目錄
1. 產品概述
EL827 系列代表一系列採用業界標準 8 腳位雙列直插式封裝 (DIP) 的光電晶體型光耦合器。這些元件旨在為工作在不同電位或阻抗的電路之間提供電氣隔離與訊號傳輸。其核心功能是透過一個紅外線發光二極體 (IRED) 與一個矽光電晶體偵測器進行光學耦合來實現。此配置允許控制訊號從輸入端傳遞到輸出端，同時維持高度的電氣隔離，這對於許多電子系統的安全性和抗雜訊能力至關重要。
本系列的主要優勢在於其結合了高電流傳輸比 (CTR) 範圍與穩健的隔離電壓額定值。緊湊的 DIP 封裝提供多種引腳形式選項，包括標準型、寬引腳間距型以及表面黏著型，為不同的 PCB 組裝製程提供了靈活性。這些元件符合主要的國際安全與環境標準，使其適用於廣泛的全球應用。
1.1 核心功能與目標應用
EL827 系列具備多項定義其性能範圍與應用適用性的關鍵功能。高電流傳輸比 (CTR) 範圍從 50% 到 600% (在 IF=5mA, VCE=5V 條件下)，確保了高效且具備良好靈敏度的訊號傳輸。輸入與輸出部分之間的隔離電壓額定值為 5000 Vrms，提供了對高壓暫態的強大屏障，並增強了系統安全性。
本產品符合 RoHS 與歐盟 REACH 法規。它已獲得數個知名國際機構的安全認證，包括 UL、cUL (檔案號 E214129)、VDE (檔案號 132249)、SEMKO、NEMKO、DEMKO、FIMKO 以及 CQC。這些認證對於需要進入具有嚴格安全要求市場的產品至關重要。
EL827 系列的典型應用包括：
- 可程式邏輯控制器 (PLC) 與工業自動化系統。
- 需要無雜訊訊號擷取的系統設備與精密量測儀器。
- 用於訊號隔離與介面保護的電信設備。
- 家用電器，例如暖風機與其他控制系統。
- 不同電位與阻抗電路之間的通用訊號傳輸，作為基礎的隔離元件。
2. 技術規格與深入解讀
本節詳細解析元件的電氣與光學參數。理解這些規格對於正確的電路設計與確保長期可靠運作至關重要。
2.1 絕對最大額定值
絕對最大額定值定義了可能導致元件永久損壞的應力極限。不保證在此極限下或超過此極限的操作，在正常使用中應避免。這些額定值是在環境溫度 (Ta) 為 25°C 時指定的。
- 輸入端 (二極體側)：連續順向電流 (IF) 不得超過 60 mA。允許 1 微秒的 1 A 短暫峰值順向電流 (IFP)。施加於二極體的最大逆向電壓 (VR) 為 6 V。輸入端的功率消耗 (PD) 限制為 100 mW。
- 輸出端 (電晶體側)：最大集極電流 (IC) 為 50 mA。集極-射極電壓 (VCEO) 最高可達 80 V，而射極-集極電壓 (VECO) 限制為 7 V。輸出功率消耗 (PC) 為 150 mW。
- 元件總計與環境：元件總功率消耗 (PTOT) 為 200 mW。輸入與輸出部分之間的隔離電壓 (VISO) 為 5000 Vrms (在 40-60% 相對濕度下測試 1 分鐘)。工作溫度範圍 (TOPR) 為 -55°C 至 +110°C，儲存溫度 (TSTG) 範圍為 -55°C 至 +125°C。組裝時，焊接溫度 (TSOL) 在 10 秒內不得超過 260°C。
2.2 電氣-光學特性
這些參數定義了元件在正常工作條件下的性能，通常在 Ta=25°C 下。它們對於計算電路性能至關重要。
輸入特性 (紅外線發光二極體)：
- 順向電壓 (VF)：典型值為 1.2V，當施加 20 mA 順向電流 (IF) 時，最大值為 1.4V。此參數用於計算輸入端的限流電阻大小。
- 逆向電流 (IR)：當施加 4V 逆向電壓 (VR) 時，最大值為 10 µA，表示二極體在關閉狀態下的漏電流。
