ELD3H7 ELQ3H7 光耦合器規格書 - 8腳/16腳 SSOP 封裝 - 隔離電壓 3750Vrms - CTR 50-600% - 粵語技術文件

1. 產品概覽

ELD3H7同ELQ3H7係基於光電晶體嘅光耦合器（光耦），專為電氣信號隔離而設計。佢哋由一個紅外發光二極管（LED）同一個矽光電晶體光學耦合而成，全部封裝喺一個緊湊嘅表面貼裝封裝內。主要功能係喺兩個電路之間傳輸電氣信號，同時保持高電氣隔離，防止噪音、接地迴路同電壓尖峰傳播。

ELD3H7喺一個8腳SSOP（縮小型小外形封裝）內集成咗2個獨立隔離通道。ELQ3H7喺一個16腳SSOP內集成咗4個獨立通道。兩個型號都具有2.0毫米嘅超薄外形，適合空間受限嘅應用。器件採用無鹵素、綠色模塑化合物，並符合無鉛同RoHS指令。

2. 主要特點同核心優勢

• 高隔離電壓：額定值為3750 V_rms（持續1分鐘），確保喺高壓環境下有強勁嘅保護同安全性。
• 寬電流傳輸比（CTR）：喺I_F= 5mA，V_CE= 5V條件下，範圍由50%到600%，為唔同信號放大需求提供設計靈活性。
• 緊湊外形：外形高度2.0毫米嘅SSOP封裝，非常適合高密度PCB設計。
• 全面安全認證：獲得UL（E214129）、VDE（40028116）、SEMKO、NEMKO、DEMKO、FIMKO同CQC認證，方便用於全球受監管設備。
• 快速開關特性：喺指定測試條件下，典型上升時間（t_r）為5 µs，下降時間（t_f）為3 µs，適合數字信號傳輸。

3. 目標市場同應用

呢啲光耦合器專為需要可靠信號隔離同抗噪能力嘅應用而設計。

• DC-DC轉換器：為開關模式電源提供反饋迴路隔離。
• 可編程邏輯控制器（PLC）同工業自動化：隔離控制器同現場設備之間嘅數字I/O信號。
• 電信設備：隔離數據機、接口同網絡硬件中嘅信號線。
• 通用電路隔離：喺唔同接地電位或阻抗水平嘅電路之間傳輸信號。

4. 深入技術參數分析

4.1 絕對最大額定值

呢啲係壓力極限，喺任何情況下都唔可以超過，以防止器件永久損壞。

• 輸入（LED側）：正向電流（I_F）60 mA；峰值正向電流（I_FP）1 A（持續1 µs脈衝）；反向電壓（V_R）6 V；功耗（P_D）70 mW。
• 輸出（晶體管側）：集電極電流（I_C）50 mA；集電極-發射極電壓（V_CEO）80 V；發射極-集電極電壓（V_ECO）7 V；功耗（P_C）150 mW。
• 整體器件：總功耗（P_TOT）200 mW；隔離電壓（V_ISO）3750 V_rms.
• 溫度：工作範圍 -55°C 至 +110°C；儲存範圍 -55°C 至 +125°C；焊接溫度 260°C（持續10秒）。

4.2 電氣同光電特性

喺25°C下測量嘅典型性能參數。

4.2.1 輸入（紅外LED）特性

• 正向電壓（V_F）：典型值1.2V，最大值1.4V（喺I_F=20mA時）。呢個參數對於設計LED驅動電路至關重要。
• 反向電流（I_R）：最大值10 µA（喺V_R=4V時），表明二極管具有良好嘅阻斷特性。
• 輸入電容（C_in）：典型值30 pF，影響高頻開關性能。

4.2.2 輸出（光電晶體）特性

• 暗電流（I_CEO）：最大值100 nA（喺V_CE=20V，I_F=0mA時）。呢個係LED熄滅時嘅漏電流，影響斷開狀態嘅信號完整性。
• 擊穿電壓： BV_CEO≥ 80V，BV_ECO≥ 7V，定義咗晶體管上嘅最大允許電壓。
• 集電極-發射極飽和電壓（V_CE(sat)）：典型值0.1V，最大值0.2V（喺I_F=10mA，I_C=1mA時）。低V_CE(sat)對於邏輯電平輸出係理想嘅。

4.2.3 傳輸特性

• 電流傳輸比（CTR）：定義為（I_C/ I_F） * 100%。指定範圍喺I_F=5mA，V_CE=5V時為50%至600%。呢個寬分級允許根據所需增益進行選擇。
• 隔離電阻（R_IO）：最小值5×10¹⁰Ω（喺500V DC下），確保出色嘅直流隔離。
• 隔離電容（C_IO）：典型值0.3 pF，最大值1.0 pF。低電容可以最大限度地減少高頻噪音通過隔離屏障嘅電容耦合。
• 開關時間：上升時間（t_r）典型值5 µs，下降時間（t_f）典型值3 µs（測試條件：V_CE=2V，I_C=2mA，R_L=100Ω）。呢啲值決定咗最大可用數據速率。

