EL817-G 系列光耦合器資料手冊 - 4 針 DIP 封裝 - 隔離電壓 5000Vrms - 電流傳輸比 50-600% - 英文技術文件

1. 產品概述

EL817-G系列代表一個基於光電晶體的光耦合器（光隔離器）家族，專為不同電位電路之間的訊號隔離與傳輸而設計。每個元件整合了一個紅外發射二極體，該二極體與矽光電晶體偵測器光學耦合，並封裝在緊湊的4腳雙列直插式封裝（DIP）中。其主要功能是提供電氣隔離，防止電壓尖峰、接地迴路和雜訊在輸入與輸出電路之間傳播，從而保護敏感元件並確保訊號完整性。

此系列的核心價值主張在於其強大的隔離能力，經由高達5000V_{rms的額定隔離電壓驗證}. This makes it suitable for industrial control systems and mains-connected appliances. The devices are manufactured to be halogen-free, complying with environmental regulations (Br < 900 ppm, Cl < 900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). They also carry approvals from major international safety standards bodies including UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO, and CQC, underscoring their reliability for use in certified end products.

2. 技術規格深入解析

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了壓力極限，超過此極限可能對裝置造成永久性損壞。不保證在此條件下操作。

• 輸入（LED端）： 該紅外線二極體的最大連續順向電流 (I_F) 為 60 mA。它能承受極短的 1 μs 脈衝電流 (I_FP) 高達 1 A，適用於暫態抑制。其最大反向電壓 (V_R) 為 6 V。輸入功率損耗 (P_D) 在 25°C 時額定為 100 mW，環境溫度超過 100°C 時按 2.9 mW/°C 遞減。
• 輸出 (電晶體側)： 光電晶體集極電流 (I_C) 限制為 50 mA。集極-射極電壓 (V_CEO) 可高達 80 V，而射極-集極電壓 (V_ECO) 限制為 7 V。輸出功率損耗 (P_C) 在 25°C 時為 150 mW，超過 100°C 時以 5.8 mW/°C 遞減。
• 裝置總計： 整個封裝的總功耗 (P_TOT) 不得超過 200 mW。
• Isolation & Environment: 輸入與輸出之間的隔離電壓 (V_ISO) 為 5000 V_{rms的額定隔離電壓驗證} (在40-60%相對濕度下測試1分鐘)。其工作溫度範圍 (T_OPR) 異常寬廣，從 -55°C 至 +110°C。其儲存溫度 (T_STG) 工作溫度範圍為 -55°C 至 +125°C。該元件可承受 260°C 下最長 10 秒的焊接過程。

2.2 電氣-光學特性

這些參數定義了設備在正常操作條件下的性能（T_a = 25°C，除非另有說明）。

• 輸入二極體特性： 順向電壓（V_F) 典型值為1.2V，在I_F = 20 mA時最大值為1.4V。反向電流(I_R) 在V_R = 4V時最大值為10 μA。輸入電容(C_in) 通常為 30 pF。
• 輸出電晶體特性： 集極-射極暗電流 (I_CEO），即LED關閉時的漏電流，在V_CE = 20V時最大為100 nA。崩潰電壓為BV_CEO ≥ 80V且BV_ECO ≥ 7V.
• 傳輸特性（關鍵）：
  • Current Transfer Ratio (CTR)： 此為輸出集極電流 (I_C) 與輸入LED順向電流 (I_F) 的比值，以百分比表示。此為定義元件靈敏度與增益的關鍵參數。EL817-G系列提供多種CTR等級，測量條件為 I_F = 5mA 且 V_CE = 5V：
    • EL817: 50% 至 600% (寬廣範圍)
    • EL817A: 80% 至 160%
    • EL817B: 130% 至 260%
    • EL817C: 200% 至 400%
    • EL817D: 300% 至 600%
    • EL817X: 100% 至 200%
    • EL817Y: 150% 至 300%
    此分級允許設計師根據其應用選擇具有適當增益的元件，確保電路性能一致，並避免後續校準的需求。
  • 飽和電壓： 集極-射極飽和電壓 (V_CE(sat)當裝置完全導通時（I_F=20mA, I_C=1mA），其典型值為0.1V（最大0.2V），顯示出良好的開關性能。
  • 隔離參數： 絕緣電阻 (R_IO) 至少為 5×10¹⁰ Ω。隔離電容（C_IO）通常為0.6 pF，其值極低，有助於維持高頻雜訊抑制能力。
  • 切換速度： 上升時間（t_r）與下降時間（t_f）在指定測試條件下（V_CE=2V，I_C=2mA，R_L=100Ω)。截止頻率 (f_c) 通常為 80 kHz。這些參數定義了耦合器能有效處理的最大數位訊號頻率。

