EL121N系列光電耦合器規格書 - 4腳SOP封裝 - 2.0mm薄身設計 - 隔離電壓3750Vrms - CTR 50-400% - 粵語技術文件

1. 產品概述

EL121N系列係專為信號隔離同傳輸而設計嘅紅外光電元件家族。其核心係由一個砷化鎵紅外發光二極管（IRED）光學耦合到一個矽NPN光電晶體管，全部封裝喺一個緊湊嘅表面貼裝4腳小型封裝（SOP）入面。主要功能係喺兩個電路之間傳輸電信號，同時保持高電氣隔離，從而防止噪音、接地迴路同電壓尖峰從一邊傳播到另一邊。

呢款器件專為喺狹窄空間內需要可靠隔離嘅應用而設計。佢嘅2.0mm薄身設計令佢適合現代高密度印刷電路板（PCB）設計。呢個系列背後嘅一個關鍵設計理念係符合全球環境同安全標準，包括無鹵素、無鉛（Pb-free），以及符合RoHS同歐盟REACH指令。此外，佢仲擁有重要嘅國際安全認證，包括UL、cUL、VDE、SEMKO、NEMKO、DEMKO同FIMKO，呢啲認證突顯咗佢嘅可靠性同適用於全球商業同工業設備。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

呢啲額定值定義咗器件可能永久損壞嘅應力極限。喺呢啲極限下或接近極限操作並唔保證。

• 輸入（LED側）：正向電流（I_F）額定為連續50mA。容許1微秒嘅1A短暫峰值正向電流（I_FP），適用於脈衝操作。最大反向電壓（V_R）係6V，強調咗需要適當嘅極性保護。
• 輸出（晶體管側）：集電極電流（I_C）額定為50mA。集電極-發射極電壓（V_CEO）係80V，而發射極-集電極電壓（V_ECO）只有7V，突顯咗光電晶體管擊穿特性嘅不對稱性。
• 功率同熱力：器件總功耗（P_TOT）係200mW。提供獨立嘅降額因子：輸入（LED）喺環境溫度高於100°C時為2.9 mW/°C，輸出（晶體管）喺環境溫度高於70°C時為3.7 mW/°C。呢點對於高溫環境下嘅熱管理至關重要。
• 隔離同環境：隔離電壓（V_ISO）係3750 V_rms，測試1分鐘，測試時腳1-2短路埋一齊，腳3-4短路埋一齊。工作溫度範圍係-55°C至+110°C，儲存溫度可達-55°C至+125°C。

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，否則Ta=25°C）。

• 輸入特性：正向電壓（V_F）喺測試電流20mA時通常為1.2V，最大為1.4V。呢個低電壓對低功耗邏輯接口電路有好處。反向漏電流（I_R）喺4V時最大為10µA。
• 輸出特性：集電極-發射極暗電流（I_CEO），即LED熄滅時嘅漏電流，喺V_CE=20V時最大為100nA。擊穿電壓（BV_CEO=80V,BV_ECO=7V）確認咗額定值。
• 傳輸特性：呢個係器件規格嘅核心。
  • 電流傳輸比（CTR）：呢個係輸出集電極電流與輸入LED正向電流嘅比率，以百分比表示。EL121N系列提供一個分級/分檔系統:
    • EL121N（標準）：CTR範圍喺I_F=5mA，V_CE=5V時為50%至400%。
    • EL121N B：更窄嘅分檔，130%至260%。
    • EL121N C：更高性能嘅分檔，200%至400%。
    • EL121N BC：一個寬廣嘅分檔，涵蓋130%至400%。
    呢種分檔允許設計師根據所需增益同一致性選擇零件，優化電路性能同成本。
  • 飽和電壓（V_CE(sat)）：當以I_F=20mA驅動並以I_C=1mA負載時，通常為0.1V（最大0.2V）。呢個低值對於數字開關應用非常好，可以最小化電壓損耗。
  • 隔離電阻（R_IO）：最小5 x 10¹⁰Ω，表示極高嘅直流絕緣電阻。
  • 開關速度：上升時間（t_r）通常為6µs（最大18µs），下降時間（t_f）通常為8µs（最大18µs），喺指定測試條件下（V_CE=2V，I_C=2mA，R_L=100Ω）。呢個定義咗器件用於中速數字信號傳輸嘅能力。

