ELT304X/306X/308X 系列 4 腳 DIP 零交越三端雙向可控矽驅動器光耦合器規格書 - 隔離電壓 5000Vrms

1. 產品概述

ELT304X、ELT306X 與 ELT308X 系列為 4 腳雙列直插式封裝 (DIP) 光耦合器，設計為零交越三端雙向可控矽驅動器。這些元件作為低壓邏輯控制電路與高壓交流電源線之間的重要介面，實現交流負載的安全高效切換。

該系列中的每個元件均由一個砷化鎵 (GaAs) 紅外線發光二極體 (LED) 與一個單晶矽光三端雙向可控矽光學耦合而成。內建的零交越偵測電路確保輸出三端雙向可控矽僅在交流線路電壓接近零伏特時觸發。此特性對於最小化電磁干擾 (EMI)、降低湧入電流以及延長馬達、電磁閥、燈具等連接負載的使用壽命至關重要。

本系列的核心優勢在於其輸入與輸出之間的高隔離能力 (5000 V_rms)，確保使用者安全與系統可靠性。該系列以其峰值阻斷電壓區分：ELT304X 為 400V，ELT306X 為 600V，ELT308X 為 800V，使其適用於從 110VAC 到 380VAC 的廣泛市電電壓應用。這些元件需搭配外部獨立功率三端雙向可控矽使用，以處理更高的負載電流。

1.1 主要特性與認證

• 無鹵素合規：溴 (Br) < 900 ppm，氯 (Cl) < 900 ppm，Br+Cl < 1500 ppm。
• 高隔離電壓：輸入與輸出之間 5000 V_rms。
• 零電壓交越：減少 EMI 與負載應力。
• 法規認證：UL、cUL (檔案 E214129)、VDE、SEMKO、NEMKO、DEMKO、FIMKO 與 CQC。
• 環保合規：符合 RoHS 與歐盟 REACH 法規。

1.2 目標應用

這些光耦合器專為需要隔離式交流切換的穩健工業與消費性應用而設計：

• 電磁閥與閥門控制
• 照明控制與調光器
• 靜態電源開關
• 交流馬達驅動器與啟動器
• 電磁接觸器
• 溫度控制 (例如：加熱器)
• 固態繼電器
• 消費性家電

2. 技術參數詳解

2.1 絕對最大額定值

超出這些限制的應力可能對元件造成永久性損壞。所有參數均在環境溫度 (T_a) 為 25°C 時指定。

2.1.1 輸入端 (LED 側)

• 順向電流 (I_F)：60 mA (流經 LED 的最大連續電流)。
• 逆向電壓 (V_R)：6 V (施加於 LED 兩端的最大逆向偏壓)。
• 功率消耗 (P_D)：100 mW。

2.1.2 輸出端 (三端雙向可控矽側)

• 關態端電壓 (V_DRM)：輸出關閉時可阻斷的峰值重複電壓。此為關鍵區分因素：ELT304X 為 400V，ELT306X 為 600V，ELT308X 為 800V。
• 峰值重複突波電流 (I_TSM)：1 A (非重複峰值電流能力)。
• 功率消耗 (P_C)：300 mW (輸出側)。

2.1.3 元件整體額定值

• 總功率消耗 (P_TOT)：330 mW (輸入與輸出消耗之和)。
• 隔離電壓 (V_ISO)：在 40-60% 相對濕度下，5000 V_rms 持續 1 分鐘。測試時將腳位 1 與 2 短路，腳位 3 與 4 短路。
• 工作溫度 (T_OPR)：-55°C 至 +100°C。
• 儲存溫度 (T_STG)：-55°C 至 +125°C。
• 焊接溫度 (T_SOL)：260°C 持續 10 秒 (波焊或迴焊)。

2.2 電光特性

這些參數定義了在 T_a= 25°C 時的操作性能 (除非另有說明)。

2.2.1 輸入特性 (LED)

• 順向電壓 (V_F)：在 I_F= 30 mA 時，最大 1.5 V。此低電壓適合由許多邏輯電路或微控制器透過簡單的限流電阻直接驅動。
• 逆向漏電流 (I_R)：在 V_R= 6V 時，最大 10 µA。

2.2.2 輸出特性 (光三端雙向可控矽)

• 峰值阻斷電流 (I_DRM)：輸出在其額定 V_DRM 下關閉時的漏電流。當 I_F=0mA 時，ELT304X 最大 100 nA，ELT306X/ELT308X 最大 500 nA。
• 峰值導通電壓 (V_TM)：當傳導峰值電流 (I_TM) 為 100 mA 且 LED 以其額定觸發電流 (I_FT) 驅動時，最大 3 V。此壓降在導通時會於元件內部產生熱量。
• 關態電壓臨界上升率 (dv/dt)：ELT304X/306X 最小 1000 V/µs，ELT308X 最小 600 V/µs。此參數表示元件對交流線路上快速上升電壓暫態的誤觸發免疫能力。
• 抑制電壓 (V_INH)：最大 20 V。這是 MT1-MT2 之間的電壓，當超過此值時，即使 LED 導通，零交越電路也會阻止元件觸發。這確保了僅在接近零交越點時進行切換。
• 抑制狀態漏電流 (I_DRM2)：當 LED 導通 (I_F= 額定 I_FT) 但輸出電壓低於零交越視窗 (在額定 V_DRM 下) 時，最大 500 µA。

