固態繼電器 8-Pin DIP 雙通道規格書 - 8-Pin DIP封裝 - 400V/600V崩潰電壓 - 120mA/50mA負載 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

EL840A與EL860A是通用型雙通道固態繼電器（SSR），採用緊湊的8-Pin DIP封裝。這些元件採用光耦合機制，輸入端配備AlGaAs紅外線LED，並與輸出端的高壓輸出偵測電路進行光學隔離。輸出偵測器由一個驅動MOSFET開關的光電二極體陣列組成。此配置提供了相當於兩個獨立A型（常開）電磁繼電器的電氣功能，與機械式繼電器相比，具有更高的可靠性、更長的使用壽命以及更快的切換速度。

1.1 核心優勢與目標市場

此SSR系列的主要優勢來自其固態設計。關鍵優點包括完全沒有可動部件，從而消除了接點彈跳、電弧和機械磨損，實現了極長的操作壽命和高可靠性。輸入與輸出之間的光學隔離提供了5000 Vrms的高隔離電壓，增強了系統安全性和抗雜訊能力。這些元件專為控制低電平類比訊號而設計，具有高靈敏度和速度。其緊湊的8-Pin DIP封裝使其適用於高密度PCB佈局。目標應用包括工業自動化、電信設備、電腦周邊設備以及高速檢測機械，這些應用需要可靠、快速且隔離的訊號或低功率負載切換。

2. 深入技術參數分析

EL840A和EL860A的性能由一系列全面的電氣、光學和熱參數定義。理解這些規格對於正確的電路設計和可靠操作至關重要。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能對元件造成永久損壞的應力極限。不保證在此條件下操作。

• 輸入（LED側）：最大連續順向電流（I_F）為50 mA。可施加高達5V的反向電壓（V_R）。在脈衝條件下（100Hz，0.1%工作週期），允許1A的峰值順向電流（I_FP）。輸入功耗（P_in）不得超過75 mW。
• 輸出（MOSFET側）：EL840A與EL860A之間的一個關鍵區別在於其輸出電壓和電流額定值。EL840A的崩潰電壓（V_L）為400V，連續負載電流（I_L）額定值為120 mA。EL860A的額定崩潰電壓較高，為600V，但連續電流較低，為50 mA。設計人員必須根據其特定的電壓和電流需求選擇型號。對於100ms的持續時間，EL840A的脈衝負載電流（I_LPeak）為300 mA，EL860A為150 mA。輸出功耗（P_out）限制為800 mW。
• 隔離與熱特性：輸入與輸出之間的隔離電壓（V_iso）為5000 Vrms（測試1分鐘）。元件可在-40°C至+85°C的環境溫度範圍內操作，並可在-40°C至+125°C的溫度下儲存。在迴流焊過程中，焊接溫度不得超過260°C超過10秒。

2.2 電氣-光學特性

這些參數通常在25°C下指定，定義了SSR的操作行為。

• 輸入特性：輸入LED的順向電壓（V_F）在驅動電流為10mA時，典型值為1.18V，最大值為1.5V。反向漏電流（I_R）在5V反向偏壓下最大為1 µA。
• 輸出特性：關斷狀態漏電流（I_leak）極低，當輸入LED關閉且輸出處於其最大額定電壓時，最大值為1 µA。導通電阻（R_d(ON)）是影響電壓降和功率損耗的關鍵參數。在最大負載下以10mA輸入電流驅動時，EL840A的典型R_d(ON)為20Ω（最大30Ω），而EL860A的典型值為40Ω（最大70Ω）。
• 傳輸特性：這定義了輸入與輸出之間的關係。完全啟動輸出MOSFET所需的LED導通電流（I_F(on)）對於兩種型號最大均為5mA（典型值3mA）。LED關斷電流（I_F(off)）最小為0.4mA，低於此值可確保輸出關閉。這定義了輸入電流的遲滯現象。
• 切換速度：導通時間（T_on）是從施加輸入電流到輸出達到其導通狀態值90%的延遲。對於EL840A，典型值為0.4ms（最大3ms），對於EL860A，典型值為1.4ms（最大3ms）。關斷時間（T_off）對於兩種型號典型值均為0.05ms（最大0.5ms）。對於SSR而言，這些速度相對較快，適用於許多訊號切換應用。
• 隔離參數：隔離電阻（R_I-O）在500V DC下最小為5 x 10¹⁰Ω。隔離電容（C_I-O）最大為1.5 pF，這對於高頻雜訊耦合考量很重要。