3. 性能曲線分析

規格書參考咗典型嘅電光特性曲線。雖然具體圖表無喺文字中複製，但佢哋通常包括以下對設計至關重要嘅關係：

• CTR 對 正向電流（I_F）：CTR唔係恆定嘅；佢通常會隨住I_F增加而降低。設計師必須參考呢條曲線，選擇一個能提供所需增益而又唔會過度驅動LED嘅工作點。
• CTR 對 環境溫度（T_a）：光電耦合器嘅CTR具有負溫度係數；佢會隨住溫度升高而降低。呢條曲線對於確保電路喺預期工作溫度範圍內嘅穩定性至關重要。
• 集電極電流 對 集電極-發射極電壓（I_C-V_CE）：呢啲輸出特性曲線顯示光電晶體管喺其線性（有源）同飽和區域工作，類似於標準雙極晶體管，但係以I_F作為控制參數，而唔係基極電流。
• 正向電壓 對 正向電流（V_F-I_F）：呢個LED特性對於設計限流驅動電路好重要。

規格書中嘅圖10提供咗用於測量開關時間（t_on, t_off, t_r, t_f）嘅標準測試電路同波形定義，使用電阻負載（R_L）同定義嘅輸入脈衝。

4. 機械、封裝及組裝資訊

4.1 腳位配置及封裝尺寸

4腳SOP封裝有清晰嘅腳位定義：

1. 紅外LED嘅陽極（A）
2. 紅外LED嘅陰極（K）
3. 光電晶體管嘅發射極（E）
4. 光電晶體管嘅集電極（C）

封裝圖提供咗精確尺寸，包括本體尺寸、引腳間距同總高度，確認咗2.0mm嘅薄身設計。亦提供咗推薦嘅PCB焊盤圖案（焊盤佈局），以確保表面貼裝組裝期間可靠嘅焊接同機械穩定性。

4.2 焊接及組裝指引

器件嘅最高焊接溫度（T_SOL）額定為260°C，持續10秒。此外，提供咗詳細嘅回流焊接溫度曲線，符合IPC/JEDEC J-STD-020D。呢個曲線嘅關鍵參數包括：

• 預熱：150°C至200°C，持續60-120秒。
• 液相線以上時間（217°C）：60-100秒。
• 峰值溫度：最高260°C。
• 峰值溫度±5°C內時間：最多30秒。
• 最大回流次數：3次。

遵守呢個曲線對於防止封裝破裂、分層或內部晶片同鍵合線損壞至關重要。

5. 訂購、包裝及標記

5.1 零件編號系統

零件編號遵循以下格式：EL121N(X)(Y)-V

• EL121N：基本器件編號。
• X：CTR等級（B、C、BC，或留空表示標準級）。
• Y：捲帶選項（TA或TB，送料方向不同）。
• -V：可選後綴，表示包含VDE認證。

例子：EL121NBC-TA，EL121NC-TB-V。

5.2 包裝規格

器件以捲帶形式供應，用於自動組裝。詳細提供咗捲帶尺寸（寬度、口袋尺寸、間距）同捲軸規格。TA同TB選項每捲都包含3000個器件。

5.3 器件標記

每個器件頂部都用激光或墨水代碼標記：EL 121N RYWWV

• EL：製造商代碼。
• 121N：器件編號。
• R：CTR等級代碼（例如，B或C）。
• Y：1位數字年份代碼。
• WW：2位數字星期代碼。
• V：存在VDE認證標記。

呢個標記允許追溯同驗證器件類型。

6. 應用備註及設計考慮

6.1 典型應用

EL121N系列適合多種隔離同接口需求：

• 開關模式電源（SMPS）：喺DC-DC轉換器中提供反饋隔離，對於調節輸出電壓同時保持與初級側嘅安全隔離至關重要。
• 工業控制系統：低壓邏輯控制器（PLC）同高壓/高電流工業執行器或傳感器之間嘅接口，防止接地迴路噪音。
• 電信設備：喺數據機、路由器或線路卡接口中隔離信號線或提供電氣隔離。
• 一般電路隔離：任何需要喺不同接地電位或阻抗嘅電路之間傳輸信號嘅應用。

