ELM4XXA系列固態繼電器規格書 - 4腳SOP封裝 - 400V/600V負載電壓 - 120mA/50mA負載電流

1. 產品概覽

ELM4XXA系列係一個單通道、常開（1 Form A）固態繼電器（SSR）系列，採用緊湊型4腳小型封裝（SOP）。呢啲器件設計用於取代空間受限應用中嘅機電繼電器（EMR），需要高可靠性、快速開關同低功耗。核心技術涉及一個AlGaAs紅外LED光耦合到一個光伏二極管陣列，驅動輸出MOSFET，提供低壓控制電路同高壓負載電路之間嘅電氣隔離。

1.1 核心優勢同目標市場

ELM4XXA系列嘅主要優勢源自其固態結構。關鍵好處包括靜音操作、無觸點彈跳、長使用壽命，以及抗衝擊同振動。低LED操作電流減輕咗微控制器或邏輯門等控制電路嘅負擔。呢個系列特別適合現代電子設備，其中小型化、能源效率同可靠性至關重要。

目標應用：呢個繼電器系列專為電信交換設備、測量同測試儀器、工廠自動化（FA）同辦公室自動化（OA）設備、工業控制系統同安全系統而設計。

2. 深入技術參數分析

ELM4XXA系列嘅性能由一套全面嘅電氣、光學同熱參數定義。理解呢啲規格對於正確電路設計同可靠操作至關重要。

2.1 絕對最大額定值

呢啲額定值定義咗壓力極限，超過呢啲極限可能會對器件造成永久損壞。喺呢啲條件下操作唔保證。

輸入（LED側）：最大正向電流（I_F）係50 mA DC。喺脈衝條件下（100 Hz，0.1%佔空比）允許峰值正向電流（I_FP）為1 A。最大反向電壓（V_R）係5 V。
輸出（MOSFET側）：擊穿電壓（V_L）區分咗兩個主要變體：ELM440A為400 V，ELM460A為600 V。相應地，最大連續負載電流（I_L）400V版本為120 mA，600V版本為50 mA。短時間內允許更高嘅脈衝負載電流（100 ms單次）。
隔離：器件提供高隔離電壓（V_iso）為3750 V_rms持續1分鐘，確保輸入同輸出之間嘅安全性同抗噪性。
熱：工作環境溫度範圍係-40°C至+85°C。器件總功耗（P_T）唔可以超過550 mW。

2.2 電光特性

呢啲參數喺T_A= 25°C下指定，定義咗器件喺正常條件下嘅操作行為。

輸入特性：LED正向電壓（V_F）喺I_F= 10 mA時典型值為1.18V，最大值為1.5V。呢個低V_F有助於降低功耗。
輸出特性：一個關鍵參數係導通狀態電阻（R_d(ON)）。對於ELM440A，典型值為20 Ω（最大30 Ω），對於ELM460A，典型值為40 Ω（最大70 Ω）。呢個電阻直接影響繼電器導通時嘅壓降同功率損耗。斷態漏電流（I_leak）保證小於1 μA，最小化繼電器斷開時嘅功率損耗。
傳輸特性：呢啲定義咗輸入同輸出之間嘅關係。喺最大負載下完全激活輸出MOSFET所需嘅LED開啟電流（I_F(on)）非常低，典型值為1 mA（最大5 mA）。LED關斷電流（I_F(off)）係保證輸出關斷（I_L≤ 1 μA）嘅最大輸入電流，典型值為0.6 mA。
開關速度：開啟時間（T_on）同關斷時間（T_off）喺亞毫秒範圍內。喺標準測試條件下（I_F=10mA, I_L=MAX, R_L=200Ω），T_on典型值為0.1 ms，T_off典型值為0.2 ms。呢個速度明顯快過大多數EMR。

3. 性能曲線分析

規格書提供咗幾個圖表，說明關鍵參數點樣隨操作條件變化，呢個對於降額同穩健設計至關重要。

3.1 熱降額

圖1：負載電流 vs. 環境溫度顯示咗隨著環境溫度升高，最大連續負載電流需要降額。ELM440A同ELM460A都必須將負載電流從25°C時嘅額定值線性降低到大約100-120°C時為零。呢條曲線對於確保器件總功耗（I_L²* R_d(ON)）喺高溫下唔超過極限至關重要。

3.2 導通電阻同開關時間變化

圖2：導通電阻 vs. 環境溫度表明R_d(ON)隨溫度升高而增加。對於ELM460A，R_d(ON)從25°C到100°C可以增加超過50%。呢個必須喺高溫下嘅壓降計算中考慮。

