5-Pin SOP 高速10Mbit/s 邏輯閘光耦合器 ELM453H-G 系列規格書 - 封裝5-Pin SOP - 隔離電壓3750Vrms

1. 產品概覽

ELM453H-G 系列係一個專為要求嚴格嘅數碼隔離應用而設計嘅高速邏輯閘光耦合器（光隔離器）系列。呢啲器件旨在提供可靠嘅信號傳輸，同時保持輸入同輸出電路之間嘅高電氣隔離。核心功能係透過一個紅外線LED，光學耦合到一個高速光電探測器同晶體管放大器，嚟跨越隔離屏障傳輸數碼邏輯信號。

呢個元件嘅主要市場包括工業自動化、馬達驅動系統、現場總線通訊網絡同電源控制，呢啲應用對抗噪能力同安全隔離要求好高。佢嘅核心優勢嚟自佢比傳統光電晶體管耦合器更強嘅速度表現，呢個係透過一個獨立嘅光電二極管偏壓連接，減少基極-集電極電容而實現嘅。

2. 技術參數深入分析

呢個部分對規格書中指定嘅關鍵電氣同光學參數進行客觀分析。

2.1 絕對最大額定值

呢啲額定值定義咗可能導致永久損壞嘅應力極限。關鍵限制包括：

輸入正向電流（I_F)）：最大25 mA。超過呢個值可能會降低或損壞輸入LED。
隔離電壓（V_ISO)）：3750 V_rms，持續1分鐘。呢個係一個關鍵嘅安全額定值，證明內部隔離屏障嘅介電強度，測試時將引腳1同3喺一邊短路，引腳4、5同6喺另一邊短路。
工作溫度（T_OPR)）：-40 至 +125 °C。呢個寬廣嘅範圍確保喺惡劣工業環境中嘅可靠運作。
焊接溫度（T_SOL)）：260 °C 持續10秒，符合典型無鉛回流焊曲線。

2.2 電氣特性

喺指定測試條件下保證嘅性能參數。

2.2.1 輸入特性

正向電壓（V_F)）：典型值1.4V，喺I_F=16mA時最大值為1.8V。呢個用嚟計算LED驅動電路所需嘅限流電阻。
輸入電容（C_IN)）：典型值70 pF。較低嘅電容有助於輸入端更好嘅高頻性能。

2.2.2 輸出及傳輸特性

低電平輸出電壓（V_OL)）：喺I_F=16mA，I_O=3mA，V_CC=4.5V時，最大值為0.4V。呢個定義咗負載下嘅輸出邏輯0電平。
電流傳輸比（CTR）：喺相同測試條件下，最小值為20%。CTR係輸出晶體管電流與輸入LED電流嘅比率。保證最小值確保足夠嘅輸出驅動能力。
高電平輸出電流（I_OH)）：當LED關閉時，漏電流非常低（25°C時最大5 µA），確保清晰嘅邏輯1輸出。

2.3 開關特性

呢啲參數定義咗器件嘅速度同抗噪能力，對數據傳輸至關重要。

傳播延遲（T_PHL，T_PLH)）：典型值0.35 µs（低）同0.45 µs（高），最大值為1.0 µs。呢個允許信號傳輸速率高達1Mbit/s，雖然標題提到邏輯閘版本有10Mbit/s嘅能力。
共模瞬態抗擾度（CM_H，CM_L)）：最小值10 kV/µs。呢個係一個重要參數，表示器件抑制喺隔離屏障兩邊同時出現嘅快速電壓瞬變（噪音）嘅能力。高CMTI可以防止喺好似馬達驅動器呢類嘈雜環境中出現錯誤輸出切換。

3. 性能曲線分析

規格書參考咗典型嘅電光特性曲線。雖然提供嘅文本中冇顯示，呢啲曲線通常說明對設計至關重要嘅關係：

電流傳輸比（CTR）對正向電流（I_F)）：顯示效率點樣隨驅動電流變化，有助於優化工作點。
CTR對環境溫度（T_A)）：展示CTR隨溫度升高而下降嘅情況，對高溫操作至關重要。
傳播延遲對負載電阻（R_L)）：顯示開關速度同輸出驅動能力之間嘅權衡。
正向電壓對溫度）：對輸入電路嘅熱管理好重要。

