EL817-G系列光耦合器數據手冊 - 4針DIP封裝 - 隔離電壓5000Vrms - 電流傳輸比50-600% - 英文技術文件

1. 產品概覽

EL817-G系列係一個以光電晶體為基礎嘅光耦合器（光隔離器）家族，專為唔同電位電路之間嘅信號隔離同傳輸而設計。每款器件都整合咗一個紅外發光二極管，光學耦合到一個矽光電晶體探測器，並封裝喺緊湊嘅4腳雙列直插式封裝（DIP）內。其主要功能係提供電氣隔離，防止電壓尖峰、接地回路同噪音喺輸入同輸出電路之間傳播，從而保護敏感元件並確保信號完整性。

呢個系列嘅核心價值主張在於其強大嘅隔離能力，經由高達5000V_rms. This makes it suitable for industrial control systems and mains-connected appliances. The devices are manufactured to be halogen-free, complying with environmental regulations (Br < 900 ppm, Cl < 900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). They also carry approvals from major international safety standards bodies including UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO, and CQC, underscoring their reliability for use in certified end products.

2. 技術規格詳解

2.1 絕對最大額定值

此等額定值定義了壓力極限，超出此限可能對器件造成永久損壞。不保證在此等條件下操作。

• 輸入（LED端）： 紅外線二極管嘅最大連續正向電流（I_F）為60 mA。佢可以承受極短嘅1微秒脈衝電流（I_FP）高達1 A，適用於瞬態抑制。最大反向電壓（V_R) 係 6 V。輸入功率損耗 (P_D) 額定值為 100 mW（25°C 時），環境溫度超過 100°C 後，按每°C 2.9 mW 遞減。
• 輸出（電晶體端）： 光電晶體集電極電流 (I_C) 限於 50 mA。集電極-發射極電壓 (V_CEO) 可高達 80 V，而發射極-集電極電壓 (V_ECO) 限於 7 V。輸出功率損耗 (P_C) 在 25°C 時為 150 mW，超過 100°C 時按 5.8 mW/°C 遞減。
• 裝置總數： 整個封裝嘅總功耗（P_TOT）必須唔超過200 mW。
• Isolation & Environment: 輸入與輸出之間的隔離電壓（V_ISO）為 5000 V_rms （在40-60%相對濕度下測試1分鐘）。操作溫度範圍（T_OPR）極其寬廣，由-55°C至+110°C。儲存溫度（T_STG) 工作温度範圍為 -55°C 至 +125°C。該器件可承受 260°C 焊接溫度長達 10 秒。

2.2 電氣光學特性

呢啲參數定義咗部裝置喺正常操作條件下嘅性能（除非特別註明，否則溫度T_a = 25°C）。

• 輸入二極管特性： 正向電壓（V_F) 通常為1.2V，在I_F = 20 mA時最高為1.4V。反向電流(I_R) 在V_R = 4V時最高為10 μA。輸入電容(C_in) 通常係30 pF。
• 輸出電晶體特性： 集電極-發射極暗電流 (I_CEO），即LED熄滅時的漏電流，在V_CE = 20V時最大為100 nA。擊穿電壓為BV_CEO ≥ 80V及BV_ECO ≥ 7V.
• 傳輸特性（關鍵）：
  • Current Transfer Ratio (CTR)： 此為輸出集電極電流 (I_C) 與輸入LED正向電流 (I_F) 之比率，以百分比表示。此乃定義器件靈敏度與增益之關鍵參數。EL817-G系列提供多種CTR等級，測量條件為I_F = 5mA 及 V_CE = 5V：
    • EL817：50% 至 600%（寬廣範圍）
    • EL817A：80% 至 160%
    • EL817B：130% 至 260%
    • EL817C: 200% 至 400%
    • EL817D: 300% 至 600%
    • EL817X：100% 至 200%
    • EL817Y：150% 至 300%
    此分級讓設計師可以根據其應用選擇具有合適增益嘅器件，確保電路性能一致，並避免需要後期校準。
  • 飽和電壓： 集電極-發射極飽和電壓 (V_CE(sat)當器件完全導通時（I_F=20mA, I_C=1mA），其典型值為0.1V（最大0.2V），顯示出良好的開關性能。
  • 隔離參數： 絕緣電阻 (R_IO) 至少為 5×10¹⁰ Ω. 隔離電容 (C_IO) 通常為 0.6 pF，數值極低，有助於維持高頻雜訊抑制能力。
  • 切換速度： 上升時間 (t_r) 同下降時間 (t_f) 喺指定測試條件下 (V_CE=2V, I_C=2mA, R_L=100Ω)。截止頻率 (f_c) 通常為 80 kHz。這些參數定義了耦合器能有效處理的最高數位訊號頻率。

