Fiche technique de la série EL817-G - Photocoupleur - Boîtier DIP 4 broches - Isolation 5000Vrms - CTR 50-600% - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

La série EL817-G représente une famille de photocoupleurs (optocoupleurs) à base de phototransistor, conçus pour l'isolement et la transmission de signaux entre des circuits de potentiels différents. Chaque dispositif intègre une diode émettrice infrarouge couplée optiquement à un détecteur phototransistor au silicium, le tout logé dans un boîtier DIP (Dual In-line Package) compact à 4 broches. Sa fonction principale est de fournir un isolement électrique, empêchant les pointes de tension, les boucles de masse et le bruit de se propager entre les circuits d'entrée et de sortie, protégeant ainsi les composants sensibles et garantissant l'intégrité du signal.

La proposition de valeur fondamentale de cette série réside dans ses robustes capacités d'isolement, vérifiées par une tension d'isolement nominale élevée de 5000V_eff. Cela la rend adaptée aux systèmes de contrôle industriel et aux appareils connectés au secteur. Les dispositifs sont fabriqués sans halogène, conformément aux réglementations environnementales (Br < 900 ppm, Cl < 900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). Ils disposent également d'approbations des principaux organismes de normalisation de sécurité internationaux, notamment UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO et CQC, soulignant leur fiabilité pour une utilisation dans des produits finaux certifiés.

2. Analyse approfondie des spécifications techniques

2.1 Caractéristiques maximales absolues

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

• Entrée (côté LED) :La diode infrarouge a un courant direct continu maximal (I_F) de 60 mA. Elle peut supporter un courant d'impulsion très court de 1 μs (I_FP) allant jusqu'à 1 A, utile pour la suppression des transitoires. La tension inverse maximale (V_R) est de 6 V. La dissipation de puissance d'entrée (P_D) est de 100 mW à 25°C, avec une dérive de -2,9 mW/°C au-dessus de 100°C de température ambiante.
• Sortie (côté transistor) :Le courant de collecteur du phototransistor (I_C) est limité à 50 mA. La tension collecteur-émetteur (V_CEO) peut atteindre 80 V, tandis que la tension émetteur-collecteur (V_ECO) est limitée à 7 V. La dissipation de puissance de sortie (P_C) est de 150 mW à 25°C, avec une dérive de -5,8 mW/°C au-dessus de 100°C.
• Dispositif total :La dissipation de puissance totale pour l'ensemble du boîtier (P_TOT) ne doit pas dépasser 200 mW.
• Isolement et environnement :La tension d'isolement (V_ISO) entre l'entrée et la sortie est de 5000 V_eff(testée pendant 1 minute à 40-60% d'HR). La plage de température de fonctionnement (T_OPR) est exceptionnellement large, de -55°C à +110°C. La plage de température de stockage (T_STG) est de -55°C à +125°C. Le dispositif peut survivre à une soudure à 260°C pendant jusqu'à 10 secondes.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ces paramètres définissent la performance du dispositif dans des conditions de fonctionnement normales (T_a= 25°C sauf indication contraire).

