EL3H4-G 系列光電耦合器規格書 - 4腳SSOP封裝 - 交流輸入 - 3750Vrms隔離 - 粵語技術文件

1. 產品概覽

EL3H4-G系列係一個專為需要電氣隔離同埋從交流或未知極性直流源傳輸信號嘅應用而設計嘅交流輸入光電晶體管光電耦合器系列。呢款器件採用緊湊嘅表面貼裝4腳小型外殼封裝（SSOP），適合空間有限嘅PCB設計。

核心組件由兩個反向並聯連接嘅紅外發光二極管（LED）組成。呢種配置允許輸入接受交流信號，因為喺輸入波形嘅每個半週期內都有一個二極管導通。發出嘅紅外光通過光學耦合到一個矽光電晶體管，提供隔離嘅輸出信號。整個組件用綠色無鹵素化合物封裝。

1.1 核心優勢

• 交流輸入能力：反向並聯LED配置使到可以直接同交流信號源連接，唔需要外部整流電路。
• 高隔離電壓：提供安全額定隔離電壓3750 V_rms喺輸入同輸出側之間，對於保護敏感電路免受高壓瞬變影響至關重要。
• 緊湊外形：SSOP封裝佔用空間細，非常適合現代高密度電子組裝。
• 環保合規：器件符合無鹵素要求，並遵守RoHS同REACH等相關環保指令。
• 安全認證：產品獲得主要國際安全機構嘅認證，包括UL、cUL、VDE、SEMKO、NEMKO、DEMKO、FIMKO同CQC。

1.2 目標應用

呢款光電耦合器專為各種需要可靠隔離同交流信號檢測嘅工業同通訊應用而設計。

• 交流線路監控：檢測電源、電器同工業設備中交流市電電壓嘅存在與否。
• 可編程邏輯控制器（PLC）：為感應來自傳感器同開關嘅交流信號提供隔離數字輸入通道。
• 電話線接口：隔離通訊設備中嘅振鈴或摘機檢測電路。
• 未知極性直流感應：連接極性唔固定或預先未知嘅直流信號。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

絕對最大額定值定義咗器件可能發生永久損壞嘅應力極限。呢啲唔係用於正常工作條件。

• 輸入正向電流（I_F）：±50 mA（連續）。±號表示交流/雙向能力。
• 峰值正向電流（I_FM）：對於10 µs嘅短脈衝持續時間為1 A。呢個額定值對於承受短暫浪湧電流好重要。
• 集電極-發射極電壓（V_CEO）：80 V。呢個係可以施加喺輸出光電晶體管兩端嘅最大電壓。
• 總功耗（P_TOT）：200 mW。呢個係器件可以從輸入同輸出兩側散發嘅最大總功率。
• 隔離電壓（V_ISO）：3750 V_rms持續1分鐘。呢個高壓耐受額定值係一個關鍵安全參數。
• 工作溫度（T_OPR）：-55°C 至 +100°C。寬廣嘅範圍確保喺惡劣環境下可靠運行。
• 焊接溫度（T_SOL）：260°C 持續10秒，符合典型無鉛回流焊接曲線。

2.2 電光特性

呢啲參數定義咗器件喺指定測試條件下（通常喺T_a= 25°C）嘅電氣同光學性能。

2.2.1 輸入特性

• 正向電壓（V_F）：典型值1.2V，喺正向電流±20 mA時最大值1.4V。呢個低壓降對低功耗電路有益。
• 輸入電容（C_in）：典型值50 pF，最大值250 pF。呢個參數影響輸入側嘅高頻響應。

2.2.2 輸出特性

• 集電極-發射極暗電流（I_CEO）：喺V_CE=20V同I_F=0時，最大值100 nA。呢個係無光時光電晶體管嘅漏電流。
• 集電極-發射極擊穿電壓（BV_CEO）：最小值80V。呢個確保輸出可以處理典型邏輯或中壓電平。
• 集電極-發射極飽和電壓（V_CE(sat)）：典型值0.1V，喺I_F=±20mA同I_C=1mA時最大值0.2V。低飽和電壓對於驅動邏輯輸入嘅輸出級係理想嘅。