- 輸入電容 (Cin)：典型值為 30 pF，最大值為 250 pF (在 0V, 1 kHz 下量測)。這會影響高頻切換性能。
輸出特性 (光電晶體)：
- 集極-射極暗電流 (ICEO)：當 VCE=20V 且 IF=0mA 時，最大值為 100 nA。這是光電晶體在無光入射時的漏電流。
- 崩潰電壓：集極-射極崩潰電壓 (BVCEO) 最小值為 80V (IC=0.1mA)。射極-集極崩潰電壓 (BVECO) 最小值為 7V (IE=0.1mA)。
傳輸特性 (耦合性能)：
- 電流傳輸比 (CTR)：這是關鍵參數，定義為 (IC / IF) * 100%。對於 EL827 系列，在 IF=5mA 和 VCE=5V 的標準測試條件下，其範圍從最小值 50% 到最大值 600%。此寬範圍可能表示不同的等級或生產分佈。設計師必須考慮最小 CTR 值，以確保輸出電晶體能正確飽和。
- 集極-射極飽和電壓 (VCE(sat))：典型值為 0.1V，當 IF=20mA 且 IC=1mA 時，最大值為 0.2V。對於輸出切換應用，低 VCE(sat) 是理想的，以最小化電壓降。
- 隔離電阻 (RIO)：當在隔離兩側施加 500V DC 時，最小值為 5 x 10^10 Ω。這表示極佳的直流隔離性能。
- 浮動電容 (CIO)：典型值為 0.6 pF，最大值為 1.0 pF (VIO=0V, f=1MHz)。此小電容有助於提高共模暫態抗擾度。
- 截止頻率 (fc)：典型值為 80 kHz (VCE=5V, IC=2mA, RL=100Ω, -3dB 點)。這定義了元件的小訊號頻寬。
- 切換時間：在指定的測試條件下 (VCE=2V, IC=2mA, RL=100Ω)，上升時間 (tr) 典型值為 3 µs (最大 18 µs)，下降時間 (tf) 典型值為 4 µs (最大 18 µs)。這些時間決定了最大的數位切換速度。
3. 性能曲線分析
規格書中引用了典型的電氣-光學特性曲線。雖然提供的文本中未重現具體圖表，但其目的是說明關鍵參數如何隨工作條件變化。設計師應查閱完整的規格書以獲取這些圖表。
典型曲線將包括：
- CTR 對順向電流 (IF)：顯示電流傳輸比如何隨輸入二極體電流變化。CTR 通常在特定的 IF 下達到峰值，並可能因發熱或其他效應而在非常高的電流下降低。
- CTR 對環境溫度 (Ta)：說明耦合效率的溫度依賴性。CTR 通常隨著溫度升高而降低。
- 輸出電流 (IC) 對集極-射極電壓 (VCE)：以 IF 為參數的曲線族，類似於標準電晶體的輸出特性。這顯示了工作區域 (飽和區、主動區)。
- 飽和電壓 (VCE(sat)) 對順向電流 (IF)：顯示輸入驅動與輸出電晶體飽和之間的關係。
3.1 切換時間測試電路
規格書中的圖 10 詳細說明了用於量測切換時間 (ton, toff, tr, tf) 的標準測試電路與波形定義。測試是透過脈衝輸入電流驅動 IRED 來進行的。輸出訊號在連接於集極與電源電壓 (VCC) 之間的負載電阻 (RL) 上監測。上升時間 (tr) 是從輸出脈衝最終值的 10% 量測到 90%，下降時間 (tf) 則是從 90% 量測到 10%。理解此測試設置有助於設計師在需要針對其特定應用電路表徵元件特性時複製條件。
4. 機械與封裝資訊
EL827 提供 8 腳位 DIP 封裝，並有多種引腳形式選項，以適應不同的 PCB 設計與組裝方法。
4.1 腳位配置與示意圖
內部示意圖顯示一個紅外線發光二極體連接在腳位 1/3 (陽極) 與腳位 2/4 (陰極) 之間。光電晶體的射極連接到腳位 5/7，其集極連接到腳位 6/8。具有相同功能的腳位在內部相連，以提供機械強度並可能降低引腳電感。標準連接方式是使用每對腳位中的一個。