3. 性能曲線分析

雖然 PDF 文件指出存在「典型電光特性曲線」，但文本內容中並未提供具體圖表。通常，此類資料表會包含說明以下關係的曲線圖，這些對設計至關重要：

• CTR vs. Forward Current (I_F): 顯示電流傳輸比如何隨LED驅動電流變化。在極高I_F 下，CTR常因發熱與效率下降而降低。
• CTR vs. Ambient Temperature (T_a): 說明裝置增益的溫度相依性。基於光電晶體的光耦合器通常對CTR呈現負溫度係數；增益隨溫度升高而下降。
• Forward Voltage (V_F) vs. Forward Current (I_F): 標準二極體I-V曲線，對於計算輸入側所需的限流電阻至關重要。
• 集極電流 (I_C) 對集極-射極電壓 (V_CE): 輸出電晶體的特性曲線，顯示不同輸入LED電流 (I_F) 水平下的飽和區與主動區。
• 切換時間 vs. 負載電阻 (R_L): 展示集極上拉電阻的選擇如何影響輸出信號的上升與下降時間。

設計人員應參考附帶圖表的完整PDF文件，以在其預期工作條件下準確模擬元件行為。

4. Mechanical & Package Information

4.1 接腳配置

標準4接腳DIP的接腳定義如下（從頂部視圖，凹口或圓點標示為接腳1）：

1. 輸入LED的陽極
2. 輸入LED的陰極
3. 輸出光電晶體管的射極
4. 集電極（輸出光電晶體管的）

此配置在整個系列中保持一致。爬電距離（導電引腳之間沿絕緣封裝表面的最短距離）規定大於7.62毫米，這有助於實現高隔離等級。

4.2 封裝尺寸圖

該系列提供多種封裝形式，但提供的文本中並未完全指定以毫米為單位的詳細尺寸。選項包括：

• Standard DIP Type: 經典的穿孔式封裝。
• 選項M類型： 具有「寬引腳彎曲」設計，提供0.4英吋（約10.16毫米）的引腳間距，而非標準的0.3英吋（7.62毫米），適用於麵包板或需要更大間隙的特定PCB佈局。
• Option S1 & S2 Types: 表面黏著元件 (SMD) 引腳形式。此為專為迴流焊接設計的「低剖面」封裝。資料手冊中包含了 S1 與 S2 選項的建議焊墊布局，以確保正確的焊接與機械穩定性。焊墊尺寸僅為建議參考，應根據具體的 PCB 製造工藝進行調整。

5. Soldering & Assembly Guidelines

該裝置額定最高焊接溫度（T_SOL）為260°C，持續10秒。這符合常見的無鉛迴流焊接製程曲線。

對於通孔（DIP, M）封裝： 可使用標準波峰焊或手工焊接技術。應注意避免在引腳接合處超過10秒的時限，以防止對內部晶片和環氧樹脂封裝造成熱損傷。

適用於表面黏著（S1, S2）封裝： 標準紅外線或對流回焊製程皆適用。應遵循資料手冊中提供的建議焊墊布局，以獲得適當的焊錫圓角並避免墓碑效應。其低剖面設計有助於在回焊過程中保持穩定。與所有濕氣敏感元件一樣，若捲帶已長時間暴露於環境濕氣中，在進行回焊前可能需要根據 IPC/JEDEC 標準進行烘烤，以防止「爆米花」現象。