5. 機械同封裝資料

5.1 封裝尺寸同外形圖

器件採用SSOP封裝。ELD3H7（2通道）使用8腳SSOP，而ELQ3H7（4通道）使用16腳SSOP。兩者共用2.0毫米嘅低外形高度。規格書中提供咗包含所有關鍵尺寸（本體尺寸、引腳間距、離板高度）嘅詳細尺寸圖，用於PCB封裝設計。

5.2 引腳配置同極性

對於ELD3H7（8腳）：

• 引腳1，3：分別係通道1同通道2 LED嘅陽極。
• 引腳2，4：分別係通道1同通道2 LED嘅陰極。
• 引腳5，7：分別係通道1同通道2光電晶體嘅發射極。
• 引腳6，8：分別係通道1同通道2光電晶體嘅集電極。

• 引腳1，3，5，7：通道1至4 LED嘅陽極。
• 引腳2，4，6，8：通道1至4 LED嘅陰極。
• 引腳9，11，13，15：通道1至4光電晶體嘅發射極。
• 引腳10，12，14，16：通道1至4光電晶體嘅集電極。

5.3 推薦PCB焊盤佈局

規格書包含咗8腳同16腳SSOP封裝嘅建議焊盤圖案設計。遵循呢啲建議可以確保喺回流焊接期間形成可靠嘅焊點同適當嘅機械穩定性。

5.4 器件標記

器件喺頂面有標記。標記包括：

• "EL"：製造商標識。
• "D3H7" 或 "Q3H7"：2通道或4通道型號嘅器件編號。
• "Y"：一位數字嘅年份代碼。
• "WW"：兩位數字嘅星期代碼。
• "V"：可選標記，表示VDE認證。

6. 焊接同組裝指引

呢啲器件適合使用回流焊接技術進行表面貼裝組裝。

• 回流焊接：最大允許焊接溫度為260°C（喺封裝本體測量），持續時間唔超過10秒。適用標準無鉛回流曲線（IPC/JEDEC J-STD-020）。
• 處理：應遵循標準ESD（靜電放電）預防措施，因為器件包含對靜電敏感嘅半導體。
• 清潔：遵循與綠色環氧模塑化合物相容嘅標準PCB清潔程序。
• 儲存：儲存喺乾燥環境中，溫度介乎-55°C至+125°C之間。為獲得最佳可焊性，請喺日期代碼後12個月內使用。

7. 包裝同訂購資料

7.1 型號編碼系統

零件號遵循以下格式：EL[D3H7/Q3H7](Z)-V

• EL：系列前綴。
• D3H7 / Q3H7：表示2通道或4通道器件。
• (Z)：帶裝同捲盤包裝選項。"TA"表示帶裝同捲盤，冇則表示管裝。
• V：可選後綴，表示VDE認證。

7.2 包裝規格

• ELD3H7（管裝）：每管80個。
• ELD3H7（帶裝同捲盤）：每捲1000個。
• ELQ3H7（管裝）：每管40個。
• ELQ3H7（帶裝同捲盤）：每捲1000個。

帶裝同捲盤規格，包括載帶寬度、口袋尺寸同捲盤直徑，都有詳細說明，用於自動貼片機設置。

8. 應用設計考慮因素

8.1 典型應用電路

最常見嘅應用係數字信號隔離。必須將一個串聯限流電阻連接到LED陽極，以設定所需嘅正向電流（I_F）。數值計算為R_limit= (V_{CC_input}- V_F) / I_F。喺輸出側，一個上拉電阻（R_L）連接喺集電極同輸出側電源電壓（V_{CC_output}）之間，以定義輸出邏輯電平並限制光電晶體集電極電流。

8.2 設計注意事項同最佳實踐

• CTR選擇：選擇適合你驅動電流同所需輸出電流嘅CTR分級。較高嘅CTR允許使用較低嘅I_F嚟獲得相同輸出，從而降低輸入功率。
• 速度與電流嘅權衡：開關速度（t_r，t_f）通常會隨著更高嘅I_F同更低嘅R_L而提高，但呢個會增加功耗。測試電路（I_Fpulse，V_CE=2V，I_C=2mA，R_L=100Ω）為預期性能提供參考。
• 抗噪能力：高隔離電阻（R_IO）同低隔離電容（C_IO）係抑制共模噪音嘅關鍵。確保正確嘅PCB佈局，以避免爬電距離同電氣間隙問題，呢啲問題可能會影響額定隔離電壓。
• 熱考慮：唔好超過器件總功耗（P_TOT= 200 mW）。功耗係輸入LED功耗（I_F*V_F）同輸出晶體管功耗（I_C*V_CE）嘅總和。

