EL847系列光电耦合器数据手册 - 16引脚DIP封装 - 隔离电压5000Vrms - 电流传输比50-600% - 中文技术文档

1. 产品概述

EL847系列是一组采用标准16引脚双列直插式封装（DIP）的四通道光电晶体管耦合器。每个通道均集成了一个红外发射二极管，该二极管通过光耦合至一个光电晶体管探测器，从而在输入和输出电路之间提供坚固的电气隔离。该器件专为在电位差和抗噪能力至关重要的环境中实现可靠的信号传输而设计。

其核心功能是利用光来传输电信号，从而实现电气隔离。这可以防止地环路、抑制噪声，并保护敏感电路免受高压瞬态影响。该系列提供标准通孔DIP和表面贴装（SMD）引脚形式选项，为不同的PCB组装工艺提供了灵活性。

2. 技术参数详解

2.1 绝对最大额定值

这些额定值定义了可能导致器件永久损坏的极限。不保证在此条件下运行。

• 输入正向电流（I_F)）：60 mA（连续）。这是可施加到输入LED的最大直流电流。
• 峰值正向电流（I_FP)）：1 A，持续1 μs脉冲。允许用于驱动或测试的短暂高电流脉冲。
• 反向电压（V_R)）：6 V。输入LED可承受的最大反向偏置电压。
• 集电极-发射极电压（V_CEO)）：80 V。输出光电晶体管在关断时可承受的最大电压。
• 集电极电流（I_C)）：50 mA。输出晶体管可吸收的最大连续电流。
• 隔离电压（V_ISO)）：5000 V_rms，持续1分钟。一个关键的安全参数，表示输入和输出侧之间的介电强度。
• 工作温度（T_OPR)）：-55°C 至 +110°C。规定了可靠工作的环境温度范围。
• 焊接温度（T_SOL)）：260°C，持续10秒。定义了回流焊接曲线的耐受度。

2.2 光电特性

这些参数定义了器件在正常工作条件下的性能（除非注明，T_A= 25°C）。

2.2.1 输入特性（LED侧）

• 正向电压（V_F)）：典型值1.2V，在I_F= 20 mA时最大1.4V。用于计算所需的限流电阻。
• 反向电流（I_R)）：在V_R= 4V时最大10 μA。表示LED反向偏置时极低的漏电流。
• 输入电容（C_in)）：典型值30 pF，最大值250 pF。影响输入侧的高频开关能力。

2.2.2 输出特性（光电晶体管侧）

• 集电极-发射极暗电流（I_CEO)）：在V_CE= 20V，I_F= 0mA时最大100 nA。LED关断时的漏电流；数值越低，抗噪性越好。
• 集电极-发射极击穿电压（BV_CEO)）：在I_C= 0.1mA时最小80V。确认了高压阻断能力。
• 集电极-发射极饱和电压（V_CE(sat))）：典型值0.1V，在I_F= 20mA，I_C= 1mA时最大0.2V。晶体管完全导通（饱和）时两端的压降。低值有助于最小化功率损耗。

2.2.3 传输特性

• 电流传输比（CTR））：在I_F= 5mA，V_CE= 5V时为50%至600%。这是最关键参数，定义为（I_C/ I_F）* 100%。它表示将输入电流转换为输出电流的效率。宽范围表明器件提供不同的增益等级。
• 隔离电阻（R_IO)）：在V¹⁰= 500V DC时最小5 x 10_IOΩ。隔离侧之间的极高电阻，确保漏电流最小。
• 浮空电容（C_IO)）：典型值0.6 pF，最大值1.0 pF。跨越隔离屏障的寄生电容，影响共模瞬态抗扰度和高频噪声耦合。
• 截止频率（f_c)）：在V_CE= 5V，I_C= 2mA，R_L= 100Ω时典型值80 kHz。-3dB带宽，表示最大有用数字信号频率。
• 上升时间（t_r）和下降时间（t_f)）：在指定测试条件下，典型值分别为6 μs和8 μs（各自最大18 μs）。这些开关速度参数对于确定数字应用中的最大数据速率至关重要。

3. 性能曲线分析

数据手册包含典型特性曲线（尽管提供的文本中未详述）。这些曲线通常说明关键参数之间的关系，为设计者提供超出表格最小/典型/最大值之外的器件行为更深入理解。

• CTR 与正向电流（I_F)）：显示效率如何随驱动电流变化，通常在特定I_F.
• CTR 与温度）：说明CTR的负温度系数，通常随温度升高而降低。这对于在整个温度范围内设计稳定电路至关重要。
• 输出电流（I_C）与集电极-发射极电压（V_CE)）：显示不同输入电流下光电晶体管输出特性的曲线族，类似于双极晶体管的输出曲线。
• 饱和电压（V_CE(sat)）与集电极电流（I_C)）：显示导通状态压降如何随负载电流增加。

