Fiche technique de la série EL827 - Photocoupleur en boîtier DIP 8 broches - Isolation 5000 Vrms - CTR 50-600% - Document technique

1. Vue d'ensemble du produit

La série EL827 représente une famille de photocoupleurs (optocoupleurs) à base de phototransistor, logés dans un boîtier DIP (Dual In-line Package) 8 broches standard de l'industrie. Ces dispositifs sont conçus pour assurer une isolation électrique et une transmission de signaux entre des circuits fonctionnant à des potentiels ou impédances différents. La fonction principale est réalisée grâce à une diode électroluminescente infrarouge (IRED) couplée optiquement à un détecteur phototransistor au silicium. Cette configuration permet aux signaux de commande de passer du côté entrée au côté sortie tout en maintenant un haut degré d'isolation électrique, ce qui est crucial pour la sécurité et l'immunité au bruit dans de nombreux systèmes électroniques.

L'avantage principal de cette série réside dans la combinaison d'une plage de taux de transfert de courant (CTR) élevée et d'une robuste tension d'isolation nominale. Le boîtier DIP compact est disponible en plusieurs options de forme de broches, notamment standard, à espacement large et pour montage en surface, offrant une flexibilité pour différents processus d'assemblage de carte PCB. Les dispositifs sont conformes aux principales normes internationales de sécurité et d'environnement, ce qui les rend adaptés à une large gamme d'applications mondiales.

1.1 Caractéristiques principales et applications cibles

La série EL827 est conçue avec plusieurs caractéristiques clés qui définissent ses performances et son adéquation aux applications. Un taux de transfert de courant (CTR) élevé, allant de 50 % à 600 % (à IF=5mA, VCE=5V), assure un transfert de signal efficace avec une bonne sensibilité. La tension d'isolation entre les sections d'entrée et de sortie est nominale à 5000 Vrms, offrant une barrière robuste contre les transitoires haute tension et améliorant la sécurité du système.

Le produit est conforme aux réglementations RoHS et REACH de l'UE. Il a reçu des homologations de sécurité de plusieurs agences internationales renommées, notamment UL, cUL (dossier E214129), VDE (dossier 132249), SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO et CQC. Ces certifications sont essentielles pour les produits destinés à des marchés aux exigences de sécurité strictes.

Les applications typiques de la série EL827 incluent :

• Automates programmables industriels (API/PLC) et systèmes d'automatisation industrielle.
• Appareils de système et instruments de mesure de précision nécessitant une acquisition de signal sans bruit.
• Équipements de télécommunication pour l'isolation de signaux et la protection d'interface.
• Appareils électroménagers, tels que les radiateurs soufflants et autres systèmes de contrôle.
• Transmission de signal à usage général entre des circuits de potentiels et d'impédances différents, servant de composant d'isolation fondamental.

2. Spécifications techniques et interprétation approfondie

Cette section fournit une analyse détaillée des paramètres électriques et optiques du dispositif. Comprendre ces spécifications est crucial pour une conception de circuit appropriée et pour garantir un fonctionnement fiable à long terme.

2.1 Limites absolues maximales

Les limites absolues maximales définissent les seuils de contrainte au-delà desquels des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Le fonctionnement à ou sous ces limites n'est pas garanti et doit être évité en utilisation normale. Les valeurs nominales sont spécifiées à une température ambiante (Ta) de 25°C.

• Côté entrée (Diode) :Le courant direct continu (IF) ne doit pas dépasser 60 mA. Un bref courant direct de crête (IFP) de 1 A pendant 1 microseconde est autorisé. La tension inverse maximale (VR) appliquée à la diode est de 6 V. La dissipation de puissance du côté entrée (PD) est limitée à 100 mW.
• Côté sortie (Transistor) :Le courant de collecteur maximal (IC) est de 50 mA. La tension collecteur-émetteur (VCEO) peut atteindre 80 V, tandis que la tension émetteur-collecteur (VECO) est limitée à 7 V. La dissipation de puissance de sortie (PC) est de 150 mW.
• Totaux du dispositif et environnement :La dissipation de puissance totale du dispositif (PTOT) est de 200 mW. La tension d'isolation (VISO) entre les sections d'entrée et de sortie est de 5000 Vrms (testée pendant 1 minute à 40-60% d'humidité relative). La plage de température de fonctionnement (TOPR) est de -55°C à +110°C, et la plage de température de stockage (TSTG) va de -55°C à +125°C. La température de soudure (TSOL) ne doit pas dépasser 260°C pendant 10 secondes lors de l'assemblage.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ces paramètres définissent les performances du dispositif dans des conditions de fonctionnement normales, typiquement à Ta=25°C. Ils sont essentiels pour calculer les performances du circuit.

