Hoja de datos del acoplador óptico con fototransistor serie EL111X-G - Paquete SOP de 5 pines - Distancia de fuga de 8 mm - Voltaje de aislamiento 5000 Vrms - Documento técnico en chino simplificado

1. Descripción general del producto

La serie EL111X-G es una clase de acopladores ópticos (optoacopladores) basados en fototransistores, diseñados específicamente para aplicaciones que requieren aislamiento eléctrico confiable y transmisión de señales entre circuitos de diferentes potenciales. La función central del dispositivo es utilizar la luz para transmitir señales eléctricas, proporcionando aislamiento eléctrico entre el lado de entrada (diodo emisor infrarrojo) y el lado de salida (detector de fototransistor). Este aislamiento es crucial para proteger circuitos sensibles de altos voltajes, ruido y bucles de tierra.

该系列的特点是采用紧凑的5引脚小外形封装（SOP），高度仅为2.0毫米，适合空间受限的PCB设计。一个关键的区分特征是8毫米的长爬电距离，通过增加沿封装体表面的导电部件之间的距离，提高了高压环境下的可靠性和安全性。器件采用不含卤素（溴<900 ppm，氯<900 ppm，Br+Cl<1500 ppm）和三氧化二锑（Sb2O3）的复合材料制造，符合环境和安全法规。

2. Especificaciones técnicas detalladas

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estos valores nominales definen los límites que pueden causar daño permanente al dispositivo. No se garantiza el funcionamiento bajo estas condiciones.

• Corriente directa de entrada (IF):60 mA (continua). Para un pulso de 1 µs, la corriente directa de pico es significativamente mayor, de 1.5 A, permitiendo una sobrecorriente transitoria durante la conmutación.
• Voltaje inverso de entrada (VR):6 V. Superar este voltaje bajo polarización inversa puede dañar el LED de entrada.
• Voltaje colector-emisor de salida (VCEO):80 V. Es la tensión máxima que se puede aplicar entre los terminales del transistor de salida cuando la base está en circuito abierto.
• Corriente de colector de salida (IC):50 mA.
• Disipación de potencia total (PTOT):250 mW. Este es el consumo total máximo en los lados de entrada y salida.
• Voltaje de aislamiento (VISO):5000 V_rms(durante 1 minuto a una humedad relativa del 40-60%). Este es un parámetro de seguridad crítico. Durante la prueba, los pines de entrada (1,2) se cortocircuitan juntos y los pines de salida (3,4,5) se cortocircuitan juntos.
• Temperatura de operación (TOPR):-55°C a +110°C.
• Temperatura de soldadura (TSOL):260°C durante 10 segundos, conforme al perfil típico de temperatura de reflujo.

2.2 Características Optoelectrónicas

Estos parámetros definen el rendimiento del dispositivo en condiciones normales de funcionamiento (a menos que se indique lo contrario, Ta=25°C).

2.2.1 Características de Entrada (LED Infrarrojo)

• Tensión directa (VF):En IF = 50 mA, el valor máximo es de 1.5 V. El valor típico es más bajo, aproximadamente entre 1.1 y 1.3 V.
• Corriente inversa (IR):El valor máximo es de 10 µA cuando VR = 6 V.
• Capacidad de entrada (C_in):El valor típico es de 50 pF a 1 kHz. Esto afecta al rendimiento de conmutación de alta frecuencia.

2.2.2 Características de salida (Fototransistor)

• Corriente oscura colector-emisor (I_CEO):En V_CE= 20V, I_FEl valor máximo es de 100 nA cuando = 0mA. Esta es la corriente de fuga cuando el LED está apagado.
• Voltaje de ruptura colector-emisor (BV_CEO):En I_CEl valor mínimo es de 80 V cuando = 0.1mA.
• Voltaje de saturación colector-emisor (V_CE(sat)):En I_F= 10mA, I_C= 1mA, el valor máximo es de 0.4 V. Para la etapa de salida que impulsa entradas de nivel lógico, un bajo voltaje de saturación es deseable.