圖3：開關時間 vs. 環境溫度顯示T_on同T_off都隨溫度降低而適度增加，特別係低於0°C時。喺寒冷環境中操作電路嘅設計師必須考慮到開關速度會稍慢。

3.3 輸入/輸出關係

圖4 & 5：開關時間 vs. LED正向電流顯示增加LED驅動電流（I_F）會顯著減少開啟同關斷時間。呢個允許設計師喺開關速度同輸入功耗之間進行權衡。用20-30 mA驅動LED而唔係10 mA，可以將開關時間減少一半以上。

圖6 & 7：歸一化LED操作電流 vs. 溫度揭示所需嘅I_F(on)來開啟輸出隨溫度升高而降低，而I_F(off)（關斷點）則增加。呢個高溫下操作窗口變窄必須喺餘量設計中考慮。

4. 機械同封裝資料

4.1 腳位配置同原理圖

器件使用標準4腳SOP封裝。

腳位1：LED陽極
腳位2：LED陰極
腳位3 & 4：MOSFET輸出（源極同漏極連接；內部電路顯示呢啲連接方式令器件成為一個SPST開關）。

原理圖確認咗架構：一個紅外LED驅動一個光伏電池陣列，產生電壓來偏置輸出MOSFET嘅柵極，令佢哋導通。

4.2 封裝尺寸同標記

封裝主體尺寸約為4.59mm x 3.81mm，高度為1.73mm（最大）。引腳間距為2.54mm。提供推薦嘅PCB焊盤圖案（焊盤佈局）以確保可靠焊接同機械穩定性。器件頂部標記有代碼，指示製造商標誌、零件編號（例如M440A）、製造年份/週數，以及VDE認證版本可選嘅'V'。

5. 焊接同組裝指引

器件設計用於使用回流焊接工藝進行表面貼裝組裝。焊接溫度嘅絕對最大額定值為260°C持續10秒。呢個符合典型無鉛（Pb-free）回流曲線。設計師應遵循推薦嘅焊盤佈局，以防止立碑現象並確保形成正確嘅焊點。器件符合無鹵素、無鉛同RoHS指令，適合環保製造。

6. 訂購資料同包裝

零件編號遵循結構：ELM4XXA(X)-VG。

4XXA：零件編號核心（400V用440A，600V用460A）。
(X)：帶裝同捲盤選項。'TA'或'TB'表示唔同嘅捲盤規格。如果省略，零件以100件一管供應。
-V：可選後綴，表示器件通過VDE認證。
-G：表示符合無鹵素要求。

標準SMD版本（管裝）包含100件。帶裝同捲盤選項每捲包含3000件。

7. 應用建議同設計考慮

7.1 典型應用場景

ELM4XXA非常適合切換中壓、低電流信號或負載。例子包括：

喺測試設備中隔離模擬或數字信號線。
喺工業控制中切換加熱元件或小型電磁閥。
喺電源或電機驅動器中提供隔離控制輸入。
安全面板中低壓邏輯同較高壓外圍電路之間嘅接口。

7.2 關鍵設計考慮

輸入驅動電路：必須始終使用一個串聯電阻器同LED一齊來限制電流。數值計算為（電源電壓 - V_F） / 所需I_F。為確保可靠關斷，控制電路應將LED陰極拉到非常接近陽極電壓嘅電壓，最小化任何可能無意中開啟輸出嘅漏電流。
輸出負載考慮：繼電器設計用於直流負載切換。對於交流負載，需要額外保護（如緩衝網絡），電壓額定值指嘅係峰值電壓，唔係RMS。負載電流必須根據圖1基於預期最大環境溫度進行降額。導通狀態下嘅功耗（I_L²* R_d(ON)）必須喺工作溫度下計算（使用圖2中嘅R_d(ON)）以確保唔超過P_out.
。熱管理：
雖然封裝細小，但確保引腳周圍（特別係腳位3同4）有足夠嘅PCB銅面積有助於散熱，提高電流處理能力同壽命。電壓餘量：_L為咗可靠長期操作，施加喺輸出端嘅穩態電壓（V

）應該有舒適嘅餘量低於額定擊穿電壓（400V或600V），特別係喺有電壓瞬變嘅環境中。

8. 技術比較同區分

同傳統機電繼電器（EMR）相比，ELM4XXA提供更長嘅預期壽命（數十億次 vs. 數百萬次）、更快嘅開關速度、靜音操作，以及更好嘅抗衝擊/振動能力。同其他具有晶體管輸出嘅SSR或光耦相比，其MOSFET輸出提供更低嘅導通電阻，並且可以用最小偏移電壓切換交流同直流負載。4腳SOP封裝係具有呢啲電壓同電流額定值嘅SSR中最小嘅之一，提供顯著嘅空間節省。包含主要國際安全機構（UL、cUL、VDE等）嘅認證，簡化咗全球市場終端產品嘅認證。