Caractéristiques d'entrée (Diode électroluminescente infrarouge) :

• Tension directe (VF) :Typiquement 1,2V, avec un maximum de 1,4V lorsqu'un courant direct (IF) de 20 mA est appliqué. Ce paramètre est utilisé pour dimensionner la résistance de limitation de courant du côté entrée.
• Courant inverse (IR) :Maximum de 10 µA lorsqu'une tension inverse (VR) de 4V est appliquée, indiquant la fuite de la diode à l'état bloqué.
• Capacité d'entrée (Cin) :Typiquement 30 pF, maximum 250 pF (mesuré à 0V, 1 kHz). Cela affecte les performances de commutation haute fréquence.

Caractéristiques de sortie (Phototransistor) :

• Courant d'obscurité collecteur-émetteur (ICEO) :Maximum de 100 nA lorsque VCE=20V et IF=0mA. C'est le courant de fuite du phototransistor lorsqu'aucune lumière n'incide.
• Tensions de claquage :La tension de claquage collecteur-émetteur (BVCEO) est d'au moins 80V (IC=0,1mA). La tension de claquage émetteur-collecteur (BVECO) est d'au moins 7V (IE=0,1mA).

Caractéristiques de transfert (Performance de couplage) :

• Taux de transfert de courant (CTR) :C'est le paramètre clé, défini comme (IC / IF) * 100%. Pour la série EL827, il varie d'un minimum de 50% à un maximum de 600% dans la condition de test standard IF=5mA et VCE=5V. Cette large plage peut indiquer différentes classes ou dispersions de production. Les concepteurs doivent tenir compte du CTR minimum pour garantir la saturation correcte du transistor de sortie.
• Tension de saturation collecteur-émetteur (VCE(sat)) :Typiquement 0,1V, avec un maximum de 0,2V lorsque IF=20mA et IC=1mA. Un faible VCE(sat) est souhaitable pour les applications de commutation de sortie afin de minimiser la chute de tension.
• Résistance d'isolation (RIO) :Minimum de 5 x 10^10 Ω lorsque 500V DC est appliqué entre les côtés isolés. Cela indique une excellente isolation en courant continu.
• Capacité flottante (CIO) :Typiquement 0,6 pF, maximum 1,0 pF (VIO=0V, f=1MHz). Cette faible capacité contribue à une haute immunité aux transitoires en mode commun.
• Fréquence de coupure (fc) :Typiquement 80 kHz (VCE=5V, IC=2mA, RL=100Ω, point -3dB). Cela définit la bande passante en petits signaux du dispositif.
• Temps de commutation :Le temps de montée (tr) est typiquement de 3 µs (max 18 µs), et le temps de descente (tf) est typiquement de 4 µs (max 18 µs) dans les conditions de test spécifiées (VCE=2V, IC=2mA, RL=100Ω). Ces temps déterminent la vitesse de commutation numérique maximale.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence à des courbes caractéristiques électro-optiques typiques. Bien que les graphiques spécifiques ne soient pas reproduits dans le texte fourni, leur but est d'illustrer comment les paramètres clés varient avec les conditions de fonctionnement. Les concepteurs doivent consulter la fiche technique complète pour ces graphiques.