2.2.3 傳輸特性

呢啲參數定義咗從輸入到輸出嘅信號傳輸效率同質量。

• 電流傳輸比（CTR）：呢個係輸出集電極電流（I_C）同輸入正向電流（I_F）嘅比率，以百分比表示。佢係增益嘅關鍵參數。EL3H4-G系列提供唔同嘅CTR等級：
  • EL3H4：喺I_F= ±1 mA，V_CE= 5V時，CTR最小值20%至最大值300%。
  • EL3H4A：CTR最小值50%至最大值150%。
  • EL3H4B：CTR最小值100%至最大值300%。
  呢個選擇允許設計師根據佢哋嘅應用選擇合適嘅增益，喺靈敏度同潛在飽和之間取得平衡。
• CTR對稱性：用正I_F測量嘅CTR同用負I_F測量嘅CTR嘅比率。規定喺0.5到2.0之間。接近1.0嘅值表示兩個輸入LED嘅交流響應有良好對稱性。
• 隔離電阻（R_IO）：最小值5×10¹⁰Ω，喺500V DC時典型值10¹¹Ω。呢個極高嘅電阻對於保持隔離完整性至關重要。
• 浮動電容（C_IO）：典型值0.6 pF，最大值1.0 pF。呢個低電容最小化咗跨隔離屏障嘅電容耦合，對於抑制高頻共模噪聲好重要。
• 開關時間：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）都有最大值18 µs。呢啲時間定義咗器件嘅速度同對唔同頻率信號嘅適用性。

3. 分級系統說明

EL3H4-G系列採用主要基於電流傳輸比（CTR）嘅分級系統。

• 標準級（無後綴）：提供最寬嘅CTR範圍（20-300%），適合增益精度唔係關鍵嘅通用應用。
• A級（後綴'A'）：提供更緊湊、中範圍嘅CTR（50-150%），提供更可預測嘅性能。
• B級（後綴'B'）：提供緊湊、高CTR範圍（100-300%），非常適合需要高靈敏度同增益嘅應用，例如檢測微弱信號。

呢個分檔允許製造商為一致性優化佢哋嘅設計，或者為特定靈敏度要求選擇部件。

4. 性能曲線分析

規格書參考典型電光特性曲線。雖然具體圖表喺提供嘅文本中無詳細說明，但佢哋通常包括以下內容，呢啲對設計至關重要：

• CTR vs. 正向電流（I_F）：顯示傳輸比如何隨輸入電流水平變化。CTR通常喺非常高的I_F時由於LED效率下降而降低。
• CTR vs. 溫度：說明器件靈敏度嘅溫度依賴性。CTR通常隨溫度升高而降低。
• 正向電壓（V_F） vs. 正向電流（I_F）：二極管嘅IV特性曲線。
• 輸出集電極電流（I_C） vs. 集電極-發射極電壓（V_CE）：光電晶體管喺唔同輸入光水平（I_F）下嘅輸出特性。
• 開關時間 vs. 負載電阻（R_L）：顯示上升同下降時間如何受輸出端選擇嘅負載電阻影響。

設計師應該參考呢啲曲線來了解器件喺非標準條件下嘅行為，並為所需速度同輸出擺幅優化輸入電流同負載電阻等參數。

5. 機械同封裝信息

5.1 引腳配置

4腳SSOP封裝有以下引腳排列：

1. 引腳1：一個LED嘅陽極 / 另一個嘅陰極（由於反向並聯連接）。
2. 引腳2：第一個LED嘅陰極 / 第二個嘅陽極。
3. 引腳3：光電晶體管嘅發射極。
4. 引腳4：光電晶體管嘅集電極。

呢個配置意味住交流輸入施加喺引腳1同2之間，輸出從引腳3同4取出（通常引腳3作為公共/地）。

5.2 封裝尺寸同PCB佈局

規格書包括SSOP封裝嘅詳細機械圖紙。關鍵尺寸包括本體尺寸、引腳間距同離板高度。亦都提供咗表面貼裝嘅推薦焊盤佈局，並註明僅供參考，應根據特定PCB製造工藝同熱要求進行修改。正確嘅焊盤設計對於可靠焊接同機械強度至關重要。