4. 机械与封装信息

4.1 封装尺寸

该器件提供两种主要的引脚形式选项：

1. 标准DIP型：通孔封装，16引脚，间距2.54mm（100密耳）。详细的尺寸图规定了本体长度、宽度、高度、引脚长度和间距。
2. S型选项（表面贴装）：用于SMD组装的鸥翼形引脚形式。尺寸包括PCB焊盘图案设计的建议。

一个与安全相关的关键机械特性是封装输入和输出侧之间爬电距离>7.62 mm。这是导电部件之间沿绝缘封装表面的最短距离，对于满足高隔离电压的安全标准至关重要。

4.2 引脚排列与原理图

引脚配置简单明了，各通道一致：

• 引脚1、3、5、7：分别为通道1-4的阳极。
• 引脚2、4、6、8：分别为通道1-4的阴极。
• 引脚9、11、13、15：分别为通道1-4的发射极。
• 引脚10、12、14、16：分别为通道1-4的集电极。

这种排列将所有输入集中在一侧（引脚1-8），所有输出集中在另一侧（引脚9-16），从物理上加强了隔离屏障。

4.3 器件标记

器件顶部标记有"EL847"（器件编号），后跟一位年份代码（Y）、两位周代码（WW），以及可选的"V"后缀，表示该单元具有VDE认证。

5. 焊接与组装指南

5.1 回流焊接曲线

数据手册提供了符合IPC/JEDEC J-STD-020D无铅焊接标准的详细回流曲线：

• 预热：在60-120秒内从150°C升至200°C。
• 液相线以上时间（T_L=217°C）：60-100秒。
• 峰值温度（T_P)）：最高260°C。
• 峰值温度±5°C内时间：最长30秒。
• 最大升温速率：从T_smax到T_p.
• 最大降温速率：6°C/秒。
• 总循环时间：从25°C到峰值温度最长8分钟。
• 回流次数：器件最多可承受3次回流循环。

遵循此曲线对于防止因热应力导致封装开裂、分层或内部芯片和键合线损坏至关重要。

6. 包装与订购信息

EL847系列使用以下部件编号格式订购：EL847X-V.

• X：引脚形式选项。"S"表示表面贴装，空白（无）表示标准DIP。
• V：可选后缀，表示该特定单元包含VDE安全认证。

包装：两种型号均以管装形式提供，每管20个单元。

7. 应用建议

7.1 典型应用电路

EL847用途广泛，可用于多种配置：

1. 数字信号隔离：将输入LED与限流电阻串联至微控制器GPIO引脚。输出集电极可通过上拉电阻连接至隔离侧的逻辑电压。发射极通常接地。这提供了ON/OFF信号的抗噪传输，例如在PLC I/O模块中。
2. 模拟信号隔离（线性模式）：通过在光电晶体管的线性区域（非饱和）工作，可以使输出电流大致与输入LED电流成正比。这需要仔细偏置，并且受CTR变化和温度漂移影响。通常用于低带宽、低精度的模拟隔离。
3. 驱动小负载：只要不超过集电极电流和电压额定值，输出可以直接驱动继电器、LED或光耦可控硅驱动器等小负载。

7.2 设计考虑与最佳实践

• CTR选择与电路设计：宽CTR范围（50-600%）需要谨慎设计。对于数字开关，选择在您选择的I_F和负载电阻（R_L）下，能保证在最小规定CTR时输出晶体管饱和的CTR等级。条件I_C= CTR_min* I_F必须大于V_CC/R_L以确保饱和。
• 速度与电流的权衡：更高的I_F通常能提高开关速度（减少t_r/t_f），但由于LED老化，会随时间降低CTR。设计应使用满足速度和抗噪要求的最低I_F。
• 抗噪与旁路：为提高共模瞬态抗扰度（CMTI），在输入和输出侧的电源与地之间使用旁路电容（例如0.1 μF），并尽可能靠近器件引脚放置。这有助于抵消内部耦合电容（C_IO）的影响。
• 散热：注意总功耗限制（P_TOT= 200 mW）。功率计算为输入侧的（I_F* V_F）加上输出侧的（I_C* V_CE）。