9. 常見問題（基於技術參數）

9.1 呢款繼電器可唔可以切換交流負載？

輸出MOSFET有體二極管。喺標準配置中，器件主要用於直流負載切換。對於交流切換，可以將兩個器件背對背連接（源極對源極），或者必須由外部電路管理雙向電流流動。電壓額定值適用於交流波形嘅峰值電壓。

9.2 點解600V版本（ELM460A）嘅負載電流會低過400V版本（ELM440A）？_{更高電壓嘅MOSFET通常具有更高嘅特定導通電阻（R}ds(on)_{* 面積）。為咗適應相同嘅細小封裝，600V額定MOSFET芯片將具有更高嘅R}d(ON)²（40-70 Ω vs. 20-30 Ω）。對於給定電流，600V部件嘅功耗（I

R）更高。為咗將結溫保持喺安全限度內並保持可靠性，必須降低最大連續電流。

9.3 點樣確保繼電器完全關斷？_{確保控制電路將通過輸入LED嘅電流降低到最大I}F(off)

規格（典型0.6 mA）以下。實際上，呢個意味著將LED陰極驅動到非常接近其陽極電壓嘅電壓，或者使用足夠大嘅串聯電阻器來限制任何殘留電壓差到低於呢個閾值嘅電流。避免浮動輸入。

10. 實用設計案例分析場景：

為一個工業控制器中嘅24V直流、80mA電磁閥設計一個低側開關，最大環境溫度為60°C。控制信號來自微控制器嘅3.3V。器件選擇：

選擇ELM440A（400V額定值）因為其更高嘅電流能力。24V負載完全喺其電壓額定值內。熱降額：

從圖1，喺60°C時，ELM440A可以處理大約90-95%嘅120mA額定值。80mA約為額定值嘅67%，可以接受。輸入電路設計：_F假設V

= 1.2V。為提供10mA嘅驅動電流以實現快速開關，串聯電阻R = (3.3V - 1.2V) / 0.01A = 210 Ω。可以使用標準200 Ω電阻器。GPIO引腳可以直接提供呢個電流。輸出分析：_{喺60°C，從圖2，R}d(ON)²約為22-23 Ω。功耗P = (0.08A)_{* 23Ω = 0.147W。呢個遠低於P}out

額定值500mW。繼電器上嘅壓降 = 0.08A * 23Ω = 1.84V，留低22.16V畀電磁閥。佈局：

遵循推薦嘅焊盤佈局，並將漏極/源極引腳（3 & 4）連接到充足嘅銅鋪設以幫助散熱。

11. 工作原理

ELM4XXA基於光學隔離原理操作。當正向電流施加到輸入AlGaAs紅外LED時，它會發光。呢個光被隔離輸出側嘅光伏二極管陣列檢測到。呢個陣列產生足夠嘅開路電壓來完全增強形成輸出開關嘅N溝道功率MOSFET嘅柵極。當移除LED電流時，光伏電壓衰減，MOSFET柵極通過內部路徑放電，關閉輸出開關。呢個機制喺輸入同輸出電路之間提供幾千伏嘅電氣隔離，保護敏感控制電子設備免受負載側高壓瞬變嘅影響。

12. 技術趨勢

LED規格術語詳解

LED技術術語完整解釋

一、光電性能核心指標

術語	單位/表示	通俗解釋	點解重要
光效（Luminous Efficacy）	lm/W（流明/瓦）	每瓦電能發出嘅光通量，越高越慳電。	直接決定燈具嘅能效等級同電費成本。
光通量（Luminous Flux）	lm（流明）	光源發出嘅總光量，俗稱"光亮度"。	決定燈具夠唔夠光。
發光角度（Viewing Angle）	°（度），例如120°	光強降至一半時嘅角度，決定光束闊窄。	影響光照範圍同均勻度。
色溫（CCT）	K（開爾文），例如2700K/6500K	光嘅顏色冷暖，低值偏黃/暖，高值偏白/冷。	決定照明氣氛同適用場景。
顯色指數（CRI / Ra）	無單位，0–100	光源還原物體真實顏色嘅能力，Ra≥80為佳。	影響色彩真實性，用於商場、美術館等高要求場所。
色容差（SDCM）	麥克亞當橢圓步數，例如"5-step"	顏色一致性嘅量化指標，步數越細顏色越一致。	保證同一批燈具顏色冇差異。
主波長（Dominant Wavelength）	nm（納米），例如620nm（紅）	彩色LED顏色對應嘅波長值。	決定紅、黃、綠等單色LED嘅色相。
光譜分佈（Spectral Distribution）	波長 vs. 強度曲線	顯示LED發出嘅光喺各波長嘅強度分佈。	影響顯色性同顏色品質。

