目录
1. 产品概述
EL4XXA-G系列是采用4引脚DIP封装的单刀单掷（A型）常开固态继电器。该器件采用AlGaAs红外LED，通过光耦合至由光伏二极管阵列和MOSFET组成的高压输出检测电路。此设计提供了与1 Form A机电继电器的固态等效方案，具有寿命更长、运行安静、抗机械冲击和振动等优点。该系列提供表面贴装选项，并符合无卤素和RoHS标准。
1.1 核心优势
- 高隔离度：输入与输出之间提供5000 Vrms隔离，增强了控制电路的安全性和抗噪能力。
- 低驱动电流：LED开启电流低（典型值3-5mA），使其兼容低功耗微控制器输出。
- 宽电压范围：该系列覆盖从60V（EL406A）到600V（EL460A）的输出耐压，适用于各种交流/直流负载开关应用。
- 合规性强：无卤素结构，并符合UL 1577、UL 508、VDE和CQC等主要国际安全标准。
- 宽工作温度范围：可在-40°C至+85°C范围内可靠工作，适用于工业和恶劣环境。
1.2 目标应用
这些固态继电器专为需要可靠、隔离开关的应用而设计。典型用例包括：
- 电信设备：信号路由和线路卡切换。
- 测试与测量仪器：自动测试设备信号切换。
- 工厂自动化与办公自动化：传感器、电磁阀和小型电机的控制。
- 工业控制系统：PLC输出模块、过程控制接口。
- 安防系统：报警面板切换和门禁控制。
2. 技术参数分析
2.1 绝对最大额定值
下表总结了为防止永久性器件损坏而不得超越的关键极限值。这些并非工作条件。
- 输入（LED侧）：最大正向电流为50mA DC，脉冲条件下（占空比0.1%）峰值正向电流为1A。最大反向电压为5V。
- 输出（开关侧）：击穿电压定义了输出MOSFET可承受的最大阻断电压。不同型号各异：EL406A（60V）、EL425A（250V）、EL440A（400V）、EL460A（600V）。连续负载电流额定值随电压额定值升高而降低，从EL406A的550mA到EL460A的50mA，这反映了电压处理能力与导通电阻之间的权衡。
- 隔离与热性能：隔离电压为5000 Vrms。存储温度范围为-40°C至+125°C，工作温度范围为-40°C至+85°C。焊接温度额定值为260°C持续10秒。
2.2 光电特性
这些参数定义了器件在典型工作条件下的性能。
- 输入特性：在IF=10mA时，正向电压典型值为1.18V，最大值为1.5V。此低VF有助于降低驱动功率需求。
- 输出特性（关键区别）：导通电阻是影响开关功耗和压降的关键参数，该系列中差异显著：
- EL406A：典型值0.7Ω，最大值2.5Ω
- EL425A：典型值6.5Ω，最大值15Ω
- EL440A：典型值20Ω，最大值30Ω
- EL460A：典型值40Ω，最大值70Ω
- 开关速度：由于光伏栅极充电机制，开启时间相对较慢（典型值1.4ms，最大3ms）。关断时间非常快（典型值0.05ms，最大0.5ms）。这种不对称性对于时序敏感的应用很重要。
- 传输特性：LED开启电流是使输出MOSFET完全导通所需的最小电流，典型值为3-5mA。关断电流是保证输出关断的最大电流，典型值为0.4mA。这定义了输入控制逻辑的阈值。
3. 性能曲线分析
虽然文本未提供具体的图形数据，但数据手册引用了典型的光电特性曲线。根据参数，可以推断出关键关系：
- 导通电阻与温度的关系：MOSFET的导通电阻具有正温度系数。它会随结温升高而增加，导致高温下更高的导通损耗。适当的热设计至关重要，尤其是对于额定电流较高的型号。
- LED正向电压与电流的关系：VF与IF曲线是AlGaAs LED的标准曲线。建议使用恒定电流驱动LED，以确保在温度变化下的稳定运行。
- 输出漏电流与电压的关系：关态漏电流在满额定电压下最大为1μA。此参数对于要求极高关态阻抗的应用至关重要。
4. 机械与封装信息
4.1 封装尺寸与类型
该系列提供三种主要引脚形式选项，以适应不同的PCB组装工艺：
- 标准DIP型：通孔封装，引脚间距为0.1英寸，适用于传统的波峰焊或手工焊接。
- M选项型：通孔封装，引脚弯曲更宽，提供0.4英寸的引脚间距，适用于需要更大爬电距离或特定PCB布局需求的应用。
- S1选项型：表面贴装器件引脚形式，外形低矮。此选项对于自动化贴片组装和高密度PCB设计至关重要。
4.2 极性标识与标记
引脚配置定义明确：
- 引脚1：LED阳极 (+)
- 引脚2：LED阴极 (-)
- 引脚3和4：MOSFET漏极端子（输出开关）。通常在PCB上连接在一起以处理负载电流。
器件顶部标记有代码：EL [型号] G YWWV.
