8腳SOP光電晶體光耦合器EL20X/EL21X系列規格書 - SO-8封裝 - 隔離電壓3750Vrms - 粵語技術文件

1. 產品概覽

EL20X同EL21X系列係採用標準8腳小型封裝（SOP）嘅光電晶體光耦合器（光耦）系列。呢啲器件透過使用紅外發光二極管（LED）將信號傳送到光電晶體探測器，嚟提供兩個電路之間嘅電氣隔離。主要功能係喺冇任何直接電氣連接嘅情況下，跨越隔離屏障傳輸電氣信號，從而防止高電壓或噪聲從一個電路傳播到另一個電路。

呢個系列嘅核心優勢在於佢將緊湊、行業標準嘅SO-8封裝同強勁嘅隔離性能結合埋一齊。主要特性包括高達3750 V_rms嘅高隔離電壓、-55°C至+110°C嘅寬工作溫度範圍，以及80V嘅高集極-射極擊穿電壓（BV_CEO）。器件提供多種電流傳輸比（CTR）等級，讓設計師可以根據佢哋特定應用嘅增益要求選擇優化嘅部件。符合環保同安全標準，例如無鹵素、無鉛、符合RoHS，以及具有UL/cUL認證，令佢哋適用於廣泛嘅商業同工業應用。

1.1 目標應用

呢啲光耦合器專為電子系統中嘅通用隔離同開關任務而設計。典型應用領域包括：

• 反饋控制電路：喺開關模式電源（SMPS）中隔離反饋信號，以保持穩壓同保護控制IC。
• 系統介面：耦合喺唔同地電位或電壓水平下運作嘅電路之間嘅數位或模擬信號，例如微控制器同馬達驅動器或工業I/O模組嘅介面。
• 通用開關：取代機械繼電器，實現無噪聲、固態嘅信號開關。
• 監控同檢測電路：用於隔離至關重要嘅安全監控、故障檢測或線路感測。

2. 深入技術參數分析

呢部分對規格書中指定嘅關鍵電氣同光學參數提供詳細、客觀嘅解讀。

2.1 絕對最大額定值

呢啲額定值定義咗器件可能發生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（I_F）：60 mA（連續）。峰值正向電流（I_FM）喺極短脈衝（10 µs）下為1 A，呢個同開機期間嘅浪湧條件有關。
• 輸入反向電壓（V_R）：6 V。輸入LED嘅反向擊穿電壓相對較低；電路設計時必須小心避免施加反向偏壓。
• 輸出集極-射極電壓（V_CEO）：80 V。呢個係當基極開路（冇光輸入）時，光電晶體嘅集極同射極之間可以承受嘅最大電壓。
• 總功耗（P_TOT）：240 mW。呢個係輸入LED同輸出晶體管可以消耗嘅最大總功率。輸入（P_D）嘅個別限制為90 mW，輸出（P_C）為150 mW。
• 隔離電壓（V_ISO）：3750 V_rms，持續1分鐘。呢個係關鍵嘅安全參數，測試方法係喺所有短路嘅輸入腳（1-4）同所有短路嘅輸出腳（5-8）之間施加呢個交流電壓。佢證明咗內部絕緣體嘅介電強度。
• 工作同儲存溫度：-55°C至+110°C（工作），-55°C至+125°C（儲存）。寬廣嘅範圍確保咗喺惡劣環境下嘅可靠性。

2.2 電光特性

呢啲參數喺標準測試條件下測量（除非註明，否則Ta=25°C），並定義咗器件嘅性能。

2.2.1 輸入（LED）特性

• 正向電壓（V_F）：典型值1.3V，喺I_F= 10 mA時最大值1.5V。呢個用嚟計算LED驅動電路所需嘅限流電阻。
• 反向電流（I_R）：喺V_R= 6V時最大值100 µA，表示LED喺關閉狀態下嘅漏電流。

