EL2514-G 光耦合器規格書 - 4腳DIP封裝 - 隔離電壓5000Vrms - CTR 50-200%

1. 產品概述

EL2514-G系列屬於高性能4腳雙列直插式封裝(DIP)光電晶體光耦合器家族。此類元件旨在為兩個電路之間提供可靠的電氣隔離與訊號傳輸。其核心元件是一個紅外線發光二極體，以光學方式耦合至一個矽光電晶體偵測器。EL2514-G的一個關鍵設計特點是針對相對較高的開關速度進行了優化，即使在負載電阻為數千歐姆的範圍內也能實現，這使其非常適合同時需要隔離與中等頻寬的應用。

本系列產品符合嚴格的環境與安全標準。其採用無鹵素製程製造，溴(Br)與氯(Cl)含量符合特定限制。此外，它獲得了包括UL、cUL、VDE、SEMKO、NEMKO、DEMKO、FIMKO和CQC在內的主要國際安全機構認證，確保其適用於全球市場與受規範的應用領域。

2. 技術參數詳解

2.1 絕對最大額定值

本元件設計為在指定範圍內可靠運作。超過這些絕對最大額定值可能會導致永久性損壞。關鍵額定值包括：輸入LED的連續順向電流(I_F)為50 mA，1µs脈衝的峰值順向電流(I_FP)為0.5 A，以及逆向電壓(V_R)為6 V。在輸出側，集極電流(I_C)額定值為20 mA，集極-射極電壓(V_CEO)為40 V。元件的總功耗(P_TOT)為200 mW。一個關鍵的安全參數是隔離電壓(V_ISO)為5000 V_rms，在特定濕度條件(40-60% RH)下，將輸入與輸出腳位分別短路後測試1分鐘。其工作溫度範圍廣泛，從-55°C到+110°C。

2.2 電氣與光學特性

這些參數定義了元件在25°C正常操作條件下的性能。

2.2.1 輸入端特性 (LED側)

順向電壓(V_F):典型值為1.2 V，當以I_F= 20 mA驅動時，最大值為1.4 V。這對於設計驅動電路的電源供應至關重要。
逆向電流(I_R):在V_R= 4V時，最大值為10 µA，顯示良好的二極體特性。
輸入電容(C_in):範圍從典型的30 pF到最大值250 pF。此電容會影響高頻驅動能力。

2.2.2 輸出端特性 (光電晶體側)

集極-射極暗電流(I_CEO):在LED關閉且V_CE= 10V時，最大值為100 nA。此低漏電流對於實現良好的關斷狀態至關重要。
集極-射極崩潰電壓(BV_CEO):最小值為40 V，測量條件為I_C= 0.1 mA。
射極-集極崩潰電壓(BV_ECO):最小值為0.45 V，此值相對較低，顯示了光電晶體的不對稱性。

2.2.3 傳輸特性

電流傳輸比(CTR):這是一個核心性能指標，定義為(I_C/ I_F) * 100%。對於EL2514-G，在標準測試條件I_F= 5 mA且V_CE= 5V下，CTR範圍為50%至200%。此寬廣的範圍需要適當的電路設計來適應元件間的差異。
集極-射極飽和電壓(V_CE(sat)):在I_F= 5 mA且I_C= 0.4 mA時，最大值為0.35 V。低飽和電壓有助於實現強勁的邏輯低電平輸出。
隔離電阻(R_IO):在500 V¹⁰下，最小值為5 x 10_DCΩ，確保了優異的直流隔離性能。
浮動電容(C_IO):典型值為0.6 pF，最大值為1.0 pF。此低電容有助於提高共模暫態抗擾度。
開關時間:在測試條件V_on)與關斷時間(t_off)的最大規格均為25 µs。這定義了元件用於數位訊號傳輸的速度。_CC= 5V, I_F= 5 mA, 且R_L= 5 kΩ下，導通時間(t

3. 性能曲線分析

規格書中引用了典型的電氣與光學特性曲線。雖然提供的文本未詳細說明具體圖表，但此類曲線通常說明了關鍵參數之間的關係。設計人員應預期會看到描繪以下關係的曲線：

CTR vs. 順向電流(I_F):顯示電流傳輸比如何隨不同的LED驅動電流而變化。
CTR vs. 環境溫度(T_A):說明CTR的溫度依賴性，通常會隨著溫度升高而降低。
集極電流(I_C) vs. 集極-射極電壓(V_CE):針對不同LED電流的一系列曲線，顯示光電晶體的輸出特性。
開關波形:提供了一個測試電路及相關波形（圖7）來定義測量t_on和t_off的條件。這通常涉及一個驅動LED的脈衝產生器和一個監測負載電阻兩端光電晶體輸出的示波器。