例如："EL 460A G YWWV" 表示EL460A，无卤素，以及制造年份和星期，以及VDE选项。
4.3 推荐SMD焊盘布局
对于S1选项，推荐特定的焊盘布局以确保可靠的焊接和机械强度。尺寸设计确保在回流焊过程中形成适当的焊角并提供热缓解。
5. 焊接与组装指南
- 回流焊接：器件额定峰值焊接温度为260°C持续10秒。适用于标准的无铅回流焊曲线。确保曲线不超过最高温度或峰值温度下的时间。
- 波峰焊接：可使用标准波峰焊接工艺。建议进行预热以最小化热冲击。
- 手工焊接：使用温控烙铁。限制接触时间以防止过多热量传递到封装。
- 清洗：兼容大多数常见的助焊剂清洗工艺。如果使用强溶剂，请验证兼容性。
- 存储：在规定的温度范围内存储在干燥、防静电的环境中。对于长期存储，请遵循湿度敏感等级指南，通常对SMD部件使用干燥包装。
6. 包装与订购信息
6.1 型号命名规则
部件号遵循以下格式：EL4XXA(Y)(Z)-VG
- XX：部件号，定义输出电压/电流额定值。
- Y：引脚形式选项（S1表示表面贴装，空白表示标准DIP）。
- Z：卷带包装选项（TA、TB、TU、TD，或空白表示管装）。
- V：表示VDE安全认证选项。
- G：表示无卤素结构。
6.2 包装规格
- 管装包装：标准DIP和M选项型以每管100件供应。
- 卷带包装：提供不同的卷带类型：
- TA、TB：每卷1000件。
- TU、TD：每卷1500件。
7. 应用设计注意事项
7.1 输入电路设计
使用恒流源或带串联限流电阻的电压源驱动输入LED。使用公式计算电阻值：R = (Vcc - VF) / IF，其中VF典型值为1.18V-1.5V，IF选择在5mA至20mA之间以获得最佳速度和可靠性。确保驱动电路至少能提供最小IF(on)（最大5mA）以保证输出完全开启。由于内置5V反向电压额定值，LED两端的反向保护二极管并非绝对必要，但可在噪声环境中添加以提高鲁棒性。
7.2 输出电路设计
电压选择：根据负载的峰值电压选择型号，建议留有20-30%的安全裕量。
电流与功耗：关键设计约束是功耗和发热。SSR中的功耗计算公式为：Pdiss = (IL^2 * Rd(ON)) + (IF * VF)。第一项占主导。例如，EL406A在最大550mA负载和典型导通电阻0.7Ω下运行时，产生约212mW的热量。确保总功耗不超过最大值，并且PCB提供足够的热缓解，尤其是对于高电流型号。
感性/容性负载：切换感性负载时，使用缓冲电路或续流二极管来抑制可能超过器件额定值的电压尖峰。对于容性负载，考虑浪涌电流限制。
7.3 热管理
SSR没有内部散热器。热量通过引脚传导出去。在PCB焊盘上使用足够的铜面积，特别是对于引脚3和4，以充当散热器。对于高环境温度或连续高电流运行，监控器件温度以确保其在工作范围内。导通电阻会随温度升高而增加，产生自限效应，但也会降低性能。
8. 技术对比与选型指南
EL4XXA-G系列提供了一个清晰的权衡矩阵：
- EL406A：是低压、较高电流直流开关的最佳选择，具有最低的导通电阻。
- EL425A与EL440A：适用于主流交流线路电压应用，切换指示灯、小型电磁阀等小负载，或作为大型接触器的先导设备。
- EL460A：专为高压工业应用或存在显著电压瞬变的情况设计，适用于高压环境中的信号或极低功率负载切换。
