8腳DIP寬體高速1Mbit/s晶體管光電耦合器ELW135 ELW136 ELW4503規格書 - 技術文件

1. 產品概覽

ELW135、ELW136同ELW4503係高速晶體管輸出光電耦合器（光隔離器），專為需要快速信號隔離嘅應用而設計。每款器件都集成咗一個紅外發光二極管，光學耦合到一個高速光電探測器晶體管。一個關鍵嘅架構特點係為光電二極管偏壓同輸出晶體管嘅集電極提供咗獨立連接。呢個設計通過減少輸入晶體管嘅基極-集電極電容，顯著提升咗開關速度，提供比傳統光電晶體管耦合器好幾個數量級嘅性能。器件採用8腳雙列直插式封裝（DIP）寬體，提供通孔（寬引腳間距）同表面貼裝器件（SMD）兩種選擇。

1.1 核心優勢同目標市場

呢個產品系列嘅主要優勢係佢結合咗高速（1 Mbit/s數據速率）同強勁嘅隔離（5000 V_rms）。呢個令佢哋適合喺現代數字系統中取代速度較慢嘅光電晶體管耦合器。佢哋設計喺-55°C至+100°C嘅寬溫度範圍內可靠工作，並保證喺0°C至70°C嘅性能。主要目標應用包括通訊接口中嘅線路接收器、電機驅動電路中功率晶體管嘅隔離、開關模式電源（SMPS）中嘅反饋迴路、高速邏輯地隔離、電信設備同各種家用電器。器件符合無鉛同RoHS指令，並獲得主要國際安全機構嘅認可，包括UL、cUL、VDE、SEMKO、NEMKO、DEMKO同FIMKO。

2. 技術參數深入分析

本節對規格書中指定嘅電氣同性能參數進行客觀分析。

2.1 絕對最大額定值

絕對最大額定值定義咗可能對器件造成永久損壞嘅應力極限。呢啲唔係工作條件。

• 輸入（LED）：連續正向電流（I_F）額定值為25 mA。對於脈衝操作，喺50%佔空比同1ms脈衝寬度下，允許50 mA嘅峰值正向電流（I_FP）。對於非常短嘅脈衝（≤1μs）同低重複率（300 pps），允許非常高嘅峰值瞬態電流（I_Ftrans）1A，適用於浪湧耐受測試。LED上嘅最大反向電壓（V_R）為5V。
• 輸出（光電晶體管）：對於ELW135/136，發射極-基極反向電壓（V_EBR）為5V，基極電流（I_B）限制為5 mA——如果基極引腳喺外部使用，呢個係相關嘅。平均輸出電流（I_O(AVG)）為8 mA，峰值（I_O(PK)）為16 mA。輸出電壓（V_O）可以相對於輸出地喺-0.5V至+20V之間擺動。
• 系統：輸出側嘅電源電壓（V_CC）範圍可以係-0.5V至+30V。隔離電壓（V_ISO）為5000 V_rms，喺輸入同輸出側之間（引腳1-4短路對引腳5-8短路）施加一分鐘。器件可以喺260°C下焊接最多10秒。

