フォトカプラ

フォトカプラ (Photocoupler)とは？

フォトカプラは光結合素子の一種で、発光素子と受光素子とが1つのパッケージに一体化しているものです（図１に当社フォトカプラの断面図の一例を、図２に内部透視図の一例を示します）。尚、一体化を図った製品として他にフォトインタラプタ(発光素子と受光素子とを対向し配置することでその間を物体が通り光が遮断されたことにより物体検出を行う)があります。
一般に発光素子としてはLEDが用いられ、受光素子にはフォトトランジスタ、フォトMOS FET、フォトICなどが用いられます。その使用される受光素子により、フォトトランジスタ出力、光MOS FET、フォトIC出力等の種類があります。
図３に各々の等価回路を示します。

<特徴>
フォトカプラは、信号を光で伝達するため 下記の特徴を有しています。

尚、当社ではフォトトランジスタ出力、光MOS FET、フォトＩＣ出力等を製品化しています。

図１　フォトカプラ断面図例


図２　フォトカプラ内部透視図例


図３　フォトカプラの種類

(2007/08)

フォトカプラ：PS2501の発光側の順電流(IF)につき規定がありますが、アノードとカソード間に供給する電圧に規定はあるのでしょうか？

発光側のアノード・カソード間に供給する電圧は、発光側の許容損失(順電流×順電圧)で制限されます。

(2007/08)

当方のシステムでは、フォトカプラの入力電圧は最大で5Vとなりますが、特性表を見ると入力（発光）の順電圧はどれも2V以下となっています。
このような場合はフォトカプラに抵抗を直列につないで、フォトカプラにかかる電圧を下げればよいのでしょうか？

順電圧は、発光側ダイオードのアノード・カソード間に規定の電流を流した時に生じる電圧です。入力電圧ではございません。
順電圧の最大値以上を加えていただければ、フォトカプラは確実に動作いたします。
しかしながら、入力電圧が高ければ順電流が大きくなり、入力側損失の増大となりますので、直列に電流制限用の抵抗を挿入し、順電流、許容損失定格を超えないような設計が必要となります。

(2008/11)

CTR (Current Transfer Ratio) とは？

フォトカプラにおいての入力と出力間の電流効率を表します。
出力側電流ICを入力側電流IFで割った値 〔CTR=IC/IF×100〕で、単位は%で表します。
電流伝達率とも称し、通常汎用フォトカプラの最も重要な性能指標です。



尚、CTRは下記に示す固有の特性を有します。
これらの特性に関しては、下記解説を参照して下さい。
http://www.necel.com/opto/ja/technology/ctr/index.html

(2007/08)

製品型名：PS2801-4-F3のCTRランクはPS2801-1と同じでしょうか？

CTRランクはPS2801-1のみに適応しており、PS2801-4には適応を致しておりません。
データシートの下記コメントを参照して下さい。

(2007/08)

PS2503-1のCTRのランク（K，L，M）のどれが生産量的に問題なさそうですか？
（生産的に問題ないものを前提として設計したいと考えております）

どのランクが量的に問題がなさそうかは、受注状況・製造段階での変動がございますので、まったく分かりません。
むしろ、どのランクでもかまわないということでしたら、ランク指定をしないオールランクでのご購入をお勧めいたします。

(2008/11)

高速フォトカプラ：ＰＳ９１１７Ａ(ＩＣ出力、超高速10Mbps)の電気的特性にCTR特性が掲載されていません。どうしてですか？

ＰＳ９１１７Ａはディジタル信号(Ｈ/Ｌ)で出力する機能を有します。この信号伝達における入力と出力の関係は、下記真理値表にて示されます。



ここで出力を「Ｈ」から「Ｌ」へと変化させる為には、電気的特性に記載する伝達特性・スレッシュホールド入力電流(H→L)：Ｉ_ＦＨＬ(TYP.：2mA、MAX.：5mA)以上の入力電流を流す必要があります。この電流が供給されると出力はHからLへと変化します。
尚、出力を「L」から「H」へと変化させる為には、入力電流をＩ_ＦＨＬ以下とします。



この様に入力電流の値を制御することにより信号伝達を行う為、CTR特性は設計パラメータとして不要であることから掲載をしていません。

(2007/08)

フォトカプラの寿命は電流伝達率：ＣＴＲを用いて表されますが、高速フォトカプラ（アナログ出力タイプを除く）では製品によりＣＴＲが掲載されていません。この場合、寿命は電気的特性のどの項目から確認できるのですか？

高速フォトカプラにても通電を行うことで劣化は生じます。その劣化は電気的特性（伝達特性）のスレッシュホールド入力電流（Ｉ_ＦＨＬ）を目安の一つとして確認できます。
劣化が進むことで規格に規定するＩ_ＦＨＬ値以上の電流を流しても、出力が　Ｈ→Ｌ　へと変化しなくなります。この現象から寿命に至ったと判断できます。
詳細についてはご購入先にご確認下さい。

【PS９１１５データシート・電気的特性における記載例】

(2007/12)

納入された「PS2801-1」のCTRランクはどこをみれば確認できますか

デバイスにはランク捺印がされていません。梱包ラベルにて「(Ｚ)Ｓ／ＮＯ：」の次の桁にＣＴＲランクを記載しています。
下記ラベルの事例では、最初のアルファベットＫが「Kランク」を示しています。その他、アルファベットまたは数字は社内管理記号です。