3. 性能曲線分析

雖然 PDF 顯示存在「典型電光特性曲線」，但文本內容中並未提供具體圖表。通常，此類數據表會包含說明以下關係的曲線，這些關係對設計至關重要：

• CTR 對 正向電流 (I_F)： 顯示電流傳輸比如何隨LED驅動電流變化。在極高I_F 情況下，CTR通常會因發熱和效率下降而降低。
• CTR 對比 環境溫度 (T_a)： 闡明器件增益的溫度依賴性。基於光電晶體管的耦合器通常對CTR呈現負溫度係數；增益隨溫度升高而下降。
• 正向電壓 (V_F) 對比 正向電流 (I_F)： 標準二極管 I-V 曲線，對計算輸入側所需限流電阻至關重要。
• 集電極電流 (I_C) 對 集電極-發射極電壓 (V_CE)： 輸出晶體管的特性曲線，顯示不同輸入LED電流 (I_F) 水平下的飽和區與主動區。
• 開關時間與負載電阻 (R_L)： 展示集電極上拉電阻的選擇如何影響輸出信號的上升與下降時間。

設計師應參考附有圖表的完整PDF文件，以便在其預期工作條件下準確模擬器件行為。

4. Mechanical & Package Information

4.1 接腳配置

標準4引腳DIP的引腳排列如下（從頂部觀看，凹口或圓點標示為引腳1）：

1. 陽極（輸入LED）
2. 陰極（輸入LED）
3. 發射極（輸出光電晶體管）
4. 集電極（輸出光電晶體管）

此配置於整個系列中保持一致。爬電距離（導電引腳之間沿絕緣封裝表面的最短距離）規定大於7.62毫米，這有助於實現高隔離等級。

4.2 封裝尺寸圖

該系列提供多種封裝變體，惟所提供文本中並未完全註明以毫米為單位的詳細尺寸。選項包括：

• 標準 DIP 類型： 經典的穿孔式封裝。
• 選項M類型： 採用「寬引線彎曲」設計，提供0.4英寸（約10.16毫米）的引線間距，而非標準的0.3英寸（7.62毫米），適用於麵包板或需要更多間隙的特定PCB佈局。
• Option S1 & S2 Types: Surface-mount device (SMD) 引腳形態。此為專為回流焊接設計的「低剖面」封裝。數據表中包含 S1 及 S2 選項的建議焊盤佈局，以確保正確焊接及機械穩定性。焊盤尺寸僅供參考，應根據具體 PCB 製造工藝進行調整。

5. Soldering & Assembly Guidelines

該裝置嘅最高焊接溫度（T_SOL）額定為260°C，持續10秒。呢個數值符合常見嘅無鉛回流焊接曲線。

對於通孔（DIP, M）封裝： 可使用標準波峰焊接或手工焊接技術。應注意避免在引腳接合處超過10秒的時限，以防止對內部晶片及環氧樹脂封裝造成熱損傷。

適用於表面貼裝（S1, S2）封裝： 適用標準紅外線或對流回流焊接製程。應遵循數據表中提供的推薦焊盤佈局，以獲得適當的焊錫角並避免墓碑效應。其薄型設計有助於在回流過程中保持穩定。與所有濕氣敏感元件一樣，若捲帶已長時間暴露於環境濕度中，在回流焊接前或需根據IPC/JEDEC標準進行烘烤，以防止「爆米花」現象。