分析這些曲線對於在預期的工作溫度和電流範圍內優化電路性能至關重要。

4. 機械與封裝資訊

4.1 封裝選項與尺寸

EL2514-G提供多種4腳DIP封裝變體，以適應不同的組裝製程：

標準DIP:經典的穿孔式封裝。
選項M:具有寬引腳彎曲設計，提供0.4英吋（約10.16mm）的引腳間距，這可能適用於特定的PCB佈局或爬電距離要求。
選項S1:一種表面黏著(SMD)引腳形式，具有低剖面高度。提供兩種捲帶包裝選項(TU, TD)，每捲1500個元件。
選項S2:另一種表面黏著引腳形式，同樣為低剖面，捲帶包裝選項每捲2000個元件。

為每種封裝類型提供了詳細的尺寸圖，包括關鍵尺寸，如本體尺寸、引腳長度、引腳間距和離板高度。輸入與輸出側之間的爬電距離規定大於7.62 mm，這有助於實現高隔離等級。

4.2 腳位配置與極性

本元件採用標準4腳DIP腳位配置：

陽極 (輸入LED)
陰極 (輸入LED)
射極 (輸出光電晶體)
集極 (輸出光電晶體)

正確的方向至關重要。元件標記包含代碼EL2514GYWWV，其中EL代表製造商，2514為元件編號，G表示無鹵素，Y為一位數年份代碼，WW為兩位數週數代碼，V表示可選的VDE認證。

4.3 建議PCB焊墊佈局

對於表面黏著選項(S1和S2)，規格書提供了建議的焊墊佈局。這些是參考設計，旨在確保可靠的焊接和機械穩定性。文件明確指出，應根據個別製造製程和要求（如錫膏量與散熱考量）修改這些尺寸。

5. 焊接與組裝指南

本元件的焊接溫度(T_SOL)額定值為260°C，最長10秒。這與典型的無鉛迴流焊溫度曲線一致。對於穿孔式封裝的波峰焊，應遵循標準產業實務，注意不要超過封裝本體的最高溫度。儲存溫度範圍為-55°C至+125°C。若元件用於SMD組裝，建議將其儲存在防潮包裝中；若超過濕度暴露等級，應遵循適當的烘烤程序。

6. 包裝與訂購資訊

訂購代碼遵循以下模式：EL2514X(Y)-VG。

X:引腳形式選項 (S1, S2, M，或留空表示標準DIP)。
Y:捲帶包裝選項 (TU, TD，或留空表示管裝)。
V:表示VDE安全認證 (可選)。
G:表示無鹵素結構。

包裝數量不同：穿孔式選項每管100個元件，SMD捲帶包裝選項每捲1500或2000個元件。提供了詳細的捲帶規格，包括凹槽尺寸(A0, B0)、帶寬(W)、間距(P0)和捲盤軸心直徑，以供自動貼片機編程使用。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

EL2514-G非常適合需要電氣隔離、抗雜訊或電平轉換的應用。提及的具體應用包括：

可程式邏輯控制器(PLC):用於將數位I/O模組與中央處理單元及現場設備隔離。
系統設備與測量儀器:在工業設備中隔離感測器訊號或通訊線路。
電子電錶:在計量電路中提供隔離，以確保安全並抑制雜訊。
通訊設備:用於數據線路或電源供應回授迴路中的訊號隔離。
電源供應器:常用於交換式電源供應器(SMPS)的回授迴路中，將次級側的回授訊號與初級側控制器隔離，從而提高安全性和穩定性。

7.2 設計考量要點

CTR變異:設計接收電路（例如，比較器閾值、上拉電阻值）時，必須確保其在完整的50-200% CTR範圍內都能可靠工作。
速度 vs. 負載:開關速度是在5 kΩ負載下規定的。使用較小的負載電阻通常會提高開關速度，但會減少輸出擺幅並增加功耗。較大的電阻會減慢響應速度，特別是關斷時間，這是由於光電晶體的儲存時間所致。
LED限流:務必使用一個串聯電阻來將順向電流(I_F)限制在建議的工作範圍（典型為5-7 mA）或低於絕對最大值。這可確保長期可靠性與穩定的CTR。
抗雜訊能力:雖然光耦合器提供了優異的共模抑制，但仍需透過適當的PCB佈局來確保性能，例如將輸入與輸出走線分開，並在元件腳位附近使用旁路電容來抑制高頻雜訊。