2.2.3 傳輸特性

• LED 觸發電流 (I_FT)：在主端電壓為 3V 時，可靠觸發輸出三端雙向可控矽所需的最大 LED 電流。此為關鍵靈敏度參數，並分級如下：
  • 等級 1 (例如：ELT3041)：最大 15 mA
  • 等級 2 (例如：ELT3042)：最大 10 mA
  • 等級 3 (例如：ELT3043)：最大 5 mA
  較低的 I_FT 等級表示較高的靈敏度，需要控制電路提供較少的驅動電流。
• 保持電流 (I_H)：典型值 280 µA。這是觸發後，為保持輸出三端雙向可控矽處於導通狀態所需流經其的最小電流。外部負載與主三端雙向可控矽閘極電路必須確保在整個導通半週期內維持此電流。

3. 性能曲線分析

規格書中引用了典型的電光特性曲線。雖然提供的文字未重現具體圖表，但通常包含以下對設計至關重要的關係：

• 順向電流 vs. 順向電壓 (I_F-V_F)：顯示輸入 LED 的非線性 V_F 特性，對於計算正確的串聯電阻至關重要。
• 觸發電流 vs. 溫度 (I_FT-T_a)： I_FT通常隨溫度降低而增加。設計者必須確保 LED 驅動電路在最低指定工作溫度 (-55°C) 下能提供足夠的電流。
• 導通電壓 vs. 導通電流 (V_TM-I_TM)：說明光三端雙向可控矽的導通損耗，此損耗會導致內部發熱。
• dv/dt 能力 vs. 溫度：dv/dt 額定值可能在較高的接面溫度下降低，影響在高溫環境下的抗雜訊能力。

4. 機械與封裝資訊

4.1 腳位配置與示意圖

元件採用標準 4 腳 DIP 配置：

1. 陽極 (A)：輸入 LED 的正極端。
2. 陰極 (K)：輸入 LED 的負極端。
3. 端點 (T1/MT2)：輸出光三端雙向可控矽的主端點 2。
4. 端點 (T2/MT1)：輸出光三端雙向可控矽的主端點 1。此通常是輸出的參考點。

內部示意圖顯示 LED 連接在腳位 1 和 2 之間。光三端雙向可控矽連接在腳位 3 和 4 之間，其閘極由光學訊號內部驅動。零交越偵測電路與光三端雙向可控矽整合在一起。

4.2 封裝尺寸

規格書提供了四種封裝選項的詳細機械圖 (單位：mm)：

• 標準 DIP 型：經典的穿孔式封裝，具有 0.1\" (2.54mm) 的排距與直插式接腳。
• M 選項型：\"寬腳彎曲\"，具有 0.4 英吋 (10.16mm) 的接腳間距，適用於特定的 PCB 佈局需求。
• S 選項型：表面黏著接腳形式，具有海鷗翼式接腳，適用於迴焊。
• S1 選項型：表面黏著接腳形式，採用 \"低剖面\" 海鷗翼式設計，與 S 型相比，封裝高度更低。

關鍵尺寸包括本體長/寬/高、接腳間距、接腳長度與共面度 (適用於 SMD 類型)。設計者必須參考確切的圖面進行 PCB 焊墊與間隙設計。

5. 焊接與組裝指南

基於絕對最大額定值：

• 波焊或迴焊：最高焊接溫度為 260°C，且此溫度施加於接腳的時間不應超過 10 秒。
• ESD 預防措施：雖然未明確說明，但光耦合器包含對靜電敏感的半導體元件。建議在組裝過程中遵循標準 ESD 處理程序 (使用接地腕帶、導電泡棉等)。
• 清潔：若焊接後需要清潔，請使用與環氧樹脂封裝材料相容的方法與溶劑。具體建議請諮詢製造商。
• 儲存條件：在儲存溫度範圍 (-55°C 至 +125°C) 內且低濕度的環境中儲存，以防止吸濕，特別是對於表面黏著封裝，其在迴焊過程中可能對 \"爆米花效應\" 敏感。

6. 包裝與訂購資訊

6.1 型號編碼系統

料號遵循以下格式：ELT30X(Y)(Z)-V

• X (料號)：4、6 或 8，表示系列 (400V、600V、800V)。
• Y (靈敏度等級)：1、2 或 3，對應最大 I_FT(15mA、10mA、5mA)。
• Y (接腳形式選項)：
  • 無：標準 DIP-4 (穿孔式)。
  • M：寬腳彎曲 (0.4\" 間距)。
  • S：標準表面黏著接腳形式。
  • S1：低剖面表面黏著接腳形式。
• Z (捲帶與捲盤選項)：指定捲盤類型與數量。選項包括 TA、TB (1000 顆/捲)、TU、TD (1500 顆/捲)，或無 (管裝)。
• V (安全選項)：表示包含 VDE 安全認證。

