6-Pin DIP 光達靈頓光耦合器規格書 - TIL113、4NXX、H11BX 系列 - 隔離電壓 5000Vrms

1. 產品概述

TIL113、4NXX 及 H11BX 系列為光達靈頓光耦合器（光隔離器）家族。每個元件皆由一個紅外線發光二極體 (LED) 與一個光達靈頓電晶體偵測器以光學方式耦合而成。此配置提供高電流傳輸比 (CTR)，使其適合將低電流控制訊號與較高電流負載進行介接。元件採用緊湊的 6-Pin 雙列直插式封裝 (DIP)，可選擇標準穿孔式、寬腳距及表面黏著技術 (SMD) 版本。本系列的核心優勢在於輸入與輸出電路之間的高電氣隔離能力（5000 V_rms），這對於具有不同接地電位的系統之安全性與抗雜訊能力至關重要。

2. 主要特性與認證

本系列提供多項重要特性，以確保在嚴苛應用中穩定可靠地運作。高達 5000 V_rms的隔離電壓與超過 7.62 mm 的爬電距離，確保了在高壓環境下的安全操作。這些元件的額定工作溫度範圍最高可達 +110°C。此外，本產品系列符合多項主要的國際安全與環境標準，包括 UL、cUL、VDE、SEMKO、NEMKO、DEMKO、FIMKO 及 CQC 認證。元件亦符合歐盟 REACH 法規，並提供符合 RoHS 規範的版本。

3. 應用領域

這些光耦合器專為需要電氣隔離與訊號耦合的廣泛應用而設計。典型用途包括：

• 低功率邏輯電路介接與位準轉換。
• 通訊設備的訊號隔離。
• 可攜式與電池供電電子產品。
• 在不同電位與阻抗下運作的介接與耦合系統，例如工業控制系統、電源供應器與量測設備。

4. 腳位配置與電路圖

元件採用標準 6-Pin DIP 配置。腳位定義如下：

• 腳位 1：輸入 LED 陽極。
• 腳位 2：輸入 LED 陰極。
• 腳位 3：無連接 (NC)。
• 腳位 4：輸出光達靈頓電晶體射極。
• 腳位 5：輸出光達靈頓電晶體集極。
• 腳位 6：輸出光達靈頓電晶體基極（通常開路或連接用於加速網路）。

內部電路圖顯示紅外線 LED 連接於腳位 1 與 2 之間，而光達靈頓電晶體則連接於腳位 4（射極）、5（集極）與 6（基極）之間。

5. 絕對最大額定值

超出這些限制的應力可能會對元件造成永久性損壞。除非另有說明，所有額定值均在環境溫度 (T_a) 為 25°C 下指定。

• 輸入端 (LED)：順向電流 (I_F)：60 mA；峰值順向電流 (I_FP, 1µs 脈衝)：1 A；逆向電壓 (V_R)：6 V；功率損耗 (P_D)：120 mW（當 T_a超過 100°C 時，需以 3.8 mW/°C 進行降額）。
• 輸出端 (電晶體)：功率損耗 (P_C)：150 mW（當 T_a超過 80°C 時，需以 6.5 mW/°C 進行降額）；集極-射極電壓 (V_CEO)：55 V；集極-基極電壓 (V_CBO)：55 V；射極-集極電壓 (V_ECO)：7 V；射極-基極電壓 (V_EBO)：7 V。
• 元件總和：總功率損耗 (P_TOT)：200 mW；隔離電壓 (V_ISO)：5000 V_rms（交流電，1分鐘，相對濕度 40-60%）。
• 溫度：工作溫度 (T_OPR)：-55°C 至 +100°C；儲存溫度 (T_STG)：-55°C 至 +125°C；焊接溫度 (T_SOL)：260°C（持續 10 秒）。

6. 電氣光學特性

這些參數定義了正常工作條件下的電氣與光學性能，通常在 T_a=25°C 下測量。

6.1 輸入端特性 (LED)

• 順向電壓 (V_F)：典型值 1.2V，最大值 1.5V（當 I_F= 10mA 時，H11B3 為 50mA）。
• 逆向電流 (I_R)：最大值 10 µA（當 V_R= 6V 時）。
• 輸入電容 (C_in)：典型值 50 pF（當 V=0，f=1MHz 時）。

6.2 輸出端特性 (光達靈頓電晶體)

• 集極-射極暗電流 (I_CEO)：最大值 100 nA（當 V_CE= 10V 時）。
• 集極-射極崩潰電壓 (BV_CEO)：最小值 55 V（當 I_C=1mA 時）。
• 集極-基極崩潰電壓 (BV_CBO)：最小值 55 V（當 I_C=0.1mA 時）。
• 射極-集極崩潰電壓 (BV_ECO)：最小值 7 V（當 I_E=0.1mA 時）。