2.2.3 Características de transferencia

Estos parámetros describen la eficiencia y velocidad de acoplamiento entre la entrada y la salida.

• Relación de Transferencia de Corriente (CTR):Es la relación entre la corriente de colector de salida (I_C) y la corriente directa de entrada (I_F), expresada como un porcentaje. La serie EL111X-G ofrece múltiples grados de CTR, cada uno con un rango mínimo/máximo especificado bajo condiciones de prueba definidas. Esto permite a los diseñadores seleccionar dispositivos con ganancia consistente para su aplicación.
  • EL1110, EL1116, EL1117, EL1118, EL1119:En I_F= 5mA, V_CE= Prueba realizada a 5V. El rango varía desde 50-600% (EL1110) hasta 200-400% (EL1119).
  • EL1112, EL1113, EL1114:En I_F= 10mA, V_CEPrueba bajo la condición de = 5V. Los rangos son 63-125%, 100-200% y 160-320% respectivamente. Estos dispositivos también tienen un valor CTR mínimo especificado en I_F= 1mA.
• Resistencia de aislamiento (R_IO):El valor mínimo es de 5 x 10 a 500 V CC.¹⁰Ω. Esto indica que la resistencia de CC entre los lados aislados es extremadamente alta.
• Capacitancia flotante (C_IO):A 1 MHz, el valor máximo es de 1.0 pF. Esta baja capacitancia ayuda a mantener una alta inmunidad transitoria de modo común (CMTI) al minimizar el acoplamiento capacitivo del ruido.
• Tiempos de conmutación:En V_CE= 5V, I_C= 5mA, R_LMedición bajo la condición de = 100Ω.
  • Tiempo de encendido (t_on):Valor típico 4 µs.
  • Tiempo de apagado (t_off):Valor típico 3 µs.
  • Tiempo de subida (t_r):Valor típico 2 µs, valor máximo 18 µs.
  • Tiempo de caída (t_f):Valor típico 3 µs, valor máximo 18 µs.
  Estos tiempos definen la capacidad del dispositivo para seguir la señal digital. Los límites máximos garantizan la funcionalidad en todo el rango de temperatura y producción.

3. Descripción del Sistema de Clasificación

El sistema de clasificación principal de la serie EL111X-G se basa enla relación de transferencia de corriente (CTR). Los diferentes números de pieza (indicados por 'X' en EL111X) corresponden a condiciones estándar (I_F=5mA o 10mA, V_CERango específico y garantizado de CTR medido a =5V. Esto permite a los diseñadores:

1. Garantizar la estabilidad del circuito:Seleccionar un rango de CTR más estrecho (por ejemplo, EL1117: 80-160%) puede proporcionar una corriente de salida más predecible para una corriente de entrada dada, reduciendo la necesidad de circuitos de polarización con tolerancias amplias.
2. Optimización del consumo de energía:Para la corriente de salida requerida, se puede utilizar una corriente de LED de entrada más baja para impulsar dispositivos con CTR más alto (por ejemplo, EL1119), ahorrando así energía en el lado primario.
3. Cumplimiento de los requisitos de diseño:Diferentes aplicaciones pueden requerir diferentes ganancias. Los circuitos de interfaz lógica pueden utilizar dispositivos CTR estándar, mientras que la transmisión de señales analógicas puede beneficiarse de dispositivos CTR más altos y lineales.

La información de pedido define claramente esta clasificación mediante el carácter 'X' (0, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9).

4. Análisis de la Curva de Rendimiento

Aunque la hoja de datos hace referencia a curvas gráficas específicas ("Curvas características fototípicas"), su comportamiento típico puede describirse según el principio del acoplador óptico con fototransistor.