範例：ELT3062S(TA) 是一個 600V 元件，靈敏度等級 2 (最大 I_FT=10mA)，具有標準 SMD 接腳，包裝於 TA 捲帶與捲盤 (1000 顆)。

6.2 包裝規格

• 管裝：標準 DIP 與 M 選項通常以防靜電管供應，每管 100 顆。
• 捲帶與捲盤：表面黏著選項 (S、S1) 可提供捲帶與捲盤包裝，適用於自動取放組裝。捲盤數量為 1000 顆 (TA、TB) 或 1500 顆 (TU、TD)。

7. 應用設計考量

7.1 典型應用電路

主要應用是驅動外部功率三端雙向可控矽。典型電路包括：

1. 輸入側：一個與 LED 串聯的限流電阻 (R_IN)，連接到微控制器或邏輯輸出。R_IN= (V_CC- V_F) / I_F。I_F 的選擇應大於所選等級的 I_FT，並留有溫度降額的餘量 (例如：使用 1.5 倍 I_FT 最大值)。可額外串聯一個小電阻或並聯一個電容於 LED 兩端，以增強抗雜訊能力。
2. 輸出側：光耦合器輸出 (腳位 3 & 4) 與外部功率三端雙向可控矽的閘極和 MT1 串聯。幾乎總是需要一個閘極電阻 (R_G，通常為 100-360 Ω) 來限制峰值閘極電流、抑制高頻振盪並改善整體電路的 dv/dt 能力。可在光耦合器的 MT1 和 MT2 之間連接一個電阻 (R_L，約 100-500 Ω) 以確保超過保持電流 (I_H)。
3. 緩衝網路：對於電感性負載 (馬達、電磁閥)，在功率三端雙向可控矽(非光耦合器) 的主端點之間跨接一個 RC 緩衝網路 (串聯的電阻與電容) 至關重要，以限制關斷期間的電壓上升率 (dv/dt) 並防止誤再觸發。

7.2 設計注意事項與警告

• 散熱：計算光耦合器內的功率消耗 (P_TOT= V_F*I_F+ V_TM*I_TM)，並確保不超過 330 mW。導通電流 (I_TM) 是外部三端雙向可控矽的閘極電流，而非負載電流。
• 零交越限制：零交越功能會引入導通延遲 (最壞情況下可達半個週期)。這不適用於需要相位角控制 (如調光) 的應用。對於此類應用，需要使用非零交越隨機相位三端雙向可控矽驅動器光耦合器。
• 負載類型：高容性負載即使在零交越時也可能導致高湧入電流。考慮使用湧入電流限制器 (NTC 熱敏電阻) 或軟啟動電路。
• 隔離爬電距離與間隙：在 PCB 上，即使元件本身提供 5000V_rms isolation.

的隔離，仍須根據安全標準，在電路的輸入 (低壓) 側與輸出 (高壓) 側之間保持足夠的爬電距離與間隙 (例如：400VAC 時 >8mm)。

8. 技術比較與選型指南選擇正確的電壓額定值 (ELT304X vs. 306X vs. 308X)：_DRM選擇一個 V

額定值顯著高於您交流線路峰值電壓的元件。對於 120VAC (峰值約 170V)，400V 的 ELT304X 已足夠。對於 240VAC (峰值約 340V)，建議使用 600V 的 ELT306X。800V 的 ELT308X 適用於 277VAC/380VAC 系統或具有高電壓暫態的應用。選擇靈敏度等級 (1、2 或 3)：_FT等級 3 (最大 I

5mA) 提供最高的靈敏度，允許由低電流微控制器 GPIO 腳位直接驅動。等級 1 和 2 需要更多的驅動電流，但可基於成本優化或控制電路能輕鬆提供更高電流的情況而選擇。相較於非零交越類型的優勢：

關鍵優勢在於大幅降低 EMI 產生，使其更容易通過電磁相容性 (EMC) 法規。代價是無法執行相位控制調光。

9. 常見問題 (FAQ)

問：我可以使用此元件直接切換 10A 的負載嗎？答：不行。此光耦合器的輸出設計用於驅動外部功率三端雙向可控矽 (例如：BT136、BTA16) 的閘極_TSM。外部三端雙向可控矽處理高負載電流。光耦合器的 I

僅為 1A。

問：為什麼我連接的燈具會不穩定地開啟/關閉？_F答：常見原因包括：1) LED 驅動電流不足 (檢查 I_FT> I_G 並留有餘量)，2) 缺少閘極電阻 (R

) 導致振盪，3) 電感性負載上缺少緩衝網路，4) 輸入控制線路上的雜訊過大。

問：規格書中描述的 \"dv/dt\" 測試電路 (圖 10) 的目的是什麼？

答：此電路與程序由製造商用於表徵並保證元件對快速電壓暫態的免疫能力。設計者使用指定的最小 dv/dt 值 (例如：1000 V/µs) 來確保他們的緩衝網路設計在實際應用中提供足夠的保護。

問：如何將其與 3.3V 微控制器介接？_FT答：使用等級 3 的元件 (最大 I_IN = 5mA) 通常是可行的。計算 R_F= (3.3V - V_F ~1.2V) / (期望的 I