儲存： 元件應儲存在規定的儲存溫度範圍（-55°C 至 +125°C）內，並置於乾燥環境中，以保持其可焊性並防止內部腐蝕。

6. Ordering Information & Packaging

6.1 零件編號系統

零件編號遵循以下格式： EL817X(Y)(Z)-FVG

• X引腳形式選項。S1 或 S2 (SMD)、M (寬引腳 DIP)，或無 (標準 DIP)。
• YCTR 等級。A、B、C、D、X、Y，或無 (適用於基礎 EL817 寬範圍型號)。
• ZSMD 元件的捲帶包裝選項。TU 或 TD (捲帶方向)，或無。
• F引腳框架材料。F 表示鐵質，無標記表示銅質。
• V可選的 VDE 安全認證標記。
• G表示採用無鹵素結構。

範例： EL817B-S1(TU)-G 將是一款表面黏著元件（S1），具有 CTR 等級 B（130-260%），採用 TU 型捲帶包裝，並為無鹵素結構。

6.2 包裝數量

• 標準 DIP 和 M 選項：每管 100 單位。
• S1 option on tape & reel: 1500 units per reel.
• S2 option on tape & reel: 2000 units per reel.

6.3 裝置標記

封裝頂部標有代碼： EL 817FRYWWV

• EL: 製造商識別碼。
• 817: 裝置編號。
• F: 工廠/製程代碼。
• R: CTR 等級 (A, B, C, D, X, Y)。
• Y：1位數年份代碼。
• WW：2位數週別代碼。
• V：若存在則表示具有VDE認證。

7. 應用建議

7.1 典型應用電路

EL817-G 用途廣泛，可同時應用於數位與線性電路中。

• 數位訊號隔離： 最常見的應用。輸入端的 LED 由數位訊號驅動（通常透過限流電阻）。光電晶體作為開關，當 LED 導通時將輸出線路拉至低電位。需搭配上拉電阻連接至 V_CC 集極上需要。其切換速度（t_r, t_f）限制了最大資料傳輸率，使其適用於較低速的數位介面，例如GPIO隔離、UART或PLC中的I/O線路。
• 類比訊號隔離（線性模式）： 透過使光電晶體工作在其主動區（非飽和狀態），該裝置可傳輸類比訊號。電流傳輸比（CTR）並非完全線性，且其隨溫度和電流變化的特性必須納入考量。此模式常用於交換式電源供應器中的隔離反饋，其非線性可在控制迴路內進行補償。
• 輸入/輸出（I/O）模組隔離： 在可程式邏輯控制器（PLCs）與工業控制系統中，這些耦合器能將敏感的CPU與具雜訊或高電壓的現場訊號（24V、120VAC等）隔離開來。

7.2 設計考量 & Best Practices

• CTR 選擇： 選擇一個能為您的負載提供足夠輸出電流的CTR等級（例如驅動邏輯閘或光耦雙向可控矽驅動器），且無需過高輸入電流。使用具有較高CTR的元件可降低I_F，從而減少輸入側的功耗。但需確保所選等級的最小CTR符合電路在最惡劣情況（例如高溫、使用壽命末期）下的需求。
• 輸入電流限制： 務必使用串聯電阻（R_in) 搭配輸入端LED以設定所需順向電流 (I_F)。計算 R_in = (V_source - V_F) / I_F. 請勿持續超過絕對最大電流 I_F 60 mA。
• 輸出負載電阻： 集極上拉電阻（R_L）的數值會同時影響輸出邏輯高電位與開關速度。較小的R_L 能提供較快的下降時間（電晶體導通時下拉更快），但上升時間較慢（與電晶體輸出電容形成的RC時間常數較大），且在輸出為低電位時消耗更多功率。較大的R_L 則效果相反。典型數值介於1kΩ至10kΩ之間。
• 抗雜訊能力： 對於數位應用，在集極與射極（輸出側）之間添加一個小電容（例如 1-10 nF）有助於濾除高頻雜訊。然而，這將進一步降低開關速度。
• 溫度效應： 請記住，CTR會隨著溫度升高而下降。設計必須在整個工作溫度範圍內進行驗證，並使用最高工作溫度下的最小預期CTR值。
• 隔離佈局： 在PCB上，請保持輸入與輸出電路之間建議的爬電距離和電氣間隙（≥7.62mm）。這通常意味著在耦合器主體下方的PCB上開槽或留出間隙，並確保沒有銅箔走線過於靠近地跨越隔離屏障。

