H11AAX系列交流輸入光耦合器規格書 - 6腳DIP封裝 - 隔離電壓5000Vrms - 粵語技術文件

1. 產品概覽

H11AAX系列代表咗一個交流輸入光耦合器家族，亦都叫做光隔離器。呢啲器件專門設計嚟提供交流或未知極性直流輸入電路同輸出控制電路之間嘅電氣隔離。核心功能係利用光嚟傳輸電信號，從而消除電氣連接，防止接地迴路、電壓尖峰同噪聲喺電路之間傳播。

呢個系列包括四個主要型號：H11AA1、H11AA2、H11AA3同H11AA4。佢哋之間嘅主要區別係電流傳輸比（CTR），呢個參數定義咗信號從輸入到輸出嘅傳輸效率。呢啲器件採用緊湊嘅6腳雙列直插封裝（DIP），有標準通孔安裝、寬引腳間距同表面貼裝技術（SMD）嘅選擇。

1.1 核心優勢同目標市場

H11AAX系列提供咗幾個關鍵優勢，令佢適合要求高嘅工業同消費類應用。佢最突出嘅特點係5000Vrms嘅高隔離電壓，對於連接市電嘅設備嘅安全同可靠性至關重要。超過7.62mm嘅爬電距離進一步增強咗呢個安全等級。呢啲器件已經獲得咗主要國際安全機構嘅認可，包括UL、cUL、VDE、SEMKO、NEMKO、DEMKO、FIMKO同CQC，令佢哋喺全球範圍內適用於需要符合法規嘅產品。

輸入端集成嘅反向並聯紅外LED配置係一個定義性特徵。呢個設計允許器件直接由交流電壓或未知極性嘅直流電壓驅動，通過消除對外部整流電路嘅需求嚟簡化電路設計。輸出係一個矽NPN光電晶體。

目標市場同應用多種多樣，主要集中喺電氣隔離同交流信號檢測至關重要嘅領域。典型應用包括用於檢測市電電壓存在與否嘅交流線路監控、電話線接口電路，以及用於檢測工業控制系統中未知極性直流信號嘅傳感器。

2. 技術參數深入分析

呢部分對規格書中指定嘅電氣、光學同熱特性提供詳細、客觀嘅分析。理解呢啲參數對於可靠嘅電路設計至關重要。

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應力極限。喺呢啲條件下操作唔保證正常。

• 輸入正向電流（IF）：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（IFM）：對於10 µs嘅極短脈衝持續時間為1 A。呢個額定值對於承受瞬態浪湧好重要。
• 輸入功耗（PD）：喺25°C環境溫度下為120 mW，喺90°C以上以3.8 mW/°C遞減。呢個限制咗VF * IF乘積嘅總和。
• 輸出集電極-發射極電壓（VCEO）：80 V。當基極開路時，光電晶體嘅集電極同發射極之間可以承受嘅最大電壓。
• 器件總功耗（PTOT）：200 mW。輸入同輸出功率嘅總和唔應該超過呢個值。
• 隔離電壓（VISO）：喺40-60%相對濕度下1分鐘內為5000 Vrms。呢個係一個關鍵嘅安全參數，測試時輸入同輸出引腳分別短路。
• 工作溫度（TOPR）：-55°C 至 +100°C。器件喺呢個完整嘅工業溫度範圍內正常工作。
• 焊接溫度（TSOL）：260°C 持續10秒，適用於波峰焊或回流焊工藝。

2.2 電光特性

呢啲參數通常喺25°C下測量，定義咗器件喺正常工作條件下嘅性能。

2.2.1 輸入特性

• 正向電壓（VF）：典型值1.2V，喺正向電流（IF）為±10mA時最大值為1.5V。對稱值表示反向並聯LED對嘅行為。
• 輸入電容（Cin）：典型值80 pF。呢個會影響驅動電路嘅高頻性能。

2.2.2 輸出特性

• 集電極-發射極暗電流（ICEO）：喺VCE=10V同IF=0mA時最大值為50 nA。呢個係當冇光照射時光電晶體嘅漏電流，對於關斷狀態漏電好重要。
• 擊穿電壓（BVCEO, BVCBO, BVECO）：最小值分別為80V、80V同7V。呢啲定義咗唔同引腳配置下嘅耐壓能力。
• 集電極-發射極飽和電壓（VCE(sat)）：喺IF=±10mA同IC=0.5mA時最大值為0.4V。呢個係輸出晶體管完全導通時嘅壓降。