• Relación entre el CTR y la corriente directa (I_F):El CTR no es constante. Suele alcanzar su valor máximo a corrientes directas moderadas (normalmente alrededor de 5-10 mA para estos dispositivos) y puede disminuir a corrientes muy bajas o muy altas debido a la eficiencia del LED y a los efectos de saturación del transistor.
• Relación del CTR con la temperatura:El CTR suele tener un coeficiente de temperatura negativo; disminuye a medida que aumenta la temperatura de la unión. Los diseñadores deben tener en cuenta esta degradación en todo el rango de temperaturas de funcionamiento.
• Corriente de salida (I_C) con el voltaje colector-emisor (V_CE):Para una corriente de LED fija, el fototransistor se comporta como una fuente de corriente hasta que entra en saturación. La región de saturación se caracteriza por un V_CE(sat)bajo, como se indica en las especificaciones.
• El tiempo de conmutación y la resistencia de carga (R_L):El tiempo de conmutación (t_r, t_f) depende en gran medida de la resistencia de carga y de cualquier capacitancia parásita. Una R_Lmás pequeña generalmente proporciona un tiempo de caída más rápido, pero reduce el margen de salida y aumenta el consumo de energía.

5. Información mecánica y de encapsulado

Este dispositivo utiliza un encapsulado SOP (Small Outline Package) de 5 pines con una altura de 2.0 mm. La configuración de pines está estandarizada:

1. Ánodo (entrada LED+)
2. Cátodo (entrada LED-)
3. Emisor (fototransistor)
4. Colector (fototransistor)
5. Base (fototransistor, normalmente abierta o conectada para técnicas de aceleración)

El encapsulado incluye unDiseño de almohadilla recomendado, para el montaje superficial, lo cual es crucial para lograr soldaduras confiables y una estabilidad mecánica adecuada durante el proceso de reflujo.Distancia de fuga de 8 mm de longitudEs una característica de diseño físico del molde de encapsulado que incrementa la distancia superficial entre los pines de entrada y salida, contribuyendo directamente a lograr una clasificación de aislamiento alta de 5000 Vrms y al cumplimiento de los estándares de seguridad.

6. Guía de soldadura y montaje

La temperatura máxima de soldadura nominal del dispositivo es de 260 °C durante 10 segundos. Esto cumple con el perfil de temperatura estándar para soldadura sin plomo por reflujo (IPC/JEDEC J-STD-020). Las consideraciones clave incluyen:

• Utilice el patrón de almohadilla de PCB recomendado para evitar el efecto de "tumba de piedra" o el desalineamiento.
• Evite el uso excesivo de pasta de soldadura, ya que puede provocar puentes entre pines o cortocircuitos por rastreo de arco.
• Siga los procedimientos de manejo estándar del Nivel de Sensibilidad a la Humedad (MSL) para encapsulados plásticos; si el dispositivo se expone a una humedad ambiental que excede su vida útil de almacenamiento especificada, generalmente se requiere un horneado.
• El rango de temperatura de almacenamiento es de -55°C a +125°C.

7. Información de embalaje y pedido

Este producto ofrece múltiples opciones de envasado para adaptarse a diferentes escalas de producción:

• Envasado en tubo:100 unidades por tubo (estándar o con opción VDE).
• Embalaje en cinta continua:3000 unidades por rollo. Se ofrecen dos opciones de cinta (TA, TB), que pueden diferir en el ancho de la cinta o en la orientación del componente. Ambas pueden combinarse con la opción de certificación de seguridad VDE.

ComponenteEstructura de numeraciónEs: EL111X(Y)-VG

• EL111:Número de componente básico.
• X:Nivel de CTR (0,2,3,4,6,7,8,9).
• Y:Opción de embalaje en carrete (TA, TB, o dejar en blanco para tubo).
• V:Marca de certificación de seguridad VDE opcional.
• G:Indica una estructura libre de halógenos.

