EL111X-G 系列光電晶體光耦合器規格書 - 5 腳位 SOP 封裝 - 8mm 爬電距離 - 5000Vrms 隔離 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

EL111X-G 系列是一系列基於光電晶體的光耦合器，專為需要不同電位電路之間進行穩健電氣隔離與訊號傳輸的應用而設計。此元件的核心功能是利用光來傳輸電氣訊號，在輸入端 (紅外線發光二極體) 與輸出端 (光電晶體偵測器) 之間提供電氣隔離。此隔離對於保護敏感電路免受高電壓、雜訊及接地迴路影響至關重要。

該系列的特點是其緊湊的 5 腳位小外形封裝 (SOP)，高度僅 2.0 mm，適合空間受限的 PCB 設計。一個關鍵的區別特徵是其 8mm 長爬電距離，透過增加沿著封裝體導電部件之間的表面距離，提升了高壓環境下的可靠性和安全性。元件採用不含鹵素 (溴 <900 ppm，氯 <900 ppm，溴+氯 <1500 ppm) 及三氧化二銻 (Sb2O3) 的複合材料製成，符合環保與安全法規。

2. 技術規格詳解

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極限。不保證在此條件下運作。

• 輸入順向電流 (IF)：60 mA (連續)。1µs 脈衝的峰值順向電流則顯著更高，為 1.5 A，允許在切換期間承受短暫的過電流狀況。
• 輸入逆向電壓 (VR)：6 V。在逆向偏壓下超過此電壓可能損壞輸入 LED。
• 輸出集極-射極電壓 (VCEO)：80 V。這是當基極開路時，可施加於輸出電晶體兩端的最大電壓。
• 輸出集極電流 (IC)：50 mA。
• 總功耗 (PTOT)：250 mW。這是輸入端與輸出端合計的最大功耗。
• 隔離電壓 (VISO)：5000 V_rms，在 40-60% 相對濕度下持續 1 分鐘。這是一個關鍵的安全參數，測試時將輸入腳位 (1,2) 短路在一起，輸出腳位 (3,4,5) 短路在一起。
• 工作溫度 (TOPR)：-55°C 至 +110°C。
• 焊接溫度 (TSOL)：260°C 持續 10 秒，符合典型的迴流焊接溫度曲線。

2.2 電氣與光學特性

這些參數定義了元件在正常工作條件下的性能 (除非註明，否則 Ta=25°C)。

2.2.1 輸入特性 (紅外線 LED)

• 順向電壓 (VF)：在 IF = 50 mA 時，最大值為 1.5 V。典型值會較低，約為 1.1-1.3V。
• 逆向電流 (IR)：在 VR = 6 V 時，最大值為 10 µA。
• 輸入電容 (C_in)：在 1 kHz 下，典型值為 50 pF。這會影響高頻切換性能。

2.2.2 輸出特性 (光電晶體)

• 集極-射極暗電流 (I_CEOCEO)：_CE在 V_FCE
• = 20V，I_CEOF= 0mA 時，最大值為 100 nA。這是 LED 關閉時的漏電流。_C集極-射極崩潰電壓 (BV
• CEO_)：在 IC_F= 0.1mA 時，最小值為 80 V。_C集極-射極飽和電壓 (V

CE(sat)

)：

• 在 IC_C= 10mA，I_FF
  • = 1mA 時，最大值為 0.4 V。對於驅動邏輯位準輸入的輸出級，低飽和電壓是理想的。2.2.3 傳輸特性_F這些參數描述了輸入與輸出之間的耦合效率與速度。_CE電流傳輸比 (CTR)：
  • 這是輸出集極電流 (IC_F) 與輸入順向電流 (I_CEF_F) 的比率，以百分比表示。EL111X-G 系列提供多種 CTR 等級，每個等級在指定的測試條件下都有特定的最小/最大值範圍。這讓設計師可以為其應用選擇具有一致增益的元件。
• EL1110, EL1116, EL1117, EL1118, EL1119：_IO在 IF¹⁰= 5mA，V
• CE_IO= 5V 下測試。範圍從 50-600% (EL1110) 到 200-400% (EL1119)。EL1112, EL1113, EL1114：
• 在 IF_CE= 10mA，V_CCE_L= 5V 下測試。範圍分別為 63-125%、100-200% 和 160-320%。這些元件在 I
  • F_{= 1mA 時也有指定的最小 CTR 值。}隔離電阻 (RISO
  • )：_{在 500V DC 下，最小值為 5 x 10}10Ω。這表示隔離兩側之間具有極高的直流電阻。
  • 浮動電容 (C_rF)：
  • 在 1 MHz 下，最大值為 1.0 pF。這種低電容有助於透過最小化雜訊的電容耦合來維持高共模暫態抗擾度 (CMTI)。_f切換時間：在 V
  CC

