Fiche technique de la série EL253X - Photocoupleur à double canal haute vitesse 1 Mbit/s - Isolation 5000 Vrms - Boîtier DIP 8 broches

1. Vue d'ensemble du produit

La série EL253X comprend des photocoupleurs à transistor double canal et haute vitesse. Chaque dispositif intègre une diode électroluminescente infrarouge couplée optiquement à un photodétecteur transistor haute vitesse. Une caractéristique architecturale clé est la connexion séparée pour la polarisation de la photodiode et le collecteur du transistor de sortie. Cette conception améliore significativement la vitesse opérationnelle en réduisant la capacité base-collecteur du transistor d'entrée par rapport aux photocoupleurs à phototransistor conventionnels. Les dispositifs sont proposés dans un boîtier DIP (Dual In-line Package) 8 broches standard et sont disponibles avec des options d'espacement large des broches et des configurations pour montage en surface.

1.1 Avantages principaux et marché cible

L'avantage principal de la série EL253X est sa combinaison de capacité de transmission de données haute vitesse (jusqu'à 1 Mégabit par seconde) et d'une isolation électrique robuste. Cela le rend adapté aux applications nécessitant un transfert de signal fiable entre des circuits avec des potentiels de masse ou des niveaux de tension différents. Les caractéristiques clés qui soutiennent cela incluent une immunité transitoire en mode commun (CMTI) élevée de 10 kV/µs minimum pour la variante EL2611, garantissant un fonctionnement stable dans des environnements électriques bruyants, et une tension d'isolation élevée de 5000 Vrms entre l'entrée et la sortie. Les dispositifs sont garantis pour fonctionner sur une large plage de température de -40°C à +85°C, répondant aux applications industrielles et automobiles. La sortie de type porte logique simplifie l'interface avec les circuits numériques. La conformité aux directives sans plomb et RoHS, ainsi que les approbations des principales agences de sécurité internationales (UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO), soulignent leur fiabilité et leur adéquation aux marchés mondiaux. Les applications cibles incluent les récepteurs de ligne, les équipements de télécommunications, l'isolation pour les transistors de puissance dans les entraînements de moteurs, les boucles de rétroaction dans les alimentations à découpage (SMPS), les appareils électroménagers, et comme mises à niveau pour les photocoupleurs à phototransistor à vitesse inférieure.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Cette section fournit une interprétation détaillée et objective des caractéristiques électriques et de performance spécifiées dans la fiche technique.

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Elles ne sont pas des conditions de fonctionnement recommandées. Les limites critiques incluent : un courant direct continu (I_F) de 25 mA, un courant direct de crête (I_FP) de 50 mA (cycle de service de 50%, largeur d'impulsion de 1 ms), et un courant transitoire de crête très élevé (I_Ftrans) de 1 A pour des impulsions très courtes (≤1 µs). La sortie peut supporter une tension (V_O) de -0,5 V à 20 V, et la tension d'alimentation (V_CC) peut varier de -0,5 V à 30 V. La tension d'isolation (V_ISO) est nominale à 5000 Vrms pendant une minute, testée dans des conditions d'humidité spécifiques. Le dispositif peut fonctionner dans des températures ambiantes (T_OPR) de -40°C à +100°C et être stocké (T_STG) de -40°C à +125°C. La température de soudure (T_SOL) est spécifiée à 260°C pendant 10 secondes, ce qui correspond à un profil de refusion standard sans plomb.

2.2 Caractéristiques électriques

Ces paramètres définissent la performance du dispositif dans des conditions de fonctionnement normales, typiquement à 25°C sauf indication contraire.

2.2.1 Caractéristiques d'entrée

La tension directe (V_F) est typiquement de 1,45 V à un courant direct (I_F) de 16 mA. Elle a un coefficient de température négatif d'environ -1,9 mV/°C, ce qui signifie que V_F diminue légèrement lorsque la température augmente. La tension inverse maximale (V_R) est de 5 V. La capacité d'entrée (C_IN) est typiquement de 60 pF, ce qui est un facteur dans la performance de commutation à haute vitesse.

2.2.2 Caractéristiques de sortie

Le courant de sortie à l'état haut logique (I_OH) est très faible (typ. 0,001 µA à V_CC=5,5 V), indiquant d'excellentes caractéristiques de fuite de sortie à l'état bloqué. Le courant d'alimentation diffère significativement entre les états logiques : le courant d'alimentation à l'état bas logique (I_CCL) est typiquement de 140 µA lorsque la LED d'entrée est activée (I_F=16 mA), tandis que le courant d'alimentation à l'état haut logique (I_CCH) est typiquement de seulement 0,01 µA lorsque l'entrée est inactive. Cela met en évidence la faible consommation d'énergie à l'état inactif.