2.2.3 傳輸特性

呢啲參數定義咗信號傳輸效率同速度。

• 電流傳輸比（CTR）：呢個係系列嘅核心分級參數，定義為喺指定條件下（IF=±10mA，VCE=10V）嘅（IC / IF）* 100%。
  • H11AA1：CTR ≥ 20%
  • H11AA2：CTR ≥ 10%
  • H11AA3：CTR ≥ 50%
  • H11AA4：CTR ≥ 100%
  較高CTR嘅器件需要較少嘅輸入電流嚟達到給定嘅輸出電流，提高效率。
• CTR對稱性：一個LED極性嘅CTR與另一個嘅比率，指定喺0.5到2.0之間。呢個表示兩個反向並聯LED嘅平衡程度。
• 隔離電阻（RIO）：喺500V直流下最小值為10^11 Ω。呢個係輸入同輸出之間嘅直流電阻，有助於隔離質量。
• 輸入-輸出電容（CIO）：典型值0.7 pF。呢個非常低嘅電容對於抑制跨越隔離屏障嘅高頻共模噪聲至關重要。
• 開關時間（Ton, Toff, Tr, Tf）：喺測試條件下（VCC=10V，IC=10mA，RL=100Ω）所有時間最大值為10 µs。呢啲時間定義咗輸出對輸入信號變化嘅響應速度，限制咗最大交流頻率或數據速率。

3. 分級系統說明

H11AAX系列採用咗一個基於電流傳輸比（CTR）嘅簡單分級系統。

CTR分級（H11AAX中嘅X）：數字後綴（1、2、3、4）直接對應於第2.2.3節中列出嘅最小保證CTR百分比。冇基於波長、正向電壓或其他參數嘅分級。設計師必須根據所需嘅輸出電流驅動能力與可用輸入電流嚟選擇適當嘅等級。例如，H11AA4（100%最小CTR）係最靈敏嘅，會喺輸入驅動能力非常低嘅應用中選擇，而H11AA2可能足夠並且喺具有較高可用驅動電流嘅電路中更具成本效益。

4. 性能曲線分析

規格書參考咗典型嘅電光特性曲線。雖然具體圖表冇喺提供嘅文本中複製，但佢哋嘅目的同傳達嘅信息對於呢類元件係標準嘅。

典型曲線包括：

• 電流傳輸比（CTR）與正向電流（IF）：呢條曲線顯示CTR點樣隨驅動電流變化。通常，CTR喺中等IF時最高，並且可能喺非常低或非常高嘅電流時下降。
• CTR與環境溫度（Ta）：光耦合器CTR通常具有負溫度係數，意味住佢隨溫度升高而降低。呢個圖表對於設計喺整個溫度範圍內工作嘅電路至關重要。
• 集電極電流（IC）與集電極-發射極電壓（VCE）：呢個係輸出特性曲線族，類似於雙極性晶體管，以輸入LED電流（IF）作為參數。佢顯示咗飽和區同有源區。
• 正向電壓（VF）與正向電流（IF）：輸入LED對嘅IV特性。
• 開關時間與負載電阻（RL）：顯示上升、下降、開啟同關閉時間點樣受輸出負載影響。

設計師應該查閱完整規格書中嘅呢啲曲線，以理解最小/典型/最大值表中未捕捉到嘅非線性行為同降額因素。

5. 機械同封裝信息

器件提供多種封裝變體以適應唔同嘅組裝工藝。

5.1 封裝尺寸同類型

• 標準DIP類型：默認嘅通孔封裝。
• 選項M類型：具有"寬引腳彎曲"，提供0.4英寸（約10.16mm）嘅引腳間距，而非標準嘅0.3英寸（7.62mm），對於需要更大爬電距離嘅電路板有用。
• 選項S類型：用於回流焊嘅表面貼裝引腳形式。
• 選項S1類型：一個"低剖面"表面貼裝版本，可能具有較低嘅PCB離板高度。

