目錄
- 1. 產品概述
- 2. 主要特性與優勢
- 3. 技術規格詳解
- 3.1 絕對最大額定值
- 3.2 電氣與光學特性
- 4. 性能曲線與圖形數據
- 5. 機械結構、封裝與組裝資訊
- 5.1 接腳配置與電路圖
- 5.2 封裝尺寸與安裝
- 5.3 元件標記
- 5.4 焊接與操作指南
- 6. 包裝與訂購資訊
- 6.1 型號編碼系統
- 6.2 包裝規格
- 7. 應用指南與設計考量
- 7.1 目標應用
- 7.2 關鍵設計考量
- 8. 技術比較與選型指南
- 9. 常見問題 (FAQ)
- 9.1 此 SSR 能否切換交流負載？
- 9.2 連接方式 A、B 和 C 有何不同？
- 9.3 如何計算功率損耗與產生的熱量？
- 9.4 是否需要散熱片？
- 10. 工作原理
- 11. 產業背景與趨勢
1. 產品概述
本文件詳細說明一系列採用 6-pin DIP（雙列直插式封裝）配置的通用型固態繼電器 (SSR)。這些元件為單極單投 (Form A) 繼電器，意指其提供一個常開 (NO) 接點。其設計旨在廣泛應用中取代傳統的電磁繼電器 (EMR)，由於沒有可動部件，因此提供卓越的可靠性、更長的使用壽命以及靜音操作。
核心技術涉及輸入側的 AlGaAs 紅外線 LED，其以光學方式耦合至高壓輸出偵測電路。此偵測器由光電二極體陣列與 MOSFET 組成，能夠控制交流與直流負載。光學隔離在低壓控制電路與高壓負載電路之間提供了高隔離電壓 (5000 Vrms)，增強了系統安全性與抗雜訊能力。
2. 主要特性與優勢
- 常開 (Form A) 配置：簡單的單通道切換。
- 低操作電流：輸入 LED 僅需極小的驅動電流，使其能與低功耗邏輯電路及微控制器相容。
- 寬廣輸出電壓範圍：提供輸出耐壓從 60V 到 600V (EL606A, EL625A, EL640A, EL660A) 的型號，滿足各種應用電壓等級。
- 低導通電阻：基於 MOSFET 的輸出提供低導通損耗，提升效率並減少熱量產生。
- 寬廣工作溫度：可在 -40°C 至 +85°C 範圍內可靠運作，適用於工業與嚴苛環境。
- 高隔離電壓：輸入與輸出之間 5000 Vrms 的隔離確保安全並保護敏感的控制電子元件。
- 產業認證：通過 UL 1577、UL 508、VDE、SEMKO、NEMKO、DEMKO、FIMKO 及 CQC 標準認證，確保符合國際安全與性能要求。
- 封裝選項：提供標準通孔 DIP 與表面黏著 (SMD) 接腳形式變體。
3. 技術規格詳解
3.1 絕對最大額定值
這些是應力極限，超過此極限可能對元件造成永久性損壞。操作應始終在此極限內進行。
- 輸入 (LED 側)：最大順向電流 (IF) 為 50 mA，脈衝條件下的峰值順向電流 (IFP) 為 1 A。逆向電壓 (VR) 限制為 5 V。
- 輸出 (開關側)：崩潰電壓 (VL) 定義了輸出可阻擋的最大電壓，範圍從 60V (EL606A) 到 600V (EL660A)。連續負載電流 (IL) 依型號與連接類型 (A, B, C) 而異，從 50 mA 到 800 mA。脈衝負載電流 (ILPeak) 亦針對短暫突波進行規定。
- 隔離：輸入與輸出之間可承受 5000 Vrms 達 1 分鐘。
- 熱特性：操作溫度範圍為 -40°C 至 +85°C。儲存溫度可達 125°C。最大焊接溫度為 260°C，持續 10 秒。
3.2 電氣與光學特性
這些參數定義了 SSR 在 25°C 下的操作性能。
- 輸入特性：LED 在 10mA 下的典型順向電壓 (VF) 為 1.18V。逆向漏電流 (IR) 極低 (<1 µA)。