• Caractéristiques de la diode d'entrée :La tension directe (V_F) est typiquement de 1,2V avec un maximum de 1,4V à I_F= 20 mA. Le courant inverse (I_R) est au maximum de 10 μA à V_R= 4V. La capacité d'entrée (C_in) est typiquement de 30 pF.
• Caractéristiques du transistor de sortie :Le courant d'obscurité collecteur-émetteur (I_CEO), qui est le courant de fuite lorsque la LED est éteinte, est au maximum de 100 nA à V_CE= 20V. Les tensions de claquage sont BV_CEO≥ 80V et BV_ECO≥ 7V.
• Caractéristiques de transfert (critiques) :
  • Taux de transfert de courant (CTR) :C'est le rapport entre le courant de collecteur de sortie (I_C) et le courant direct de la LED d'entrée (I_F), exprimé en pourcentage. C'est le paramètre clé définissant la sensibilité et le gain du dispositif. La série EL817-G est proposée en plusieurs grades de CTR, mesurés à I_F= 5mA et V_CE= 5V :
    • EL817 : 50% à 600% (large plage)
    • EL817A : 80% à 160%
    • EL817B : 130% à 260%
    • EL817C : 200% à 400%
    • EL817D : 300% à 600%
    • EL817X : 100% à 200%
    • EL817Y : 150% à 300%
    Ce classement permet aux concepteurs de sélectionner un dispositif avec le gain approprié pour leur application, assurant une performance de circuit cohérente et évitant la nécessité d'une calibration ultérieure.
  • Tension de saturation :La tension de saturation collecteur-émetteur (V_CE(sat)) est typiquement de 0,1V (max 0,2V) lorsque le dispositif est complètement activé (I_F=20mA, I_C=1mA), indiquant de bonnes performances de commutation.
  • Paramètres d'isolement :La résistance d'isolement (R_IO) est d'un minimum de 5×10¹⁰Ω. La capacité d'isolement (C_IO) est typiquement de 0,6 pF, ce qui est très faible et aide à maintenir un bon rejet du bruit haute fréquence.
  • Vitesse de commutation :Le temps de montée (t_r) et le temps de descente (t_f) sont typiquement de 6 μs et 8 μs, respectivement (max 18 μs chacun), dans des conditions de test spécifiées (V_CE=2V, I_C=2mA, R_L=100Ω). La fréquence de coupure (f_c) est typiquement de 80 kHz. Ces paramètres définissent la fréquence maximale de signal numérique que le coupleur peut traiter efficacement.

3. Analyse des courbes de performance

Bien que le PDF indique la présence de "Courbes typiques des caractéristiques électro-optiques", les graphiques spécifiques ne sont pas fournis dans le contenu textuel. Typiquement, de telles fiches techniques incluent des courbes illustrant les relations suivantes, cruciales pour la conception :

• CTR vs. Courant direct (I_F) :Montre comment le taux de transfert de courant change avec le courant de commande de la LED. Le CTR diminue souvent à des I_Ftrès élevés en raison de l'échauffement et de la baisse d'efficacité.
• CTR vs. Température ambiante (T_a) :Illustre la dépendance en température du gain du dispositif. Les coupleurs à phototransistor présentent typiquement un coefficient de température négatif pour le CTR ; le gain diminue lorsque la température augmente.
• Tension directe (V_F) vs. Courant direct (I_F) :La courbe I-V standard de la diode, importante pour calculer la résistance de limitation de courant requise du côté entrée.
• Courant de collecteur (I_C) vs. Tension collecteur-émetteur (V_CE) :Les courbes caractéristiques du transistor de sortie, montrant la région de saturation et la région active pour différents niveaux de courant de la LED d'entrée (I_F).
• Temps de commutation vs. Résistance de charge (R_L) :Démontre comment le choix de la résistance de rappel sur le collecteur affecte les temps de montée et de descente du signal de sortie.

Les concepteurs doivent consulter le PDF complet avec les graphiques pour modéliser avec précision le comportement du dispositif dans leurs conditions de fonctionnement prévues.

4. Informations mécaniques et de boîtier

4.1 Configuration des broches

Le brochage standard DIP 4 broches est le suivant (vu du dessus, avec l'encoche ou le point indiquant la broche 1) :

1. Anode (de la LED d'entrée)
2. Cathode (de la LED d'entrée)
3. Émetteur (du phototransistor de sortie)
4. Collecteur (du phototransistor de sortie)

Cette configuration est cohérente dans toute la série. La distance de fuite (la distance la plus courte le long de la surface du boîtier isolant entre les broches conductrices) est spécifiée comme supérieure à 7,62 mm, ce qui contribue à la haute tension d'isolement nominale.