為每種類型提供咗詳細嘅尺寸圖，包括本體尺寸、引腳長度、引腳間距同共面度規格。呢啲對於PCB封裝設計至關重要。

5.2 焊盤佈局同極性識別

提供咗表面貼裝選項（S同S1）嘅推薦焊盤佈局。規格書指出呢個係一個建議，設計師應該根據佢哋特定嘅PCB製造工藝同熱要求進行修改。

器件標記：封裝頂部標記有：

- "EL"（製造商代碼）

- 完整部件號（例如，H11AA1）

- 一位數字嘅年份代碼（Y）

- 兩位數字嘅星期代碼（WW）

- 如果該單元指定咗VDE安全認證，則有一個可選嘅"V"後綴。

引腳配置（6腳DIP）：

1. 陽極 / 陰極（LED1陽極，LED2陰極）

2. 陰極 / 陽極（LED1陰極，LED2陽極）

3. 無連接（NC）

4. 發射極（光電晶體嘅）

5. 集電極（光電晶體嘅）

6. 基極（光電晶體嘅）。基極引腳通常開路或通過電阻連接到發射極以進行靈敏度調整或速度改善。

6. 焊接同組裝指南

絕對最大額定值中嘅關鍵指南係焊接溫度：260°C最多10秒。呢個與標準無鉛（SnAgCu）回流焊曲線兼容。

重要考慮事項：

• 濕度敏感性：雖然冇喺提供嘅文本中明確說明，但塑料封裝嘅SMD光耦合器通常具有濕度敏感等級（MSL）。對於表面貼裝部件（選項S、S1），遵循製造商關於烘烤同車間壽命嘅處理說明以防止回流焊期間"爆米花"現象至關重要。
• 清潔：確保清潔溶劑與器件嘅塑料材料兼容。
• 儲存條件：根據規格書，儲存溫度範圍係-55°C至+125°C。器件應該儲存喺乾燥、防靜電嘅環境中。

7. 包裝同訂購信息

訂購代碼遵循以下模式：H11AAXY(Z)-V

• X：CTR等級（1、2、3、4）。
• Y：引腳形式選項。
  • 無：標準DIP-6（65件/管）。
  • M：寬引腳彎曲（65件/管）。
  • S：表面貼裝引腳形式。
  • S1：低剖面表面貼裝引腳形式。
• Z：帶和捲盤選項（僅適用於S/S1）。
  • TA：特定帶和捲盤類型。
  • TB：替代帶和捲盤類型。
  • TA同TB每個捲盤都包裝1000件。
• V：可選嘅VDE安全認證標記。

帶和捲盤規格：為自動拾放組裝提供咗載帶（口袋尺寸A、B）、蓋帶同捲盤嘅詳細尺寸。

8. 應用建議

8.1 典型應用電路

交流線路監控器：輸入直接跨接喺交流線路上（帶有限流電阻）。輸出晶體管與交流過零同步開關，向微控制器提供數字脈衝串或整流信號以檢測電源存在。

未知極性直流傳感器：反向並聯輸入允許器件連接到直流電壓源而唔使考慮極性，使其非常適合用於電池供電設備或工業傳感器中，呢啲地方嘅接線極性可能反轉。

電話線接口：用於振鈴檢測或摘機檢測，提供電話線同邏輯電路之間嘅隔離。

8.2 設計考慮事項

• 輸入電流限制：必須始終使用一個串聯電阻嚟將輸入電流（IF）限制喺低於60mA嘅安全值，根據峰值輸入電壓同LED正向電壓計算。
• 輸出負載：集電極上嘅負載電阻（RL）決定咗輸出電壓擺幅並影響開關速度。較小嘅RL提供更快嘅開關但消耗更多功率。
• 抗噪性：低輸入-輸出電容（0.7pF）提供咗出色嘅高頻共模噪聲抑制。為咗獲得最佳性能，請保持輸入同輸出走線喺PCB上物理分離。
• CTR退化：喺非常長嘅時間同高溫下，光耦合器嘅CTR可能會退化。對於關鍵嘅長壽命應用，設計時要留有足夠嘅初始CTR餘量。

9. 技術比較同區別

H11AAX系列主要通過其交流輸入能力（通過反向並聯LED結構）嚟區分自己。大多數標準光耦合器（例如，4N25、PC817）具有單個LED輸入，需要確定嘅正向偏置，需要外部橋式整流器用於交流操作。H11AAX集成咗呢個功能。

與其他交流輸入光耦合器相比，佢嘅關鍵優勢係高5000Vrms隔離等級同全面嘅國際安全認證套件（UL、VDE等），呢啲對於喺多個全球市場銷售嘅產品至關重要。多種CTR等級同封裝類型（通孔同SMD）嘅可用性提供咗設計靈活性。

10. 常見問題（基於技術參數）

Q1：我可以直接用120VAC或230VAC市電驅動H11AAX嗎？

A：唔可以直接。你必須使用一個限流電阻與輸入串聯。電阻值必須根據峰值市電電壓（例如，對於230VAC約為~340V）、所需正向電流同LED嘅VF計算。仲要考慮電阻嘅額定功率。

