Fiche technique de la série EL847 - Boîtier DIP 16 broches - Isolation 5000 Vrms - CTR 50-600% - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

La série EL847 représente une famille de photocoupleurs phototransistor à quatre canaux, logés dans un boîtier DIP (Dual In-line Package) standard à 16 broches. Chaque canal intègre une diode électroluminescente infrarouge couplée optiquement à un détecteur phototransistor, assurant une robuste isolation électrique entre les circuits d'entrée et de sortie. Ce dispositif est conçu pour une transmission de signal fiable dans des environnements où les différences de potentiel et l'immunité au bruit sont des préoccupations critiques.

La fonction principale est de transférer des signaux électriques en utilisant la lumière, réalisant ainsi une isolation galvanique. Cela empêche les boucles de masse, supprime le bruit et protège les circuits sensibles des transitoires haute tension. La série est disponible en versions traversantes DIP standard et en montage en surface (CMS), offrant une flexibilité pour différents processus d'assemblage de carte.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Caractéristiques maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents au composant peuvent survenir. Le fonctionnement dans ces conditions n'est pas garanti.

• Courant direct d'entrée (I_F)F) : 60 mA (continu). C'est le courant continu maximal pouvant être appliqué à la LED d'entrée.
• Courant direct de crête (I_FP)FP) : 1 A pendant 1 μs. Permet des impulsions de courant élevé brèves pour le pilotage ou les tests.
• Tension inverse (V_R)R) : 6 V. La tension de polarisation inverse maximale que la LED d'entrée peut supporter.
• Tension collecteur-émetteur (V_CEO)CEO) : 80 V. La tension maximale que le phototransistor de sortie peut bloquer à l'état bloqué.
• Courant collecteur (I_C)C) : 50 mA. Le courant continu maximal que le transistor de sortie peut absorber.
• Tension d'isolement (V_ISO)ISO) : 5000 V_rms pendant 1 minute. Un paramètre de sécurité clé indiquant la rigidité diélectrique entre les côtés entrée et sortie.
• Température de fonctionnement (T_OPR)A) : -55°C à +110°C. Spécifie la plage de température ambiante pour un fonctionnement fiable.
• Température de soudure (T_SOL)S) : 260°C pendant 10 secondes. Définit la tolérance du profil de soudure par refusion.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ces paramètres définissent les performances du dispositif dans des conditions de fonctionnement normales (T_AA = 25°C sauf indication contraire).

2.2.1 Caractéristiques d'entrée (côté LED)

• Tension directe (V_F)F) : Typiquement 1,2V, maximum 1,4V à I_FF = 20 mA. Utilisée pour calculer la résistance de limitation de courant requise.
• Courant inverse (I_R)R) : Maximum 10 μA à V_RR = 4V. Indique une fuite très faible lorsque la LED est polarisée en inverse.
• Capacité d'entrée (C_in)) : Typiquement 30 pF, maximum 250 pF. Affecte la capacité de commutation haute fréquence du côté entrée.

2.2.2 Caractéristiques de sortie (côté Phototransistor)

• Courant d'obscurité collecteur-émetteur (I_CEO)CEO) : Maximum 100 nA à V_CECE = 20V, I_FF = 0mA. Le courant de fuite lorsque la LED est éteinte ; une valeur plus basse est meilleure pour l'immunité au bruit.
• Tension de claquage collecteur-émetteur (BV_CEO)CEO) : Minimum 80V à I_CC = 0,1mA. Confirme la capacité de blocage haute tension.
• Tension de saturation collecteur-émetteur (V_CE(sat))) : Typiquement 0,1V, maximum 0,2V à I_FF = 20mA, I_CC = 1mA. La chute de tension aux bornes du transistor lorsqu'il est complètement passant (saturé). Une valeur faible est souhaitable pour minimiser les pertes de puissance.

2.2.3 Caractéristiques de transfert

• Taux de Transfert de Courant (CTR)) : 50% à 600% à I_FF = 5mA, V_CECE = 5V. C'est le paramètre le plus critique, défini comme (I_CC / I_FF) * 100%. Il représente l'efficacité de conversion du courant d'entrée en courant de sortie. La large plage indique que le dispositif est disponible avec différents gains.
• Résistance d'isolement (R_IO)ISO) : Minimum 5 x 10¹⁰¹⁰ Ω à V_IOISO = 500V DC. Résistance extrêmement élevée entre les côtés isolés, assurant une fuite minimale.
• Capacité flottante (C_IO)F) : Typiquement 0,6 pF, maximum 1,0 pF. La capacité parasite à travers la barrière d'isolement, qui affecte l'immunité aux transitoires en mode commun et le couplage du bruit haute fréquence.
• Fréquence de coupure (f_c)C) : Typiquement 80 kHz à V_CECE = 5V, I_CF = 2mA, R_LL = 100Ω. La bande passante à -3dB, indiquant la fréquence maximale utile pour les signaux numériques.
• Temps de montée (t_rr) & Temps de descente (t_f)f) : Typiquement 6 μs et 8 μs respectivement (max 18 μs chacun) dans des conditions de test spécifiées. Ces paramètres de vitesse de commutation sont cruciaux pour déterminer les débits de données maximaux dans les applications numériques.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique inclut des courbes caractéristiques typiques (bien que non détaillées dans le texte fourni). Celles-ci illustreraient généralement la relation entre les paramètres clés, fournissant aux concepteurs une compréhension plus approfondie du comportement du dispositif au-delà des valeurs min/typ/max tabulées.

