Fiche technique du photocoupleur à phototransistor EL816 série 4 broches DIP - Options de boîtier - CTR 50-600% - Isolation 5000Vrms - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

La série EL816 représente une famille de photocoupleurs à phototransistor 4 broches Dual In-line Package (DIP) standard de l'industrie. Ces dispositifs sont conçus pour fournir une isolation électrique fiable et une transmission de signal entre des circuits de potentiels différents. Chaque unité intègre une diode électroluminescente infrarouge couplée optiquement à un détecteur phototransistor au silicium dans un boîtier unique et compact.

La fonction principale est l'isolation galvanique, empêchant les boucles de masse, bloquant les transitoires haute tension et permettant le transfert de signal entre des circuits avec des masses de référence ou des niveaux de tension différents. La série se caractérise par sa construction robuste, offrant une haute tension d'isolation et une large gamme de grades de Taux de Transfert de Courant (CTR) pour répondre à divers besoins d'application, de la simple détection marche/arrêt au transfert de signal linéaire.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir. Le dispositif n'est pas destiné à fonctionner à ces extrêmes.

• Entrée (côté LED) :La diode infrarouge a un courant direct continu maximal (I_F) de 60 mA. Une brève impulsion de 1 A (durée 1 µs) est permise. La tension inverse maximale (V_R) est de 6 V, soulignant la nécessité d'une protection de polarité adéquate.
• Sortie (côté transistor) :Le phototransistor peut supporter un courant de collecteur (I_C) de 50 mA et une tension collecteur-émetteur (V_CEO) de 80 V. La tension émetteur-collecteur inférieure (V_ECO= 6V) indique l'asymétrie de la jonction du phototransistor.
• Isolation & Thermique :Une spécification clé est la tension d'isolation (V_ISO) de 5000 V_rmspendant 1 minute, testée avec les broches 1-2 court-circuitées et les broches 3-4 court-circuitées. Le dispositif fonctionne de -55°C à +110°C et peut supporter un soudage à 260°C pendant 10 secondes.
• Dissipation de puissance :La dissipation totale du dispositif (P_TOT) est de 200 mW. La diode d'entrée peut dissiper 100 mW sans déclassement jusqu'à 100°C. Le transistor de sortie est spécifié pour 150 mW, nécessitant un déclassement au-dessus de 80°C à 5,8 mW/°C.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

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

2.2.1 Caractéristiques de la diode d'entrée

• Tension directe (V_F) :Typiquement 1,2V, avec un maximum de 1,4V à I_F= 20 mA. Ceci est utilisé pour calculer les valeurs de la résistance de limitation de courant.
• Courant inverse (I_R) :Maximum 10 µA à V_R= 4V, indiquant de bonnes caractéristiques inverses de la diode.
• Capacité d'entrée (C_in) :Jusqu'à 250 pF, ce qui peut affecter la conception des circuits de commande haute fréquence.

2.2.2 Caractéristiques du transistor de sortie

• Courant d'obscurité (I_CEO) :Le courant de fuite avec la LED éteinte est d'un maximum de 100 nA à V_CE= 20V, définissant le bruit de fond à l'état "arrêt".
• Tensions de claquage : BV_CEO≥ 80V et BV_ECO≥ 6V, confirmant la capacité de blocage de tension.

2.3 Caractéristiques de transfert

Ce sont les paramètres les plus critiques pour la conception d'application, définissant la relation entre le courant d'entrée et le courant de sortie.

