EL050L 系列光耦合器規格書 - 8腳SOP封裝 - 3.3V/5V雙電源 - 1Mbit/s高速 - 高隔離度 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

EL050L系列是一款高效能、高速電晶體光耦合器（光隔離器），專為需要強健電氣隔離與快速數位訊號傳輸的應用而設計。此元件的核心功能是透過光線在兩個隔離電路之間傳輸電氣訊號，從而防止接地迴路、阻斷高電壓並降低雜訊傳輸。

其核心包含一個紅外線發光二極體（LED），該LED與具有邏輯閘輸出的高速積體光電偵測器光學耦合。此配置使其能作為數位隔離器運作。它採用緊湊的8腳小型外殼封裝（SOP），適合現代表面黏著技術（SMT）組裝製程。

1.1 核心優勢與目標市場

EL050L的設計具備多項關鍵優勢，定義了其在市場上的定位：

• 高速運作：資料傳輸率最高可達每秒1百萬位元（1Mbit/s），適用於數位通訊介面與快速開關控制訊號。
• 強健隔離：在其輸入與輸出側之間提供高達3750 V_rms的高隔離電壓，確保在高電壓環境下的安全性與可靠性。
• 優異抗雜訊能力：具備最低15 kV/μs的高共模暫態耐受度（CMTI），使其能夠抑制出現在隔離屏障上的快速電壓暫態，這在馬達驅動器等嘈雜的電力電子應用中至關重要。
• 雙電源電壓：輸出側相容於3.3V與5V邏輯系統，提供設計靈活性。
• 環境合規性：本元件無鹵素、無鉛，並符合RoHS、REACH及多項國際安全標準（UL、cUL、VDE等）。

主要目標市場包括工業自動化、電源供應器回授電路、馬達驅動系統、通訊介面隔離，以及任何需要處理接地電位差或高電壓雜訊的應用。

2. 深入技術參數分析

本節針對規格書中指定的關鍵電氣與光學參數，提供詳細且客觀的詮釋。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致元件永久損壞的應力極限，不適用於正常操作。

• 輸入順向電流（I_F）：連續25 mA。此為流經輸入LED的最大直流電流限制。
• 峰值順向電流（I_FP）：對於佔空比50%、脈衝寬度1ms的脈衝，可達50 mA。這允許在短時間內使用更高的瞬間驅動電流。
• 逆向電壓（V_R）：5 V。輸入LED不得承受超過此值的逆向偏壓。
• 輸出電壓（V_O）與電源電壓（V_CC）：-0.5V 至 +7V。輸出腳位與電源腳位相對於輸出接地（GND）必須維持在此電壓範圍內。
• 隔離電壓（V_ISO）：3750 V_rms，持續1分鐘。此為施加於短路輸入腳位（1-4）與短路輸出腳位（5-8）之間的高壓測試電壓，用以驗證隔離屏障的完整性。
• 操作溫度（T_OPR）：-40°C 至 +85°C。保證元件在此環境溫度範圍內符合其電氣規格。

2.2 電氣與傳輸特性

除非另有說明，這些參數保證在0°C至70°C的操作溫度範圍內有效。

輸入特性：

• 順向電壓（V_F）：典型值1.45V，在順向電流（I_F）為16 mA時最大值為1.8V。此為LED導通時的跨壓。
• V_F:的溫度係數：

約為-1.9 mV/°C。LED的順向電壓隨溫度升高而降低，這是半導體二極體的典型特性。

• 輸出特性：_OH邏輯高準位輸出電流（I）：_F當輸入關閉（I
• =0）時，洩漏電流極低（最大0.5 µA）。這表示良好的關閉狀態。 I_CCL電源電流：_CCH（邏輯低準位狀態，輸入開啟）典型值為100 µA，而I

（邏輯高準位狀態，輸入關閉）則低得多，典型值為0.01 µA。這些值決定了輸出級的靜態功耗。

• 傳輸特性：電流傳輸比（CTR）：_F對於EL050L，在標準測試條件下（I_O=16mA，V_CC=0.4V，V_A=3.3V，T_O=25°C），CTR規定在7%至50%之間。CTR是輸出電晶體集極電流與輸入LED順向電流的比值。在稍有不同的條件下（V
• =0.5V）保證最小CTR為5%。此參數對於確保輸出能夠吸入足夠電流以將輸出電壓拉至低準位至關重要。_OL邏輯低準位輸出電壓（V）：_F典型值0.12V，當I