• CTR vs. Courant direct (I_F)F) : Montre comment l'efficacité change avec le courant de pilotage, atteignant souvent un pic à un I_F.
• F spécifique.CTR vs. Température
• : Illustre le coefficient de température négatif du CTR, qui diminue généralement lorsque la température augmente. Ceci est critique pour concevoir des circuits stables sur toute la plage de température._CCourant de sortie (I_CE)C) vs. Tension collecteur-émetteur (V
• CE) : Famille de courbes montrant les caractéristiques de sortie du phototransistor pour différents courants d'entrée, similaires aux courbes de sortie d'un transistor bipolaire._{Tension de saturation (V}CE(sat)_C)) vs. Courant collecteur (I

C) : Montre comment la chute de tension à l'état passant augmente avec le courant de charge.

4. Informations mécaniques et de boîtier

4.1 Dimensions du boîtier

1. Le dispositif est proposé en deux options principales de forme de broches :Type DIP standard
2. : Boîtier traversant avec 16 broches sur un pas de 2,54mm (100-mil). Des dessins dimensionnels détaillés spécifient la longueur, largeur, hauteur du corps, la longueur des broches et l'espacement.Type Option S (Montage en surface)

: Forme de broche en aile de mouette pour assemblage CMS. Les dimensions incluent des recommandations d'empreinte pour la conception du motif de pastilles sur le PCB.Une caractéristique mécanique clé liée à la sécurité est ladistance de fuite

de >7,62 mm entre les côtés entrée et sortie du boîtier. C'est la distance la plus courte le long de la surface du boîtier isolant entre les parties conductrices et est essentielle pour répondre aux normes de sécurité pour les hautes tensions d'isolement.

4.2 Brochage et schéma

• La configuration des broches est simple et cohérente sur tous les canaux :
• Broches 1, 3, 5, 7 : Anode pour les Canaux 1-4 respectivement.
• Broches 2, 4, 6, 8 : Cathode pour les Canaux 1-4 respectivement.
• Broches 9, 11, 13, 15 : Émetteur pour les Canaux 1-4 respectivement.

Broches 10, 12, 14, 16 : Collecteur pour les Canaux 1-4 respectivement.

Cet arrangement regroupe toutes les entrées d'un côté (broches 1-8) et toutes les sorties du côté opposé (broches 9-16), renforçant physiquement la barrière d'isolement.

4.3 Marquage du dispositif

Les dispositifs sont marqués sur le dessus avec "EL847" (numéro du dispositif), suivi d'un code d'année à 1 chiffre (Y), d'un code de semaine à 2 chiffres (WW), et d'un suffixe optionnel "V" indiquant l'homologation VDE pour cette unité.

5. Recommandations de soudure et d'assemblage

5.1 Profil de soudure par refusion

• La fiche technique fournit un profil de refusion détaillé conforme à IPC/JEDEC J-STD-020D pour la soudure sans plomb :Préchauffage
• : 150°C à 200°C sur 60-120 secondes._LTemps au-dessus du liquidus (TL=217°C)
• : 60-100 secondes._P)Température de pic (T
• P) : 260°C maximum.Temps à 5°C du pic
• : 30 secondes maximum.Taux de montée maximal _{: 3°C/seconde de T}smax_p.
• à TP.
• Taux de descente maximal : 6°C/seconde.
• Temps total du cycle : 8 minutes maximum de 25°C au pic.

Nombre de refusions

: Le dispositif peut supporter jusqu'à 3 cycles de refusion.

Le respect de ce profil est critique pour éviter la fissuration du boîtier, le délaminage ou l'endommagement de la puce interne et des fils de liaison dus à la contrainte thermique.6. Conditionnement et informations de commande.

• XLa série EL847 est commandée en utilisant le format de numéro de pièce :
• VEL847X-V

X : Option de forme de broche. "S" pour montage en surface, vide (aucun) pour DIP standard.V : Suffixe optionnel indiquant que l'homologation de sécurité VDE est incluse pour cette unité spécifique.