Les courbes typiques incluraient :

• CTR en fonction du courant direct (IF) :Montre comment le taux de transfert de courant change avec le courant de la diode d'entrée. Le CTR atteint souvent un pic à un IF spécifique et peut diminuer à des courants très élevés en raison d'effets thermiques ou autres.
• CTR en fonction de la température ambiante (Ta) :Illustre la dépendance à la température de l'efficacité du couplage. Le CTR diminue généralement lorsque la température augmente.
• Courant de sortie (IC) en fonction de la tension collecteur-émetteur (VCE) :Famille de courbes avec IF comme paramètre, similaire aux caractéristiques de sortie d'un transistor standard. Cela montre les régions de fonctionnement (saturation, actif).
• Tension de saturation (VCE(sat)) en fonction du courant direct (IF) :Montre la relation entre l'excitation d'entrée et la saturation du transistor de sortie.

3.1 Circuit de test des temps de commutation

La figure 10 de la fiche technique détaille le circuit de test standard et les définitions des formes d'onde pour mesurer les temps de commutation (ton, toff, tr, tf). Le test est effectué avec un courant d'entrée pulsé pilotant l'IRED. La sortie est surveillée aux bornes d'une résistance de charge (RL) connectée entre le collecteur et une tension d'alimentation (VCC). Le temps de montée (tr) est mesuré de 10% à 90% de la valeur finale de l'impulsion de sortie, et le temps de descente (tf) est mesuré de 90% à 10%. Comprendre cette configuration de test aide les concepteurs à reproduire les conditions s'ils doivent caractériser le dispositif dans leur circuit d'application spécifique.

4. Informations mécaniques et sur le boîtier

L'EL827 est proposé en boîtier DIP 8 broches avec plusieurs options de forme de broches pour s'adapter à différentes conceptions de PCB et méthodes d'assemblage.

4.1 Configuration des broches et schéma

Le schéma interne montre une diode électroluminescente infrarouge connectée entre les broches 1/3 (anode) et 2/4 (cathode). L'émetteur du phototransistor est connecté aux broches 5/7, et son collecteur est connecté aux broches 6/8. Les broches de même fonction sont connectées en interne pour assurer une résistance mécanique et potentiellement réduire l'inductance des broches. La connexion standard consiste à utiliser une broche de chaque paire.

Assignation des broches :

• Broche 1, 3 : Anode (A)
• Broche 2, 4 : Cathode (K)
• Broche 5, 7 : Émetteur (E)
• Broche 6, 8 : Collecteur (C)

4.2 Dimensions du boîtier et options

Des dessins mécaniques détaillés sont fournis pour chaque variante de boîtier :

• Type DIP standard :Le boîtier traversant conventionnel.
• Option Type M :Présente un \"cintrage large des broches\" offrant un espacement de 0,4 pouce (environ 10,16 mm), ce qui peut être utile pour le prototypage ou des exigences de placement spécifiques.
• Option Type S :Forme de broche pour montage en surface, soudage par refusion.
• Option Type S1 :Une forme de broche pour montage en surface \"profil bas\", probablement avec une hauteur réduite par rapport à l'option S.

La fiche technique inclut également un motif de pastilles recommandé pour les options de montage en surface (S et S1), ce qui est essentiel pour obtenir des soudures fiables et un bon alignement mécanique lors du soudage par refusion.

4.3 Marquage du dispositif

Les dispositifs sont marqués sur le dessus avec \"EL827\" désignant la série, suivi d'un code d'année à un chiffre (Y), d'un code de semaine à deux chiffres (WW), et d'un suffixe optionnel \"V\" si l'unité est homologuée VDE. Ce marquage permet la traçabilité de la date de fabrication et de la variante.

5. Directives de soudage et d'assemblage

5.1 Conditions de soudage

La fiche technique fournit des informations critiques pour le processus d'assemblage, en particulier pour les variantes montage en surface. La température maximale autorisée du corps pendant le soudage est définie par un profil de refusion référencé à la norme IPC/JEDEC J-STD-020D. Les paramètres clés de ce profil incluent :

• Température de préchauffage :Minimum (Tsmin) 150°C, Maximum (Tsmax) 200°C.
• Durée en préchauffage :Le profil montre une durée spécifique (ts) dans cette plage de température pour chauffer progressivement le composant et la carte, minimisant le choc thermique.
• Température de pic et durée :Le profil ne doit pas dépasser la température de soudage maximale (TSOL) de 260°C, et le temps au-dessus de 260°C doit être limité (typiquement à 10 secondes comme indiqué dans les limites absolues maximales).