2.2.2 輸出（光電晶體）特性

• 集極-射極暗電流（I_CEO）：喺V_CE= 10V，I_F= 0mA時最大值50 nA。呢個係冇光照射時光電晶體嘅漏電流，對於確定"關閉"狀態信號電平好重要。
• 集極-射極飽和電壓（V_CE(sat)）：喺I_F= 10mA，I_C= 2mA時最大值0.4V。當器件用作開關時，低飽和電壓係理想嘅，可以最小化電壓降同功率損耗。

2.2.3 傳輸特性

對於光耦合器嚟講，最關鍵嘅參數係電流傳輸比（CTR）。

• 定義：CTR = (I_C/ I_F) * 100%，其中I_C係光電晶體嘅集極電流，I_F係LED嘅正向電流。佢代表將輸入電流轉換為輸出電流嘅效率。
• 分級系統：該系列分為特定嘅CTR等級，以確保設計一致性。
  • EL20X系列（標準CTR，I_F=10mA時）：EL205 (40-80%)、EL206 (63-125%)、EL207 (100-200%)、EL208 (160-320%)。
  • EL21X系列（最小CTR，I_F=10mA時）：EL211 (>20%)、EL212 (>50%)、EL213 (>100%)。
  • 低電流CTR（I_F=1mA時）：針對較低LED電流操作指定咗唔同嘅部件號（EL215、EL216、EL217），顯示CTR取決於I_F.
• 。開關速度：_{典型開啟時間（t}on_{）同關閉時間（t}off_r）各為3.0 µs，喺指定測試條件下（V_f=10V，I_CC=2mA，R_C=100Ω），上升時間（t_L）為1.6 µs，下降時間（t
• ）為2.2 µs。呢啲參數限制咗可以傳輸嘅信號嘅最高頻率。隔離參數：_IO隔離電阻（R¹¹）典型值為10_IOΩ，輸入輸出電容（C

）典型值為0.5 pF。低電容對於喺嘈雜環境中保持高共模瞬變抗擾度（CMTI）至關重要。

3. 性能曲線分析

雖然提供嘅PDF摘錄提到典型特性曲線但冇顯示出嚟，但佢哋嘅一般用途同對設計嘅影響解釋如下。_F)

3.1 電流傳輸比（CTR）對正向電流（I_F）

典型曲線會顯示CTR並唔係恆定嘅。佢通常喺特定嘅I

（對於呢類器件通常喺1-10 mA範圍內）達到峰值，並喺較低同較高電流時下降。設計師必須參考呢條曲線，以選擇一個為其應用提供足夠增益同線性度嘅最佳工作點。

3.2 CTR對溫度

CTR具有負溫度係數；佢隨著環境溫度升高而降低。呢個特性對於喺整個-55°C至+110°C範圍內運作嘅設計至關重要。電路必須設計成確保喺最高預期溫度（即CTR最低時）能夠正常運作（例如，足夠嘅輸出擺幅或開關能力）。_F3.3 集極電流對集極-射極電壓_CE呢組以唔同I_C值為參數嘅曲線，顯示咗光電晶體嘅輸出特性。佢說明咗飽和區（V_F低，I

主要由I

控制）同有源/線性區。呢個對於設計線性隔離放大器或確保器件用作開關時完全飽和至關重要。

4. 機械同封裝資訊4.1 腳位配置8腳SOP封裝具有以下腳位定義：腳1：陽極，腳2：陰極，腳3、4、8：無連接（NC），腳5：射極，腳6：集極，

腳7：

基極。基極腳引出到外部，提供設計靈活性。可以將其開路以獲得最高靈敏度，通過電阻連接到射極以降低靈敏度並提高開關速度，或者喺特定配置中用於反饋。

4.2 封裝尺寸同PCB佈局

器件符合標準SO-8封裝尺寸。規格書包含以毫米為單位嘅詳細機械圖紙。亦提供咗表面貼裝組裝嘅推薦焊盤佈局。遵循呢個焊盤圖案對於實現可靠嘅焊點同防止回流焊期間出現墓碑效應等問題至關重要。封裝外形確保咗同自動貼片設備嘅兼容性。