Conditionnement

: Les deux variantes sont fournies en tubes contenant 20 unités chacun.

7. Suggestions d'application

1. 7.1 Circuits d'application typiquesL'EL847 est polyvalent et peut être utilisé dans diverses configurations :
2. Isolation de signaux numériques : Connectez la LED d'entrée en série avec une résistance de limitation de courant à une broche GPIO d'un microcontrôleur. Le collecteur de sortie peut être remonté à la tension logique du côté isolé via une résistance. L'émetteur est typiquement mis à la masse. Cela assure une transmission immunisée au bruit des signaux ON/OFF, comme dans les modules d'E/S d'automates.
3. Isolation de signaux analogiques (Mode linéaire) : En faisant fonctionner le phototransistor dans sa région linéaire (non saturée), le courant de sortie peut être rendu approximativement proportionnel au courant de la LED d'entrée. Cela nécessite un polarisation soigneuse et est sujet aux variations de CTR et à la dérive thermique. Il est souvent utilisé pour l'isolation analogique à faible bande passante et faible précision.

Pilotage de petites charges

• : La sortie peut piloter directement de petites charges comme des relais, des LED ou des pilotes d'optotriac, à condition de ne pas dépasser les valeurs nominales de courant collecteur et de tension.7.2 Considérations de conception et bonnes pratiques_FSélection du CTR et conception du circuit_L : La large plage de CTR (50-600%) nécessite une conception minutieuse. Pour la commutation numérique, choisissez un CTR qui garantit la saturation du transistor de sortie au CTR minimum spécifié avec votre I_CF choisi et votre résistance de charge (R_{L). La condition I}C = CTR_Fmin_CC * I_LF doit être supérieure à V
• CC /RL pour assurer la saturation._FCompromis Vitesse vs. Courant_r : Un I_fF plus élevé améliore généralement la vitesse de commutation (réduit t_Fr /t
• f) mais diminue le CTR avec le temps en raison du vieillissement de la LED. Une conception doit utiliser le IF le plus bas qui répond aux exigences de vitesse et d'immunité au bruit._IOImmunité au bruit et découplage
• : Pour améliorer l'immunité aux transitoires en mode commun (CMTI), utilisez un condensateur de découplage (par ex., 0,1 μF) entre l'alimentation et la masse des côtés entrée et sortie, placé aussi près que possible des broches du dispositif. Cela aide à contrer les effets de la capacité de couplage interne (CF)._TOTDissipation thermique_F : Respectez les limites de dissipation totale de puissance (P_FD = 200 mW). La puissance est calculée comme (I_CF * V_CEF) du côté entrée plus (I

C * V

CE) du côté sortie.

• 8. Comparaison technique et avantages clés_{L'EL847 se distingue sur le marché par plusieurs caractéristiques clés :})Haute tension d'isolement (5000 V
• rms) : Dépasse les exigences de nombreuses applications de contrôle industriel et d'alimentation électrique, offrant une marge de sécurité significative.
• Large plage de température de fonctionnement (-55°C à +110°C) : Adapté aux environnements industriels et automobiles sévères où les températures extrêmes sont courantes.
• Homologations de sécurité complètes : Homologations UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO et CQC simplifient le processus d'intégration du dispositif dans des produits finaux nécessitant une certification pour divers marchés mondiaux.
• Quatre canaux dans un seul boîtier : Offre des économies d'espace sur carte et une efficacité économique par rapport à l'utilisation de quatre photocoupleurs monocanal pour des tâches d'isolation multi-signaux.

Deux options de boîtier

: Disponibilité en versions traversantes (DIP) et en montage en surface (CMS) offre une flexibilité pour le prototypage et l'assemblage automatisé en grande série.

9. Questions fréquemment posées (Basées sur les paramètres techniques)_{Q1 : Comment sélectionner la résistance de limitation de courant correcte pour la LED d'entrée ?}R1 : Utilisez la formule : R_limit = (V_Fsupply_F - V_FF) / I_FF. Utilisez le V_FF maximum de la fiche technique (1,4V) pour une conception au pire cas afin de garantir que I

F n'est pas dépassé. Choisissez I

F en fonction du CTR et de la vitesse requis ; 5-20 mA est typique._FQ2 : Mon circuit ne commute pas complètement. La tension de sortie ne descend pas assez bas. Quel est le problème ?_LR2 : Le phototransistor n'entre probablement pas en saturation. C'est généralement un problème de CTR. Vérifiez que votre conception utilise le CTR minimum (50%) pour les calculs. Augmentez I_CF ou augmentez la valeur de la résistance de rappel R_{L sur le collecteur pour réduire le I}C requis pour la saturation (I_CCC(sat)_L ≈ V

CC /R

L).