儲存： 器件應儲存於指定儲存溫度範圍（-55°C 至 +125°C）內，並保持乾燥環境，以維持可焊性及防止內部腐蝕。

6. Ordering Information & Packaging

6.1 零件編號系統

零件編號遵循以下格式： EL817X(Y)(Z)-FVG

• X: 引腳形式選項。S1 或 S2 (SMD)、M (寬引腳 DIP)，或無 (標準 DIP)。
• Y: CTR 等級。A、B、C、D、X、Y，或無 (適用於基礎 EL817 寬範圍型號)。
• Z: SMD 零件之捲帶包裝選項。TU 或 TD (捲帶方向)，或無。
• F: 引線框架材料。F 代表鐵，無則代表銅。
• V: 可選之 VDE 安全認證標記。
• G表示採用無鹵素結構。

示例： EL817B-S1(TU)-G 為一款表面貼裝元件（S1），其電流傳輸比等級為 B（130-260%），採用 TU 型捲帶包裝，並具備無鹵素結構。

6.2 包裝數量

• 標準DIP及M選項：每管100件。
• S1 option on tape & reel: 1500 units per reel.
• S2 option on tape & reel: 2000 units per reel.

6.3 器件標記

封裝頂部標有代碼： EL 817FRYWWV

• EL: 製造商識別碼。
• 817: 裝置編號。
• F: 工廠/製程代碼。
• R: CTR 等級 (A, B, C, D, X, Y)。
• Y：1位數字年份代碼。
• WW：2位數字週數代碼。
• V：如標示則代表具有VDE認證。

7. 應用建議

7.1 典型應用電路

EL817-G 用途廣泛，適用於數碼及線性應用。

• 數碼訊號隔離： 最常見嘅用法。輸入端LED由數碼訊號驅動（通常透過限流電阻）。光電晶體管充當開關，當LED亮起時將輸出線拉至地電位。需配合連接至V_CC 集電極上需要。其開關速度（t_r, t_f）限制了最高數據速率，因此適用於較低速率的數位介面，例如GPIO隔離、UART或PLC中的I/O線路。
• 模擬信號隔離（線性模式）： 通過令光電晶體管工作在其有源區（非飽和狀態），該器件可傳輸模擬信號。電流傳輸比（CTR）並非完全線性，且其隨溫度和電流的變化必須納入考量。此模式常用於開關電源中的隔離反饋，其非線性可在控制迴路內進行補償。
• 輸入/輸出（I/O）模組隔離： 喺可編程邏輯控制器（PLCs）同工業控制系統入面，呢啲耦合器會將敏感嘅CPU同嘈雜或高壓嘅現場信號（24V、120VAC等）隔離開。

7.2 設計考量 & Best Practices

• CTR 選擇： 選擇一個能為你的負載提供足夠輸出電流的CTR等級（例如驅動邏輯閘或光電雙向可控矽驅動器），同時無需過大的輸入電流。使用較高CTR的器件可降低I_F，從而減少輸入側的功耗。但須確保所選等級的最低CTR能滿足電路在最惡劣情況（例如高溫、壽命末期）下的要求。
• 輸入電流限制： 必須使用串聯電阻（R_in) 連接輸入LED以設定所需正向電流（I_F）。計算R_in = (V_source - V_F) / I_F. 切勿持續超過絕對最大電流 I_F 60 mA。
• 輸出負載電阻： 集極上拉電阻（R_L）的數值會影響輸出邏輯高電平及開關速度。較小的R_L 能提供更快的下降時間（電晶體導通時下拉更快），但上升時間較慢（與電晶體輸出電容形成的RC時間常數更大），且輸出為低電平時功耗更高。較大的R_L 則效果相反。典型數值介乎1kΩ至10kΩ之間。
• 抗噪能力： 對於數碼應用，在集電極與發射極（輸出端）之間添加一個小電容器（例如1-10 nF）有助於濾除高頻噪音。然而，這會進一步降低開關速度。
• 溫度效應： 請記住，電流傳輸比（CTR）會隨溫度上升而下降。設計必須在整個工作溫度範圍內進行驗證，並採用最高工作溫度下的預期最低CTR值。
• 隔離佈局： 在PCB上，請保持輸入與輸出電路之間建議的爬電距離與電氣間隙（≥7.62毫米）。這通常意味著在耦合器主體下方的PCB上開槽或留出間隙，並確保沒有銅箔走線過於靠近地跨越隔離屏障。