Q2：我可以喺呢個光耦合器上使用嘅最大交流頻率係幾多？

A：最大開關時間係10 µs。理論上呢個允許方波頻率高達約50 kHz。然而，對於乾淨嘅50/60 Hz交流正弦波檢測，佢完全適合，因為週期（16.7ms/20ms）遠長於開關時間。

Q3：點解有個基極引腳（引腳6），我應該點樣使用佢？

A：基極引腳提供咗對光電晶體基極嘅訪問。開路係標準做法。喺基極同發射極之間連接一個電阻可以：

1. 提高速度：一個低值電阻（例如，10kΩ至100kΩ）分流存儲電荷，減少關斷時間（Toff）。

2. 降低靈敏度/增加閾值：一個電阻提供漏電路徑，稍微增加開啟輸出所需嘅最小輸入電流。

Q4：我點樣喺唔同嘅CTR等級（H11AA1、AA2、AA3、AA4）之間選擇？

A：根據你嘅輸入驅動能力同所需輸出電流選擇。如果你嘅電路只能提供小輸入電流（例如，來自高壓電阻），選擇較高CTR等級（AA3或AA4）以獲得足夠輸出。如果輸入電流充足，較低等級（AA1或AA2）可能更具成本效益。始終設計時要為隨時間同溫度嘅CTR退化留有餘量。

11. 實際設計案例研究

場景：設計一個230VAC市電存在檢測器。

目標：當存在230VAC時，向微控制器提供一個3.3V邏輯高電平信號。

設計步驟：

1. 部件選擇：選擇H11AA1（20%最小CTR），因為輸入電流將足夠。

2. 輸入電阻計算：峰值電壓 = 230V * √2 ≈ 325V。所需IF ≈ 10mA（為咗良好CTR）。VF ≈ 1.2V。R = (325V - 1.2V) / 0.01A ≈ 32.4kΩ。使用標準33kΩ電阻。R中嘅功耗：P = (230V)^2 / 33000Ω ≈ 1.6W。需要一個額定功率為2W或3W嘅電阻。

3. 輸出電路：通過上拉電阻（例如，10kΩ）將集電極（引腳5）連接到3.3V微控制器電源。將發射極（引腳4）連接到地。基極（引腳6）開路。

4. 操作：當存在交流電時，輸出晶體管喺每個半週期導通，將集電極（同MCU輸入引腳）拉低。MCU睇到一個50/60 Hz脈動低電平信號，可以喺軟件中進行去抖動以指示"電源開啟"。

5. PCB佈局：喺PCB上保持輸入側（引腳1、2、3、電阻）同輸出側（引腳4、5、6、MCU）走線之間嘅爬電距離大於7.62mm，以保持隔離等級。

12. 工作原理

H11AAX基於光電隔離原理工作。喺輸入側，兩個砷化鎵紅外發光二極管（LED）反向並聯連接。當施加交流電壓時（帶串聯限流電阻），一個LED喺正半週期導通並發光，另一個LED喺負半週期導通並發光。因此，紅外光脈衝以輸入交流信號頻率嘅兩倍產生。

呢啲光穿過封裝內嘅透明隔離屏障。喺輸出側，光照射到矽NPN光電晶體嘅基區。光子產生電子-空穴對，產生基極電流，從而開啟晶體管，允許集電極電流（IC）流動。呢個輸出集電極電流與輸入正向電流嘅比率就係電流傳輸比（CTR）。光電晶體嘅集電極-發射極電壓由外部負載電路控制。

13. 技術趨勢

光耦合器技術持續發展。雖然基本原理保持不變，但趨勢包括：

• 更高速度：開發具有更快開關時間（納秒級）嘅器件，用於數字通信同逆變器門驅動應用，通常使用光電二極管或基於IC嘅輸出代替光電晶體。
• 更高集成度：將光耦合器與附加功能結合，例如IGBT門驅動器、誤差放大器或數字接口（I²C隔離器）。
• 提高可靠性同壽命：LED材料同封裝技術嘅進步，以減少隨時間同溫度嘅CTR退化率。
• 小型化：持續減小封裝尺寸，特別係表面貼裝版本，以節省PCB空間。
• 替代隔離技術：電容同磁性（巨磁阻，GMR）隔離器喺一些高速、高密度應用中競爭，儘管光耦合器喺高共模瞬態抗擾度（CMTI）同完善嘅安全認證方面保持優勢。

H11AAX系列以其穩健嘅設計同安全認證，代表咗一個成熟可靠嘅解決方案，適用於傳統交流檢測同基本隔離需求，其集成嘅交流輸入能力提供咗明顯優勢。