Respecter ce profil est essentiel pour éviter d'endommager le boîtier plastique, les fils de connexion internes ou la puce semi-conductrice elle-même. Pour les composants traversants, le soudage à la vague ou à la main doit également respecter la limite de 260°C pendant 10 secondes.

6. Conditionnement et informations de commande

6.1 Structure du numéro de pièce de commande

Le numéro de pièce suit le format : EL827X(Z)-V

• X :Option de forme de broche : Aucune (DIP standard), M (Cintrage large), S (Montage en surface), S1 (Montage en surface profil bas).
• Z :Option bande et bobine : Aucune (conditionné en tube), TA, ou TB (différentes directions d'alimentation de la bande).
• V :Marquage optionnel d'homologation de sécurité VDE.

6.2 Quantités de conditionnement

• DIP standard et Option M : 45 unités par tube.
• Options S(TA), S(TB), S1(TA), S1(TB) : 1000 unités par bobine.

6.3 Spécifications de la bande et de la bobine

Des dimensions détaillées de la bande porteuse sont fournies pour les options S et S1 (TA et TB). Les paramètres incluent les dimensions de l'alvéole (A, B, Do, D1), le pas de la bande (Po, P1), l'épaisseur de la bande (t) et la largeur totale de la bande (W). Les options TA et TB diffèrent par la direction d'alimentation depuis la bobine, qui doit être correctement configurée dans la machine de placement. Des diagrammes montrent l'orientation du dispositif dans l'alvéole de la bande.

7. Suggestions d'application et considérations de conception

Lors de la conception avec le photocoupleur EL827, plusieurs facteurs doivent être pris en compte pour garantir des performances et une fiabilité optimales.

Conception du circuit d'entrée :Une résistance de limitation de courant doit être placée en série avec l'IRED d'entrée. Sa valeur est calculée en fonction de la tension d'alimentation (Vcc_in), du courant direct souhaité (IF) et de la tension directe de la diode (VF) : R_in = (Vcc_in - VF) / IF. Le IF choisi affecte le CTR, la vitesse de commutation et la longévité du dispositif. Il est conseillé de fonctionner à ou en dessous du 20mA recommandé pour un fonctionnement continu.

Conception du circuit de sortie :Le phototransistor peut être utilisé soit en mode commutation (saturation), soit en mode linéaire (actif). Pour la commutation numérique, une résistance de tirage (RL) est connectée entre le collecteur et la tension d'alimentation du côté sortie (Vcc_out). La valeur de RL influence la vitesse de commutation (RL plus bas = plus rapide, mais IC plus élevé) et la consommation de courant. Assurez-vous que le courant de sortie (IC) ne dépasse pas le maximum de 50mA. Pour les applications linéaires, le dispositif fonctionne dans sa région active, mais la non-linéarité du CTR par rapport à IF et sa forte dépendance à la température doivent être soigneusement prises en compte.

Isolation et placement :Pour maintenir la haute tension d'isolation nominale, maintenez des distances de fuite et de clairance adéquates sur le PCB entre les pistes de cuivre des côtés entrée et sortie, conformément aux normes de sécurité pertinentes (par exemple, IEC 60950-1, IEC 62368-1). Placez le photocoupleur à cheval sur la barrière d'isolation dans le placement.

Découplage et bruit :Pour les applications sensibles au bruit ou pour améliorer la stabilité dans les circuits de commutation, envisagez de placer un petit condensateur de découplage (par exemple, 0,1 µF) près des broches d'alimentation des côtés entrée et sortie du dispositif.

8. Comparaison technique et questions courantes

8.1 Différenciation par rapport aux autres photocoupleurs

Les principaux points de différenciation de l'EL827 sont sa haute tension d'isolation de 5000 Vrms et sa large plage de CTR (50-600%). Comparé aux photocoupleurs basiques 4 broches, le DIP 8 broches offre des broches doubles pour chaque borne, ce qui peut améliorer la rétention mécanique sur la carte et offrir potentiellement de légèrement meilleures performances thermiques. La disponibilité d'options montage en surface (S, S1) et à broches larges (M) offre plus de flexibilité que de nombreuses offres à boîtier unique. L'ensemble complet d'homologations de sécurité internationales (UL, VDE, etc.) est un avantage significatif pour les produits commerciaux et industriels nécessitant une certification.