8. Technical Comparison & Differentiation

EL817-G系列在競爭激烈的通用4腳位光耦合器市場中競爭。其主要差異化優勢在於：

• 高溫額定值： 最高工作溫度可達+110°C，超越許多競爭對手常見的+85°C或+100°C規格，使其適用於嚴苛環境，例如汽車引擎蓋下的應用或靠近熱源的工業設備。
• 多重安全認證： 全面的國際安全認證組合（UL、VDE等）對於需要全球市場認證的產品而言是一大優勢。
• 符合無鹵素要求： 符合現代環保法規，此要求於消費電子產品及其他行業日趨普遍。
• 寬廣CTR分級： 提供七種不同CTR等級（包括寬廣的EL817），讓設計師能精細調控增益選擇，以優化電路性能及成本。
• 封裝種類： 提供標準DIP、寬腳距DIP及兩種SMD封裝外形，為不同的組裝工序及電路板空間限制提供靈活性。

9. 常見問題 (FAQ)

Q1: What is the main purpose of the creepage distance specification (>7.62 mm)?
A1: 爬電距離是指兩個導電端子（例如引腳1和引腳4）之間沿絕緣封裝表面的最短路徑。較長的爬電距離可防止表面漏電流和電弧，特別是在潮濕或受污染的環境中，是實現高達5000V_rms 隔離等級的關鍵因素。

Q2: 我應如何在不同CTR等級（A、B、C、D、X、Y）之間作出選擇？
A2: 根據你所需的輸出電流和期望的輸入電流效率來選擇。對於特定的輸出電流需求，較高的CTR等級（例如D：300-600%）需要較低的輸入LED電流，從而節省電力。然而，較高CTR的器件可能具有稍為不同的溫度系數或成本較高。X和Y等級提供中等且更緊湊的範圍。在進行最壞情況設計計算時，請使用數據手冊中的最小CTR值。

Q3: 我可以用它來隔離240VAC市電信號嗎？
A3: The 5000V_rms 隔離電壓適用於許多連接市電嘅應用中提供加強絕緣。然而，最終設計必須考慮系統級安全標準（例如IEC 62368-1、IEC 60747-5-5），呢啲標準規定咗所需嘅距離同測試要求，超出元件額定值。耦合器係解決方案嘅關鍵部分，但正確嘅PCB佈局同外殼設計同樣至關重要。

Q4: 點解會有兩個唔同嘅集電極-發射極電壓額定值（V_CEO 80V 同 BV_CEO 80V）？
A4: V_CEO (80V) 喺「絕對最大額定值」表入面，係指唔會導致損壞嘅最高可施加電壓。BV_CEO (80V min) 喺「特性」表入面係擊穿電壓，即係即使LED熄咗，器件都會開始明顯導通嘅電壓點。兩者密切相關但定義唔同。實際上，你應該設計到令V_CE 運作期間電壓從不接近80V，留有安全餘量。

Q5: S1同S2 SMD選項有咩分別？
A5: 主要分別在於封裝佔位面積同每卷數量（S1為1500件，S2為2000件）。S2封裝可能經過輕微修改，以便在標準卷盤上容納更多元件。數據手冊為兩者提供獨立嘅建議焊盤佈局，因此必須根據訂購部件使用正確嘅佔位設計。

LED Specification Terminology

LED技術術語完整解釋