腳位分配：
- 腳位 1, 3：陽極 (A)
- 腳位 2, 4：陰極 (K)
- 腳位 5, 7：射極 (E)
- 腳位 6, 8：集極 (C)
4.2 封裝尺寸與選項
為每種封裝變體提供了詳細的機械圖：
- 標準 DIP 型：傳統的穿孔式封裝。
- M 選項型：具有 \"寬引腳彎曲\" 特性，提供 0.4 英寸 (約 10.16mm) 的引腳間距，這可能對麵包板測試或特定佈局要求有用。
- S 選項型：用於迴焊的表面黏著引腳形式。
- S1 選項型：一種 \"薄型\" 表面黏著引腳形式，與 S 選項相比，可能具有較低的離板高度。
規格書還包含了表面黏著選項 (S 和 S1) 的建議焊墊佈局，這對於在迴焊過程中實現可靠的焊點與正確的機械對準至關重要。
4.3 元件標記
元件頂部標記有 \"EL827\" 表示系列，接著是一位數的年份代碼 (Y)、兩位數的週代碼 (WW)，以及可選的 \"V\" 後綴 (如果該單元通過 VDE 認證)。此標記允許追溯製造日期與變體。
5. 焊接與組裝指南
5.1 焊接條件
規格書提供了組裝製程的關鍵資訊，特別是對於表面黏著變體。焊接期間允許的最高本體溫度由參考 IPC/JEDEC J-STD-020D 的迴焊溫度曲線定義。此曲線的關鍵參數包括：
- 預熱溫度：最低 (Tsmin) 150°C，最高 (Tsmax) 200°C。
- 預熱時間：曲線顯示在此溫度範圍內的特定時間 (ts)，以逐漸加熱元件與電路板，最小化熱衝擊。
- 峰值溫度與時間：曲線不得超過最大焊接溫度 (TSOL) 260°C，且高於 260°C 的時間應受到限制 (通常如絕對最大額定值中所述為 10 秒)。
遵守此溫度曲線對於防止損壞塑料封裝、內部打線或半導體晶片本身至關重要。對於穿孔式零件，波峰焊或手工焊接也應遵守 260°C 10 秒的限制。
6. 包裝與訂購資訊
6.1 訂購料號結構
料號遵循格式：EL827X(Z)-V
- X：引腳形式選項：無 (標準 DIP)、M (寬引腳彎曲)、S (表面黏著)、S1 (薄型表面黏著)。
- Z：捲帶包裝選項：無 (管裝)、TA 或 TB (不同的送料方向)。
- V：可選的 VDE 安全認證標記。
6.2 包裝數量
- 標準 DIP 與 M 選項：每管 45 個單位。
- S(TA)、S(TB)、S1(TA)、S1(TB) 選項：每捲 1000 個單位。
6.3 捲帶規格
針對 S 和 S1 選項 (TA 和 TB) 提供了載帶的詳細尺寸。參數包括凹槽尺寸 (A, B, Do, D1)、帶距 (Po, P1)、帶厚 (t) 以及總帶寬 (W)。選項 TA 和 TB 在捲盤送料方向上有所不同，必須在取放機器中正確配置。圖表顯示了元件在載帶凹槽內的方向。
7. 應用建議與設計考量
使用 EL827 光耦合器進行設計時，必須考慮幾個因素以確保最佳性能與可靠性。
輸入電路設計：必須將一個限流電阻與輸入 IRED 串聯。其阻值是根據電源電壓 (Vcc_in)、所需的順向電流 (IF) 以及二極體的順向電壓 (VF) 計算：R_in = (Vcc_in - VF) / IF。所選的 IF 會影響 CTR、切換速度與元件壽命。建議在建議的 20mA 或以下進行連續操作。
輸出電路設計：光電晶體可用於切換 (飽和) 模式或線性 (主動) 模式。對於數位切換，一個上拉電阻 (RL) 連接在集極與輸出側電源電壓 (Vcc_out) 之間。RL 的值會影響切換速度 (RL 越低越快，但 IC 越高) 與電流消耗。確保輸出電流 (IC) 不超過 50mA 的最大值。對於線性應用，元件在其主動區工作，但必須仔細考慮 CTR 的非線性及其強烈的溫度依賴性。