=16mA且輸出吸入3 mA時，最大值為0.4V。此低飽和電壓對於清晰的邏輯低準位訊號傳輸至關重要。

2.3 開關特性_F這些參數定義了光耦合器的動態性能，對高速應用至關重要。測試條件為I_CC=16mA且V

• =3.3V。
  • T_PHL傳播延遲時間：（至邏輯低準位）：_L使用4.1kΩ負載電阻（R
  • T_PLH）時，最大值為2.0 µs。使用較小的1.9kΩ負載時，可實現更快的開關速度（最大值0.9 µs）。此為從輸入LED開啟到輸出電壓下降至邏輯低準位的延遲。（至邏輯高準位）：
• 類似地，最大值為2.0 µs（4.1kΩ）和0.9 µs（1.9kΩ）。此為從輸入LED關閉到輸出電壓上升至邏輯高準位的延遲。共模暫態耐受度（CMTI）：_CM一項關鍵的穩健性指標。測試證明，該元件在維持正確輸出邏輯狀態（無論是高準位或低準位）的同時，能承受最低1000 V/μs（典型值）的共模電壓變化率（dV

/dt）。測試使用10V峰對峰共模脈衝。高CMTI可防止隔離屏障上的雜訊尖峰導致誤觸發。

3. 腳位配置與功能說明

• 本元件採用8腳SOP封裝。腳位配置如下：腳位1、4：
• 無連接（NC）。這些腳位內部未連接，在PCB佈局中可懸空或接地以進行屏蔽。腳位2：
• 輸入紅外線LED的陽極。腳位3：
• 輸入紅外線LED的陰極。腳位5：
• 輸出側電路的地線（GND）。腳位6：_OUT輸出電壓（V_CC）。此為光電偵測器的開集極輸出。需要一個外部上拉電阻連接至V
• 。腳位7：_B閘控或偏壓電壓（V
• ）。根據描述（"可閘控輸出"），此腳位可能提供一種啟用或停用輸出級的方式，以降低雜訊或實現多裝置多工。規格書未提供此腳位的詳細應用資訊；建議查閱製造商的應用筆記。腳位8：_CC輸出側的電源電壓（V

）。接受3.3V或5V。

4. 應用指南與設計考量

• 4.1 典型應用場景馬達驅動器/變頻器中的閘極驅動隔離：
• 將低電壓微控制器PWM訊號與高電壓、嘈雜的IGBT或MOSFET閘極驅動電路隔離。高CMTI在此處至關重要。交換式電源供應器（SMPS）中的回授迴路隔離：
• 從次級側（輸出側）提供隔離的電壓/電流回授至初級側控制器，確保安全性與穩壓。通訊介面隔離：
• 隔離串列資料線（例如RS-485、CAN、UART），以斷開接地迴路並保護敏感邏輯免受暫態影響。邏輯準位轉換與接地分離：
• 在不同接地電位或邏輯電壓準位的系統之間進行介接（例如，3.3V LVTTL至5V CMOS）。脈衝變壓器或較慢光電晶體耦合器的替代方案：

提供更小、更整合且可能更可靠的解決方案，並具有相當或更快的速度。

• 4.2 關鍵設計考量輸入限流電阻：_F必須始終與輸入LED串聯使用一個電阻，以將順向電流（I_{）限制在安全值，根據規格書的測試條件，通常介於5mA至16mA之間。電阻值計算為R}limit_{= (V}drive_F- V_F.
• ) / I。_CC輸出上拉電阻：_L腳位6的開集極輸出需要一個外部上拉電阻連接至V
  • 。此電阻值（R_L）是一個關鍵的權衡取捨：較小的R_PLH（例如1.9kΩ）：_OL提供更快的上升時間（較低的T_CC）和更強的上拉能力，但當輸出為低準位時會增加功耗（I_L= V
  • /R_L）。確保不超過輸出的電流吸入能力。較大的R
• （例如4.1kΩ或10kΩ）：降低功耗，但導致上升時間變慢，且可能更容易受到雜訊干擾。_CC電源去耦：
• 在腳位8（V）和腳位5（GND）附近放置一個0.1µF陶瓷電容，為高速開關提供局部低阻抗電流源並濾除雜訊。
• 高CMTI的PCB佈局：_B為維持高共模暫態耐受度，應最小化隔離屏障上的寄生電容。這意味著在PCB上保持輸入與輸出走線實體分離，避免平行佈線，並遵循安全標準中建議的爬電距離與間隙距離。閘控腳位（V_CC）使用：

