光。光線穿過封裝內嘅透明隔離間隙，照射到輸出側光達靈頓晶體管嘅基極區域。

光達靈頓本質上係兩個以達靈頓配置連接嘅雙極晶體管，其中第一個晶體管嘅基極-集電極結（充當光電二極管）中產生嘅光電流被第二個晶體管放大。呢個結構提供咗非常高嘅電流增益（h_FE），呢個轉化為觀察到嘅高電流傳輸比（CTR）。因此，輸出集電極電流（I_C）由輸入光強度控制，從而由輸入電信號控制，兩側之間沒有任何電氣連接。

12. 技術趨勢

光耦合器技術持續發展。雖然傳統器件如EL815對於成本敏感、高隔離同高CTR應用仍然至關重要，但有幾個趨勢值得注意：

• 集成化）：較新嘅器件集成咗額外部件，例如輸出晶體管上嘅基極-發射極電阻器，以改善溫度穩定性同開關速度。
• 高速數字隔離）：基於RF耦合器、巨磁阻（GMR）或電容耦合嘅技術，由於其卓越嘅速度、穩定性同壽命，正喺高速數據隔離（≥1 Mbps）領域挑戰緊光耦合器。
• 小型化）：由於對更高PCB密度嘅需求，持續推動更小嘅SMD封裝（例如SO-4、SO-5），並具有相同或更好嘅隔離等級。
• 增強可靠性）：重點改善長期CTR衰減，特別係喺高溫同高電流應力條件下，以滿足汽車同工業應用對更長壽命嘅需求。

儘管有呢啲趨勢，以EL815系列為例嘅基本光達靈頓耦合器，由於其簡單性、穩健性、高隔離能力同喺其預期嘅低至中頻域中嘅出色性能，仍然喺市場上保持強勁地位。