= 5V，I

F= 5mA，RL_F= 100Ω 下測量。_CE導通時間 (t

1. on)：
2. 典型值 4 µs。關斷時間 (t
3. off)：

典型值 3 µs。

上升時間 (t

r

• )：_F典型值 2 µs，最大值 18 µs。下降時間 (t
• f)：
• 典型值 3 µs，最大值 18 µs。_C這些時間定義了元件跟隨數位訊號的能力。最大極限確保了在整個溫度和生產範圍內的功能性。_CE3. 分級系統說明EL111X-G 系列的主要分級系統基於_{電流傳輸比 (CTR)}。不同的料號 (由 EL111X 中的 'X' 表示) 對應於在標準條件 (I
• F_L=5mA 或 10mA，VCE_r=5V) 下測量的特定、保證的 CTR 範圍。這讓設計師能夠：_f確保電路穩定性：_L選擇更窄的 CTR 範圍 (例如，EL1117: 80-160%) 可為給定的輸入電流提供更可預測的輸出電流，減少對寬容限偏壓電路的需求。

優化功耗：

對於所需的輸出電流，可以使用較低的輸入 LED 電流來驅動較高 CTR 的元件 (例如，EL1119)，從而節省一次側的功率。

1. 匹配設計要求：
2. 不同的應用可能需要不同的增益。邏輯介面電路可能使用標準 CTR 元件，而類比訊號傳輸則可能受益於更高、更線性的 CTR 元件。
3. 訂購資訊中透過 'X' 字元 (0, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9) 明確定義了此分級。
4. 4. 性能曲線分析
5. 雖然規格書中引用了具體的圖形曲線 ("典型電氣與光學特性曲線")，但根據光電晶體光耦合器的原理，可以描述其典型行為：

CTR 與順向電流 (IF) 的關係：CTR 並非恆定。它通常在中等順向電流下達到峰值 (對於這些元件，通常在 5-10mA 左右)，並可能在非常低或非常高的電流下由於 LED 效率和電晶體飽和效應而降低。CTR 與溫度的關係：

CTR 通常具有負溫度係數；隨著接面溫度升高而降低。設計師必須考慮在工作溫度範圍內的此降額效應。

輸出電流 (I

• C
• ) 與集極-射極電壓 (V
• CE
• ) 的關係：

對於固定的 LED 電流，光電晶體的行為類似於電流源，直到進入飽和狀態。飽和區域的特徵是如規格所指定的低 V

CE(sat)

• 。切換時間與負載電阻 (R
• L) 的關係：

切換時間 (tf, t

• r) 高度依賴於負載電阻和任何寄生電容。較小的 R
• L通常提供更快的下降時間，但會減少輸出擺幅並增加功耗。
• 5. 機械與封裝資訊該元件使用高度為 2.0 mm 的 5 腳位 SOP (小外形封裝)。腳位配置已標準化：
• 陽極 (輸入 LED+)陰極 (輸入 LED-)
• 射極 (光電晶體)集極 (光電晶體)

基極 (光電晶體，通常開路或用於加速技術)

封裝包含一個

建議的焊墊佈局

• ，用於表面黏著組裝，這對於在迴流焊過程中實現可靠的焊點和適當的機械穩定性至關重要。8mm 長爬電距離
• 是封裝模具的一個物理設計特徵，它增加了輸入和輸出腳位之間的表面距離，直接貢獻了高達 5000Vrms 的隔離額定值並符合安全標準。6. 焊接與組裝指南
• 該元件的最高焊接溫度額定值為 260°C 持續 10 秒。這符合標準的無鉛迴流焊接溫度曲線 (IPC/JEDEC J-STD-020)。關鍵考量包括：使用建議的 PCB 焊墊圖案，以防止墓碑效應或錯位。
• 避免過多的焊膏，這可能導致緊密間距的腳位之間橋接或短路爬電間隙。遵循塑膠封裝的標準濕度敏感等級 (MSL) 處理程序，如果元件暴露在超過其額定儲存壽命的環境濕度中，通常需要烘烤。
• 儲存溫度範圍為 -55°C 至 +125°C。7. 包裝與訂購資訊
• 產品提供多種包裝選項，以適應不同的生產規模：管裝：

每管 100 個單位 (標準或帶 VDE 選項)。

• 捲帶包裝：每捲 3000 個單位。提供兩種捲帶選項 (TA, TB)，可能在膠帶寬度或元件方向上有所不同。兩者都可以與 VDE 安全認證選項結合。_F料號結構_F為：EL111X(Y)-VG_FEL111：
• 基礎料號。X：
• CTR 等級 (0,2,3,4,6,7,8,9)。Y：_F捲帶包裝選項 (TA, TB，或空白表示管裝)。_LV：
• 可選的 VDE 安全認證標記。G：
• 表示無鹵素結構。封裝上的元件標記包括製造年份和週數的代碼，以及元件編號和可選的 VDE 指示器。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

• 可程式邏輯控制器 (PLC) I/O 模組：將來自現場感測器/致動器的數位訊號與中央處理單元隔離。
• 交換式電源供應器：在返馳式或其他隔離式轉換器拓撲中提供回授隔離。
• 工業通訊介面：隔離 RS-485、CAN 或其他序列匯流排線路，以防止接地迴路並增強抗雜訊能力。
• 醫療設備：將連接患者的電路與市電供電部分隔離，其中安全隔離至關重要。