設計師應該參考完整規格書嘅圖表，以理解呢啲非線性關係，進行穩健嘅電路設計。

4. 機械及封裝資料

4.1 封裝尺寸

器件封裝喺標準5-Pin小型外廓封裝（SOP）入面。詳細嘅機械圖提供咗長度、寬度、高度、引腳間距同離板高度嘅精確尺寸。呢啲資料對PCB焊盤設計同確保足夠間距至關重要。

4.2 建議焊盤佈局

提供咗建議嘅表面貼裝焊盤佈局。規格書正確指出呢個係參考設計，應該根據個別製造工藝（例如，焊膏類型、回流焊曲線）進行修改。建議最終焊盤設計遵循IPC標準。

4.3 極性識別及器件標記

引腳配置：

陽極（輸入LED +）
無連接 / 內部
陰極（輸入LED -）
地線（輸出地）
V_OUT（輸出信號）
V_CC（輸出電源電壓）

器件標記：封裝頂部標記有 "EL"（製造商代碼）、"M453H"（器件編號）、一位數字年份代碼（Y）、兩位數字週代碼（WW），同埋可選嘅 "V" 表示VDE認證版本。呢個允許追溯性。

5. 焊接及組裝指引

回流焊接：元件額定最大焊接溫度為260°C，持續10秒。呢個符合標準無鉛回流焊曲線（IPC/JEDEC J-STD-020）。必須控制峰值溫度同液相線以上嘅時間，以防止封裝損壞。

儲存條件：儲存溫度範圍係-55至+125 °C。對於表面貼裝器件至關重要嘅濕度敏感等級（MSL）資料，應該從完整規格書或包裝中確認。如果適用，應該遵循標準預防措施，喺回流焊前烘烤吸濕嘅元件。

6. 包裝及訂購資料

6.1 訂購料號

料號結構如下：ELM453H(Z)-VG

Z：捲帶及捲盤選項。'None' 表示管裝（100件），'TA' 或 'TB' 表示唔同嘅捲盤方向（3000件/捲）。
V：表示包含VDE認證。
G：表示無鹵素材料成分。

6.2 捲帶及捲盤規格

提供咗詳細嘅載帶尺寸（寬度、凹槽尺寸、間距）同捲盤規格，用於自動貼片組裝。選項TA同TB嘅區別在於元件喺載帶內嘅方向，影響從捲盤出料嘅方向。

7. 應用建議

7.1 典型應用電路

線路接收器 / 數碼信號隔離：呢個器件非常適合用於隔離工業網絡中嘅RS-485、CAN或其他串行數據線。高CMTI可以防止地電位差同噪音。

馬達驅動器中嘅閘極驅動隔離：用於將低壓控制信號同高壓、嘈雜嘅IGBT或MOSFET閘極驅動電路隔離。高隔離電壓（3750Vrms）同速度係呢度嘅關鍵。

邏輯地隔離：分離子系統之間嘅數碼地（例如，敏感模擬傳感器接口同嘈雜微控制器之間），以防止地環路同噪音耦合。

7.2 設計考慮因素

輸入電流限制：必須使用外部電阻嚟設定LED正向電流（I_F），為咗保證參數，通常約為16mA。電阻值係R_LIMIT= (V_DRIVE- V_F) / I_F.
輸出上拉電阻：輸出端（引腳5到V_L）需要一個上拉電阻（R_CC）。佢嘅數值會影響開關速度（R_L越低越快，但電流越高）同邏輯高電平。測試條件使用1.9 kΩ。
電源去耦：喺引腳4（GND）同6（V_CC）附近放置一個0.1 µF陶瓷電容，以確保穩定運作並最小化開關噪音。
爬電距離同間隙：喺PCB上，保持輸入同輸出電路（包括走線同元件）之間足夠嘅爬電距離同間隙，以保持高壓隔離額定值。遵循相關安全標準（例如IEC 61010-1）。