(2008/02)

ＰＳ2802-4-Ａを0〜60℃の環境条件で使用しています。
一次側ダイオードのＶ_Ｆは温度により影響を受けるかと思いますが、データシートの値から何ｍＶ／℃と考えれば宜しいでしょうか？

データシート・特性曲線の「順電流　vs.　順電圧」により確認できます。

本特性曲線を用い、まず使用する順電流値(I_F)を定めます。次に、その順電流値に基づく各温度曲線との交点から順電圧差が求められますので、その際の温度差で除算することで確認できます。

尚、上記算出法による算出値は参考値としての取扱いを願います。

(2007/08)

立ち上がり／立ち下がり時間：t_r, t_fとは？

発光側にパルスで順電流(I_F)を流した際に、出力がON/OFFするときの出力電圧の過渡的変化時間を示します。

(2007/12)

フォトカプラPS2501を使用していますが、入力波形に比べて２次側の波形の立ち上がりが25μs程度の遅延があります。２次側の負荷抵抗１kΩです。１次側の電流は20mA流れており、正常です。原因を教えてください。

「応答時間 vs. 負荷抵抗」特性にありますように、負荷抵抗が大きいため遅延が発生しているものと推測します。
なお、高速応答の製品をお探しでしたら、IC出力タイプをご検討ください。

(2008/11)

伝達遅延時間(H→L)：ｔ_PHL、伝達遅延時間(L→H)：ｔ_PLHとは？

発光側にパルスで順電流(I_F)を流したときの、順電流変化から出力電圧変化までの遅れ時間を示します。
「立ち上がり時間：ｔ_ｒ／立ち下がり時間：ｔ_ｆ」と似ていますが、この様に定義が異なり「入力の変化に対する出力の変化まで」の時間を意味しています。

以下にPS9115データシートに記載する伝達遅延時間および測定回路を示します。

(2007/12)

パルス幅ひずみ（｜ｔ_PHL−ｔ_PLH｜）とは？

発光側から入力/送信したパルス信号が、受信側でどの程度変化するかを示します。
その変化を伝達遅延時間を用いて｜ｔ_PHL−ｔ_PLH｜により表しています。
尚、｜ｔ_PHL−ｔ_PLH｜の値が小さいフォトカプラはひずみが小さい､すなわちパルス幅の変化が少ない特性を持つと言えます。

【PS9115データシート　伝達遅延時間および測定回路】



関連FAQ：伝達遅延時間(H→L)：ｔ_PHL、伝達遅延時間(L→H)：ｔ_PLHとは？

(2007/12)

低減率（△P_D/℃、△P_C/℃）とは？

許容損失（発光側：P_D、受光側：P_C）に関し周囲温度が１℃上昇した時の許容損失の低減率を示します。

具体的な事例としてPS2502の場合、データシートの絶対最大定格に低減率（発光側）として下記記述があります。



この発光側の低減率（△P_D/℃）はデータシート（特性曲線）で２５℃以上における直線の傾きとして示されます。



受光側についても同じように､データシートに記載されています。

(2007/12)

フォトカプラPS2502-4のデータシート(絶対最大定格)にコレクタ電流（Ic）が160mA/ｃｈとあります。これは4ch同時にコレクタ電流を160mAまで流せると理解して良いのですか？

はい、その通りです。各チャネル毎に160mAまで流せます。尚、ご使用に際し許容損失（Pc）：160mW/ｃｈに対する確認も必要となります。

(2007/12)

PS2701A-1のデータ・シートで、オーダ情報に海外安全規格の記載があり、「PS2701A-1-V」、「PS2701A-1V-F3」、「PS2701A-1-V-F4」にはUL認定品の表記がありません。UL認定を取得していないのですか。

いいえ、当社のフォトカプラは、基本的にUL認定を取得しています。オーダ名称に「-V」を付加すると、さらにVDE認定も取得した製品となります。
フォトカプラの海外認定規格取得状況については、下記URLをご参照ください。
http://www.necel.com/opto/ja/safety.html

(2008/02)

フォトカプラはどの様なセットに応用できるのですか？

フォトカプラの大きな特徴として「入出力間を電気的に絶縁分離することが可能 」があります。図１にそのイメージを示しますが、この電気的なつながりが無い状況から「ＧＮＤ電位が異なる回路間を結ぶことが出来る」、更にはＧＮＤが別々であることから「（共通とした場合の）ＧＮＤノイズの影響を防ぐ」ことが出来るとの利点があります。
これらの利点を活かしエアコン、スイッチング電源などに応用されています。
具体的な応用事例は下記ＵＲＬを参照して下さい。
http://www.necel.com/opto/ja/application.html

図１

(2007/08)

フォトトランジスタで受光する、いわゆる「汎用フォトカプラ」で発生するノイズについて現象と対策を教えて下さい。

フォトトランジスタで受光する、いわゆる「汎用フォトカプラ」は、一般のトランジスタに比べて、ベースに回路配線がいっさい付かない「浮いた」状態で動作させますので、意外な場面でノイズが発生することがあります。現象としては以下のものがあります。
〔現象〕

〔対策〕

下記URLに詳しく説明をしています。参照を願います。
http://www.necel.com/opto/ja/technology/noise/index.html

(2007/08)