8.2 Questions fréquemment posées (basées sur les paramètres)

Q : Que signifie une plage de CTR de 50-600% pour ma conception ?

R : Cela indique une variation de production. Vous devez concevoir votre circuit pour fonctionner de manière fiable avec leminimumgaranti de CTR (50% dans ce cas) pour garantir que la sortie commute correctement dans toutes les conditions. Si votre conception nécessite une sensibilité spécifique, vous devrez peut-être sélectionner des dispositifs basés sur un CTR mesuré (binning) ou utiliser un circuit qui compense la variation.

Q : Puis-je l'utiliser pour l'isolation de signaux analogiques ?

R : Bien que possible (en l'utilisant en mode linéaire), ce n'est pas idéal en raison de la non-linéarité du CTR par rapport à IF et de sa forte dépendance à la température. Pour l'isolation analogique de précision, des optocoupleurs linéaires dédiés ou des amplificateurs d'isolation sont recommandés.

Q : Comment choisir entre les options montage en surface S et S1 ?

R : L'option S1 \"profil bas\" est conçue pour les applications avec des restrictions de hauteur strictes sur l'assemblage PCB. Consultez les dessins de dimensions du boîtier dans la fiche technique pour comparer la hauteur et les dimensions globales. Les caractéristiques électriques sont identiques.

Q : Les temps de commutation semblent lents (jusqu'à 18µs). Est-ce adapté à ma communication numérique haute vitesse ?

R : Pour l'isolation d'E/S numériques standard dans les API ou les interfaces de microcontrôleurs, ces vitesses sont généralement suffisantes. Pour la communication série haute vitesse (par exemple, isolation USB, RS-485), des isolateurs numériques beaucoup plus rapides (basés sur un couplage capacitif ou magnétique) ou des optocoupleurs haute vitesse spécifiquement conçus pour des débits de données dans la plage des Mbps doivent être envisagés.

9. Principes de fonctionnement et tendances

9.1 Principe de fonctionnement de base

Un photocoupleur fonctionne en convertissant un signal électrique en lumière, en transmettant cette lumière à travers un espace électriquement isolant, puis en reconvertissant la lumière en un signal électrique. Dans l'EL827, un courant électrique appliqué à la diode électroluminescente infrarouge (IRED) d'entrée la fait émettre des photons (lumière) à une longueur d'onde infrarouge. Cette lumière traverse un composé de moulage isolant transparent et frappe la région de base du phototransistor au silicium du côté sortie. La lumière incidente génère des paires électron-trou dans la base, agissant efficacement comme un courant de base, ce qui permet à un courant de collecteur beaucoup plus important de circuler. Ce courant de collecteur est proportionnel à l'intensité de la lumière incidente, qui à son tour est proportionnelle au courant de la diode d'entrée, établissant le taux de transfert de courant (CTR). Le point clé est que la seule connexion entre l'entrée et la sortie est le faisceau lumineux, fournissant l'isolation électrique.

9.2 Tendances de l'industrie

Le marché des optocoupleurs continue d'évoluer. Les tendances clés incluent une poussée vers des débits de données plus élevés pour s'adapter aux protocoles de communication industrielle plus rapides et au contrôle des alimentations numériques. Il existe également une demande pour une intégration plus élevée, comme la combinaison de plusieurs canaux d'isolation dans un seul boîtier ou l'intégration de fonctions supplémentaires comme des pilotes de grille pour IGBT/MOSFET. De plus, le besoin d'une fiabilité accrue, en particulier dans les applications automobiles et industrielles, stimule les améliorations des performances à haute température et de la stabilité à long terme du CTR. Bien que les coupleurs traditionnels à base de phototransistor comme l'EL827 restent des chevaux de bataille pour l'isolation de base en raison de leur simplicité, de leur rapport coût-efficacité et de leur capacité haute tension, des technologies plus récentes comme les isolateurs capacitifs et magnétiques (à magnétorésistance géante) gagnent des parts de marché dans les applications nécessitant une très haute vitesse, une faible consommation d'énergie et une robuste immunité au bruit.