目錄
1. 產品概述
EL4XXA-G系列是採用4-Pin DIP封裝的單極常開（A型）固態繼電器（SSR）。這些元件利用AlGaAs紅外線LED，光耦合至由光電二極體陣列和MOSFET組成的高壓輸出偵測電路。此設計提供了與1 Form A電磁繼電器（EMR）等效的固態解決方案，具有壽命更長、無聲運作以及抗機械衝擊和振動等優點。該系列提供表面黏著（SMD）選項，並符合無鹵素與RoHS標準。
1.1 核心優勢
- 高隔離度：提供輸入與輸出之間5000 Vrms的隔離，增強控制電路的安全性和抗雜訊能力。
- 低驅動電流：具備低LED導通電流（典型值3-5mA），使其能與低功耗微控制器輸出相容。
- 寬電壓範圍：該系列涵蓋從60V（EL406A）到600V（EL460A）的輸出耐壓，適用於各種AC/DC負載切換應用。
- 強健的合規性：無鹵素結構，並符合UL 1577、UL 508、VDE、CQC等主要國際安全標準。
- 寬廣工作溫度範圍：可在-40°C至+85°C範圍內可靠運作，適用於工業與嚴苛環境。
1.2 目標應用
這些SSR專為需要可靠、隔離式切換的應用而設計。典型應用包括：
- 通訊設備：訊號路由與線路卡切換。
- 測試與量測儀器：自動測試設備（ATE）訊號切換。
- 工廠自動化（FA）與辦公室自動化（OA）：感測器、電磁閥和小型馬達的控制。
- 工業控制系統：PLC輸出模組、製程控制介面。
- 安全系統：警報面板切換與門禁控制。
2. 技術參數分析
2.1 絕對最大額定值
下表總結了為防止永久性元件損壞而不得超越的關鍵極限值。這些並非工作條件。
- 輸入（LED側）：最大順向電流（IF）為50mA DC，在脈衝條件下（0.1%工作週期）的峰值順向電流（IFP）為1A。最大逆向電壓（VR）為5V。
- 輸出（開關側）：崩潰電壓（VL）定義了輸出MOSFET所能阻斷的最大電壓。依型號而異：EL406A（60V）、EL425A（250V）、EL440A（400V）、EL460A（600V）。連續負載電流（IL）額定值隨著電壓額定值增加而降低，從EL406A的550mA到EL460A的50mA，反映了電壓處理能力與導通電阻之間的權衡。
- 隔離與熱特性：隔離電壓（Viso）為5000 Vrms。元件儲存溫度範圍為-40°C至+125°C，工作溫度範圍為-40°C至+85°C。焊接溫度額定值為260°C持續10秒。
2.2 光電特性
這些參數定義了元件在典型工作條件（TA=25°C）下的性能。
- 輸入特性：順向電壓（VF）在IF=10mA時典型值為1.18V，最大值為1.5V。此低VF值有助於降低驅動功率需求。
- 輸出特性（關鍵差異點）：導通電阻（Rd(ON)）是影響開關功率損耗和壓降的關鍵參數。它在整個系列中差異顯著：
- EL406A：典型值 0.7Ω，最大值 2.5Ω
- EL425A：典型值 6.5Ω，最大值 15Ω
- EL440A：典型值 20Ω，最大值 30Ω
- EL460A：典型值 40Ω，最大值 70Ω
- 切換速度：由於光電閘極充電機制，導通時間（Ton）相對較慢（典型值1.4ms，最大值3ms）。關斷時間（Toff）非常快（典型值0.05ms，最大值0.5ms）。這種不對稱性對於時序敏感的應用非常重要。
- 轉換特性：LED導通電流（IF(on)）是使輸出MOSFET完全導通所需的最小電流，典型值為3-5mA。關斷電流（IF(off)）是保證輸出關斷的最大電流，典型值為0.4mA。這定義了輸入控制邏輯的閾值。
3. 性能曲線分析