5. 焊接同組裝指引

焊接溫度嘅絕對最大額定值為260°C，持續10秒。呢個係無鉛（Pb-free）回流焊接工藝嘅典型額定值。應遵循IPC/JEDEC J-STD-020關於濕度敏感等級（MSL）同回流曲線嘅標準指引。器件應儲存喺其原始防潮袋中直至使用。如果暴露於超過其MSL等級嘅環境濕度，則需要喺焊接前進行烘烤，以防止回流焊期間出現"爆米花"損壞。

6. 包裝同訂購資訊6.1 型號編碼規則

• 部件號遵循以下格式：EL2XX(Y)-V
• XX：部件號（05、06、07、08、11、12、13、15、16、17）。定義CTR等級。
• Y：帶裝同捲盤選項（TA、TB，或冇標記表示管裝）。

V：

• 可選後綴，表示包含VDE安全認證。6.2 包裝選項
• 管裝：每管100個。適用於原型製作或小批量手動組裝。

帶裝同捲盤：

每捲2000個。專為大批量自動化組裝線設計。規格書包含詳細嘅帶裝同捲盤規格（凹槽尺寸、帶寬、捲盤直徑）。

6.3 器件標記

封裝頂部標記有"EL"（製造商代碼）、部件號（例如207）、1位數字年份代碼（Y）同2位數字週代碼（WW）。對於VDE認證版本，可能會有可選嘅"V"。呢個標記允許對元件進行追溯同驗證。

7. 應用設計考慮_{7.1 驅動輸入LED}必須使用限流電阻驅動LED。電阻值計算為R_LIMIT= (V_FDRIVE_F- V_F) / I_F。使用規格書中嘅最大V_F，以確保喺所有條件下都能達到所需嘅最小I

。對於數位開關，考慮到器件嘅開關速度，確保驅動電路能夠提供必要嘅I

，以喺所需時間內達到期望嘅輸出狀態。_L7.2 輸出電路設計_CC連接喺集極同V_L之間嘅負載電阻（R_L）決定咗輸出電壓擺幅同開關速度。較小嘅R_F提供更快嘅開關速度（由於較小嘅RC時間常數），但會導致較小嘅輸出電壓擺幅同較高嘅功耗。較大嘅R

提供較大嘅擺幅但速度較慢。所選嘅I

同CTR必須保證光電晶體喺導通時能夠吸收足夠電流，將輸出電壓拉低到接收電路嘅邏輯低閾值以下。_{7.3 使用基極腳}將基極腳（腳7）開路可提供最高嘅CTR同靈敏度。喺基極同射極（腳5）之間連接一個電阻（通常喺100 kΩ至1 MΩ範圍內）會分流一部分光生基極電流，降低有效增益（CTR），但顯著提高開關速度，尤其是關閉時間（t

off

）。呢個係高速數位隔離應用中常見嘅權衡。

7.4 確保可靠隔離

為保持額定隔離電壓，正確嘅PCB佈局至關重要。根據相關安全標準（例如IEC 60950、IEC 60601）嘅規定，喺PCB上保持輸入側同輸出側銅走線之間足夠嘅爬電距離同電氣間隙。元件內部嘅隔離屏障已經過認證，但PCB佈局唔可以損害佢。_{8. 技術比較同選型指引}EL20X/EL21X系列以其喺標準SO-8封裝中高達3750V_Frms

嘅隔離電壓而與眾不同，呢個高於許多基本4腳光耦合器。同更先進嘅數位隔離器（使用CMOS技術）相比，呢類光電晶體光耦合器通常速度較慢，CTR較低，而且CTR會隨時間退化。然而，佢哋為直流同低頻交流信號隔離提供咗出色嘅共模抑制、簡單性同穩健性。關鍵嘅選擇標準係：所需嘅隔離電壓、工作I