8. 技術比較與市場定位

EL2514-G透過結合多項關鍵屬性在市場中脫穎而出。其高隔離電壓(5000 Vrms)和長爬電距離，使其成為對安全要求嚴格的應用的有力候選者。無鹵素結構滿足了環境法規和客戶對綠色電子產品的偏好。廣泛的認證組合（UL、VDE等）降低了目標為全球市場的終端產品的認證障礙。雖然其開關速度(25 µs)適用於許多數位隔離和電源回授應用，但它並非定位為用於數據通訊的超高速耦合器；那些應用需要具有奈秒級開關時間的元件。因此，EL2514-G最好被視為一款穩健、通用的光耦合器，針對可靠性、安全合規性和中等性能進行了優化。

9. 常見問題解答 (基於技術參數)

問：CTR範圍50-200%對我的電路設計意味著什麼？

答：這意味著輸出電流可能低至輸入電流的一半，也可能高達其兩倍。您的電路必須在兩個極端情況下都能正常運作。對於數位介面，這會影響上拉電阻的選擇以及後續閘極或微控制器的輸入閾值。

問：我可以用電壓源直接驅動LED嗎？

答：不行。LED是電流驅動元件。您必須始終使用一個與LED串聯的限流電阻來設定所需的I_F，並防止過電流損壞，即使您的電源電壓與典型V_F.

問：隔離電壓是5000 Vrms。這是否意味著我可以在輸入和輸出之間持續施加5000V？

答：不是。這是在受控條件下測試一分鐘的耐壓值。應用中的連續工作電壓應顯著低於此值，具體由終端設備的相關安全標準定義。

問：選項S1和S2有什麼區別？

答：主要區別在於封裝佔位面積和捲帶尺寸。S2的本體寬度（B0尺寸）略大，並使用更寬的捲帶（S1為16mm，S2為24mm），每捲可容納更多元件（S1為1500個，S2為2000個）。選擇取決於您的PCB空間限制和組裝線送料器的相容性。

10. 實務設計案例

情境：將微控制器的數位訊號隔離至高壓電路部分。

一個微控制器（3.3V邏輯）需要發送一個開/關訊號到一個在不同且充滿雜訊的高電壓電位下運作的電路。可以使用EL2514-G進行隔離。

設計步驟:

輸入側:透過一個限流電阻(R_limit)將微控制器的GPIO腳位連接到光耦合器的陽極。計算R_limit= (V_{CC_MCU}- V_F) / I_F。假設V_{CC_MCU}=3.3V, V_F~1.2V，且目標I_F=5mA，則R_limit= (3.3-1.2)/0.005 = 420Ω。可使用標準的470Ω電阻。將陰極連接到地線。
輸出側:將集極連接到隔離高壓電源（例如12V）的上拉電阻(R_L)。射極連接到隔離地線。R_L的值會影響速度和電流。使用規格書測試條件中的5kΩ電阻可獲得規定的開關時間。來自集極節點的訊號隨後可以驅動隔離側的MOSFET閘極或另一個邏輯輸入。
佈局:在PCB上物理分隔輸入和輸出部分。根據封裝能力，保持大於7.62mm的爬電距離。在耦合器的兩側，靠近元件腳位處，於電源和地線之間放置一個小型旁路電容（例如0.1µF）。

此設置可防止接地迴路、阻擋雜訊，並保護微控制器免受高壓側的電壓暫態影響。

11. 工作原理

光耦合器是一種利用光在兩個隔離電路之間傳輸電氣訊號的元件。在EL2514-G中，施加到輸入腳位（1和2）的電流會使紅外線發光二極體(LED)發射光子。這些光子穿過一個透明的絕緣間隙（通常由模塑化合物製成），並撞擊輸出側（腳位3和4）矽光電晶體的基極區域。入射光在基極產生電子-電洞對，有效地充當基極電流。這個光生基極電流隨後被電晶體的增益放大，產生一個與輸入LED電流(I_C)成正比的集極電流(I_F)。比值I_C/I_F即為電流傳輸比(CTR)。關鍵在於，輸入與輸出之間唯一的連接是光束，從而提供了電氣隔離。