• Taux de Transfert de Courant (CTR) :C'est le rapport entre le courant de collecteur de sortie (I_C) et le courant direct d'entrée (I_F), exprimé en pourcentage. La série EL816 offre un large choix de grades CTR, testés dans des conditions standard (I_F= 5mA, V_CE= 5V pour la plupart, I_F= 10mA pour les grades I/J/K). Les plages incluent :
  • EL816 : 50% à 600% (large, non classé)
  • EL816A : 80% à 160%
  • EL816B : 130% à 260%
  • EL816C : 200% à 400%
  • EL816D : 300% à 600%
  • EL816X : 100% à 200%
  • EL816Y : 150% à 300%
  • EL816I : 63% à 125% (à I_F=10mA)
  • EL816J : 100% à 200% (à I_F=10mA)
  • EL816K : 160% à 320% (à I_F=10mA)
  Les grades I/J/K spécifient également un CTR minimum à I_F= 1mA, important pour un fonctionnement à faible courant.
• Tension de saturation (V_CE(sat)) :Typiquement 0,1V (max 0,2V) à I_F=20mA, I_C=1mA. Cette faible valeur est cruciale pour les applications de commutation numérique afin d'obtenir un niveau logique "bas" solide.
• Résistance & Capacité d'isolation : R_IO> 5×10¹⁰Ω et C_IO <1.0 pF. La haute résistance assure une fuite minimale, tandis que la faible capacité est vitale pour maintenir une haute Immunité aux Transitoires en Mode Commun (CMTI) dans les environnements bruyants.
• Réponse en fréquence :La fréquence de coupure (f_c) est typiquement de 80 kHz, définissant la bande passante utile pour la transmission de signaux analogiques.
• Vitesse de commutation :Le temps de montée (t_r) et le temps de descente (t_f) sont typiquement de 4 µs et 3 µs respectivement (max 18 µs chacun) dans des conditions de test spécifiées (I_C=2mA, R_L=100Ω). Ceci détermine la fréquence de commutation numérique maximale.

3. Explication du système de classement

La série EL816 utilise un système de classement précis basé uniquement sur le Taux de Transfert de Courant (CTR).

• Classement CTR :Les dispositifs sont triés en catégories (A, B, C, D, X, Y, I, J, K) en fonction de leur CTR mesuré au courant de test spécifié. Cela permet aux concepteurs de sélectionner une pièce avec des limites de gain garanties, améliorant la cohérence du circuit et le rendement. Par exemple, choisir un EL816C (200-400%) assure un gain minimum plus élevé qu'un EL816A (80-160%), ce qui peut permettre un courant de commande LED plus faible ou fournir plus de marge de courant de sortie.
• Pas de classement longueur d'onde/couleur :Comme l'émetteur est une diode infrarouge, le classement de longueur d'onde ou de couleur visible n'est pas applicable. Le phototransistor est sensible au spectre IR émis par sa LED appariée.

4. Analyse des courbes de performance

Bien que des courbes spécifiques ne soient pas détaillées dans le texte fourni, les tendances de performance typiques pour de tels dispositifs sont analysées ci-dessous sur la base des paramètres indiqués.

• CTR vs. Courant direct (I_F) :Le CTR n'est pas constant ; il atteint généralement un pic à un I_Fspécifique et diminue à des courants très faibles ou très élevés. La spécification du CTR à la fois à 5mA et 10mA (et 1mA pour certains grades) suggère cette non-linéarité. Les concepteurs doivent opérer près de la condition de test pour un gain prévisible.
• CTR vs. Température :Le CTR a généralement un coefficient de température négatif ; il diminue lorsque la température augmente. La large plage de température de fonctionnement (-55°C à +110°C) nécessite de prendre en compte ce déclassement dans les conceptions destinées à des environnements extrêmes.
• Temps de commutation vs. Résistance de charge (R_L) :Les t_ret t_fspécifiés sont avec R_L=100Ω. La vitesse de commutation est fortement influencée par R_Let toute capacité parasite. Un R_Lplus petit accélérera généralement l'extinction mais peut augmenter la dissipation de puissance.
• Tension directe vs. Température :La V_Fde la diode a un coefficient de température négatif, diminuant d'environ 2 mV/°C. C'est un effet mineur par rapport à la dépendance thermique du CTR.

5. Informations mécaniques et de boîtier

La série propose plusieurs options de boîtier pour s'adapter aux différents processus d'assemblage PCB et aux exigences d'espacement.