3. 性能曲線分析

雖然規格書中引用了具體的圖形數據（典型電氣-光學特性曲線、導通/關斷時間圖），但文本數據允許分析關鍵趨勢。輸入LED的順向電流與順向電壓之間的關係將遵循標準的二極體指數曲線。導通電阻是在特定條件下指定的；它具有正溫度係數，意味著它會隨著輸出MOSFET的接面溫度升高而增加。切換時間取決於負載；指定的時間是針對電阻性負載（R_L= 200Ω）。電容性或電感性負載會影響這些時間，可能需要緩衝網路來進行保護和時序穩定性。

4. 機械與封裝資訊

4.1 接腳配置與電路圖

該元件採用標準的8-Pin DIP接腳排列。接腳1和3是兩個獨立輸入LED的陽極。接腳2和4是相應的陰極。輸出側由兩個獨立的MOSFET開關組成。對於每個通道，汲極和源極端子根據內部電路圖連接到接腳5、6、7和8，允許靈活連接為SPST開關。

4.2 封裝尺寸與選項

本產品提供兩種主要封裝樣式：一種是帶有通孔引腳的標準DIP型，另一種是選項S1型，這是一種表面黏著引腳形式（薄型）。兩者都提供了詳細的尺寸圖，包括本體長度、寬度、高度、引腳間距（DIP標準為2.54mm）和引腳尺寸。對於SMD選項，還提供了推薦的焊墊佈局，以確保可靠的焊接和機械強度。

4.3 極性與元件標記

元件在頂面標記。標記格式如下："EL"（製造商識別碼），後接零件編號（例如860A）、一位數年份代碼（Y）、兩位數週代碼（WW），以及可選的"V"表示VDE認證版本。正確識別接腳1（通常在封裝本體上用點或凹口標記）對於正確的方向至關重要。

5. 焊接與組裝指南

5.1 迴流焊溫度曲線

對於表面黏著組裝，必須遵循特定的迴流焊溫度曲線以防止損壞。該曲線符合IPC/JEDEC J-STD-020D標準。關鍵參數包括：在60-120秒內從150°C預熱到200°C的階段，最大升溫速率為3°C/秒，液相線以上（217°C）時間為60-100秒，以及封裝本體峰值溫度為260°C，最長30秒。這些條件確保了焊點的正確形成，同時不會使內部半導體接面承受過度的熱應力。

5.2 使用注意事項

強調了幾個重要的設計考量。絕對不能超過電壓、電流和功率的絕對最大額定值。輸出MOSFET本身沒有針對電壓暫態或電感反衝的保護；在惡劣的電氣環境中，可能需要外部保護元件，如緩衝器或TVS二極體。封裝的低熱質量意味著必須注意功耗和足夠的PCB銅面積以散熱，特別是在接近最大負載電流或高環境溫度下操作時。

6. 包裝與訂購資訊

6.1 型號編碼系統

零件編號遵循以下結構：EL8XXA(Y)(Z)-V。

• XX：表示零件編號，40（EL840A）或60（EL860A），定義電壓/電流額定值。
• Y：引腳形式選項。"S1"表示表面黏著引腳形式。省略表示標準通孔DIP。
• Z：用於自動化組裝的捲帶包裝選項（TA、TB、TU、TD）。省略表示管裝包裝。
• V：後綴，表示VDE安全認證選項。

6.2 包裝規格

標準DIP版本以每管45個單位的包裝供應。表面黏著選項（帶有TA或TB捲帶的S1）以每捲1000個單位的捲帶供應。提供了詳細的捲帶尺寸，包括口袋尺寸（A、B）、口袋深度（D0、D1）、送料孔間距（P0）和捲帶寬度（W），這些對於與自動取放設備的相容性至關重要。

7. 應用說明與設計考量

7.1 典型應用電路

SSR可用於兩種主要配置：作為兩個獨立的單極單擲（SPST）開關，或通過適當連接輸出，作為單個A型轉換或其他配置。輸入LED通常由數位邏輯閘或電晶體驅動，並根據電源電壓和所需的LED電流（例如，10-20 mA以完全啟動輸出）計算限流電阻。輸出可以在其電壓和電流額定值內切換直流或交流負載。對於交流負載，MOSFET的本體二極體將在半週期內導通，因此該元件本質上是一個雙向開關。

7.2 設計考量

• 熱管理：計算功耗為 P_diss= I_L²* R_d(ON)。確保不超過元件的總功耗（P_T= 850mW 最大值）。使用足夠的PCB銅面積作為散熱片。
• 負載相容性：SSR非常適合電阻性負載。對於電容性負載，湧入電流可能超過 I_LPeak。對於電感性負載，請使用緩衝網路（跨接在負載上的RC或暫態電壓抑制器）來鉗制關斷時產生的電壓尖峰。
• 輸入驅動：確保輸入電流超過 I_F(on)以可靠導通，並低於 I_F(off)以可靠關斷。避免在臨界電流附近使用緩慢的輸入訊號邊緣。
• 隔離完整性：在PCB上保持輸入和輸出電路之間適當的爬電距離和間隙距離，以維持高隔離等級。