与机电继电器相比：这些固态继电器无活动部件，因此无触点弹跳、电弧或与循环次数相关的磨损机制。它们运行安静且不受振动影响。然而，它们具有固有的导通电阻，会导致发热和压降，并且通常比同类EMR具有更低的电流额定值和更高的每安培成本。
与其他固态继电器相比：光伏MOSFET耦合方案提供了非常高的隔离度和干净的开关，无需输出侧的外部偏置电源。开启速度比其他一些光耦MOSFET慢，但对于大多数控制应用来说已足够。
9. 常见问题解答
Q1：我可以用这个SSR直接切换交流负载吗？
A1：可以，但有重要注意事项。输出是一对MOSFET。大多数MOSFET具有固有的体二极管。在标准配置中，该SSR在关断时可以阻断任一极性的电压，但在导通时只能单向导电。对于真正的交流负载切换，需要将两个器件反向串联配置。一些SSR内部具有此配置，但EL4XXA-G数据手册显示的是单个MOSFET示意图，表明其适用于直流或单向开关。请验证特定型号对您交流应用的能力。
Q2：为什么开启时间比关断时间慢得多？
A2：开启时间受限于光伏二极管阵列产生足够电流为输出MOSFET栅极电容充电至其阈值电压的速度。这是一个相对较慢的电流受限过程。关断很快，因为它只需要通过内部电路放电栅极，这可以快速完成。
Q3：如何理解“脉冲负载电流”额定值？
A3：脉冲负载电流是器件在极短持续时间内可以承受的更高电流。这对于处理来自灯或电机的浪涌电流很有用。请勿将此额定值用于连续或重复脉冲操作。对于重复脉冲，平均功耗必须保持在限制范围内。
Q4：需要外部散热器吗？
A4：在额定条件下，DIP封装通常不需要。主要散热器是PCB铜箔。对于在最大负载电流下的连续运行，请确保PCB有足够的铜面积连接到输出引脚以散热。在密闭空间或高环境温度下，建议进行热分析。
10. 设计案例研究示例
场景：为PLC设计一个数字I/O模块，需要切换24VDC感性负载，稳态电流为200mA。环境存在工业噪声。
元件选择：选择EL406A，因其60V额定值远高于24VDC且导通电阻低。在200mA时，典型压降仅为0.14V，功耗为0.028W，可忽略不计。
输入电路：PLC数字输出为24VDC。计算串联电阻：R = (24V - 1.3V) / 0.01A = 2270Ω。选择标准2.2kΩ电阻，提供约10.3mA的IF，安全高于最大IF(on) 5mA。
输出电路：在电磁阀线圈两端直接放置一个续流二极管，以钳位感应反冲电压并保护EL406A的输出。
PCB布局：引脚3和4连接到PCB上的大面积铜箔以辅助散热，尽管本例中产生的热量很小。输入和输出走线保持分离以保持良好的隔离。
与小型机电继电器相比，此设计提供了稳健、长寿命且安静的开关解决方案。
11. 工作原理
EL4XXA-G基于光隔离和光伏驱动原理工作。当向输入AlGaAs红外LED施加正向电流时，它会发光。输出侧的光伏二极管阵列检测到此光。该阵列在受光照时产生一个小电压。此产生的电压直接施加到一个或多个功率MOSFET的栅极，使其导通并在输出引脚之间创建低电阻路径。当LED电流移除时，光停止，光伏电压崩溃，MOSFET栅极放电，输出关断。此机制在低压控制电路和高压负载电路之间提供了完全的电隔离，因为只有光穿过隔离屏障。
12. 技术趋势
固态继电器在几个与EL4XXA-G技术相关的关键方向上持续发展：
- 更低的导通电阻：MOSFET和封装技术的进步正在稳步降低给定电压额定值和封装尺寸下的导通电阻，从而在更小的占位面积内实现更高电流的开关和更低的损耗。