家電控制：

1. 在如暖風機等家電中，將低電壓微控制器訊號與三端雙向可控矽開關驅動的交流馬達或加熱器電路隔離。
   測量儀器：
2. 將類比訊號調理級與資料擷取系統隔離。
   8.2 設計考量
3. 輸入電流限制：
   始終使用一個串聯電阻來將 LED 順向電流 (I
4. F
   ) 限制在所需值，計算公式為 (電源電壓 - V
5. F
   ) / I_FF

。請勿超過絕對最大額定值。

CTR 衰減：請注意，CTR 可能會隨著元件的使用壽命而衰減，特別是在高溫或高 LED 電流下運作時。在關鍵設計中，應對初始 CTR 值進行降額。

速度與電流的權衡：

1. 較高的 IF_C通常會改善切換速度，但會增加功耗並可能加速 CTR 衰減。負載電阻 R_FL_C也嚴重影響切換速度和輸出電壓擺幅。
2. 抗雜訊能力：高隔離電阻和低耦合電容提供了良好的共模抑制。對於非常嘈雜的環境，確保佈局乾淨並有適當的接地，並考慮在元件腳位附近添加旁路電容。_F使用基極腳位 (腳位 5)：_F將基極開路是標準做法。在基極和射極之間連接一個電阻可以降低光電晶體的增益，但透過提供一條路徑來移除儲存的電荷，可以顯著改善其切換速度 (尤其是關斷時間)。_C9. 技術比較與優勢
3. EL111X-G 系列透過幾個關鍵特點在光耦合器市場中脫穎而出：_F長爬電距離 SOP 封裝：在標準 SOP 封裝尺寸中實現 8mm 爬電距離，提供了比許多額定值為 2500Vrms 或 3750Vrms 的標準 SOP 光耦合器更優越的隔離額定值 (5000Vrms)。這提供了安全餘量，並滿足更嚴格的隔離要求，而無需轉向更大的封裝。_F全面的安全認證：_{該系列獲得主要國際安全機構 (UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO, CQC) 的認證，簡化了全球產品的合規性。}環境合規性：
4. 無鹵素且符合 RoHS 的結構，滿足了環境法規和供應鏈要求。廣泛的 CTR 選擇：_{多種明確定義的 CTR 等級為設計師提供了優化增益、功率或成本的靈活性。}10. 常見問題 (基於技術參數)
5. 問：長爬電距離的目的是什麼？答：爬電距離是沿著絕緣封裝表面兩個導電部件之間的最短距離。8mm 的爬電距離顯著增加了表面污染 (灰塵、濕氣) 的擊穿路徑長度，這對於實現和維持高達 5000Vrms 的隔離電壓額定值至關重要，特別是在潮濕或受污染的環境中。

答：根據電路所需的輸出電流和輸入驅動能力進行選擇。如果您的微控制器 GPIO 腳位只能提供 5mA，請選擇較高的 CTR 等級 (例如，EL1119) 以獲得足夠的輸出電流。如果您需要一致、可預測的增益用於類比感測，請選擇範圍較窄的等級 (例如，EL1117)。請務必查閱在您特定工作點的最小/最大值。

問：我可以將其用於類比訊號傳輸嗎？

1. 答：可以，但有注意事項。光電晶體的反應並非完全線性，且 CTR 會隨溫度和電流變化。它最適合用於較低頻率或以數位表示的類比訊號 (如 PWM)。對於精密的類比隔離，專用的線性光耦合器或隔離放大器更為合適。問：TA 和 TB 捲帶包裝選項有什麼區別？.
2. 答：規格書顯示了兩種不同的膠帶尺寸圖。主要區別可能在於元件在膠帶袋中的方向 ("從捲盤送料方向")，以及可能的膠帶寬度。TB 選項的 Ko 尺寸為 2.25mm。請諮詢製造商或詳細的膠帶規格，以確保與您的貼片機相容。
3. 問：溫度如何影響性能？答：溫度主要影響 CTR (隨溫度升高而降低) 和輸入 LED 的順向電壓 VF
4. (也會降低)。切換速度也可能變化。設計用於整個 -55°C 至 +110°C 範圍的設計必須考慮這些變化，尤其是 CTR 的降額。
5. 11. 實用設計範例_C場景：_F隔離一個 3.3V 微控制器 GPIO 訊號，以控制隔離側的一個 12V 繼電器。繼電器線圈需要 30mA 才能啟動。
6. 設計步驟：

選擇 CTR 等級：

所需的 I

• C為 30mA。微控制器可提供約 10mA。所需 CTR = (30mA / 10mA) * 100% = 300%。在 I
• F=10mA 時，EL1114 的 CTR 範圍為 160-320%。我們選擇 EL1114，但需注意在最小 CTR (160%) 時，I
• C將為 16mA，這可能不夠。我們可能需要以更大的電流驅動 LED，或選擇不同的等級/元件。
• 使用 EL1119 重新計算：EL1119 的額定值為 I
• F=5mA。CTR 範圍為 200-400%。如果我們以 I

F