6.3 傳輸特性

這些參數定義了耦合效率與開關性能。

• 電流傳輸比 (CTR)：此為輸出集極電流與輸入 LED 順向電流之比，以百分比表示。其值依料號而異：
  • 4N32、4N33、H11B1：CTR ≥ 500%（當 I_F=10mA，V_CE=10V 或 I_F=1mA，V_CE=5V 時）。
  • 4N29、4N30：CTR ≥ 100%。
  • 4N31、H11B3、H11B255：CTR ≥ 100%。
  • H11B2：CTR ≥ 200%。
  • TIL113：CTR ≥ 300%（當 I_F=10mA，V_CE=1V 時）。
• 集極-射極飽和電壓 (V_CE(sat))：最大值 1.0V 至 1.2V，依系列而定，在指定的 I_F與 I_C conditions.
• 條件下。_IO隔離電阻 (R)：¹¹最小值 10_IOΩ（當 V
• =500V DC 時）。_IO輸入-輸出電容 (C)：_IO典型值 0.8 pF（當 V
• =0，f=1MHz 時）。開關時間：_{導通時間 (t}on_{) 與關斷時間 (t}off_CC) 針對不同系列在特定測試條件下（V_F=10V，指定的 I_L與負載電阻 R_{=100Ω）進行規定。例如，H11Bx 系列的 t}on_{典型值為 25µs，t}off

典型值為 18µs。4Nxx 與 TIL113 系列具有更快的導通時間（最大 5µs），但關斷時間可能較慢（某些型號可達 100µs）。

7. 性能曲線與開關特性_r規格書包含典型的性能曲線（儘管提供的文本中未詳細說明）。這些曲線通常說明 CTR 與溫度、順向電流或集極電流之間的關係。對於設計人員理解非標準條件下的性能偏差至關重要。定義了一個開關時間測試電路，顯示驅動 LED 的輸入脈衝以及在集極產生的輸出脈衝。關鍵的時序參數，如上升時間 (t_f)、下降時間 (t_{)、導通延遲 (t}on_{) 與關斷延遲 (t}off

)，是在各自脈衝的 10% 與 90% 點之間進行量測。

8. 機械與封裝資訊

• 元件提供多種封裝變體，以適應不同的組裝製程。標準 DIP 型：
• 經典的穿孔式封裝。M 型選項：
• 具有寬腳彎曲，提供 0.4 英吋（約 10.16mm）的腳距，適用於需要更大爬電距離或更易於手動插入的應用。S 型選項：
• 適用於迴流焊的表面黏著腳型。S1 型選項：

一種薄型表面黏著腳型變體。

針對每種封裝類型提供詳細的尺寸圖，包括本體長度、寬度、高度、腳距與腳部尺寸。亦包含表面黏著選項的建議焊墊佈局，以確保 PCB 組裝期間形成可靠的焊點。

9. 焊接與組裝指南

絕對最大額定值規定焊接溫度為 260°C，持續 10 秒。這是迴流焊或波峰焊製程的關鍵參數。設計人員必須確保組裝過程中的熱曲線不超過此限制，以防止內部半導體晶片或塑膠封裝受損。對於表面黏著變體，遵循建議的焊墊佈局對於防止墓碑效應或不良焊點至關重要。應根據儲存溫度額定值（-55°C 至 +125°C）維持適當的儲存條件，以在使用前保持元件完整性。

10. 包裝與訂購資訊

料號編碼系統旨在指示系列、特定料號、腳型選項、捲帶包裝選項及可選的安全認證。料號格式：

• [系列][料號][腳型][捲帶]-[安全認證]
• 系列：4NXX、H11BX 或 TIL113。
• 料號：4NXX 系列：29、30、31、32、33。H11BX 系列：1、2、3、255。
• 腳型 (Y)：S (SMD)、S1 (薄型 SMD)、M (寬腳) 或無 (標準 DIP)。
• 捲帶 (Z)：TA、TB（適用於 SMD 選項）或無。

安全認證 (V)：可選的 VDE 認證。

• 包裝數量：
• 標準 DIP 與 M 選項：每管 65 個。

帶有 TA/TB 的 S 與 S1 選項：每捲 1000 個。

11. 應用設計考量_CEO使用這些光達靈頓光耦合器進行設計時，必須考慮幾個因素。高 CTR 允許輸出電晶體在相對較低的 LED 電流下進入飽和狀態，這有利於與微控制器介接。然而，與光電晶體或光電 IC 耦合器相比，光達靈頓結構本質上具有較慢的開關速度，使其更適合較低頻率的應用（通常最高可達數十 kHz，取決於負載條件）。基極腳位（腳位 6）可用於連接外部電阻，將部分光生基極電流分流至地，這可以顯著改善關斷時間，但會降低 CTR。設計人員必須確保負載電路不超過輸出電晶體的電壓額定值 (V_CBO、V_F)。輸入 LED 必須始終串聯一個限流電阻。其阻值需根據電源電壓、期望的 I_F.