- 更高集成度：趋势包括将输入侧驱动器和输出侧保护功能集成到SSR封装中，从而简化外部电路。
- 改进的热性能：具有裸露散热焊盘的新封装设计允许更高效地将热量传递到PCB，显著提高了相同芯片的连续电流额定值。
- 更宽的电压范围：能够阻断更高电压的器件在紧凑封装中变得越来越普遍，这得益于可再生能源和电动汽车应用的推动。
- 关注安全与合规：与EL4XXA-G一样，越来越强调满足最新的国际安全标准、环境法规以及汽车级可靠性认证。
EL4XXA-G系列代表了光伏MOSFET SSR技术的成熟可靠实现，非常适合需要安全、隔离和可靠的低至中功率开关的各种工业和商业控制应用。
LED规格术语详解
LED技术术语完整解释
一、光电性能核心指标
| 术语 | 单位/表示 | 通俗解释 | 为什么重要 |
|---|---|---|---|
| 光效（Luminous Efficacy） | lm/W（流明/瓦） | 每瓦电能发出的光通量，越高越节能。 | 直接决定灯具的能效等级与电费成本。 |
| 光通量（Luminous Flux） | lm（流明） | 光源发出的总光量，俗称"亮度"。 | 决定灯具够不够亮。 |
| 发光角度（Viewing Angle） | °（度），如120° | 光强降至一半时的角度，决定光束宽窄。 | 影响光照范围与均匀度。 |
| 色温（CCT） | K（开尔文），如2700K/6500K | 光的颜色冷暖，低值偏黄/暖，高值偏白/冷。 | 决定照明氛围与适用场景。 |
| 显色指数（CRI / Ra） | 无单位，0–100 | 光源还原物体真实颜色的能力，Ra≥80为佳。 | 影响色彩真实性，用于商场、美术馆等高要求场所。 |
| 色容差（SDCM） | 麦克亚当椭圆步数，如"5-step" | 颜色一致性的量化指标，步数越小颜色越一致。 | 保证同一批灯具颜色无差异。 |
| 主波长（Dominant Wavelength） | nm（纳米），如620nm（红） | 彩色LED颜色对应的波长值。 | 决定红、黄、绿等单色LED的色相。 |
| 光谱分布（Spectral Distribution） | 波长 vs. 强度曲线 | 显示LED发出的光在各波长的强度分布。 | 影响显色性与颜色品质。 |
二、电气参数
| 术语 | 符号 | 通俗解释 | 设计注意事项 |
|---|---|---|---|
| 正向电压（Forward Voltage） | Vf | LED点亮所需的最小电压，类似"启动门槛"。 | 驱动电源电压需≥Vf，多个LED串联时电压累加。 |
| 正向电流（Forward Current） | If | 使LED正常发光的电流值。 | 常采用恒流驱动，电流决定亮度与寿命。 |
| 最大脉冲电流（Pulse Current） | Ifp | 短时间内可承受的峰值电流，用于调光或闪光。 | 脉冲宽度与占空比需严格控制，否则过热损坏。 |
| 反向电压（Reverse Voltage） | Vr | LED能承受的最大反向电压，超过则可能击穿。 | 电路中需防止反接或电压冲击。 |
| 热阻（Thermal Resistance） | Rth（°C/W） | 热量从芯片传到焊点的阻力，值越低散热越好。 | 高热阻需更强散热设计，否则结温升高。 |
| 静电放电耐受（ESD Immunity） | V（HBM），如1000V | 抗静电打击能力，值越高越不易被静电损坏。 | 生产中需做好防静电措施，尤其高灵敏度LED。 |