- 輸出特性 - 關斷狀態：SSR 關斷時的漏電流 (Ileak) 規定最大值為 1 µA，顯示其優異的阻斷能力。
- 輸出特性 - 導通狀態：關鍵參數為導通電阻 (Rd(ON))。此值在不同型號與連接類型間差異顯著：
- 連接方式 A：最高電流額定值，最高 Rd(ON) (例如，EL606A：典型值 0.75Ω，最大值 2.5Ω)。
- 連接方式 B：平衡的額定值，中等的 Rd(ON)。
- 連接方式 C：較低的電流額定值，最低的 Rd(ON) (例如，EL606A：典型值 0.2Ω，最大值 0.5Ω)。
- 輸出電容 (Cout)：範圍從 30 pF 到 85 pF。較低的電容有利於高頻切換以減少損耗。
- 傳輸特性：定義了可靠開啟輸出所需的輸入電流 (IF(on)，最大 3 mA) 與關閉輸出所需的輸入電流 (IF(off)，最小 0.4 mA)。這確保了明確的切換閾值。
- 切換速度：開啟時間 (Ton) 典型值介於 0.35 ms 至 1.3 ms 之間。關閉時間 (Toff) 非常快，典型值為 0.1 ms。這些速度雖比某些 SSR 慢，但對許多工業控制應用已足夠。
- 隔離參數：隔離電阻 (RI-O) 極高 (>5×10¹⁰ Ω)，隔離電容 (CI-O) 低 (典型值 1.5 pF)。
4. 性能曲線與圖形數據
規格書包含典型特性曲線（儘管提供的文本中未詳細說明）。這些通常會說明：
- 順向電壓 vs. 順向電流 (Vf-If)：針對輸入 LED，顯示其二極體特性。
- 導通電阻 vs. 負載電流 (Rd(ON)-IL)：顯示 Rd(ON) 如何隨切換的電流大小而變化。
- 導通電阻 vs. 環境溫度 (Rd(ON)-Ta)：對熱設計至關重要，因為 Rd(ON) 通常隨溫度升高而增加，導致更高的損耗。
- 傳輸特性圖：繪製輸出狀態 (開/關) 與輸入 LED 電流的關係，視覺化定義開啟/關閉閾值與遲滯現象。
這些曲線對於設計者理解元件在非標準或變化條件下（超出 25°C 典型值）的行為至關重要。
5. 機械結構、封裝與組裝資訊
5.1 接腳配置與電路圖
6-pin DIP 具有標準接腳定義：
- 接腳 1：LED 陽極 (+)
- 接腳 2：LED 陰極 (-)
- 接腳 4, 6：MOSFET 汲極 (輸出端子，對於直流通常可互換)
- 接腳 5：MOSFET 源極 (共用輸出端子)
- 接腳 3：內部未連接 (NC)，可用於機械穩定性。
5.2 封裝尺寸與安裝
提供詳細的機械圖面，包括：
- 標準 DIP 型：適用於通孔 PCB 安裝。
- 選項 S1 型 (薄型表面黏著)：適用於 SMD 組裝。
- 建議焊墊佈局：針對 SMD 版本，確保迴焊過程中形成正確的焊點。
5.3 元件標記
元件頂部標有代碼："EL" 前綴、零件編號 (例如 660A)、1 位數年份代碼 (Y)、2 位數週數代碼 (WW) 以及 VDE 選項代碼 (V)。這允許進行追溯。
5.4 焊接與操作指南
基於絕對最大額定值：
- 迴焊 (SMD)：峰值溫度不得超過 260°C，且高於 260°C 的時間應限制在 10 秒內，以防止損壞。
- 波峰焊/手焊 (DIP)：適用標準作業，但應盡量減少熱應力。
- 靜電防護 (ESD) 注意事項：雖然基於 MOSFET，但輸出受到光電驅動保護。建議對敏感元件採取標準的 ESD 處理措施。
- 儲存：在 -40°C 至 +125°C 溫度範圍內，儲存於乾燥、防靜電的環境中。
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：EL6XXA(Y)(Z)-V