• Type DIP standard :Le boîtier traversant classique avec un espacement de broches standard.
• Type Option M :Un boîtier traversant avec un "pli large des broches", offrant un espacement de broches de 0,4 pouce (environ 10,16 mm) pour augmenter la distance de fuite/creepage ou la compatibilité avec des socles spécifiques.
• Type Option S1 :Une forme de broche surface-mount (SMD) "profil bas". Il est fourni en bande et bobine (TU ou TD) avec 1500 unités par bobine.
• Type Option S2 :Une autre forme de broche SMD profil bas, avec un empreinte différente et fournie en bande et bobine avec 2000 unités par bobine.
• Distance de fuite (Creepage) :Dépasse 7,62 mm, ce qui est critique pour respecter les normes de sécurité pour l'isolation renforcée à haute tension d'isolation.
• Marquage du dispositif :Les boîtiers sont marqués avec "EL" (code fabricant), "816" (numéro de dispositif), une lettre pour le Rang CTR (R), et un code année à 1 chiffre (Y) plus la semaine (WW).

6. Recommandations de soudage et d'assemblage

Basé sur les valeurs maximales absolues et les options de boîtier.

• Température de soudage :Le dispositif peut supporter une température de soudage de pointe de 260°C pendant 10 secondes. Ceci est compatible avec les profils de refusion standard sans plomb (SnAgCu).
• Sensibilité à l'humidité :Bien que non explicitement indiqué dans l'extrait, les composants SMD (options S1, S2) ont généralement un Niveau de Sensibilité à l'Humidité (MSL). Il est crucial de suivre les instructions de manipulation du fabricant, y compris le pré-séchage si exposé à l'air ambiant au-delà du temps spécifié, pour éviter l'effet "pop-corn" pendant la refusion.
• Conditions de stockage :La plage de température de stockage est de -55°C à +125°C. Les composants doivent être stockés dans un environnement sec et contrôlé.
• Configuration de pastille recommandée :La fiche technique fournit des recommandations spécifiques de motif de pastille pour les options surface-mount S1 et S2. Les utiliser est essentiel pour la formation fiable des joints de soudure et la stabilité mécanique.

7. Emballage et informations de commande

Le numéro de pièce suit le format : EL816X(Y)(Z)-FV

• X (Forme de broche) :S1, S2, M, ou aucun (DIP standard).
• Y (Rang CTR) :A, B, C, D, X, Y, I, J, K, ou aucun (non classé).
• Z (Bande et bobine) :TU, TD (pour les options SMD), ou aucun.
• F (Cadre de broches) :F pour Fer, vide pour Cuivre.
• V :Marque de certification de sécurité VDE optionnelle.

Quantités d'emballage :Les pièces traversantes sont fournies en tubes de 100 unités. Les pièces SMD sont en bande et bobine : 1500 unités/bobine pour S1, 2000 unités/bobine pour S2.

8. Recommandations d'application

8.1 Scénarios d'application typiques

• Automates Programmables Industriels (API) :Isoler les modules d'E/S numériques de l'unité centrale de traitement et des dispositifs de terrain.
• Appareils système & Instruments de mesure :Fournir une isolation dans les alimentations, les systèmes d'acquisition de données et les équipements de test.
• Équipements de télécommunication :Isoler les lignes de signal dans les modems, interfaces et équipements réseau.
• Appareils électroménagers :Utilisés dans les circuits de commande d'appareils comme les radiateurs soufflants, machines à laver, etc., pour un contrôle en basse tension sûr des parties connectées au secteur.
• Transmission de signal générale :Toute application nécessitant un changement de niveau de tension ou l'élimination de boucles de masse entre circuits.