三、热管理与可靠性
| 术语 | 关键指标 | 通俗解释 | 影响 |
|---|---|---|---|
| 结温（Junction Temperature） | Tj（°C） | LED芯片内部的实际工作温度。 | 每降低10°C，寿命可能延长一倍；过高导致光衰、色漂移。 |
| 光衰（Lumen Depreciation） | L70 / L80（小时） | 亮度降至初始值70%或80%所需时间。 | 直接定义LED的"使用寿命"。 |
| 流明维持率（Lumen Maintenance） | %（如70%） | 使用一段时间后剩余亮度的百分比。 | 表征长期使用后的亮度保持能力。 |
| 色漂移（Color Shift） | Δu′v′ 或 麦克亚当椭圆 | 使用过程中颜色的变化程度。 | 影响照明场景的颜色一致性。 |
| 热老化（Thermal Aging） | 材料性能下降 | 因长期高温导致的封装材料劣化。 | 可能导致亮度下降、颜色变化或开路失效。 |
四、封装与材料
| 术语 | 常见类型 | 通俗解释 | 特点与应用 |
|---|---|---|---|
| 封装类型 | EMC、PPA、陶瓷 | 保护芯片并提供光学、热学接口的外壳材料。 | EMC耐热好、成本低；陶瓷散热优、寿命长。 |
| 芯片结构 | 正装、倒装（Flip Chip） | 芯片电极布置方式。 | 倒装散热更好、光效更高，适用于高功率。 |
| 荧光粉涂层 | YAG、硅酸盐、氮化物 | 覆盖在蓝光芯片上，部分转化为黄/红光，混合成白光。 | 不同荧光粉影响光效、色温与显色性。 |
| 透镜/光学设计 | 平面、微透镜、全反射 | 封装表面的光学结构，控制光线分布。 | 决定发光角度与配光曲线。 |
五、质量控制与分档
| 术语 | 分档内容 | 通俗解释 | 目的 |
|---|---|---|---|
| 光通量分档 | 代码如 2G、2H | 按亮度高低分组，每组有最小/最大流明值。 | 确保同一批产品亮度一致。 |
| 电压分档 | 代码如 6W、6X | 按正向电压范围分组。 | 便于驱动电源匹配，提高系统效率。 |
| 色区分档 | 5-step MacAdam椭圆 | 按颜色坐标分组，确保颜色落在极小范围内。 | 保证颜色一致性，避免同一灯具内颜色不均。 |
| 色温分档 | 2700K、3000K等 | 按色温分组，每组有对应的坐标范围。 | 满足不同场景的色温需求。 |
六、测试与认证
| 术语 | 标准/测试 | 通俗解释 | 意义 |
|---|---|---|---|
| LM-80 | 流明维持测试 | 在恒温条件下长期点亮，记录亮度衰减数据。 | 用于推算LED寿命（结合TM-21）。 |
| TM-21 | 寿命推演标准 | 基于LM-80数据推算实际使用条件下的寿命。 | 提供科学的寿命预测。 |
| IESNA标准 | 照明工程学会标准 | 涵盖光学、电气、热学测试方法。 | 行业公认的测试依据。 |
| RoHS / REACH | 环保认证 | 确保产品不含有害物质（如铅、汞）。 | 进入国际市场的准入条件。 |
| ENERGY STAR / DLC | 能效认证 | 针对照明产品的能效与性能认证。 | 常用于政府采购、补贴项目，提升市场竞争力。 |