8. Technical Comparison & Differentiation

EL817-G系列在競爭激烈的通用型4腳位光耦合器市場中競爭。其關鍵差異化優勢在於：

• 高溫額定值： 最高工作溫度可達+110°C，超越許多競爭對手常見的+85°C或+100°C規格，使其適用於嚴苛環境，例如汽車引擎蓋下的應用或靠近熱源的工業設備。
• 多重安全認證： 完整的國際安全認證組合（UL、VDE等）對於需要全球市場認證的產品而言是一大優勢。
• 符合無鹵規範： 符合現代環保法規，這在消費性電子產品及其他領域日益成為一項要求。
• 寬廣CTR分級： 提供七種不同的CTR等級（包括廣泛應用的EL817），使設計師能夠精細控制增益選擇，以優化電路性能和成本。
• 封裝多樣性： 提供標準DIP、寬引腳DIP以及兩種SMD封裝，為不同的組裝製程和電路板空間限制提供了靈活性。

9. 常見問題 (FAQ)

Q1: What is the main purpose of the creepage distance specification (>7.62 mm)?
A1: 爬電距離是指兩個導電端子（例如引腳1和引腳4）之間沿絕緣封裝表面的最短路徑。較長的爬電距離可防止表面漏電流和電弧，特別是在潮濕或受污染的環境中，是實現高達5000V_{rms的額定隔離電壓驗證} 隔離等級的關鍵因素。

Q2: 我該如何在不同的CTR等級（A、B、C、D、X、Y）之間進行選擇？
A2: 請根據您所需的輸出電流和期望的輸入電流效率來選擇。對於給定的輸出電流需求，較高的CTR等級（例如D：300-600%）需要較低的輸入LED電流，從而節省功耗。然而，較高CTR的元件可能具有略微不同的溫度係數或成本較高。X和Y等級提供了中等且更嚴格的範圍。在進行最壞情況設計計算時，請使用數據手冊中的最小CTR值。

Q3: 這可以用於隔離240VAC市電信號嗎？
A3: The 5000V_{rms的額定隔離電壓驗證} 隔離電壓適用於許多連接市電的應用中提供加強絕緣。然而，最終設計必須考量系統級安全標準（例如 IEC 62368-1、IEC 60747-5-5），這些標準規定了超出元件額定值所需的距離與測試。耦合器是解決方案的關鍵部分，但適當的 PCB 佈局與外殼設計同樣至關重要。

Q4: 為何會有兩種不同的集極-射極電壓額定值（V_CEO 80V 與 BV_CEO 80V）？
A4: V_CEO (80V) 在絕對最大額定值表中是指可施加而不造成損壞的最大電壓。BV_CEO (80V min) 在特性表中是指崩潰電壓，即即使 LED 關閉，元件開始顯著導通的點。兩者密切相關但定義不同。在實際應用中，您應設計使 V_CE 在運作期間電壓從未接近80V，保留了安全餘裕。

Q5: S1與S2 SMD選項有何差異？
A5: 主要差異在於封裝尺寸與每捲數量（S1為1500件，S2為2000件）。S2封裝可能經過微調以在標準捲帶上容納更多元件。資料手冊分別提供了兩者的建議焊墊布局，因此必須根據訂購的零件使用正確的尺寸。

LED Specification Terminology

LED技術術語完整解釋