雖然文中未提供具體的圖形數據，但規格書參考了典型的光電特性曲線。根據參數，可以推斷出關鍵關係：
- 導通電阻 vs. 溫度：MOSFET的Rd(ON)具有正溫度係數。它會隨著接面溫度升高而增加，導致在高溫下產生更高的導通損耗。適當的熱設計至關重要，特別是對於額定電流較高的型號（EL406A）。
- LED順向電壓 vs. 電流：VF vs. IF曲線是AlGaAs LED的標準曲線。建議使用恆定電流（例如10mA）驅動LED，以確保在溫度變化下的穩定運作。
- 輸出漏電流 vs. 電壓：關斷狀態漏電流（Ileak）在滿額定電壓下的最大值為1μA。此參數對於需要極高關斷阻抗的應用至關重要。
4. 機械與封裝資訊
4.1 封裝尺寸與類型
該系列提供三種主要的引腳形式選項，以適應不同的PCB組裝製程：
- 標準DIP型：通孔封裝，排距為0.1英吋（2.54mm），適用於傳統波峰焊或手工焊接。
- M選項型：通孔封裝，具有更寬的引腳彎曲，提供0.4英吋（10.16mm）的排距，適用於需要更大爬電距離或特定PCB佈局需求的應用。
- S1選項型：表面黏著元件（SMD）引腳形式，具有低剖面。此選項對於自動化取放組裝和高密度PCB設計至關重要。
4.2 極性識別與標記
引腳配置定義明確：
- 引腳 1：LED陽極（+）
- 引腳 2：LED陰極（-）
- 引腳 3 和 4：MOSFET汲極端子（輸出開關）。這些通常在PCB上連接在一起以處理負載電流。
元件頂部標有代碼：EL [零件編號] G YWWV.
例如："EL 460A G YWWV" 表示EL460A，無鹵素（G），以及製造年份（Y）和週數（WW），以及VDE選項（V）。
4.3 建議SMD焊盤佈局
對於S1（表面黏著）選項，建議使用特定的焊盤佈局，以確保可靠的焊接和機械強度。其尺寸確保在迴焊過程中形成適當的焊錫圓角和熱緩衝。
5. 焊接與組裝指南
- 迴焊（S1選項）：該元件額定峰值焊接溫度為260°C持續10秒。適用標準無鉛迴焊曲線（IPC/JEDEC J-STD-020）。確保曲線不超過最高溫度或峰值溫度下的時間。
- 波峰焊（DIP和M選項）：可使用標準波峰焊製程。建議進行預熱以減少熱衝擊。
- 手工焊接：使用溫控烙鐵。限制接觸時間以防止過多熱量傳遞到封裝體。
- 清潔：與大多數常見的助焊劑清潔製程相容。若使用強效溶劑，請驗證相容性。
- 儲存：在指定的溫度範圍（-40°C至+125°C）內，儲存於乾燥、防靜電的環境中。對於長期儲存，請遵循濕度敏感等級（MSL）指南，通常對SMD零件使用乾燥包裝。
6. 包裝與訂購資訊
6.1 型號編碼系統
零件編號遵循以下格式：EL4XXA(Y)(Z)-VG
- XX：零件編號（06、25、40、60），定義輸出電壓/電流額定值。
- Y：引腳形式選項（S1表示表面黏著，空白表示標準DIP）。
- Z：捲帶包裝選項（TA、TB、TU、TD，或空白表示管裝）。
- V：表示VDE安全認證選項。
- G：表示無鹵素結構。
6.2 包裝規格
- 管裝：標準DIP和M選項型以每管100個單位供應。
- 捲帶包裝（S1選項）：提供不同捲帶類型：
- TA、TB：每捲1000個單位。
- TU、TD：每捲1500個單位。
7. 應用設計考量
7.1 輸入電路設計
使用恆流源或帶有串聯限流電阻的電壓源驅動輸入LED。計算電阻值：R = (Vcc - VF) / IF，其中VF典型值為1.18V-1.5V，IF選擇在5mA至20mA之間以獲得最佳速度和可靠性。確保驅動電路至少能提供最小IF(on)（最大值5mA）以保證輸出完全導通。由於內建5V逆向電壓額定值，LED兩端的逆向保護二極體並非嚴格必要，但可在雜訊環境中增加以提升穩健性。