Q3 : Puis-je l'utiliser pour isoler des signaux analogiques comme des sorties de capteurs ?

R3 : C'est possible mais difficile. La linéarité du phototransistor est médiocre, et le CTR varie significativement avec la température et d'un dispositif à l'autre. Pour une isolation analogique précise, des amplificateurs d'isolement dédiés ou des photocoupleurs linéaires (qui incluent une rétroaction pour compenser les non-linéarités) sont fortement recommandés._{Q4 : Quelle est la signification de la distance de fuite >7,62 mm ?}.

R4 : La distance de fuite est le chemin le plus court le long de la surface du boîtier isolant entre les parties conductrices (par ex., broche d'entrée 1 et broche de sortie 9). Une distance de fuite plus longue empêche le tracking de surface (arc électrique à la surface dû à la contamination ou à l'humidité) et est une exigence obligatoire pour les certifications de sécurité à des tensions d'isolement élevées comme 5000 V

rms

1. .10. Étude de cas pratique de conception
2. Scénario : Isolation de quatre signaux de contrôle numériques d'un microcontrôleur vers un pilote d'actionneur industriel 24V.:
   • Exigences : Fréquence du signal < 1 kHz, haute immunité au bruit, isolation pour la sécurité et la prévention des boucles de masse.
   • Choix de conceptionDispositif_F : EL847 (DIP standard)._{Côté entrée} : GPIO du microcontrôleur (3,3V, capable de 20mA). Choisir I
   • F = 10 mA pour une bonne vitesse et longévité. Rlimit_L = (3,3V - 1,4V) / 0,01A = 190Ω. Utiliser une résistance standard de 200Ω._{Côté sortie} : Le pilote d'actionneur attend un niveau logique haut 24V, mis à la masse pour ON. Connecter le collecteur à l'alimentation 24V via une résistance de rappel. Choisir R_LL pour assurer la saturation au CTR minimum. I_C(sat) requis > 24V / R_FL. Avec CTR_Cmin_L=50% et I_{F=10mA, I}C >= 5mA. Par conséquent, R
   • L doit être < 24V / 0,005A = 4,8 kΩ. Une résistance de 3,3 kΩ est choisie, donnant IC(sat)
3. ≈ 7,3mA, ce qui est bien dans la limite de 50mA du dispositif et offre une bonne marge.Découplage

: Ajouter un condensateur céramique de 0,1 μF entre la broche 10 (Collecteur 1) et la broche 9 (Émetteur 1), et de même pour les autres canaux, pour améliorer l'immunité au bruit.

Résultat_F : Une interface robuste, électriquement isolée, capable de transmettre de manière fiable des signaux de contrôle dans un environnement industriel électriquement bruyant._C11. Principe de fonctionnement_CLe fonctionnement d'un photocoupleur est basé sur la conversion électro-optique-électrique. Lorsqu'un courant direct (I_FF) est appliqué à la diode électroluminescente infrarouge (IRED) d'entrée, elle émet des photons (lumière) avec une longueur d'onde typiquement autour de 940 nm. Cette lumière traverse un espace isolant transparent (souvent en matière de moulage ou d'air) à l'intérieur du boîtier. La lumière frappe la région de base du phototransistor de sortie en silicium. Les photons absorbés génèrent des paires électron-trou, créant un courant de base qui met le transistor en conduction, permettant à un courant collecteur (I

C) de circuler. Le point clé est que la seule connexion entre l'entrée et la sortie est le faisceau lumineux, fournissant l'isolation galvanique. Le rapport I

C/I

• F est le Taux de Transfert de Courant (CTR), qui dépend de l'efficacité lumineuse de la LED, de la sensibilité du phototransistor et de l'efficacité du couplage optique entre eux.12. Tendances et contexte de l'industrie
• Les photocoupleurs comme l'EL847 restent des composants fondamentaux dans l'électronique de puissance, l'automatisation industrielle et les systèmes d'énergie renouvelable où l'isolation haute tension est non négociable. La tendance dans ce secteur va vers :Vitesse plus élevée
• : Développement d'isolateurs numériques basés sur des technologies RF CMOS ou de couplage capacitif offrant des débits de données dans la gamme Mbps à Gbps, dépassant de loin la limite d'environ 100 kHz des coupleurs phototransistor traditionnels.Intégration plus élevée
• : Combinaison de l'isolation avec d'autres fonctions comme des pilotes de grille, des interfaces ADC ou des isolateurs USB/I2C/SPI dans des boîtiers uniques.Fiabilité et durée de vie améliorées

: Concentration sur la technologie LED avec une dégradation moindre dans le temps et avec la température, conduisant à un CTR plus stable sur la durée de vie du produit.