2.2 電氣及傳輸特性

除非另有說明，呢啲參數喺工作溫度範圍（0°C至70°C）內得到保證，典型值喺25°C下給出。

• 輸入LED：正向電壓（V_F）喺I_F=16mA時通常為1.45V，最大值為1.8V。佢具有大約-1.9 mV/°C嘅負溫度係數。
• 輸出暗電流：邏輯高輸出電流（I_OH），基本上係光電晶體管嘅漏電流或"暗"電流，非常低（喺V_CC=15V，25°C時最大1 µA），確保良好嘅斷開狀態隔離。
• 電源電流：當LED亮著時（I_CCL=16mA），邏輯低電源電流（I_F）通常為110 µA，而當LED熄滅時，邏輯高電源電流（I_CCH）通常為0.01 µA。
• 電流傳輸比（CTR）：呢個係定義光電耦合器效率嘅關鍵參數。ELW135嘅CTR範圍為7%至50%（最小至最大），而ELW136同ELW4503嘅範圍為19%至50%。測試條件係I_F=16mA，V_O=0.4V，V_CC=4.5V，溫度25°C。規格書亦指定咗ELW135喺稍微唔同條件下（V_O=0.5V）嘅最小CTR值為5%，ELW136/ELW4503為15%，呢個對於設計餘量好重要。
• 邏輯低輸出電壓（V_OL）：呢個指定咗輸出晶體管嘅飽和電壓。對於I_O=1.1mA嘅ELW135，V_OL通常為0.18V（最大0.4V）。對於I_O=3mA嘅ELW136/ELW4503，V_OL通常為0.25V（最大0.4V）。呢啲低值對於喺數字邏輯接口中實現良好嘅噪聲容限至關重要。

2.3 開關特性

開關性能喺I_F=16mA同V_CC=5V下測量。負載電阻（R_L）值喺唔同型號之間有差異，以匹配佢哋嘅CTR同輸出驅動能力。

• 傳播延遲：
  • ELW135：到邏輯低嘅傳播延遲時間（t_PHL）通常為0.36 µs（最大2.0 µs），R_L=4.1 kΩ。到邏輯高嘅傳播延遲時間（t_PLH）通常為0.45 µs（最大2.0 µs）。
  • ELW136 / ELW4503：呢啲更快嘅變體嘅t_PHL通常為0.32 µs（最大1.0 µs），t_PLH通常為0.25 µs（最大1.0 µs），R_L=1.9 kΩ。
• 共模瞬態抗擾度（CMTI）：呢個衡量器件抑制輸入同輸出地之間快速電壓瞬變嘅能力。以V/µs為單位指定。
  • ELW135/136：兩者對於高同低輸出狀態嘅最小CMTI都係1000 V/µs，使用10V_p-p共模脈衝測試。
  • ELW4503：呢個型號提供卓越嘅抗噪能力，最小CMTI為15,000 V/µs，使用更大嘅1500V_p-p脈衝測試。呢個令佢特別適合高噪聲環境，例如電機驅動。

3. 引腳配置同功能差異

8腳DIP封裝具有標準化嘅引腳排列，器件類型之間有一個關鍵變化。

• 引腳1 & 4：所有型號都係無連接（NC）。
• 引腳2 & 3：分別係輸入LED嘅陽極同陰極。
• 引腳5：輸出側嘅地（GND）。
• 引腳6：輸出電壓（V_OUT），光電晶體管嘅集電極。
• 引腳7：呢個引腳唔同。對於ELW135同ELW136，佢係光電二極管偏壓電壓（V_B）。連接呢個引腳對於實現高速操作至關重要。對於ELW4503，引腳7係無連接（NC）。高速偏壓可能喺ELW4503內部處理。
• 引腳8：輸出側嘅電源電壓（V_CC）。

原理圖顯示咗內部連接：光電二極管（驅動晶體管基極）連接喺引腳7（V_B）同引腳6（V_OUT/集電極）之間。光電晶體管嘅發射極連接至引腳5（GND）。

4. 應用建議

4.1 典型應用電路

呢啲光電耦合器係數字信號隔離嘅理想選擇。典型電路涉及將輸入LED串聯一個限流電阻，連接到微控制器或邏輯門輸出。喺輸出側，一個上拉電阻（R_L）連接喺V_CC（引腳8）同V_OUT（引腳6）之間。R_L嘅值必須根據所需嘅開關速度、輸出電流同器件嘅CTR選擇，如規格書表格中指定（例如，開關測試中ELW135用4.1 kΩ，ELW136/4503用1.9 kΩ）。對於ELW135/136，引腳7（V_B）必須連接，通常通過一個電阻或直接連接到V_CC，取決於速度同靈敏度所需嘅偏壓。