6. 焊接同組裝指南

6.1 回流焊接曲線

器件兼容無鉛回流焊接工藝。推薦嘅最高本體溫度曲線基於IPC/JEDEC J-STD-020D：

• 預熱：喺60-120秒內從150°C升至200°C。
• 液相線以上時間（T_L=217°C）：60-100秒。
• 峰值溫度（T_P）：最高260°C。
• 峰值5°C內時間：最多30秒。
• 最大回流循環次數： 3.

遵守呢個曲線可以防止塑料封裝同內部引線鍵合受到熱損壞。

6.2 注意事項

• 避免喺處理同焊接期間將器件暴露喺超過絕對最大額定值嘅溫度下。
• 確保隔離屏障唔會因封裝輸入同輸出側之間嘅污染（例如助焊劑、碎屑）而受損。
• 喺處理期間遵循標準ESD（靜電放電）預防措施，因為內部LED同晶體管對靜電敏感。

7. 包裝同訂購信息

7.1 型號編號規則

部件號遵循以下格式：EL3H4(Y)(Z)-VG

• EL3H4：基本部件號。
• Y：CTR等級（A、B或空白表示標準）。
• Z：帶裝同捲盤選項（TA、TB、EA、EB或空白表示管裝）。TA/TB捲盤包含5000個單位；EA/EB捲盤包含1000個單位。A同B選項之間嘅差異通常與帶寬或進給方向有關。
• V：可選後綴，表示部件具有VDE認證。
• G：表示無鹵素材料。

示例：EL3H4A-TA-VG係一個'A'級部件，以5000單位TA捲盤供應，具有VDE認證，並且係無鹵素。

7.2 包裝規格

器件可以以管裝（150單位）或帶裝同捲盤形式供應。提供詳細嘅帶尺寸（袋尺寸、間距、帶寬）以兼容自動貼片設備。

7.3 器件標記

封裝頂部標記有代碼：EL 3H4 RYWWV

• EL：製造商代碼。
• 3H4：器件編號。
• R：CTR等級（A、B或空白）。
• Y：1位數字年份代碼。
• WW：2位數字星期代碼。
• V：VDE認證標記（如果存在）。

8. 應用設計考慮

8.1 輸入電路設計

對於交流操作，必須將一個限流電阻串聯喺輸入引腳（1同2）之間。其值應基於峰值輸入電壓同所需正向電流（I_F）計算，確保I_F唔超過50 mA嘅連續額定值。例如，要從120V_rms交流線路驅動輸入，電阻必須限制峰值電流（≈170V / R）。考慮呢個電阻嘅功率額定值同耐壓能力。

8.2 輸出電路設計

輸出光電晶體管可以用於共發射極配置（負載電阻喺V_CC同集電極之間，發射極接地）或作為開關。負載電阻（R_L）嘅值影響：

輸出電壓擺幅：較高嘅R_L對於給定嘅I_C.

提供更大嘅電壓降。開關速度：_L較高嘅R_r增加RC時間常數，減慢上升同下降時間（如t_f/t_L規格中R

=100Ω所示）。_{如果驅動邏輯輸入，通常需要上拉電阻。確保'導通'狀態下嘅輸出電壓（V}CE(sat)

）足夠低，可以被識別為邏輯'0'。

8.3 確保可靠隔離_{為保持指定嘅3750V}rms

隔離，PCB佈局至關重要。喺電路板上，喺與輸入側（引腳1、2）相關嘅銅走線同焊盤同輸出側（引腳3、4）之間保持足夠嘅爬電距離同電氣間隙。呢個通常意味住喺器件本體下方嘅PCB中提供物理槽或寬間隔。避免輸入同輸出走線並行靠近。