若不需要閘控功能，此腳位應根據製造商建議連接，通常是連接至V

或懸空。規格書缺乏明確指引，因此需要驗證。

5. 機械、封裝與組裝資訊

5.1 封裝尺寸與安裝

本元件採用8腳SOP（小型外殼封裝）。規格書包含帶有關鍵尺寸（長、寬、高、引腳間距等）的封裝圖。設計人員必須遵循這些尺寸來建立PCB焊墊佈局。

• 通常會提供建議的表面黏著焊墊佈局，以確保在迴焊過程中形成可靠的焊點。此佈局考慮了散熱與適當的焊錫圓角。5.2 焊接與處理_SOL迴焊：
• 本元件可承受最高260°C的焊接溫度（T）持續10秒。標準無鉛迴焊曲線（IPC/JEDEC J-STD-020）通常適用。
• 濕度敏感性：SOP封裝通常對濕度敏感。如果元件以乾燥包裝供應，且在焊接前超過暴露時間限制，則必須根據製造商指示進行烘烤。

儲存條件：

絕對最大儲存溫度範圍為-40°C至+125°C。請儲存於乾燥、防靜電的環境中。6. 訂購資訊與型號區分

• 零件編號遵循以下格式：EL050L(Z)-V
• EL050L：系列基礎零件編號。
  • (Z)：
  • 捲帶包裝選項。
  • 無：以100個為單位的管裝。
• (TA)：TA型捲帶包裝，每捲2000個。(TB)：TB型捲帶包裝，每捲2000個。

-V：

• 可選後綴，表示該元件通過VDE標準認證。若省略，則該元件具有標準認證（UL、cUL等）。範例：
• EL050L：管裝標準零件。
• EL050L-V：管裝VDE認證零件。

EL050L(TA)-V：

TA型捲帶包裝的VDE認證零件。

• 7. 技術比較與常見問題7.1 與其他隔離器類型比較
• 與傳統光電晶體耦合器比較：EL050L速度顯著更快（1Mbit/s對比通常<100kbit/s），這歸功於其積體邏輯閘輸出級，能主動驅動輸出，而非依賴被動的光電晶體。
• 與數位隔離器（基於CMOS）比較：數位隔離器使用射頻或電容耦合，可實現更高的速度（例如100Mbit/s以上）和更低的功耗。然而，像EL050L這樣的光耦合器，由於其完全的光學隔離（不受磁場影響），通常提供更高的固有隔離電壓和更長期的可靠性。

與脈衝變壓器比較：

EL050L提供靜態直流準位轉換，而變壓器僅傳遞交流訊號。它也更小，且不需要複雜的驅動電路來整形訊號。

7.2 常見問題（基於參數）_{問：我可以直接從5V微控制器腳位驅動輸入LED嗎？}答：不行。您必須使用限流電阻。對於5V MCU腳位，V_Fdrive_F=5V。假設V_{≈1.5V且期望的I}=10mA，則R

limit_L= (5V - 1.5V) / 0.01A = 350Ω。使用330Ω或360Ω的電阻是合適的。

問：我應該在輸出端使用多大值的上拉電阻（R_CC）？_OL答：這取決於您的速度與功耗需求。為獲得最大速度，請使用1.9kΩ（若V_IL=3.3V，I_OL≈1.7mA）。對於較低功耗與中等速度，常用4.7kΩ或10kΩ。請驗證在您選擇的I_OL.

下，您的負載輸入邏輯低準位閾值（V

）是否安全地高於光耦合器的V_F。

問：CTR範圍很廣（7%至50%）。這對我的設計有何影響？

答：您必須以最壞情況下的最小CTR（在規格書特定條件下為5%）進行設計，以確保輸出始終能吸入足夠電流以達到有效的邏輯低準位電壓。如果您的設計在最小CTR下餘裕不足，則可能需要增加輸入LED電流（I

）。

問：3750Vrms的隔離額定值對我的工業應用是否足夠？

答：3750Vrms是許多工業控制系統中功能隔離的標準額定值。對於加強型隔離或具有更高市電電壓的應用（例如480VAC三相），您必須檢查特定的安全標準（IEC/UL 60747-5-5），以確保元件的額定值符合所需的工作電壓、污染等級和材料組別標準。

8. 運作原理與技術趨勢

8.1 運作原理