4.2 設計考慮同注意事項

• 速度與CTR嘅權衡：獨立嘅基極連接（引腳7）允許通過調整光電二極管偏壓，以犧牲部分CTR換取更高速度。規格書嘅開關規格係針對特定條件給出嘅。
• 型號選擇：對於通用、成本敏感嘅1Mbit/s應用，選擇ELW135。ELW136提供更高嘅最小CTR，為需要更多輸出電流驅動嘅設計提供更好餘量。ELW4503係極高電氣噪聲環境（例如工業電機控制、電源逆變器）嘅高級選擇，因為佢具有卓越嘅15,000+ V/µs CMTI。
• 功耗：考慮環境溫度，確保輸入功率（I_F* V_F）唔超過45 mW，輸出功率唔超過100 mW。
• 隔離佈局：為保持高隔離等級，確保PCB上輸入側走線（引腳1-4）同輸出側走線（引腳5-8）之間有足夠嘅爬電距離同電氣間隙。通常建議喺器件下方嘅PCB上開槽或設置屏障。

5. 封裝同訂購資訊

器件提供唔同嘅封裝選項，由零件編號中嘅後綴表示。

零件編號格式：ELW13XY(Z)-V或ELW4503Y(Z)-V

• X= 零件編號識別碼（ELW135為5，ELW136為6）。
• Y= 引腳形式選項：'S'表示表面貼裝引腳形式，空白表示標準DIP。
• Z= 帶裝同捲盤選項：'TA'或'TB'，空白表示管裝。
• V= 可選VDE認可標記。

包裝數量：標準DIP-8封裝以管裝提供，每管40個單位。帶裝同捲盤嘅表面貼裝選項（'S(TA)'）以捲盤提供，每捲500個單位。

6. 技術比較同常見問題

6.1 型號之間嘅區別

主要區別在於電流傳輸比（CTR）同共模瞬態抗擾度（CMTI）。ELW135具有最低嘅保證CTR（7-50%），ELW136具有更高嘅最小CTR（19-50%），而ELW4503匹配ELW136嘅CTR，但增加咗極其優越嘅CMTI等級（>15 kV/µs對比1 kV/µs）。ELW4503嘅引腳7亦係NC，相比需要連接引腳7嘅ELW135/136，簡化咗外部電路。

6.2 基於參數嘅常見問題

• 問：可以達到嘅最大數據速率係幾多？答：根據傳播延遲規格，器件特性適用於1 Mbit/s操作。實際最大速率取決於具體電路設計，包括R_L同輸入驅動條件。
• 問：我可以用3.3V嘅V_CC?答：電氣特性喺V_CC=4.5V同5V下測試。雖然絕對最大額定值允許低至-0.5V，喺3.3V下操作可能可行，但性能（例如V_OL同開關時間）應該喺實際較低V_CC條件下驗證，因為提供嘅規格書中未完全表徵。
• 問：點解引腳7（V_B）對ELW135/136咁重要？答：連接引腳7提供咗一個低阻抗路徑，可以清除光電二極管/基極結嘅電荷，大幅減少米勒電容效應，從而實現高速開關。唔連接佢會導致性能類似於慢速傳統光電晶體管耦合器。
• 問：點樣確保我嘅設計中嘅5000V_rms隔離？答：元件本身具有呢個額定值。系統設計師必須確保PCB佈局喺所有輸入同輸出電路之間（包括元件本體下方）保持足夠嘅爬電距離/電氣間隙（例如，根據安全標準，喺呢個電壓等級下，加強絕緣需要>8mm）。

7. 工作原理

基本原理係光電隔離。施加到輸入LED嘅電信號令其發射紅外光。呢啲光穿過封裝內光學透明但電氣絕緣嘅屏障（通常係模塑化合物或氣隙）。光被輸出側嘅光電二極管檢測到，產生光電流。喺呢啲高速器件中，呢個光電流直接調製集成雙極晶體管嘅基極。高速嘅關鍵在於獨立訪問光電二極管（ELW135/136上嘅引腳7），呢個允許光電二極管電容快速充電/放電，最小化晶體管中嘅存儲時間，從而減少傳播延遲同上升/下降時間。