ELQ3H4 光電耦合器規格書 - 16腳SSOP封裝 - 交流輸入 - 電流傳輸比20-300% - 隔離電壓3750Vrms - 粵語技術文件

1. 產品概覽

ELQ3H4系列係專為需要可靠信號隔離嘅高密度應用而設計嘅光耦合隔離器家族。核心組件包括一個砷化鎵發光二極管，光學耦合到一個矽NPN光電晶體管，全部封裝喺一個緊湊嘅16腳縮小型小外形封裝入面。呢個封裝嘅一個關鍵特點係佢嘅集成遮光罩，可以有效減低環境光對光電晶體管性能嘅影響，喺嘈雜嘅電氣環境中增強信號完整性。

呢款器件設計用於直接接收交流輸入信號，喺好多應用中可以省卻外部整流電路。佢嘅主要價值在於將極細小嘅外形尺寸同強勁嘅隔離性能結合埋一齊。_rms），並且符合主要嘅國際安全同環保標準。

1.1 核心優勢同目標市場

ELQ3H4光電耦合器提供咗幾個明顯嘅優勢。佢嘅無鹵素結構同符合RoHS同無鉛指令，令佢適合環保意識強嘅設計。呢款器件獲得咗包括UL、VDE、SEMKO、NEMKO、DEMKO、FIMKO同CQC在內嘅主要安全機構認證，方便用喺需要嚴格監管要求嘅全球市場產品中。

主要目標應用係工業自動化同測量領域，呢啲領域對抗噪能力同安全性要求極高。包括：

• 可編程邏輯控制器：用於將數字I/O信號、通信總線或模擬傳感器輸入同中央處理單元隔離開。
• 測量儀器：喺數據採集系統、萬用錶或示波器中提供隔離，保護敏感電路免受高壓測試點影響。
• 混合集成電路同電源：作為隔離式開關電源中嘅反饋元件，或用於閘極驅動或信號調理嘅定制混合模塊內。

2. 深入技術參數分析

透徹理解電氣同光學參數對於可靠嘅電路設計至關重要。以下部分對關鍵規格進行詳細分析。

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。唔建議喺呢啲條件下操作。ELQ3H4嘅關鍵限制包括：

• 輸入端：連續正向電流為±60mA，1μs脈衝電流為1A。每通道功耗為70mW，溫度降額係數為0.7mW/°C。_FF_FPFP
• 輸出端：集電極電流為50mA。集電極-發射極電壓為80V，而發射極-集電極電壓較低，為7V，表明光電晶體管嘅擊穿特性係不對稱嘅。每通道輸出功耗為150mW，溫度降額係數為1.4mW/°C。_CC_CEOCE_ECOEC
• 隔離與環境：器件可承受一分鐘嘅隔離電壓。工作溫度範圍係-55°C至+110°C。_ISOISO_rms3750 V

2.2 電氣同光學特性

呢啲參數定義咗器件喺正常工作條件下嘅性能。_AA

輸入特性：砷化鎵發光二極管嘅正向電壓，喺正向電流為20mA時，典型值為1.2V，最大值為1.4V。輸入電容最高可達250pF，呢個會影響高頻開關性能。_FF_FF_in) is up to 250pF, which can affect high-frequency switching performance.

輸出特性：集電極-發射極暗電流，喺發光二極管關閉、集電極-發射極電壓為20V時，最大值為100nA，代表光電晶體管嘅漏電流。擊穿電壓證實咗不對稱結構。_CEOCEO_CECE_CEOCEO_ECOECO