9. 技術比較同區分

• EL3H4-G系列相比標準直流輸入光電耦合器嘅主要區分特徵係：內置交流輸入：
• 消除咗處理交流信號所需嘅外部橋式整流器或雙光電耦合器，節省電路板空間同元件數量。CTR對稱性：
• 一個指定參數，確保交流兩個半週期嘅平衡響應，呢個對於直流輸入器件唔係問題。無鹵素結構：

滿足嚴格嘅環保要求，可能唔係所有舊款光電耦合器型號都能滿足。

相比其他交流輸入光電耦合器，其優勢在於高隔離電壓、緊湊SSOP封裝同多種CTR等級可用性嘅結合。

10. 常見問題（基於技術參數）

Q1：我可以直接用呢個來感應230V交流市電嗎？

A：可以，但你必須使用合適嘅外部限流電阻串聯喺輸入端，以保持正向電流喺50mA限制內。電阻亦必須具有高電壓同功耗額定值。

Q2：標準級、A級同B級有咩區別？

A：區別在於保證嘅最小同最大電流傳輸比（CTR）。B級具有最高嘅最小靈敏度（100%），適合檢測較弱信號。A級提供更適中、可預測嘅範圍。標準級範圍最寬，提供具成本效益嘅通用用途。

Q3：呢個器件有幾快？可以用於通訊嗎？

A：典型上升/下降時間最多18 µs，帶寬限制喺大約幾十kHz。適合檢測交流電源頻率（50/60 Hz）、慢速數字信號或PLC中嘅狀態檢測，但唔係為高速數據通訊（如數字隔離器）而設計。

Q4：點解隔離電阻咁高（10^11 Ω）？

A：呢個極高嘅電阻最小化咗跨隔離屏障嘅漏電流。呢個對於安全（防止危險電流喺隔離電路之間流動）同精密測量應用中嘅信號完整性至關重要。

11. 實用設計示例

場景：隔離120V交流線路存在檢測器。目標：

當存在120V交流電時，向微控制器提供3.3V邏輯低信號。

1. 設計步驟：輸入電阻計算：_對於120Vrms_F，峰值電壓約170V。為限制I_{到安全嘅10mA（遠低於50mA），R}limit

2. = 170V / 0.01A = 17kΩ。使用標準18kΩ、1/2W或更高額定功率嘅電阻。輸出電路：

3. 通過上拉電阻（例如10kΩ）將光電晶體管集電極（引腳4）連接到微控制器嘅3.3V電源。將發射極（引腳3）接地。集電極節點連接到微控制器上嘅數字輸入引腳。操作：_{當存在交流電時，光電耦合器嘅輸出喺每個半週期導通，將集電極電壓拉低至接近V}CE(sat)

（約0.2V），呢個被讀取為邏輯'0'。當無交流電時，光電晶體管關斷，上拉電阻將集電極電壓提升至3.3V（邏輯'1'）。由於50/60 Hz過零，軟件可能需要對呢個信號進行去抖動。

12. 工作原理

EL3H4-G基於光電耦合原理工作。施加到輸入側嘅電信號使紅外LED發出與電流成正比嘅光。呢啲光穿過封裝內嘅透明隔離屏障。喺輸出側，光照射到矽光電晶體管嘅基區，產生電子-空穴對。呢個光電流作為基極電流，使晶體管導通大得多嘅集電極電流，從而喺隔離輸出側複製輸入信號。反向並聯LED配置允許電流喺交流輸入信號嘅兩個極性期間流動並發光。

13. 技術趨勢

像EL3H4-G咁樣嘅光電耦合器代表咗一種成熟可靠嘅隔離技術。信號隔離領域嘅當前趨勢包括：集成：

將多個隔離通道組合或將附加功能（如驅動器或保護）集成到單一封裝中。更高速度：

為數字通訊應用開發具有更快開關時間嘅光電耦合器，儘管佢哋通常比基於電容或磁耦合嘅技術慢。增強安全標準：

國際安全標準（UL、VDE、IEC）嘅不斷演變，推動對更高工作電壓、加強隔離同改進可靠性指標嘅要求。材料科學：