7.2 輸出電路設計
電壓選擇：根據負載的峰值電壓（DC或AC，包括任何暫態或突波）選擇型號（EL406A、425A、440A、460A）。建議保留20-30%的安全降額。
電流與功率損耗：關鍵設計限制是功率損耗和熱量。SSR中的功率損耗（Pdiss）計算為：Pdiss = (IL^2 * Rd(ON)) + (IF * VF)。第一項占主導地位。例如，以最大550mA負載電流和典型Rd(ON) 0.7Ω運行EL406A，會產生約212mW的熱量。確保總功率損耗（最大Pout 500mW）不被超越，並且PCB提供足夠的熱緩衝，特別是對於較高電流的型號。
電感性/電容性負載：當切換電感性負載（繼電器、電磁閥、馬達）時，使用緩衝電路（RC網路）或在負載兩端並聯一個返馳二極體，以抑制可能超過元件VL額定值的電壓尖峰。對於電容性負載，需考慮湧入電流限制。
7.3 熱管理
SSR沒有內部散熱片。熱量通過引腳傳導出去。在PCB焊盤上使用足夠的銅箔面積，特別是對於引腳3和4（輸出），以作為散熱片。對於高環境溫度或連續高電流運作，監控元件溫度以確保其保持在工作範圍內。導通電阻會隨溫度升高而增加，產生自我限制效應，但也會降低性能。
8. 技術比較與選型指南
EL4XXA-G系列提供了一個清晰的權衡矩陣：
- EL406A（60V，550mA）：是低電壓、較高電流DC切換（例如12V/24V系統、電池供電設備）的最佳選擇，其中低壓降和低功率損耗至關重要。具有最低的Rd(ON)。
- EL425A（250V，150mA）和EL440A（400V，120mA）：適用於主流AC線電壓應用（120VAC、240VAC），切換指示燈、小型電磁閥等小負載，或作為較大接觸器的先導裝置。EL440A為240VAC系統提供了額外的餘裕。
- EL460A（600V，50mA）：專為高壓工業應用或具有顯著電壓暫態的情況而設計。適用於在高壓環境中切換訊號或極低功率負載。
與電磁繼電器（EMR）比較：這些SSR沒有活動部件，因此沒有接點彈跳、電弧或與循環次數相關的磨損機制。它們運作安靜且不受振動影響。然而，它們具有固有的導通電阻，會導致熱量產生和壓降，並且通常比同類EMR具有更低的電流額定值和更高的每安培成本。
與其他SSR比較：光電MOSFET耦合方案提供了非常高的隔離度和乾淨的切換，且輸出側不需要外部偏置電源（與光電晶體管或光電三端雙向可控矽耦合器不同）。導通速度比某些其他光電MOSFET慢，但對於大多數控制應用來說已足夠。
9. 常見問題 (FAQ)
Q1：我可以使用此SSR直接切換AC負載嗎？
A1：可以，但有重要注意事項。輸出是一對MOSFET。大多數MOSFET具有固有的本體二極體。在標準配置中，此SSR在關斷時可以阻斷任一極性的電壓，但在導通時只能單向導通電流（如同二極體）。對於真正的AC負載切換，需要將兩個元件配置成反向串聯（背對背）。有些SSR內部具有此配置，但EL4XXA-G規格書顯示的是單個MOSFET示意圖，表明其用於DC或單向切換。請針對您的AC應用驗證特定型號的能力。
Q2：為什麼導通時間比關斷時間慢得多？
A2：導通時間受限於光電二極體陣列產生足夠電流以將輸出MOSFET的閘極電容充電至其閾值電壓的速度。這是一個相對較慢、電流受限的過程。關斷很快，因為它只需要通過內部電路放電閘極，這可以快速完成。
Q3：如何解讀脈衝負載電流額定值？