隔離與佈局：為維持高隔離額定值，請根據相關安全標準 (例如 IEC 60950-1, IEC 62368-1)，在 PCB 上輸入與輸出側銅箔走線之間保持足夠的沿面距離與間隙距離。在佈局中將光耦合器放置在跨越隔離屏障的位置。
旁路與雜訊：對於雜訊敏感的應用或為了提高切換電路的穩定性，考慮在元件的輸入和輸出側電源腳位附近放置一個小型旁路電容 (例如 0.1 µF)。
8. 技術比較與常見問題
8.1 與其他光耦合器的區別
EL827 的主要區別在於其高達 5000Vrms 的隔離電壓與寬廣的 CTR 範圍 (50-600%)。與基本的 4 腳位光耦合器相比，8 腳位 DIP 為每個端子提供雙腳位，這可以改善電路板的機械固定，並可能提供稍好的熱性能。表面黏著 (S, S1) 和寬引腳 (M) 選項的可用性，比許多單一封裝產品提供了更大的靈活性。全面的國際安全認證 (UL, VDE 等) 對於需要認證的商業與工業產品來說是一個顯著優勢。
8.2 常見問題 (基於參數)
問：CTR 範圍 50-600% 對我的設計意味著什麼？
答：這表示生產上的變異性。您必須設計您的電路，使其能夠可靠地與最小保證的 CTR (此處為 50%) 配合工作，以確保輸出在所有條件下都能正確切換。如果您的設計需要特定的靈敏度，您可能需要根據量測的 CTR (分級) 來選擇元件，或使用能補償此變異的電路。
問：我可以用這個來隔離類比訊號嗎？
答：雖然可能 (使用線性模式)，但由於 CTR 相對於 IF 的非線性及其強烈的溫度依賴性，這並非理想選擇。對於精密的類比隔離，建議使用專用的線性光耦合器或隔離放大器。
問：我如何在 S 和 S1 表面黏著選項之間選擇？
答：S1 \"薄型\" 選項專為 PCB 組裝有嚴格高度限制的應用而設計。請查閱規格書中的封裝尺寸圖以比較離板高度與總體尺寸。電氣特性是相同的。
問：切換時間似乎較慢 (高達 18µs)。這適合我的高速數位通訊嗎？
答：對於 PLC 或微控制器介面中的標準數位 I/O 隔離，這些速度通常足夠。對於高速序列通訊 (例如 USB、RS-485 隔離)，應考慮基於電容或磁耦合的更快數位隔離器，或專為 Mbps 範圍資料速率設計的高速光耦合器。
9. 運作原理與趨勢
9.1 基本運作原理
光耦合器透過將電訊號轉換為光，將該光傳輸跨越電氣絕緣間隙，然後再將光轉換回電訊號來運作。在 EL827 中，施加到輸入端紅外線發光二極體 (IRED) 的電流使其發射紅外波長的光子 (光)。此光穿過透明的絕緣模封化合物，照射到輸出側的矽光電晶體基極區域。入射光在基極產生電子-電洞對，有效地充當基極電流，從而允許更大的集極電流流動。此集極電流與入射光強度成正比，而光強度又與輸入二極體電流成正比，由此建立了電流傳輸比 (CTR)。關鍵點在於，輸入與輸出之間唯一的連接是光束，從而提供了電氣隔離。
9.2 產業趨勢
光耦合器市場持續演變。主要趨勢包括推動更高的資料速率以適應更快的工業通訊協定與數位電源控制。同時也有對更高整合度的需求，例如在單一封裝中結合多個隔離通道，或整合額外功能如 IGBT/MOSFET 的閘極驅動器。此外，對增強可靠性的需求，特別是在汽車與工業應用中，推動了高溫性能與 CTR 長期穩定性的改進。雖然像 EL827 這樣基於光電晶體的傳統耦合器因其簡單性、成本效益和高電壓能力，仍然是基礎隔離的主力，但更新的技術如電容式和磁性 (巨磁阻) 隔離器在需要極高速度、低功耗和強大抗雜訊能力的應用中正獲得市場份額。
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。 |