El marcado del dispositivo en el encapsulado incluye el año y la semana de fabricación, el número de dispositivo y, opcionalmente, el indicador VDE.

8. Recomendaciones de Aplicación

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Módulos de E/S del controlador lógico programable (PLC):Aísla las señales digitales procedentes de sensores/actuadores de campo de la unidad central de procesamiento.
• Fuente de alimentación conmutada:Proporciona aislamiento de realimentación en topologías de convertidores aislados como flyback u otras.
• Interfaz de comunicación industrial:Aislar líneas de bus serie como RS-485, CAN u otras para evitar bucles de tierra y mejorar la inmunidad al ruido.
• Equipos médicos:Aislar los circuitos de conexión del paciente de las partes alimentadas por la red eléctrica, donde el aislamiento de seguridad es crucial.
• Control de electrodomésticos:Aislar las señales de microcontrolador de bajo voltaje de los circuitos de motores de CA o calentadores accionados por tiristores en dispositivos como ventiladores y calefactores.
• Instrumentos de medición:Aislar la etapa de acondicionamiento de señales analógicas del sistema de adquisición de datos.

8.2 Consideraciones de diseño

• Limitación de corriente de entrada:Utilice siempre una resistencia en serie para limitar la corriente directa (I_F) se limita al valor requerido, calculado como (voltaje de alimentación - V_F) / I_F. No exceda los valores máximos absolutos.
• Degradación del CTR:Tenga en cuenta que el CTR puede degradarse durante la vida útil del dispositivo, especialmente cuando opera a altas temperaturas o con altas corrientes de LED. En diseños críticos, se debe aplicar un factor de derating al valor inicial de CTR.
• Compromiso entre velocidad y corriente:Una I_Fmás alta generalmente aumenta la velocidad de conmutación, pero incrementa el consumo de energía y puede acelerar la degradación del CTR. La resistencia de carga R_LTambién afecta significativamente la velocidad de conmutación y el rango de salida de voltaje.
• Capacidad de rechazo al ruido:La alta resistencia de aislamiento y la baja capacitancia de acoplamiento proporcionan un buen rechazo en modo común. Para entornos muy ruidosos, asegúrese de que el diseño de la placa esté limpio, con una buena conexión a tierra, y considere agregar capacitores de desacoplamiento cerca de los pines del dispositivo.
• Uso del pin de base (pin 5):Dejar la base abierta es una práctica estándar. Conectar una resistencia entre la base y el emisor puede reducir la ganancia del fototransistor, pero al proporcionar una ruta para eliminar la carga almacenada, puede mejorar significativamente su velocidad de conmutación (especialmente el tiempo de apagado).

9. Comparación Técnica y Ventajas

La serie EL111X-G se destaca en el mercado de los acopladores ópticos gracias a varias características clave:

• SOP de alta distancia de fuga:Logra una distancia de fuga de 8 mm dentro de las dimensiones estándar del encapsulado SOP, ofreciendo una especificación de aislamiento superior (5000 Vrms) en comparación con muchos optoacopladores SOP estándar clasificados para 2500 Vrms o 3750 Vrms. Esto proporciona un margen de seguridad y cumple con requisitos de aislamiento más estrictos sin necesidad de recurrir a encapsulados más grandes.
• Certificaciones de seguridad integrales:La serie ha obtenido certificaciones de los principales organismos internacionales de seguridad (UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO, CQC), simplificando la conformidad global del producto.
• Conformidad ambiental:La construcción libre de halógenos y conforme a RoHS satisface los requisitos de las regulaciones ambientales y de la cadena de suministro.
• Amplia selección de CTR:Múltiples niveles de CTR bien definidos ofrecen flexibilidad a los diseñadores para optimizar según ganancia, potencia o costo.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