2.3 Caractéristiques de transfert

Cela définit la relation entre l'entrée et la sortie.

2.3.1 Taux de transfert de courant (CTR)

Le CTR, un paramètre clé pour les photocoupleurs, est le rapport entre le courant de collecteur de sortie et le courant de la LED d'entrée, exprimé en pourcentage. L'EL2530 a une plage de CTR de 7% à 50%, tandis que l'EL2531 a une plage plus élevée de 19% à 50% (les deux à I_F=16 mA, V_O=0,4 V, V_CC=4,5 V, 25°C). L'EL2531 est donc la variante à gain plus élevé. Les valeurs minimales de CTR sont garanties à 5% pour l'EL2530 et 15% pour l'EL2531 dans des conditions légèrement différentes (V_O=0,5 V).

2.3.2 Tension de sortie à l'état bas logique (V_OL)

C'est la tension à la sortie lorsque le dispositif est à l'état 'actif' ou bas. Pour l'EL2530, V_OL est typiquement de 0,18 V avec un courant de sortie (I_O) de 1,1 mA. Pour l'EL2531, elle est typiquement de 0,25 V avec I_O=3 mA. Le V_OL maximum pour les deux est de 0,5 V dans leurs conditions de test respectives, garantissant des niveaux logiques bas solides pour l'interface.

2.4 Caractéristiques de commutation

Ces paramètres sont critiques pour les applications à haute vitesse. Les tests sont effectués à I_F=16 mA et V_CC=5 V.

2.4.1 Délai de propagation

Le délai de propagation vers l'état bas logique (t_PHL) et vers l'état haut logique (t_PLH) est mesuré. Pour l'EL2530 avec une résistance de charge (R_L) de 4,1 kΩ, t_PHL est typiquement de 0,35 µs (max 2,0 µs) et t_PLH est typiquement de 0,5 µs (max 2,0 µs). Pour l'EL2531 avec un R_L de 1,9 kΩ, les deux délais sont typiquement de 0,35 µs et 0,3 µs respectivement (max 1,0 µs). L'EL2531 démontre des temps de commutation plus rapides, en partie grâce à son CTR plus élevé permettant l'utilisation d'une résistance de rappel plus petite.

2.4.2 Immunité transitoire en mode commun (CMTI)

La CMTI mesure la capacité du dispositif à rejeter les transitoires de tension rapides entre les masses d'entrée et de sortie. Elle est spécifiée en Volts par microseconde (V/µs). L'EL2530 et l'EL2531 ont tous deux une CMTI minimale de 1000 V/µs et une valeur typique de 10 000 V/µs pour les états logique haut (CM_H) et logique bas (CM_L). Les conditions de test diffèrent : l'EL2530 utilise une impulsion en mode commun de 10 V crête à crête, tandis que l'EL2531 utilise une impulsion de 1000 V crête à crête, indiquant un test potentiellement plus robuste pour cette dernière variante sur cet aspect.

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, ils incluent généralement des tracés du Taux de Transfert de Courant (CTR) en fonction du Courant Direct (I_F), du CTR en fonction de la Température Ambiante (T_A), du Délai de Propagation en fonction de la Résistance de Charge (R_L), et de la Tension Directe (V_F) en fonction de I_F. Ces courbes sont essentielles pour les concepteurs afin de comprendre comment les paramètres évoluent dans des conditions non idéales ou variables, telles que des courants de commande plus faibles, des températures plus élevées ou des configurations de charge différentes, permettant une conception de circuit robuste sur toute la plage de fonctionnement spécifiée.

4. Informations mécaniques et sur le boîtier

Le dispositif utilise un boîtier DIP 8 broches. La configuration des broches est la suivante : Broche 1 : Anode (Canal 1), Broche 2 : Cathode (Canal 1), Broche 3 : Cathode (Canal 2), Broche 4 : Anode (Canal 2), Broche 5 : Masse (GND), Broche 6 : Sortie 2 (V_OUT2), Broche 7 : Sortie 1 (V_OUT1), Broche 8 : Tension d'alimentation (V_CC). Le boîtier est disponible en plusieurs options de forme de broches : DIP standard, broches écartées (espacement de 0,4 pouce, option 'M'), et formes de broches pour montage en surface (options 'S' et 'S1' à profil bas).