8. 技術比較與選型指南

本系列內的關鍵區別在於電壓與電流能力之間的權衡。EL840A針對需要較高連續電流（高達120mA）但電壓較低（400V）的應用進行了優化。它具有較低的導通電阻，從而導致較小的電壓降和功率損耗。EL860A專為需要較高阻斷電壓（600V）但連續電流較低（50mA）的應用而設計。其導通電阻較高。選型應基於負載的峰值電壓和穩態電流。對於具有顯著湧入電流的負載（如燈泡或電容器），EL840A較高的脈衝電流額定值（300mA vs. 150mA）也可能是一個決定性因素。

9. 常見問題（基於技術參數）

9.1 此SSR可以切換交流負載嗎？

可以。輸出MOSFET結構及其固有的本體二極體允許雙向電流流動。因此，它可以在其崩潰電壓（V_L）額定值內切換交流電壓。電流額定值適用於直流和交流的峰值。

9.2 輸出偵測器中的光電二極體陣列有何用途？

當光電陣列被輸入側的紅外線LED照射時，會產生電壓。此電壓用於驅動輸出MOSFET的閘極，使其導通。這種方法提供了完全的電氣隔離，因為不需要電氣連接來偏置MOSFET閘極。

9.3 如何將輸入端與5V微控制器介接？

使用一個簡單的串聯電阻。例如，微控制器GPIO引腳為5V，LED V_F約為1.2V，所需的 I_F為10mA，則電阻值 R = (5V - 1.2V) / 0.01A = 380Ω。一個標準的390Ω電阻將是合適的。確保微控制器能夠提供所需的電流。

9.4 為何EL860A的導通時間比EL840A長？

較長的典型導通時間（1.4ms vs. 0.4ms）可能與EL860A中高壓MOSFET的內部設計有關，這些MOSFET可能具有不同的閘極電容，或者是針對600V製程優化的光電驅動電路的特性所致。

10. 工作原理

該元件基於光學隔離和光電驅動的原理運作。當順向電流施加到輸入端的AlGaAs紅外線LED時，它會發光。此光線穿過隔離間隙，照射到輸出側的光電二極體陣列上。該陣列將光能轉換為電能，產生足夠的電壓來偏置N通道MOSFET的閘極使其導通。這在汲極和源極端子之間建立了一個低電阻路徑，閉合了繼電器"接點"。當輸入電流移除時，光發射停止，光電電壓衰減，MOSFET閘極放電，使元件關閉並斷開電路。整個過程不涉及物理接觸或磁耦合，確保了長壽命和高抗雜訊能力。

11. 實務設計案例分析

情境：將一個24V DC、80mA的感測器訊號與資料擷取系統的類比輸入隔離。

實作：選擇EL840A，因為其120mA的電流額定值（提供餘量）和400V的電壓額定值（遠超過24V）。感測器輸出通過一個來自5V電源的330Ω電阻驅動SSR輸入，向LED提供約11mA的電流，遠高於5mA的最大 I_F(on)。SSR輸出連接在24V感測器訊號和資料擷取輸入之間。在擷取輸入端放置一個10kΩ的下拉電阻，以在SSR關閉時定義邏輯低電平狀態。低漏電流（最大1µA）確保在SSR關閉時，下拉電阻上的誤差電壓最小。快速的切換速度（典型值0.4ms）允許在需要時進行快速取樣。5000Vrms的隔離保護了敏感的擷取電路，免受感測器環境中的接地迴路或暫態影響。

12. 技術趨勢與背景

固態繼電器代表了一項成熟但持續發展的技術。核心趨勢是朝向更高的整合度、更小的封裝和改進的性能指標。雖然本元件使用光電MOSFET驅動器，但存在其他技術，例如使用光電三端雙向可控矽驅動器進行交流切換，或具有整合保護功能（過流、過溫）的更先進的IC設計。朝向表面黏著封裝（如S1選項）的趨勢與全行業的自動化組裝和減少電路板空間的趨勢一致。高隔離電壓和多項國際安全認證（UL、VDE等）反映了全球市場中系統安全性和可靠性日益增長的重要性，特別是在工業和醫療設備中。未來的發展可能集中在進一步降低導通電阻、提高高頻應用的切換速度，以及在相同的隔離封裝內整合更智慧的控制和監控功能。