下必要嘅CTR、可接受嘅開關速度同工作溫度範圍。

9. 常見問題（FAQ）

9.1 EL20X同EL21X系列有咩唔同？

EL20X系列（EL205-EL208）指定咗CTR嘅最小值同最大值（一個"分級"範圍），提供更嚴格嘅參數控制。EL21X系列（EL211-EL213）只指定咗最小CTR值，呢個可能導致實際值分佈更廣，但成本可能更低。

9.2 溫度點樣影響性能？

CTR隨著溫度升高而降低。為咗喺整個溫度範圍內可靠運作，設計計算應使用喺最高工作溫度下嘅預期最小CTR。規格書通常會為此提供降額曲線或溫度係數。_F9.3 呢個器件可唔可以用嚟隔離模擬信號？

可以，但有局限性。光電晶體嘅響應係非線性嘅，而且CTR隨I

同溫度變化。對於線性模擬隔離，需要額外嘅外部電路（運算放大器、反饋）來線性化響應，或者應該考慮專用嘅線性光耦合器。

9.4 型號入面個"V"選項有咩用？

"-V"後綴表示該特定單元已經過測試同認證，符合VDE（德國電氣工程師協會）關於加強絕緣嘅安全標準。呢個通常係歐洲市場銷售產品嘅要求。10. 實戰設計例子

場景：

1. 隔離一個3.3V微控制器GPIO腳，以控制另一個電路上嘅12V繼電器線圈。繼電器線圈需要50mA才能啟動。設計步驟：
2. 介面選擇：使用光耦合器作為繼電器嘅低側開關。微控制器驅動LED側。光電晶體將吸收繼電器線圈電流。_C部件選擇：_F選擇一個具有足夠CTR嘅部件。所需I
3. = 50mA。如果目標係從MCU提供I= 5mA，則所需最小CTR = (50mA / 5mA)*100% = 1000%。標準光電晶體無法提供呢個。因此，光耦合器必須驅動一個小型晶體管（"後置晶體管"），然後再由佢驅動繼電器。選擇一個EL207（CTR 100-200%）以獲得良好增益。
4. 輸入電路：MCU GPIO (3.3V) -> 限流電阻R1 -> EL207腳1（陽極）同腳2（陰極）。R1 = (3.3V - 1.5V) / 0.005A = 360Ω（使用330Ω標準值）。
5. 輸出電路：12V電源 -> 繼電器線圈 -> EL207嘅集極（腳6）。射極（腳5）接地。必須喺繼電器線圈兩端反向並聯一個續流二極管，以保護光電晶體免受關閉時嘅電壓尖峰影響。可以喺腳7添加一個基極-射極電阻（例如1 MΩ）以提高關閉速度。_F驗證：_C喺I

=5mA時，最小CTR為100%可提供I

= 5mA。呢個足以使一個具有高增益嘅小型BJT（例如2N3904）飽和，然後再由佢開關50mA嘅繼電器線圈。_F11. 工作原理_FE光耦合器由封裝喺不透光外殼內嘅兩個主要部件組成。喺輸入側，一個紅外砷化鎵（GaAs）發光二極管（LED）將電流轉換為紅外光。呢種光嘅強度同流經LED嘅正向電流（I_C）成正比。呢道光穿過透明嘅隔離間隙（通常填充有介電凝膠）並照射到輸出側嘅矽光電晶體上。光電晶體嘅基極區域設計成對呢種特定波長嘅光敏感。入射光子喺基極-集極結處產生電子-空穴對，產生充當基極電流嘅光電流。呢個光生基極電流然後被晶體管嘅電流增益（h_C）放大，產生大得多嘅集極電流（I_F）。比率I

/I

就係電流傳輸比（CTR）。關鍵點在於信號係透過光傳輸嘅，提供由內部絕緣材料嘅物理特性同LED與晶體管之間距離決定嘅電氣隔離。12. 技術趨勢基於光電晶體嘅光耦合器，例如EL20X/EL21X，代表咗一種成熟可靠嘅隔離技術。目前信號隔離嘅趨勢包括越來越多地採用基於CMOS技術同射頻或電容耦合嘅