傳輸特性：_AA呢個係光電耦合器性能嘅核心。

• 電流傳輸比：定義為特定條件下輸出電流同輸入電流之比乘以100%。ELQ3H4喺正向電流為1mA、集電極-發射極電壓為5V時，具有非常寬嘅電流傳輸比範圍，由20%到300%。呢個寬範圍意味著如果使用固定嘅正向電流，輸出電流喺唔同器件之間會有顯著差異，需要仔細設計電路或進行分選以用於精確應用。_CC_FF_FF_CECE
• 電流傳輸比比：呢個參數範圍由0.5到2.0，表示多通道器件中通道之間嘅匹配度，或者交流操作下電流傳輸比嘅一致性。比值為1.0代表完美匹配。
• 飽和電壓： V_CE(sat)喺集電極電流為20mA、正向電流為1mA時，典型值為0.1V，表示驅動至飽和時具有良好嘅開關特性。_FC_CF
• 隔離參數：隔離電阻最小值為5 x 10^10 Ω，隔離電容典型值為0.3pF。低電容對於抑制高頻共模噪聲至關重要。_IOISO¹⁰10_IOISO
• 開關速度：上升時間同下降時間，喺測試條件集電極-發射極電壓為2V、正向電流為2mA、負載電阻為100Ω下，各自最大值為18μs。呢個表明器件適合中低頻數字信號傳輸，唔適合高速數據傳輸。_rr_ff_CECE_CF_LL

3. 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，但佢哋通常說明咗以下對設計至關重要嘅關係：

• 電流傳輸比 vs. 正向電流：_FF顯示傳輸效率點樣隨發光二極管驅動電流變化。電流傳輸比通常喺非常高嘅正向電流時會下降，原因係發光二極管效率下降。_FF
• 電流傳輸比 vs. 溫度：說明耦合效率嘅溫度依賴性，通常隨溫度升高而降低。
• 正向電壓 vs. 溫度：_FF顯示發光二極管正向電壓嘅負溫度係數。
• 集電極電流 vs. 集電極-發射極電壓：_CC_CECE光電晶體管喺唔同輸入電流下嘅輸出特性，類似於雙極性晶體管嘅曲線。
• 開關時間 vs. 負載電阻：_LL演示上升時間同下降時間點樣受輸出負載影響。較大嘅負載電阻通常會增加上升時間，原因係RC時間常數增加。_LL

設計師應參考完整嘅圖形數據，以根據其對速度、功耗同溫度穩定性嘅特定要求來優化工作點。

4. 機械同封裝信息

4.1 封裝尺寸同佈局

ELQ3H4採用16腳SSOP封裝，高度僅2.0mm，可實現高密度PCB安裝。規格書包含詳細嘅尺寸圖，指定封裝嘅長度、寬度、高度、引腳間距同引腳尺寸。遵守呢啲機械規格對於喺PCB上正確安裝同放入自動化組裝設備至關重要。

A 推薦焊盤佈局提供咗表面貼裝組裝嘅建議焊盤佈局。遵循呢個焊盤圖案對於確保可靠嘅焊點形成、適當嘅機械強度，以及避免回流焊接期間出現墓碑等問題至關重要。該圖案考慮咗焊角形成同熱緩解。

4.2 器件標記同極性

器件標記喺封裝頂部。標記格式如下：EL Q3H4 YWW V.

• EL：製造商識別碼。
• Q3H4：器件型號。
• Y：一位數字年份代碼。
• WW：兩位數字星期代碼。
• V：表示VDE認證嘅可選標記。

正確方向至關重要。封裝上嘅第1腳指示器必須同PCB封裝上嘅第1腳標記對齊。錯誤插入會導致器件無法工作，並可能造成損壞。

5. 焊接同組裝指南

5.1 回流焊接條件

器件適合表面貼裝回流焊接。規格書規定咗一個關鍵嘅最高本體溫度曲線，符合IPC/JEDEC J-STD-020D標準。關鍵參數包括：

• 預熱：150°C至200°C，持續60-120秒。
• 液相線以上時間：_LL60-100秒。
• 峰值溫度：_PP最高260°C。
• 峰值溫度±5°C內時間：最多30秒。
• 最大回流次數：3次。

嚴格遵守呢個溫度曲線可以防止對塑料封裝、內部引線鍵合同半導體芯片造成熱損壞。超過峰值溫度或高溫時間會導致分層、開裂或參數漂移。

5.2 處理同儲存

必須遵守標準嘅靜電放電預防措施，因為內部嘅砷化鎵發光二極管同矽光電晶體管容易受到靜電損壞。使用接地工作站同防靜電手帶。器件應儲存在原裝防潮袋中，並放入乾燥劑，置於受控環境中，以防止吸濕，吸濕會導致回流期間出現“爆米花”現象。

6. 包裝同訂購信息

6.1 型號編碼同選項

部件號結構如下：ELQ3H4(Z)-V.