1. P: ¿Cuál es el propósito de una larga distancia de fuga?
   Respuesta: La distancia de fuga es la distancia más corta entre dos partes conductoras a lo largo de la superficie del encapsulado aislante. Una distancia de fuga de 8 mm aumenta significativamente la longitud de la trayectoria de ruptura por contaminación superficial (polvo, humedad), lo cual es crucial para lograr y mantener una alta tensión de aislamiento nominal de 5000 Vrms, especialmente en ambientes húmedos o contaminados.
2. Pregunta: ¿Cómo seleccionar el grado CTR correcto?
   Respuesta: Selecciónelo según la corriente de salida requerida por el circuito y la capacidad de conducción de entrada. Si el pin GPIO de su microcontrolador solo puede proporcionar 5 mA, elija un grado CTR más alto (por ejemplo, EL1119) para obtener suficiente corriente de salida. Si necesita una ganancia consistente y predecible para sensado analógico, elija un grado con un rango más estrecho (por ejemplo, EL1117). Consulte siempre los valores mínimos/máximos en su punto de operación específico.
3. Pregunta: ¿Puedo utilizarlo para la transmisión de señales analógicas?
   Respuesta: Sí, pero con consideraciones. La respuesta del fototransistor no es completamente lineal, y el CTR varía con la temperatura y la corriente. Es más adecuado para señales analógicas de baja frecuencia o representadas digitalmente (como PWM). Para aislamiento analógico de precisión, los acopladores ópticos lineales dedicados o los amplificadores de aislamiento son más apropiados.
4. Pregunta: ¿Cuál es la diferencia entre las opciones de cinta en carrete TA y TB?
   R: La hoja de datos muestra dos diagramas diferentes de dimensiones de la cinta de carrete. La principal diferencia probablemente radica en la orientación del componente en el bolsillo de la cinta ("dirección de avance de la cinta") y también puede incluir diferencias en el ancho de la cinta. La opción TB tiene una dimensión Ko de 2.25 mm. Consulte con el fabricante o revise las especificaciones detalladas de la cinta de carrete para garantizar la compatibilidad con su máquina de colocación de componentes.
5. P: ¿Cómo afecta la temperatura al rendimiento?
   R: La temperatura afecta principalmente al CTR (que disminuye al aumentar la temperatura) y al voltaje directo V_F(también disminuye). La velocidad de conmutación también puede variar. Los diseños destinados a todo el rango de -55°C a +110°C deben tener en cuenta estas variaciones, especialmente la reducción nominal del CTR.

11. Ejemplo de diseño práctico

Escenario:Aislar una señal GPIO de un microcontrolador de 3.3V para controlar un relé de 12V en el lado aislado. La bobina del relé requiere 30mA para activarse.

Pasos de diseño:

1. Seleccionar el nivel de CTR:I requerida_CEs de 30 mA. El microcontrolador puede proporcionar aproximadamente 10 mA de corriente. CTR requerido = (30 mA / 10 mA) * 100% = 300%. En I_F=10 mA, el rango de CTR para EL1114 es del 160-320%. Seleccionamos EL1114, pero debe tenerse en cuenta que, con el CTR mínimo (160%), I_Cserá de 16 mA, lo que podría ser insuficiente. Es posible que necesitemos impulsar el LED con una corriente mayor o seleccionar un grado/dispositivo diferente.
2. Recalcular utilizando EL1119:Las condiciones de prueba nominales para EL1119 son I_F=5mA. El rango de CTR es del 200-400%. Si lo accionamos con I_F=7.5mA (dentro del valor nominal), utilizando el CTR típico, podemos esperar I_Caproximadamente entre 22.5-30mA. Esto está en un estado crítico. Una mejor solución es utilizar un transistor en la salida para accionar el relé, empleando el acoplador óptico únicamente como aislador de nivel lógico.
3. Cálculo de la resistencia de entrada (usando EL1114, I_F=10mA):Suponiendo que V_F~ 1.2V. El voltaje del microcontrolador es de 3.3V. R_limit= (3.3V - 1.2V) / 0.01A = 210 Ω. Utilice una resistencia estándar de 200 Ω.
4. Lado de salida:Conecte el colector del fototransistor a la fuente de alimentación de 12V a través de la bobina del relé. El emisor a tierra. Coloque un diodo de rueda libre en inversa a través de la bobina del relé. Cuando el fototransistor conduce, se saturará, V_CE(sat)< 0.4V，将几乎全部的12V电压施加到继电器上。
5. Consideraciones de velocidad:El relé es lento, por lo que el tiempo de encendido de aproximadamente 4 µs del optoacoplador es irrelevante. No se necesita una resistencia en la base para acelerar.