6.2 關鍵設計考慮

• CTR衰減：光電耦合器嘅CTR會隨時間衰減，特別係喺高LED電流同高溫下操作時。降低LED電流額定值，並選擇初始CTR遠高於最低要求嘅零件，可以提供壽命餘量。
• 速度與電流嘅權衡：開關速度隨更高嘅LED驅動電流而提高，但代價係更高嘅功耗同潛在嘅加速老化。測試條件（I_F=10mA 典型值）提供咗基準；對於更快速度，可能需要更高嘅I_F。
• 負載電阻選擇：負載電阻（R_L喺集電極上）嘅值會影響開關速度同輸出電壓擺幅。較小嘅R_L會提高速度，但會降低增益同輸出電壓範圍。
• 抗噪能力：對於數字應用，通過設計接收器電路以清晰區分光電晶體管嘅導通同關斷狀態，確保足夠嘅"噪音容限"係關鍵。
• 隔離爬電距離同間隙：設計PCB佈局時，保持輸入同輸出側走線之間指定嘅爬電距離同間隙（由3750V_rms額定值暗示），以保持隔離完整性。

7. 技術比較及定位

喺光電晶體管輸出光電耦合器市場中，EL121N系列通過幾個關鍵屬性定位自己：

• 封裝：4腳SOP比舊式4腳DIP封裝提供更緊湊嘅佔位面積，同時比超微型4腳封裝更容易處理同焊接，喺尺寸同可製造性之間取得平衡。
• CTR分檔：提供多種明確定義嘅CTR等級（B、C、BC），提供通用零件未必有嘅靈活性，允許進行優化設計。
• 全面認證：單一零件積累咗UL、cUL、VDE同北歐SEMKO/NEMKO/DEMKO/FIMKO認證，簡化咗針對具有嚴格安全要求嘅全球市場產品嘅元件選擇過程。
• 性能平衡：CTR高達400%，飽和電壓低於0.2V，開關時間喺微秒範圍內，佢提供咗全面嘅性能，適合廣泛嘅模擬同數字隔離任務，從簡單嘅開/關信號到PWM反饋。

8. 常見問題 (FAQ)

8.1 TA同TB捲帶選項有咩分別？

主要分別係送料方向。TA同TB嘅元件口袋喺載帶上嘅方向唔同。設計師必須根據其特定貼片機送料器系統所需嘅方向指定正確選項。兩者都包含3000個器件。

8.2 點樣揀B、C同BC嘅CTR等級？

根據你電路嘅增益要求同一致性需求嚟選擇。

• 使用C級（200-400%）適用於需要高靈敏度或者驅動電路只能提供低LED電流嘅應用。
• 使用B級（130-260%）適用於需要中等、嚴格控制增益以確保所有器件性能可預測嘅應用。
• 使用標準級（50-400%）或者BC級（130-400%）適用於成本敏感嘅應用，其中電路設計可以容忍CTR嘅較大變化，通常通過使用反饋或較不關鍵嘅信號電平。

8.3 呢款器件可唔可以用嚟隔離模擬信號？

可以，但有重要注意事項。光電晶體管嘅非線性、CTR嘅溫度依賴性以及固有嘅器件間差異，令佢相比專用線性光電耦合器（包含光電二極管同運算放大器）較唔適合高精度模擬隔離。對於較低精度嘅模擬信號，或者喺採用外部線性化同溫度補償嘅電路中，佢可以有效地使用。

8.4 隔離電壓測試（腳1-2短路到3-4）嘅目的係咩？

呢個測試驗證封裝內輸入（LED）同輸出（光電晶體管）部分之間內部絕緣屏障嘅完整性。將每邊嘅腳短路確保測試電壓施加喺整個隔離邊界上，檢查通過模塑料或沿住引線框架嘅任何潛在擊穿路徑。