以及 LED 的 V

進行計算。

12. 技術比較與選型指南

本系列內的主要區別在於電流傳輸比 (CTR)。像 4N32/33 和 H11B1 這類元件提供非常高的靈敏度 (CTR ≥ 500%)，使其非常適合驅動訊號非常微弱的應用。4N29/30 和 H11B2 提供中等靈敏度。4N31、H11B3 和 H11B255 提供標準的 100% CTR。TIL113 則提供 300% 的良好平衡。DIP 與 SMD 封裝之間的選擇取決於製造製程。寬腳距 (M) 選項對於需要在 PCB 上增加爬電距離的高壓應用有益。與更簡單的光電晶體耦合器相比，光達靈頓提供更高的增益但速度較慢。對於極高速的數位隔離，其他技術如數位隔離器或具有邏輯閘輸出的高速光耦合器會更為合適。

13. 常見問題 (FAQ)

問：光達靈頓相較於標準光電晶體的主要優勢是什麼？

答：主要優勢在於電流傳輸比 (CTR) 高得多，通常高出 10 到 100 倍。這意味著非常小的輸入 LED 電流可以控制大得多的輸出電流，從而簡化了驅動電路。

問：為什麼光達靈頓的開關時間較慢？

答：達靈頓對配置具有額外的電晶體級，這增加了電荷儲存並降低了開關速度，特別是在關斷期間。

問：如何改善光達靈頓的關斷時間？_{答：在基極腳位 (6) 與射極腳位 (4) 之間連接一個外部電阻（通常在 10kΩ 至 100kΩ 範圍內），將提供一條路徑來釋放儲存的電荷，從而顯著減少關斷時間。}問：5000 V

rms

的隔離額定值對我的設計意味著什麼？

答：此額定值證明該元件能夠承受輸入端與輸出端之間 5000 伏特交流電位差一分鐘而不被擊穿。它定義了您系統的安全屏障，保護使用者與低壓電路免受高壓故障影響。

問：我可以將這些用於交流輸入訊號嗎？

答：輸入端是一個 LED，它是二極體。它只會在交流訊號的正半週期間導通。對於真正的交流輸入感測，需要橋式整流器或專用的交流輸入光耦合器。14. 設計與使用範例_F範例 1：微控制器繼電器驅動器：

一個常見用途是將 3.3V 或 5V 微控制器與 12V 或 24V 繼電器線圈隔離。微控制器的 GPIO 腳位透過一個限流電阻（例如，對於 5V 電源與約 10mA 的 I，使用 220Ω）驅動 LED 端。光達靈頓的集極連接到繼電器線圈，射極接地。必須在繼電器線圈兩端放置一個反馳二極體。高 CTR 確保即使微控制器腳位只能提供適中的電流，繼電器也能完全激磁。

範例 2：市電電壓零交越偵測：雖然不用於直接連接市電，但這些耦合器可用於交換式電源供應器的隔離回授路徑，或是在需要將較高電壓的隔離訊號傳遞給低壓邏輯電路的零交越偵測電路中。高隔離電壓在此至關重要。

範例 3：工業數位輸入模組：

在 PLC 輸入模組中，這些光耦合器可以隔離現場感測器訊號（例如 24V DC 近接開關）與內部邏輯電路，提供抗雜訊能力，並保護中央控制器免受現場側的電壓暫態影響。_F15. 工作原理_C基本原理是電-光-電轉換。當順向電流 (I

) 施加到輸入端的紅外線 LED 時，它會發射光子（光）。這道光穿過封裝內部的透明絕緣間隙，照射到輸出端矽光達靈頓電晶體的基極區域。被吸收的光子產生電子-電洞對，形成光電流，該光電流作為達靈頓對中第一個電晶體的基極電流。這個小的光電流被兩個電晶體的高增益放大，產生大得多的集極電流 (I

)，從而可以切換外部負載。關鍵在於輸入端與輸出端之間唯一的連接是光束，這提供了電氣隔離。