12. Principio de funcionamiento

El acoplador óptico (optoacoplador) es un dispositivo que utiliza luz para transmitir señales eléctricas entre dos circuitos aislados. En la serie EL111X-G:

1. Se aplica una corriente a los pines de entrada (1-ánodo, 2-cátodo), polarizando directamente elDiodo emisor de luz infrarroja (IRED).
2. El IRED emite luz infrarroja proporcional a la corriente directa.
3. Esta luz atraviesa el espacio aislante transparente (generalmente plástico moldeado) e incide en el lado de salida delfototransistor de silicioLa región base.
4. La luz incidente genera pares electrón-hueco en la base, actuando efectivamente como corriente de base. Esto hace que el fototransistor conduzca entre su colector (pin 4) y emisor (pin 3).
5. La corriente de colector de salida generada (I_C) es aproximadamente proporcional a la corriente de entrada del LED (I_Fes directamente proporcional a, con la constante de proporcionalidad siendo la relación de transferencia de corriente (CTR).
6. La clave es que la única conexión entre la entrada y la salida es el haz de luz; no hay una ruta conductora eléctrica. Esto proporciona el aislamiento galvánico, bloqueando altos voltajes, diferencias de potencial de tierra y ruido.

13. Tendencias tecnológicas

La tecnología de acopladores ópticos evoluciona continuamente según las demandas del sistema:

• Mayor velocidad:La necesidad de un aislamiento digital más rápido en aplicaciones como accionamientos de motores, comunicaciones y ADC impulsa el desarrollo de acopladores ópticos con tiempos de conmutación más rápidos (en el rango de nanosegundos) y una mayor inmunidad transitoria de modo común (CMTI).
• Integración:Existe una tendencia hacia la integración de funciones adicionales, como drivers de puerta para IGBT/MOSFET, amplificadores de error para fuentes de alimentación, e incluso aisladores digitales que incluyen múltiples canales en un solo encapsulado.
• Mejora de la fiabilidad y vida útil:Enfoque en materiales y diseño para reducir la degradación a largo plazo del CTR, especialmente para aplicaciones automotrices e industriales de alta temperatura.
• Miniaturización:Mientras se mantienen o mejoran las clasificaciones de aislamiento, el tamaño del encapsulado continúa reduciéndose (por ejemplo, SOP ultrapequeño, encapsulado a nivel de oblea) para ahorrar espacio en la placa de circuito.
• Tecnologías alternativas:Los acopladores ópticos enfrentan competencia de otras tecnologías de aislamiento, como los aisladores capacitivos (que utilizan barreras de SiO2) y los aisladores magnéticos (basados en transformadores), que pueden ofrecer mayor velocidad, menor consumo de energía y mejor integración. Sin embargo, debido a su simplicidad, alta capacidad de voltaje, fiabilidad fácil de entender y rentabilidad para requisitos de velocidad estándar, los acopladores ópticos siguen dominando en muchas aplicaciones.

La serie EL111X-G se centra en lograr un alto voltaje de aislamiento en un encapsulado compacto y conforme con normativas ambientales, satisfaciendo la demanda continua de aislamiento de señales confiable y con certificaciones de seguridad en una amplia gama de aplicaciones industriales y de consumo.