• Z：“TA”表示卷帶包裝。如果省略，默認為管裝。
• V：表示VDE認證標記。

包裝數量：管裝選項每管40個。卷帶包裝選項每卷1000個。

6.2 卷帶規格

提供咗載帶嘅詳細尺寸，包括口袋尺寸、間距同捲盤尺寸。呢啲信息對於正確配置自動貼片機係必要嘅。帶寬為16.0mm ± 0.3mm，並指定咗進料方向。

7. 應用設計考慮

7.1 輸入電路設計

對於交流輸入操作，發光二極管可以直接由交流信號驅動。必須使用限流電阻來設定所需嘅正向電流。其阻值必須根據交流信號嘅峰值電壓、發光二極管嘅正向電壓同所需嘅正向電流來計算。由於發光二極管係二極管，除非前面使用橋式整流器進行全波操作，否則佢只會喺半週期導通。寬廣嘅電流傳輸比範圍意味著如果使用固定嘅正向電流，輸出電流喺唔同器件之間會有顯著差異。為咗更一致嘅性能，可以考慮使用更高嘅正向電流，或者實施反饋。_FF_FF_F. Since the LED is a diode, it will only conduct during half-cycles unless a bridge rectifier is used in front of it for full-wave operation. The wide CTR range means the output current will vary significantly between devices if a fixed I_FF_FF

7.2 輸出電路設計

光電晶體管可以用於開關或線性模式。對於數字開關，器件被驅動至飽和狀態。連接至集電極嘅負載電阻決定輸出電壓擺幅並影響開關速度。對於模擬或線性應用，光電晶體管工作喺其放大區。然而，電流傳輸比 vs. 正向電流曲線嘅非線性同其強烈嘅溫度依賴性，使得精確嘅線性操作喺沒有補償嘅情況下具有挑戰性。_FF_CECE_CE(sat)L_LL_LL_FF

7.3 抗噪能力同佈局

為咗最大化高隔離能力，仔細嘅PCB佈局至關重要。根據安全標準，保持電路輸入同輸出側之間足夠嘅爬電距離同電氣間隙。使用接地層，但考慮喺光電耦合器下方分割接地層，以最小化跨越隔離屏障嘅電容耦合。喺器件引腳兩側靠近放置旁路電容可以幫助抑制高頻噪聲。_rmsISO_IO), careful PCB layout is essential. Maintain adequate creepage and clearance distances between the input and output sides of the circuit as per safety standards. Use a ground plane, but consider splitting the plane under the photocoupler to minimize capacitive coupling across the isolation barrier. Bypass capacitors placed close to the device pins on both sides can help suppress high-frequency noise.

8. 技術比較同選擇指引

ELQ3H4嘅關鍵區別在於佢嘅交流輸入能力, 、超小型SSOP封裝同全面嘅安全認證

• 。選擇光電耦合器時，請根據項目需求比較以下方面：對比直流輸入光電耦合器：
• ELQ3H4通過省卻交流信號嘅外部整流器來簡化電路，節省電路板空間同成本。對比更大封裝：
• SSOP提供顯著嘅空間節省，但可能具有稍微唔同嘅熱特性，並且需要更精確嘅組裝。對比高速光電耦合器：
• 具有更快邏輯門或數字隔離器嘅器件提供更高嘅數據速率，但可能具有唔同嘅隔離等級、功率要求或成本結構。對比達林頓輸出光電耦合器：
• 達林頓配置提供更高嘅電流傳輸比，但開關速度較慢，飽和電壓較高。電流傳輸比分選：