- XX：定義輸出電壓/電流的零件編號 (06, 25, 40, 60)。
- Y：接腳形式選項。'S1' 表示表面黏著薄型。空白表示標準 DIP。
- Z：SMD 零件的捲帶包裝選項 (TA, TB, TU, TD)。空白表示管裝。
- V：表示 VDE 安全認證選項。
6.2 包裝規格
- 標準 DIP：管裝，每管 65 個。
- 表面黏著 (S1)：捲帶包裝，每捲 1000 個。提供詳細的捲帶尺寸 (凹槽尺寸 A, B, 孔徑 Do, D1, 間距 E, F) 與捲盤規格，以供自動貼片機設定。
7. 應用指南與設計考量
7.1 目標應用
這些 SSR 適用於需要可靠、隔離切換的廣泛應用：
- 電信與交換設備：訊號路由、線路卡介面。
- 測試與量測設備：切換感測器輸入、多工訊號。
- 工廠自動化 (FA) 與辦公室自動化 (OA)：控制電磁閥、小型馬達、燈具與加熱器。
- 工業控制系統 (ICS)：PLC 輸出模組、邏輯與功率電路之間的介面。
- 安全系統：切換警報器、門鎖或攝影機電源。
7.2 關鍵設計考量
- 輸入驅動電路：使用一個限流電阻與 LED 串聯。根據電源電壓 (例如 3.3V, 5V, 12V)、所需的 LED 電流 (典型 5-10mA 以確保開啟) 以及 LED 的 VF 計算電阻值。確保驅動電路能提供至少最大 IF(on) (3mA) 的電流，並能拉低至 IF(off) (0.4mA) 以下以確保關閉。
- 輸出負載考量：
- 電壓額定值：選擇一個型號 (EL606A/625A/640A/660A)，其最大負載電壓 (包含暫態) 低於元件的 VL 額定值。降額使用 (例如，對 240VAC 線路使用 400V 元件) 是良好的實務。
- 電流額定值：根據連續 RMS 或直流負載電流選擇。考量連接類型 (A/B/C) 的權衡。在最壞情況溫度條件下，負載電流不得超過所選連接方式與型號的指定 IL。
- 電感性負載：當切換電感性負載 (繼電器、電磁閥、馬達) 時，在負載兩端使用緩衝電路 (RC 網路) 或反馳二極體 (針對直流) 是必要的，以抑制可能超過 SSR 崩潰電壓的電壓尖峰。
- 突波電流：對於燈具或具有高開啟突波的電容性負載，確保峰值突波電流在 ILPeak 額定值內。可能需要負溫度係數 (NTC) 熱敏電阻或其他突波限制器。
- 熱管理：SSR 中的功率損耗 (Pout) 計算為 I_load² * Rds(on)。在最大電流與升高的溫度下，這可能相當顯著。確保 PCB 佈局提供足夠的銅箔面積以利散熱，特別是對於 SMD 版本。切勿超過最大接面溫度，該溫度與環境溫度 (Ta) 和熱阻相關。
- PCB 佈局：根據安全標準 (例如 IEC 61010-1)，在 PCB 上保持輸入與輸出走線之間的爬電距離與電氣間隙。保持大電流輸出走線短而寬。
8. 技術比較與選型指南
此系列的四個型號根據電壓與電流能力形成清晰的層級：
- EL606A (60V)：適用於低壓直流應用。提供最高的連續電流 (在連接方式 C 下可達 800mA) 與最低的導通電阻。
- EL625A (250V)：適用於 120VAC 線路電壓應用 (需降額) 或中壓直流系統。在電流 (可達 300mA) 與電壓之間取得良好平衡。
- EL640A (400V)：適用於 240VAC 線路電壓應用的理想選擇。電流額定值可達 150mA。
- EL660A (600V)：適用於高壓直流或具有顯著暫態的嚴苛工業交流線路。電流額定值可達 80mA。