8.2 Considérations de conception

• Limitation de courant LED :Toujours utiliser une résistance en série pour fixer I_F. Calculer R_limit= (V_CC- V_F) / I_F. Opérer près de la condition de test CTR (5mA ou 10mA) pour un gain prévisible.
• Charge de sortie :La résistance de charge (R_L) sur le collecteur affecte la vitesse de commutation, l'amplitude de sortie et la dissipation de puissance. Un R_Lplus petit donne une extinction plus rapide mais une amplitude de tension de sortie plus faible et un I_C.
• plus élevé.Immunité au bruit :_CPour les applications numériques, assurer une marge CTR suffisante pour que le I_{à l'état "marche" sature complètement le transistor (V}
• 0.4V) et que le courant d'obscurité à l'état "arrêt" soit négligeable par rapport aux conditions de polarisation.Effets de la température :
• Prendre en compte la dégradation du CTR à haute température. Déclasser le CTR utilisable de 0,5% à 1% par °C au-dessus de 25°C comme règle générale. S'assurer que le dispositif reste dans ses limites de dissipation de puissance sur toute la plage de température de fonctionnement.Conception PCB haute tension :_{Pour maintenir la tension d'isolation de 5000V}rms

, la conception du PCB doit respecter les distances de fuite et d'isolement spécifiées dans les normes de sécurité (ex : IEC 60664-1). Cela signifie souvent placer des fentes ou des barrières sous le boîtier.

9. Comparaison et différenciation technique

• Principaux avantages de la série EL816 indiqués par ses spécifications :Haute tension d'isolation :_5000Vrms
• est une spécification robuste adaptée à de nombreuses applications industrielles et connectées au secteur.Large sélection de CTR :
• Le classement étendu (9 catégories distinctes plus une version non classée) offre une flexibilité de conception exceptionnelle pour optimiser le rapport coût/performance.Plage de température étendue :
• Un fonctionnement jusqu'à +110°C dépasse la plage typique de +85°C ou +100°C de nombreux photocoupleurs standard, permettant une utilisation dans des environnements plus rudes.Variété de boîtiers :
• Disponibilité en versions traversantes (standard et large) et deux options SMD profil bas répond aux processus d'assemblage modernes et hérités.Conformité :

Le dispositif est conforme aux normes industrielles clés : Sans Halogène (pour les versions cadre de broches cuivre), RoHS, UE REACH, et possède les approbations de UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO et CQC, facilitant l'accès au marché mondial.

• 10. Questions fréquemment posées (Basé sur les paramètres techniques)
  Q : Quelle est la différence entre l'EL816 et l'EL816A/B/C/etc. ?
• R : Le suffixe désigne le grade CTR. EL816 est une pièce non classée avec une large plage CTR (50-600%). EL816A, B, C, D, X, Y, I, J, K sont des pièces classées avec des plages CTR plus étroites et garanties, permettant une conception de circuit plus précise.
  Q : Puis-je l'utiliser pour la transmission de signaux analogiques ?_FR : Oui, mais avec des limitations. La bande passante typique est de 80 kHz, et le CTR est non linéaire avec I
• et la température. Il convient pour l'isolation analogique basse fréquence ou de faible précision. Pour des performances supérieures, un optocoupleur linéaire dédié ou un amplificateur d'isolation est recommandé.
  Q : Comment choisir le bon grade CTR ?_FR : Pour la commutation numérique, choisissez un grade où le CTR minimum à votre I_Cde fonctionnement fournit assez de I_Cpour piloter votre charge (ex : tirer vers le bas une entrée logique) avec une marge. Par exemple, si vous avez besoin de I_F> 1mA avec I
• =5mA, vous avez besoin d'un CTR > 20%. Un grade plus élevé (ex : C ou D) offre plus de marge. Les grades inférieurs (A, I) peuvent être plus économiques pour une simple détection marche/arrêt.
  Q : Que signifie "distance de fuite > 7,62 mm" pour ma conception PCB ?

R : La distance de fuite est la distance la plus courte entre les parties conductrices le long de la surface de l'isolation. Pour maintenir la tension d'isolation indiquée, vous devez vous assurer que les pistes/pastilles de cuivre du PCB sur les côtés entrée et sortie maintiennent également au moins cette distance (ou plus, selon la norme de sécurité applicable) sur la surface de la carte sous le composant.