12. 技術趨勢

光耦合器市場持續演進。影響EL2514-G這類元件的趨勢包括：

整合度提高:將多個隔離通道結合，或將閘極驅動器、誤差放大器等附加功能整合到單一封裝中。
速度更高:開發使用更快偵測器（如整合放大器的光二極體）的耦合器，以支援Mbps數據速率的數位通訊協定（USB、CAN、RS-485）。
可靠性和壽命增強:專注於改善CTR的長期穩定性，CTR可能因LED老化（特別是在高溫和高電流下）而隨時間退化。
環境合規更嚴格:除了RoHS和無鹵素，供應鏈中對PFAS等物質以及更廣泛的可持續性指標的關注日益增加。
替代隔離技術:雖然光耦合器在許多應用中仍佔主導地位，但電容隔離（使用SiO₂屏障）和磁隔離（使用變壓器）等技術在需要極高速度、低功耗或高整合密度的領域與之競爭。光耦合器在簡單性、高共模暫態抗擾度(CMTI)以及完善的安全認證方面仍保持優勢。

EL2514-G專注於安全認證、環境合規和穩健性能，滿足了工業、電力和設備市場對這些趨勢的持久需求。

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	為什麼重要
光效（Luminous Efficacy）	lm/W（流明/瓦）	每瓦電能發出的光通量，越高越節能。	直接決定燈具的能效等級與電費成本。
光通量（Luminous Flux）	lm（流明）	光源發出的總光量，俗稱"亮度"。	決定燈具夠不夠亮。
發光角度（Viewing Angle）	°（度），如120°	光強降至一半時的角度，決定光束寬窄。	影響光照範圍與均勻度。
色溫（CCT）	K（開爾文），如2700K/6500K	光的顏色冷暖，低值偏黃/暖，高值偏白/冷。	決定照明氛圍與適用場景。
顯色指數（CRI / Ra）	無單位，0–100	光源還原物體真實顏色的能力，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，如"5-step"	顏色一致性的量化指標，步數越小顏色越一致。	保證同一批燈具顏色無差異。
主波長（Dominant Wavelength）	nm（奈米），如620nm（紅）	彩色LED顏色對應的波長值。	決定紅、黃、綠等單色LED的色相。
光譜分佈（Spectral Distribution）	波長 vs. 強度曲線	顯示LED發出的光在各波長的強度分佈。	影響顯色性與顏色品質。

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點亮所需的最小電壓，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正常發光的電流值。	常採用恆流驅動，電流決定亮度與壽命。
最大脈衝電流（Pulse Current）	Ifp	短時間內可承受的峰值電流，用於調光或閃光。	脈衝寬度與佔空比需嚴格控制，否則過熱損壞。
反向電壓（Reverse Voltage）	Vr	LED能承受的最大反向電壓，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）	熱量從晶片傳到焊點的阻力，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），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晶片內部的實際工作溫度。	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的"使用壽命"。
流明維持率（Lumen Maintenance）	%（如70%）	使用一段時間後剩餘亮度的百分比。	表徵長期使用後的亮度保持能力。
色漂移（Color Shift）	Δu′v′ 或麥克亞當橢圓	使用過程中顏色的變化程度。	影響照明場景的顏色一致性。
熱老化（Thermal Aging）	材料性能下降	因長期高溫導致的封裝材料劣化。	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	保護晶片並提供光學、熱學介面的外殼材料。	EMC耐熱好、成本低；陶瓷散熱優、壽命長。
晶片結構	正裝、倒裝（Flip Chip）	晶片電極佈置方式。	倒裝散熱更好、光效更高，適用於高功率。
螢光粉塗層	YAG、矽酸鹽、氮化物	覆蓋在藍光晶片上，部分轉化為黃/紅光，混合成白光。	不同螢光粉影響光效、色溫與顯色性。
透鏡/光學設計	平面、微透鏡、全反射	封裝表面的光學結構，控制光線分佈。	決定發光角度與配光曲線。

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，確保顏色落在極小範圍內。	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，每組有對應的坐標範圍。	滿足不同場景的色溫需求。

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	在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的壽命。	提供科學的壽命預測。
IESNA標準	照明工程學會標準	涵蓋光學、電氣、熱學測試方法。	行業公認的測試依據。
RoHS / REACH	環保認證	確保產品不含有害物質（如鉛、汞）。	進入國際市場的准入條件。
ENERGY STAR / DLC	能效認證	針對照明產品的能效與性能認證。	常用於政府採購、補貼項目，提升市場競爭力。

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