如果電路性能對增益高度敏感，請查詢器件是否可按更窄嘅電流傳輸比範圍進行分選。

9. 常見問題

Q1: 我可以用電壓源直接驅動發光二極管嗎？_FA1: 唔可以。發光二極管係電流驅動器件。必須使用串聯限流電阻來控制正向電流，防止過流損壞。

Q2: 點解規格書中輸出上升時間慢過下降時間？

A2: 呢個係光電晶體管嘅典型情況。上升時間受光電流對光電晶體管結電容充電所需時間限制。下降時間由外部負載電阻同器件內部複合過程對該電容嘅放電決定。

Q3: 溫度點樣影響性能？

A3: 電流傳輸比通常隨溫度升高而降低。發光二極管嘅正向電壓亦會降低。喺寬溫度範圍內操作嘅設計中必須考慮呢啲影響，以確保可靠嘅開關閾值或線性度。_FF

Q4: 提到嘅“遮光效應”有咩作用？

A4: 唔透明嘅塑料封裝起到遮光罩作用，阻擋環境光到達光電晶體管。咁樣可以防止由房間照明或陽光等外部光源引起嘅誤觸發或偏移電流。

10. 實際應用示例

場景：用於PLC輸入模塊嘅隔離交流市電檢測。

一個常見用例係檢測來自開關或傳感器嘅120V交流信號是否存在。ELQ3H4非常適合呢個應用。

1. 輸入電路：120V交流信號通過一個高阻值、高壓電阻網絡降壓以限制電流。可以喺發光二極管兩端並聯一個反向保護二極管，以鉗位負半週期間嘅反向電壓，儘管器件額定用於交流操作。選擇電阻值以將正向電流設定為標稱5-10mA，完全喺額定值範圍內。_FF
2. 輸出電路：光電晶體管集電極通過上拉電阻連接到PLC嘅邏輯電源電壓。發射極接地。當存在交流電時，光電晶體管喺導通半週期期間導通，將集電極輸出拉低。PLC嘅數字輸入讀取呢個脈動低信號。然後軟件可以進行去抖動或檢測過零點以確認交流電存在。_LL
3. 好處：呢個設計提供強勁嘅電氣隔離，保護敏感嘅PLC電路免受市電瞬變同故障影響。緊湊嘅SSOP封裝允許將許多咁樣嘅通道放置喺單一模塊上。

11. 工作原理

光電耦合器基於光學耦合原理工作，以實現電氣隔離。電氣輸入信號驅動發光二極管，使其發出與電流成正比嘅紅外光。呢啲光穿過封裝內一個短而透明嘅間隙，照射到矽光電晶體管嘅基區。入射光子喺基區產生電子-空穴對，有效地充當基極電流。呢個光生電流然後被晶體管嘅增益放大，產生一個集電極電流，該電流係輸入信號嘅電氣複製品。關鍵在於信號傳輸通過光進行，輸入同輸出之間沒有電氣連接，從而形成隔離屏障。

12. 技術趨勢

信號隔離領域持續發展。雖然傳統基於光電晶體管嘅耦合器仍然主導成本效益高、中速同高隔離應用，但有幾個趨勢值得注意：

• 集成度提高：單一封裝中嘅多通道光電耦合器越來越普遍，減少電路板空間同每通道成本。
• 更高速度替代方案：對於數據通信，基於CMOS技術同射頻或電容耦合嘅數字隔離器提供顯著更高嘅數據速率、更低嘅功耗同更好嘅時序一致性，儘管通常具有唔同嘅隔離電壓等級。
• 增強可靠性同認證：持續推動更高嘅可靠性指標、更寬嘅工作溫度範圍，以及獲得新興標準嘅認證，特別係汽車同醫療應用領域。
• 封裝小型化：對更細小、更薄封裝嘅推動持續使終端產品更加緊湊，正如ELQ3H4中使用嘅2.0mm高度SSOP所見。