二、電氣參數

術語	符號	通俗解釋	設計注意事項
順向電壓（Forward Voltage）	Vf	LED點亮所需嘅最小電壓，類似"啟動門檻"。	驅動電源電壓需≥Vf，多個LED串聯時電壓累加。
順向電流（Forward Current）	If	使LED正常發光嘅電流值。	常採用恆流驅動，電流決定亮度同壽命。
最大脈衝電流（Pulse Current）	Ifp	短時間內可承受嘅峰值電流，用於調光或閃光。	脈衝寬度同佔空比需嚴格控制，否則過熱損壞。
反向電壓（Reverse Voltage）	Vr	LED能承受嘅最大反向電壓，超過則可能擊穿。	電路中需防止反接或電壓衝擊。
熱阻（Thermal Resistance）	Rth（°C/W）	熱量從芯片傳到焊點嘅阻力，值越低散熱越好。	高熱阻需更強散熱設計，否則結溫升高。
靜電放電耐受（ESD Immunity）	V（HBM），例如1000V	抗靜電打擊能力，值越高越不易被靜電損壞。	生產中需做好防靜電措施，尤其高靈敏度LED。

三、熱管理與可靠性

術語	關鍵指標	通俗解釋	影響
結溫（Junction Temperature）	Tj（°C）	LED芯片內部嘅實際工作溫度。	每降低10°C，壽命可能延長一倍；過高導致光衰、色漂移。
光衰（Lumen Depreciation）	L70 / L80（小時）	亮度降至初始值70%或80%所需時間。	直接定義LED嘅"使用壽命"。
流明維持率（Lumen Maintenance）	%（例如70%）	使用一段時間後剩餘亮度嘅百分比。	表徵長期使用後嘅亮度保持能力。
色漂移（Color Shift）	Δu′v′ 或麥克亞當橢圓	使用過程中顏色嘅變化程度。	影響照明場景嘅顏色一致性。
熱老化（Thermal Aging）	材料性能下降	因長期高溫導致嘅封裝材料劣化。	可能導致亮度下降、顏色變化或開路失效。

四、封裝與材料

術語	常見類型	通俗解釋	特點與應用
封裝類型	EMC、PPA、陶瓷	保護芯片並提供光學、熱學介面嘅外殼材料。	EMC耐熱好、成本低；陶瓷散熱優、壽命長。
芯片結構	正裝、倒裝（Flip Chip）	芯片電極佈置方式。	倒裝散熱更好、光效更高，適用於高功率。
螢光粉塗層	YAG、硅酸鹽、氮化物	覆蓋喺藍光芯片上，部分轉化為黃/紅光，混合成白光。	唔同螢光粉影響光效、色溫同顯色性。
透鏡/光學設計	平面、微透鏡、全反射	封裝表面嘅光學結構，控制光線分佈。	決定發光角度同配光曲線。

五、質量控制與分檔

術語	分檔內容	通俗解釋	目的
光通量分檔	代碼例如 2G、2H	按亮度高低分組，每組有最小/最大流明值。	確保同一批產品亮度一致。
電壓分檔	代碼例如 6W、6X	按順向電壓範圍分組。	便於驅動電源匹配，提高系統效率。
色區分檔	5-step MacAdam橢圓	按顏色坐標分組，確保顏色落喺極細範圍內。	保證顏色一致性，避免同一燈具內顏色不均。
色溫分檔	2700K、3000K等	按色溫分組，每組有對應嘅坐標範圍。	滿足唔同場景嘅色溫需求。

六、測試與認證

術語	標準/測試	通俗解釋	意義
LM-80	流明維持測試	喺恆溫條件下長期點亮，記錄亮度衰減數據。	用於推算LED壽命（結合TM-21）。
TM-21	壽命推演標準	基於LM-80數據推算實際使用條件下嘅壽命。	提供科學嘅壽命預測。
IESNA標準	照明工程學會標準	涵蓋光學、電氣、熱學測試方法。	行業公認嘅測試依據。
RoHS / REACH	環保認證	確保產品不含有害物質（例如鉛、汞）。	進入國際市場嘅准入條件。
ENERGY STAR / DLC	能效認證	針對照明產品嘅能效同性能認證。	常用於政府採購、補貼項目，提升市場競爭力。

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