8. 技術比較及差異

ELM453H-G同標準光電晶體管耦合器嘅主要區別係佢嘅速度。透過提供一個獨立嘅基極連接（透過集成光電二極管）嚟偏壓輸出晶體管，佢大幅減少咗減慢傳統光電晶體管速度嘅米勒電容效應。呢個令佢適合用於1Mbit/s至10Mbit/s範圍內嘅數碼數據傳輸，而標準器件通常限制喺100 kbit/s以下。

此外，佢全面嘅國際安全認證（UL、cUL、VDE、SEMKO等）同符合無鹵素、RoHS同REACH法規，令佢成為對環境同安全要求嚴格嘅全球市場嘅首選。

9. 常見問題（基於技術參數）

問：呢個光耦合器可以支持嘅最大數據速率係幾多？

答：基於最大傳播延遲1.0 µs，器件可以可靠支持至少1 Mbit/s嘅數據速率。標題中提到嘅10 Mbit/s參考表示優化性能或特定版本；實際最大速率取決於電路設計（R_L，I_F），對於關鍵應用，應該用示波器測量嚟驗證。

問：點樣確保我嘅設計中保持高隔離額定值？

答：器件嘅內部結構提供隔離。為咗喺PCB上保持佢，你必須確保同輸入側（引腳1,2,3）相關嘅所有導電元件（走線、焊盤、元件）同輸出側（引腳4,5,6）之間有足夠嘅物理距離（爬電距離/間隙）。根據工作電壓，遵循加強絕緣嘅PCB佈局指引。

問：我可以用佢嚟隔離模擬信號嗎？

答：雖然列出用於模擬信號地隔離，但佢本質上係一個具有非線性CTR嘅數碼（邏輯閘）器件。佢唔係線性模擬信號隔離嘅理想選擇。為咗呢個目的，專用嘅線性光耦合器或隔離放大器會更合適。

10. 實際應用案例

場景：馬達控制單元中嘅隔離SPI通訊。

一個3.3V控制板上嘅微控制器需要透過SPI發送配置數據到一個位於高功率馬達相位附近嘅ADC。地電位嘈雜且唔同。可以使用一個ELM453H-G嚟隔離SPI時鐘（SCK）同晶片選擇（CS）線路。微控制器GPIO透過一個限流電阻驅動LED。輸出引腳（5）透過一個2.2kΩ電阻上拉到ADC嘅5V電源，提供一個乾淨、隔離嘅邏輯信號。高CMTI確保SPI信號唔會被馬達嘅開關噪音干擾。

11. 工作原理

器件基於光學耦合原理運作。施加到輸入紅外發射二極管（IRED）嘅電流令佢發光。呢啲光穿過一個透明嘅隔離屏障（通常係模製矽膠或聚合物）並擊中集成探測器晶片內嘅光電二極管。光電二極管電流被晶體管級放大同處理，產生相應嘅數碼輸出信號（激活時將電流吸入地）。完全嘅電氣隔離得以實現，因為信號係透過光傳輸，屏障兩邊冇電氣傳導路徑。

12. 行業趨勢

信號隔離嘅趨勢係朝向更高速度、更低功耗、更細封裝同單一封裝內集成多個通道。雖然好似ELM453H-G呢類獨立光耦合器因其穩健性、高壓能力同簡單性仍然至關重要，但新技術如電容隔離器同巨磁阻（GMR）隔離器正喺需要極高數據速率（>100 Mbit/s）或極端磁場中增強可靠性嘅應用中競爭。然而，光學耦合喺需要極高工作電壓隔離、經過驗證嘅長期可靠性同抗磁干擾嘅應用中繼續佔主導地位。

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。

5-Pin SOP 高速10Mbit/s 邏輯閘光耦合器 ELM453H-G 系列規格書 - 封裝5-Pin SOP - 隔離電壓3750Vrms - 粵語技術文件

目錄