9. 技術比較同差異化

同標準DIP-4或DIP-6光耦合器相比，ELD3H7/ELQ3H7系列提供顯著優勢：

• 尺寸縮小：對於2通道器件，SSOP封裝佔用嘅電路板面積少於標準DIP-8封裝嘅25%，實現小型化。
• 多通道集成：單一封裝內提供2同4通道，減少咗元件數量，並喺多隔離應用中節省電路板空間。
• 外形：2.0毫米高度對於超薄設計至關重要。
• 性能：儘管尺寸細小，但仍保持高隔離電壓同寬CTR範圍，呢個係同許多小型化替代方案嘅關鍵區別。

10. 常見問題（FAQ）

10.1 呢啲光耦合器可以達到嘅最高數據速率係幾多？

基於典型上升/下降時間5 µs同3 µs，對於清晰數字信號嘅最大實際數據速率約為1/(t_r+t_f) ≈ 125 kHz。為咗可靠運行，建議採用50-100 kHz嘅保守設計目標。

10.2 點樣為我嘅應用選擇正確嘅CTR分級？

如果你嘅設計需要喺特定輸入電流（I_C）下保證最小輸出電流（I_F），計算所需最小CTR：CTR_{min_req}= (I_C/ I_F) * 100%。選擇一個最小保證CTR（例如50%）達到或超過呢個值嘅器件。使用更高CTR分級可以提供更多設計餘量。

10.3 呢啲器件可以用嚟隔離模擬信號嗎？

雖然主要為數字隔離而設計，但佢哋可以用於低頻、低精度模擬應用（例如隔離電源中嘅反饋）。然而，CTR對溫度有強烈依賴性，並且同I_F有非線性關係，呢個令佢哋唔適合用於精密模擬信號傳輸，除非有廣泛嘅校準或補償電路。專用線性光耦合器更適合模擬隔離。

10.4 隔離電壓額定值嘅目的係咩，點樣測試？

3750 V_rms額定值（持續1分鐘）係一個安全規格，表示輸入同輸出側之間絕緣嘅介電強度。測試期間，LED側所有引腳短路連接，晶體管側所有引腳短路連接。喺呢兩組之間施加高交流電壓。呢個額定值確保咗喺工業或連接市電設備中可能發生嘅高壓瞬變嘅保護。

11. 實際設計範例

場景：將微控制器嘅3.3V數字信號隔離到一個5V系統。

• 輸入側： V_{CC_input}= 3.3V。目標I_F= 5 mA以獲得良好速度同CTR。假設V_F≈ 1.2V，R_limit= (3.3V - 1.2V) / 0.005A = 420Ω。使用標準430Ω電阻。
• 輸出側： V_{CC_output}= 5V。選擇R_L以限制I_C並設定邏輯電平。對於I_F=5mA時CTR為100%，I_C≈ 5mA。當晶體管導通（飽和）時，V_CE≈ 0.1V，所以輸出為低電平（~0.1V）。當斷開時，輸出被上拉到5V。當導通時，R_L中嘅功耗為（5V - 0.1V） * 5mA ≈ 24.5 mW，完全喺額定值內。一個標準1 kΩ電阻會使I_C≈ (5V - 0.1V)/1kΩ = 4.9mA，呢個亦係可以接受嘅。
• 佈局：將器件放置喺PCB上靠近隔離屏障嘅位置。喺輸入同輸出銅走線之間保持推薦嘅爬電距離同電氣間隙（參考IEC 60950-1等安全標準），特別係對於高隔離電壓額定值。

12. 工作原理

光耦合器通過將電信號轉換為光，通過電絕緣間隙傳輸，然後將光轉換返電信號嚟工作。喺ELD3H7/ELQ3H7中：

1. 電流（I_F）流過紅外LED，使其發射光子。
2. 呢啲光子穿過透明絕緣介電質（模塑化合物）並撞擊矽光電晶體嘅基極區域。
3. 光子能量喺基極產生電子-空穴對，有效地產生基極電流，使晶體管導通。
4. 晶體管導通一個集電極電流（I_C），該電流與接收光嘅強度成正比，因此與輸入I_F成正比。比例常數就係CTR。

13. 行業趨勢同發展

光耦合器技術嘅趨勢由對更高速度、更細尺寸、更低功耗同集成附加功能嘅需求驅動。雖然傳統光電晶體耦合器如ELD3H7/ELQ3H7喺成本效益、穩健性同高隔離電壓方面表現出色，但新技術正在湧現：

• 高速數字耦合器：利用CMOS技術同集成LED，實現數十或數百Mbps嘅數據速率，遠遠超過基於光電晶體嘅器件。
• 集成隔離功能：將隔離同功能結合嘅器件，例如隔離柵極驅動器、隔離ADC或隔離電源傳輸（isoPower）。
• 增強安全性同可靠性：持續發展集中喺提高隔離材料耐用性、抗浪湧能力，以及喺更細封裝中實現更高工作電壓額定值，以滿足不斷發展嘅國際安全標準。