A3：脈衝負載電流（ILPeak）是可以在極短時間內（100ms，單脈衝）處理的較高電流。這對於處理來自燈具或馬達的湧入電流很有用。請勿將此額定值用於連續或重複的脈衝操作。對於重複脈衝，平均功率損耗必須保持在Pout限制內。
Q4：是否需要外部散熱片？
A4：對於DIP封裝，在其額定條件下通常不需要。主要的散熱片是PCB銅箔。對於在最大負載電流下的連續運作，特別是EL406A，請確保PCB有足夠的銅箔面積（例如幾平方公分）連接到輸出引腳以散熱。在密閉空間或高環境溫度下，建議進行熱分析。
10. 設計實例分析
情境：為PLC設計一個數位I/O模組，需要切換24VDC電感性負載（小型電磁閥），穩態電流為200mA。環境為工業雜訊環境。
元件選擇：選擇EL406A，因為其60V額定值（遠高於24VDC）和低導通電阻。在200mA時，典型壓降僅為200mA * 0.7Ω = 0.14V，功率損耗為(0.2^2)*0.7 = 0.028W，可忽略不計。
輸入電路：PLC的數位輸出為24VDC。計算串聯電阻：R = (24V - 1.3V) / 0.01A = 2270Ω。選擇標準2.2kΩ電阻，提供IF ≈ 10.3mA，安全高於最大IF(on) 5mA。
輸出電路：在電磁閥線圈兩端直接並聯一個返馳二極體（1N4007），以箝制電感反衝電壓並保護EL406A的輸出。二極體陰極連接至正電源，陽極連接至SSR輸出/負載連接點。
PCB佈局：引腳3和4連接到PCB上的大面積銅箔以幫助散熱，儘管在此情況下產生的熱量極小。輸入和輸出走線保持分離以維持良好的隔離。
與小型電磁繼電器相比，此設計提供了一個穩健、長壽命且安靜的切換解決方案。
11. 工作原理
EL4XXA-G基於光學隔離和光電驅動的原理運作。當對輸入AlGaAs紅外線LED施加順向電流時，它會發光。此光被輸出側的光電二極體陣列偵測到。該陣列在受光照時會產生一個小電壓（光電效應）。此產生的電壓直接施加到一個或多個功率MOSFET的閘極，使其導通，並在輸出引腳（3和4）之間建立一個低電阻路徑。當移除LED電流時，光停止，光電電壓崩潰，MOSFET閘極放電，輸出關斷。此機制在低壓控制電路和高壓負載電路之間提供了完全的電氣隔離，因為只有光穿過了隔離屏障。
12. 技術趨勢
固態繼電器在幾個與EL4XXA-G技術相關的關鍵方向上持續發展：
- 更低的導通電阻（Rd(ON)）：MOSFET和封裝技術的進步正在穩步降低給定電壓額定值和封裝尺寸下的Rd(ON)，從而在更小的佔位面積內實現更高的電流切換和更低的損耗。
- 更高的整合度：趨勢包括將輸入側驅動器（恆流源、邏輯電平轉換器）和輸出側保護功能（過壓箝位、過溫關斷）整合到SSR封裝中，從而簡化外部電路。
- 改進的熱性能：具有裸露散熱墊的新封裝設計（例如帶有底部散熱墊的DIP封裝）允許更有效地將熱量傳遞到PCB，顯著提高了相同矽晶片的連續電流額定值。
- 更寬的電壓範圍：能夠阻斷更高電壓（1kV+）的元件在緊湊封裝中變得越來越普遍，這是由於再生能源和電動車應用的推動。
- 關注安全與合規性：與EL4XXA-G一樣，越來越強調滿足最新的國際安全標準（UL、VDE、CQC）、環境法規（無鹵素、RoHS）以及汽車級可靠性認證。
EL4XXA-G系列代表了光電MOSFET SSR技術的成熟可靠實現，非常適合廣泛需要安全、隔離且可靠的低至中功率切換的工業和商業控制應用。
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。 |