4.2 Dessins des dimensions du boîtier

La série est proposée en plusieurs variantes de boîtier, bien que les dimensions détaillées en mm ne soient pas entièrement spécifiées dans le texte fourni. Les options incluent :

• Type DIP standard :Le boîtier traversant classique.
• Type Option M :Caractérisé par un "écartement large des broches" offrant un espacement de 0,4 pouce (env. 10,16 mm) au lieu du standard 0,3 pouce (7,62 mm), utile pour le prototypage ou les cartes nécessitant plus d'espace.
• Types Option S1 & S2 :Formes de broches pour montage en surface (CMS). Ce sont des boîtiers "bas profil" conçus pour le soudage par refusion. La fiche technique inclut des empreintes de pastilles recommandées pour les options S1 et S2 afin d'assurer un soudage correct et une stabilité mécanique. Les dimensions des pastilles sont suggérées à titre indicatif et doivent être adaptées au processus de fabrication de la carte spécifique.

5. Recommandations de soudure et d'assemblage

Le dispositif est conçu pour une température de soudure maximale (T_SOL) de 260°C pendant 10 secondes. Ceci correspond aux profils de soudure sans plomb par refusion courants.

Pour les boîtiers traversants (DIP, M) :Les techniques de soudure à la vague ou manuelle standard peuvent être utilisées. Il faut veiller à ne pas dépasser la limite de 10 secondes à la jonction des broches pour éviter les dommages thermiques à la puce interne et au boîtier en époxy.

Pour les boîtiers CMS (S1, S2) :Les processus de soudure par refusion infrarouge ou à convection standard sont applicables. L'empreinte de pastilles recommandée fournie dans la fiche technique doit être suivie pour obtenir des cordons de soudure corrects et éviter l'effet "tombstoning". La conception bas profil aide à la stabilité pendant le processus de refusion. Comme pour tous les dispositifs sensibles à l'humidité, si la bobine a été exposée à l'humidité ambiante pendant de longues périodes, un pré-séchage selon les normes IPC/JEDEC peut être nécessaire avant la refusion pour éviter l'effet "pop-corn".

Stockage :Les dispositifs doivent être stockés dans la plage de température de stockage spécifiée de -55°C à +125°C, dans un environnement sec pour maintenir la soudabilité et prévenir la corrosion interne.

6. Informations de commande et conditionnement

6.1 Système de numérotation des références

Le numéro de référence suit le format :EL817X(Y)(Z)-FVG

• X : Option de forme de broche. S1 ou S2 (CMS), M (DIP à large écartement), ou rien (DIP standard).
• Y : Grade CTR. A, B, C, D, X, Y, ou rien (pour la référence de base EL817 à large plage).
• Z : Option de bande et bobine pour les pièces CMS. TU ou TD (sens de la bande), ou rien.
• F : Matériau du cadre de broches. F pour Fer, rien pour Cuivre.
• V : Marquage d'approbation de sécurité VDE optionnel.
• G : Désigne une construction sans halogène.

Exemple :EL817B-S1(TU)-G serait un dispositif CMS (S1) de grade CTR B (130-260%), conditionné en bande et bobine de style TU, avec construction sans halogène.

6.2 Quantités par conditionnement

• Options DIP standard et M : 100 unités par tube.
• Option S1 en bande et bobine : 1500 unités par bobine.
• Option S2 en bande et bobine : 2000 unités par bobine.

6.3 Marquage du composant

Le dessus du boîtier est marqué d'un code :EL 817FRYWWV

• EL : Identifiant du fabricant.
• 817 : Numéro du dispositif.
• F : Code usine/processus.
• R : Grade CTR (A, B, C, D, X, Y).
• Y : Code année (1 chiffre).
• WW : Code semaine (2 chiffres).
• V : Désigne l'approbation VDE si présent.

7. Suggestions d'application

7.1 Schémas d'application typiques

L'EL817-G est polyvalent et peut être utilisé dans des applications numériques et linéaires.