與電磁繼電器 (EMR) 比較：這些 SSR 沒有接點彈跳，使用壽命更長 (數十億次循環)，操作安靜，並且對衝擊與振動有更好的抵抗力。它們通常速度較慢，初始成本較高，並且具有非零的導通電阻導致熱量散逸。
與其他 SSR 比較：光電 MOSFET 耦合提供極低的輸出漏電流與穩定的導通電阻。它與用於交流切換的基於三端雙向可控矽的 SSR 不同，因為這些基於 MOSFET 的繼電器可以切換直流。
9. 常見問題 (FAQ)
9.1 此 SSR 能否切換交流負載？
Yes.MOSFET 輸出在關斷時是雙向的。然而，單個 MOSFET 的本體二極體使其在導通時是單向的。對於真正的交流切換，通常使用兩個背對背的 MOSFET。規格書中說明 "enable AC/DC and DC only output connections." 電路圖與連接圖 (A, B, C) 顯示單個 MOSFET。因此，對於交流切換，需要外部電路或特定的連接配置 (可能涉及兩個汲極接腳 4 和 6) 以在導通時阻斷雙向電流。設計者必須參考詳細的連接圖以正確實現交流切換。
9.2 連接方式 A、B 和 C 有何不同？
這些是光電陣列與 MOSFET 的不同內部或外部配線配置，在最大負載電流 (IL) 與較低的導通電阻 (Rd(ON)) 之間進行權衡。連接方式 A優先考慮高電流能力。連接方式 C優先考慮最低可能的導通損耗 (最低 Rd(ON))。連接方式 B提供折衷方案。選擇取決於您的設計是受限於電流處理能力還是功率損耗/電壓降。
9.3 如何計算功率損耗與產生的熱量？
SSR 中的功率損耗 (P_ssr) 幾乎完全來自輸出 MOSFET：P_ssr = I_load² * Rds(on)。使用規格書中在您預期操作接面溫度下的最大 Rds(on) 進行保守估計。例如，一個採用連接方式 C (Rds(on)_max = 0.5Ω) 的 EL606A 切換 500mA 直流，其損耗 P = (0.5)² * 0.5 = 0.125W。此熱量必須透過接腳與 PCB 銅箔導出，以將接面溫度保持在限制範圍內。
9.4 是否需要散熱片？
對於 SMD 封裝在高電流下，是的。需求取決於計算出的功率損耗、您的 PCB 佈局從接面到環境的熱阻 (RθJA)，以及最高環境溫度。如果計算出的接面溫度 (Tj = Ta + (P_ssr * RθJA)) 接近或超過 85°C，則需要改善散熱 (增加銅箔面積、使用散熱孔、外部散熱片)。
10. 工作原理
SSR 基於光學隔離與光電壓產生的原理運作。當電流通過輸入端的 AlGaAs 紅外線 LED 時，它會發光。此光被輸出側的光電二極體陣列偵測。該陣列產生足夠的開路電壓，以完全增強輸出級中 N 通道 MOSFET 的閘極。這使 MOSFET 導通，在其汲極與源極端子之間建立一個低電阻路徑，從而閉合 "開關"。當 LED 電流移除時，光電壓崩潰，MOSFET 閘極放電，元件關閉。光學路徑提供了高電氣隔離。
11. 產業背景與趨勢
由於對更高可靠性、更長使用壽命與小型化的需求，固態繼電器在許多應用中持續從電磁繼電器手中奪取市佔率。驅動 SSR 發展的趨勢包括：
- 更高功率密度：開發具有更低 Rds(on) 的 SSR，以在更小的封裝中處理更大的電流，減少電路板空間。
- 整合化：將過流偵測、熱關斷與狀態回饋等保護功能整合到 SSR 封裝中。
- 更寬廣的電壓範圍：針對低壓 (例如 12V/24V 汽車/工業) 與市電電壓應用的元件需求旺盛。
- 改進的隔離材料：透過先進的封裝材料與內部結構提升安全等級與可靠性。
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。 |