11. Exemple de conception pratiqueScénario :

1. Isoler une broche GPIO d'un microcontrôleur 3,3V pour commander une bobine de relais 12V sur un circuit séparé.Sélection du composant :
2. Choisir EL816C (CTR 200-400%) pour une bonne marge de gain. Utiliser le boîtier DIP standard pour le prototypage.Circuit d'entrée :_FLa sortie de la broche du microcontrôleur est 3,3V. V_F~ 1,2V. Cible I
   R_{= 5mA (condition de test standard).}limit_F= (3,3V - 1,2V) / 0,005A = 420Ω. Utiliser une résistance standard de 470Ω. I
3. réel ≈ (3,3-1,2)/470 = 4,5mA.Circuit de sortie :_{La bobine du relais fonctionne à 12V, résistance de bobine 240Ω (nécessitant 50mA). Le I}C(max)
   du photocoupleur est de 50mA, ce qui est à la limite. Une meilleure conception est d'utiliser le photocoupleur pour piloter un transistor, qui pilote ensuite le relais. Pour la démonstration, supposons un petit relais de signal avec une bobine de 12V, 100Ω (120mA). Le photocoupleur ne peut pas le piloter directement.
4. Au lieu de cela, configurez le phototransistor comme un interrupteur pour tirer la base d'un transistor NPN (ex : 2N2222) à la masse. Le collecteur du phototransistor est connecté à l'alimentation 12V via une résistance de rappel de 10kΩ et à la base du NPN. L'émetteur est connecté à la masse. Lorsque la LED est allumée, le phototransistor sature, tirant la base du NPN vers le bas, l'éteignant. Lorsque la LED est éteinte, la résistance de 10kΩ tire la base du NPN vers le haut, l'allumant et activant le relais. Une diode de roue libre est obligatoire aux bornes de la bobine du relais.Isolation :

L'alimentation du relais 12V et l'alimentation du microcontrôleur 3,3V doivent être complètement séparées, sans connexion de masse commune, pour maintenir l'isolation.

12. Principe de fonctionnement

L'EL816 est un dispositif optoélectronique. Un courant électrique appliqué au côté entrée (broches 1-Anode et 2-Cathode) fait émettre des photons par la diode électroluminescente infrarouge (LED). Ces photons traversent un espace isolant transparent (typiquement du plastique moulé) et frappent la région de base d'un phototransistor NPN au silicium sur le côté sortie (broches 3-Émetteur et 4-Collecteur)._FELes photons entrants génèrent des paires électron-trou dans la jonction base-collecteur du transistor, agissant efficacement comme un courant de base. Ce courant photogénéré est ensuite amplifié par le gain en courant du transistor (h

), résultant en un courant de collecteur beaucoup plus important circulant entre les broches 4 et 3. Le point clé est que le signal est transféré par la lumière, et non par une connexion électrique, fournissant ainsi une isolation galvanique entre les circuits d'entrée et de sortie. Le rapport entre le courant de collecteur de sortie et le courant LED d'entrée est le Taux de Transfert de Courant (CTR).

13. Tendances technologiques

• Les photocoupleurs à phototransistor comme l'EL816 représentent une technologie d'isolation mature et économique. Les tendances actuelles sur le marché des composants d'isolation incluent :Vitesse plus élevée :
• Demande pour des isolateurs numériques plus rapides basés sur les technologies CMOS et de couplage RF pour les interfaces de communication (USB, SPI, I2C) à des vitesses dépassant 100 Mbps.Fonctions intégrées :
• Croissance des isolateurs avec alimentation intégrée (isoPower) ou pilotes de grille (pilotes de grille isolés) dans des boîtiers uniques.Miniaturisation :
• Poursuite de la réduction des empreintes de boîtier et des profils, en particulier dans les options surface-mount, pour économiser de l'espace PCB.Fiabilité & Robustesse améliorées :
• Accent sur l'amélioration de l'Immunité aux Transitoires en Mode Commun (CMTI) pour résister aux pointes de tension rapides courantes dans les entraînements de moteurs et les systèmes d'alimentation, et sur l'extension de la durée de vie et des plages de température de fonctionnement.Rôle des photocoupleurs :