• Isolement de signal numérique :L'utilisation la plus courante. La LED d'entrée est commandée par un signal numérique (souvent via une résistance de limitation de courant). Le phototransistor agit comme un interrupteur, mettant la ligne de sortie à la masse lorsque la LED est allumée. Une résistance de rappel vers V_CCsur le collecteur est nécessaire. La vitesse de commutation (t_r, t_f) limite le débit de données maximal, le rendant adapté aux interfaces numériques à basse vitesse comme l'isolement de GPIO, UART ou les lignes d'E/S dans les API.
• Isolement de signal analogique (mode linéaire) :En faisant fonctionner le phototransistor dans sa région active (non saturée), le dispositif peut transmettre des signaux analogiques. Le CTR n'est pas parfaitement linéaire, et sa variation avec la température et le courant doit être prise en compte. Ce mode est souvent utilisé pour la rétroaction isolée dans les alimentations à découpage, où la non-linéarité peut être compensée dans la boucle de contrôle.
• Isolement de modules d'E/S :Dans les Automates Programmables Industriels (API) et les systèmes de contrôle industriel, ces coupleurs isolent le CPU sensible des signaux de terrain bruyants ou à haute tension (24V, 120VAC, etc.).

7.2 Considérations de conception et bonnes pratiques

• Sélection du CTR :Choisissez un grade de CTR qui fournit un courant de sortie suffisant pour votre charge (par ex., pour piloter une porte logique ou un driver opto-triac) sans nécessiter un courant d'entrée excessif. L'utilisation d'un dispositif avec un CTR plus élevé permet un I_Fplus faible, réduisant la consommation d'énergie du côté entrée. Cependant, assurez-vous que le CTR minimum du grade choisi répond aux exigences du pire cas du circuit (par ex., haute température, fin de vie).
• Limitation du courant d'entrée :Utilisez toujours une résistance série (R_in) avec la LED d'entrée pour définir le courant direct souhaité (I_F). Calculez R_in= (V_source- V_F) / I_F. Ne dépassez pas le I_Fmaximal absolu de 60 mA en continu.
• Résistance de charge de sortie :La valeur de la résistance de rappel (R_L) sur le collecteur affecte à la fois le niveau haut logique de sortie et la vitesse de commutation. Un R_Lplus petit fournit des temps de descente plus rapides (le transistor s'active et tire vers le bas plus vite) mais des temps de montée plus lents (la constante de temps RC avec la capacité de sortie du transistor est plus grande) et consomme plus de puissance lorsque la sortie est basse. Un R_Lplus grand fait l'inverse. Une valeur typique est comprise entre 1kΩ et 10kΩ.
• Immunité au bruit :Pour les applications numériques, l'ajout d'un petit condensateur (par ex., 1-10 nF) entre le collecteur et l'émetteur (côté sortie) peut aider à filtrer le bruit haute fréquence. Cependant, cela dégradera davantage la vitesse de commutation.
• Effets de la température :N'oubliez pas que le CTR se dégrade avec l'augmentation de la température. La conception doit être vérifiée sur toute la plage de température de fonctionnement, en utilisant le CTR minimum attendu à la température de fonctionnement maximale.
• Conception de l'isolement :Sur la carte, maintenez les distances de fuite et d'isolement recommandées (≥7,62mm) entre les circuits d'entrée et de sortie. Cela signifie souvent laisser un espace ou une fente dans la carte sous le corps du coupleur et s'assurer qu'aucune piste de cuivre ne franchit la barrière d'isolement de trop près.