8. 技术对比与关键优势

EL847通过以下几个关键特性在市场中脱颖而出：

• 高隔离电压（5000 V_rms)）：超出许多工业控制和电源应用的要求，提供显著的安全裕量。
• 宽工作温度范围（-55°C 至 +110°C））：适用于温度极端常见的严苛工业和汽车环境。
• 全面的安全认证：UL、cUL、VDE、SEMKO、NEMKO、DEMKO、FIMKO和CQC认证，简化了将器件集成到需要针对不同全球市场认证的终端产品的过程。
• 单封装四通道：与使用四个单通道光耦进行多信号隔离任务相比，节省了电路板空间并提高了成本效益。
• 双封装选项：同时提供通孔（DIP）和表面贴装（SMD）形式，为原型设计和大批量自动化组装提供了灵活性。

9. 常见问题解答（基于技术参数）

Q1：如何为输入LED选择正确的限流电阻？

A1：使用公式：R_limit= (V_supply- V_F) / I_F。使用数据手册中的最大V_F（1.4V）进行最坏情况设计，以确保不超过I_F。根据所需的CTR和速度选择I_F；5-20 mA是典型值。

Q2：我的电路没有完全开关。输出电压不够低。问题出在哪里？

A2：光电晶体管可能没有进入饱和状态。这通常是CTR问题。请确认您的设计使用最小CTR（50%）进行计算。增加I_F或增加集电极上拉电阻R_L的值，以减少饱和所需的I_C（I_C(sat)≈ V_CC/R_L）。

Q3：我可以将其用于隔离传感器输出等模拟信号吗？

A3：可能但具有挑战性。光电晶体管的线性度较差，且CTR随温度和器件个体差异显著变化。对于精确的模拟隔离，强烈建议使用专用的隔离放大器或线性光耦（包含反馈以补偿非线性）。

Q4：爬电距离 >7.62 mm 的意义是什么？

A4：爬电距离是导电部件（例如输入引脚1和输出引脚9）之间沿绝缘封装表面的最短路径。更长的爬电距离可以防止表面爬电（由于污染或湿度导致的表面电弧），并且是像5000 V_rms.

这样的高隔离电压安全认证的强制性要求。

10. 实际设计案例研究

1. 场景：将来自微控制器的四个数字控制信号隔离至一个24V工业执行器驱动器。要求
2. ：信号频率 < 1 kHz，高抗噪性，为安全和防止地环路提供隔离。:
   • 设计选择器件
   • ：EL847（标准DIP）。输入侧_F：微控制器GPIO（3.3V，可提供20mA）。选择I_{= 10 mA以获得良好的速度和寿命。R}limit
   • = (3.3V - 1.4V) / 0.01A = 190Ω。使用标准200Ω电阻。输出侧_L：执行器驱动器期望24V逻辑高电平，拉低为ON。通过上拉电阻将集电极连接到24V电源。选择R_{以确保在最小CTR时饱和。所需I}C(sat)_L> 24V / R_。当CTRmin_F=50%且I_C=10mA时，I_L>= 5mA。因此，R_{必须 < 24V / 0.005A = 4.8 kΩ。选择3.3 kΩ电阻，得到I}C(sat)
   • ≈ 7.3mA，这完全在器件的50mA额定值内，并提供了良好的裕量。旁路
3. ：在引脚10（集电极1）和引脚9（发射极1）之间添加一个0.1 μF陶瓷电容，其他通道类似，以提高抗噪性。结果

：一个坚固、电气隔离的接口，能够在电气噪声大的工业环境中可靠地传输控制信号。

11. 工作原理_F光电耦合器的工作原理基于电-光-电转换。当正向电流（I_C）施加到输入红外发射二极管（IRED）时，它会发射波长通常约为940 nm的光子（光）。该光穿过封装内的透明绝缘间隙（通常由模塑化合物或空气制成）。光照射到输出硅光电晶体管的基区。吸收的光子产生电子-空穴对，形成基极电流，使晶体管导通，允许集电极电流（I_C）流动。关键点在于输入和输出之间的唯一连接是光束，从而提供了电气隔离。比率I_F/I

是电流传输比（CTR），它取决于LED的发光效率、光电晶体管的灵敏度以及它们之间的光耦合效率。

12. 行业趋势与背景

• 像EL847这样的光电耦合器在高压隔离不可或缺的电力电子、工业自动化和可再生能源系统中仍然是基础元件。该领域的趋势是：更高速度
• ：开发基于CMOS射频或电容耦合技术的数字隔离器，提供Mbps至Gbps范围的数据速率，远超传统光电晶体管耦合器约100 kHz的极限。更高集成度
• ：在单个封装中结合隔离与其他功能，如栅极驱动器、ADC接口或USB/I2C/SPI隔离器。更高的可靠性与寿命
• ：关注随时间推移和温度变化退化更低的LED技术，从而在产品寿命期内获得更稳定的CTR。小型化

：向更小的表面贴装封装（如SOIC-8甚至更小）发展，同时保持或提高隔离等级。