8. Comparaison et différenciation technique

La série EL817-G concurrence un marché dense de photocoupleurs généralistes 4 broches. Ses principaux points de différenciation sont :

• Température de fonctionnement élevée :Une température de fonctionnement jusqu'à +110°C dépasse les valeurs courantes de +85°C ou +100°C de nombreux concurrents, la rendant adaptée aux environnements sévères comme les applications automobiles sous le capot ou les équipements industriels près de sources de chaleur.
• Multiples approbations de sécurité :L'ensemble complet d'approbations de sécurité internationales (UL, VDE, etc.) est un avantage significatif pour les produits nécessitant une certification pour le marché mondial.
• Conformité sans halogène :Satisfait aux réglementations environnementales modernes, ce qui est de plus en plus une exigence dans l'électronique grand public et d'autres secteurs.
• Large gamme de grades CTR :La disponibilité de sept grades CTR distincts (y compris le large EL817) offre aux concepteurs un contrôle précis de la sélection du gain pour une performance de circuit optimisée et un coût maîtrisé.
• Variété de boîtiers :La proposition de DIP standard, DIP à large écartement et deux profils CMS offre une flexibilité pour différents processus d'assemblage et contraintes d'espace sur carte.

9. Questions fréquemment posées (FAQ)

Q1 : Quel est l'objectif principal de la spécification de distance de fuite (>7,62 mm) ?

R1 : La distance de fuite est le chemin le plus court le long de la surface du boîtier isolant entre deux bornes conductrices (par ex., broche 1 et broche 4). Une distance de fuite plus longue empêche les courants de fuite de surface et les arcs électriques, surtout dans des environnements humides ou contaminés, et est un facteur critique pour atteindre la haute tension d'isolement nominale de 5000V_eff.

Q2 : Comment choisir entre les différents grades CTR (A, B, C, D, X, Y) ?

R2 : Sélectionnez en fonction de votre courant de sortie requis et de l'efficacité de courant d'entrée souhaitée. Pour un besoin de courant de sortie donné, un grade CTR plus élevé (par ex., D : 300-600%) nécessite un courant de LED d'entrée plus faible, économisant de l'énergie. Cependant, les dispositifs à CTR plus élevé peuvent avoir des coefficients de température légèrement différents ou coûter plus cher. Les grades X et Y offrent des plages intermédiaires plus serrées. Utilisez la valeur CTR minimale de la fiche technique pour vos calculs de conception en pire cas.

Q3 : Puis-je l'utiliser pour isoler des signaux secteur 240VAC ?

R3 : La tension d'isolement de 5000V_effest adaptée pour fournir une isolation renforcée dans de nombreuses applications connectées au secteur. Cependant, la conception finale doit tenir compte des normes de sécurité au niveau système (par ex., IEC 62368-1, IEC 60747-5-5), qui dictent les distances et tests requis au-delà de la spécification du composant. Le coupleur est un élément clé de la solution, mais une conception correcte de la carte et du boîtier est tout aussi critique.

Q4 : Pourquoi y a-t-il deux tensions collecteur-émetteur nominales différentes (V_CEO80V et BV_CEO80V) ?

R4 : V_CEO(80V) dans le tableau des caractéristiques maximales absolues est la tension maximale qui peut être appliquée sans causer de dommages. BV_CEO(80V min) dans le tableau des caractéristiques est la tension de claquage, le point à partir duquel le dispositif commence à conduire significativement même avec la LED éteinte. Elles sont étroitement liées mais définies différemment. En pratique, vous devez concevoir de sorte que V_CEne s'approche jamais de 80V pendant le fonctionnement, en laissant une marge de sécurité.

Q5 : Quelle est la différence entre les options CMS S1 et S2 ?

R5 : La différence principale est l'empreinte du boîtier et le nombre d'unités par bobine (1500 pour S1, 2000 pour S2). Le boîtier S2 est probablement légèrement modifié pour permettre plus de dispositifs sur une bobine standard. La fiche technique fournit des empreintes de pastilles recommandées séparées pour chacun, il est donc essentiel d'utiliser l'empreinte correcte pour la référence commandée.

Terminologie des spécifications LED

Explication complète des termes techniques LED