5. Recommandations de soudure et d'assemblage

La valeur maximale absolue pour la température de soudure est de 260°C pendant 10 secondes. Cela correspond aux profils de refusion standard sans plomb. Pour la soudure à la vague ou la soudure manuelle, les pratiques standard pour les composants traversants ou CMS doivent être suivies, en respectant les limites maximales de température et de temps pour éviter d'endommager le boîtier ou de dégrader les matériaux internes. Les dispositifs doivent être stockés dans des conditions comprises dans la plage de température de stockage (-40°C à +125°C) et dans un emballage sensible à l'humidité le cas échéant pour les variantes CMS afin d'éviter l'effet 'pop-corn' pendant la refusion.

6. Emballage et informations de commande

Le numéro de pièce suit le format : EL253XY(Z)-V. 'X' désigne le numéro de pièce (0 pour EL2530, 1 pour EL2531). 'Y' indique l'option de forme de broche : vide pour DIP standard, 'M' pour broches écartées, 'S' pour montage en surface, 'S1' pour montage en surface à profil bas. 'Z' spécifie l'option de bande et de bobine : 'TA' ou 'TB' (différents types de bobines), ou vide pour l'emballage en tube. 'V' est un suffixe optionnel pour l'approbation VDE. Les quantités d'emballage sont de 45 unités par tube pour les versions traversantes et de 1000 unités par bobine pour les versions CMS en bande et bobine.

7. Recommandations d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

• Récepteurs de ligne :Isoler les lignes de communication numérique (par exemple, RS-485, RS-422) pour éviter les boucles de masse et le bruit.
• Isolation d'entraînement de moteur :Fournir des signaux de commande de grille aux transistors de puissance (IGBT, MOSFET) dans les variateurs de fréquence, isolant la logique de contrôle basse tension de l'étage de puissance haute tension.
• Rétroaction d'alimentation à découpage (SMPS) :Isoler le signal d'erreur de rétroaction du côté secondaire (sortie) vers le contrôleur du côté primaire (entrée), une exigence critique de sécurité et de fonctionnalité.
• Isolation de masse logique :Séparer les masses entre des sous-systèmes numériques bruyants (par exemple, entre un microcontrôleur et un circuit intégré de commande de moteur) pour éviter le couplage de bruit.
• Équipements de télécom :Isolation de signal dans les circuits de sonnerie, les interfaces de ligne ou la protection des lignes de données.

7.2 Considérations de conception

• Résistance de limitation de courant :Une résistance externe doit être utilisée en série avec la LED d'entrée pour définir le courant direct (I_F), typiquement à la valeur recommandée de 16 mA pour une vitesse et un CTR optimaux.
• Résistance de rappel :La sortie nécessite une résistance de rappel (R_L) vers V_CC. Sa valeur affecte la vitesse de commutation et la consommation d'énergie. La fiche technique spécifie des conditions de test avec 4,1 kΩ pour l'EL2530 et 1,9 kΩ pour l'EL2531.
• Découplage de l'alimentation :Placez un condensateur de découplage (par exemple, 0,1 µF) près de la broche V_CC (broche 8) et de la masse pour assurer un fonctionnement stable et minimiser le bruit de commutation.
• Conception de circuit imprimé pour une CMTI élevée :Pour maintenir la CMTI élevée, minimisez la capacité parasite entre les sections d'entrée et de sortie de la conception du circuit imprimé. Fournissez des distances de fuite et de clairance adéquates conformément aux normes de sécurité.
• Choix entre EL2530 et EL2531 :Choisissez l'EL2531 pour les applications nécessitant des vitesses de commutation plus rapides ou lorsqu'une résistance de rappel de plus faible valeur est acceptable. L'EL2530 peut être choisi pour les applications avec des exigences de vitesse moins strictes ou lorsque la réduction du courant d'alimentation à l'état actif (dû à un R_L plus élevé) est une priorité.

8. Comparaison et différenciation technique

La série EL253X se différencie des photocoupleurs à phototransistor standard principalement par sa haute vitesse (1 Mbit/s contre typiquement <100 kbit/s pour les types standard). La connexion de polarisation de photodiode séparée est la différence architecturale clé qui permet cela. Comparé à d'autres optocoupleurs haute vitesse (comme ceux avec des portes logiques intégrées ou des isolateurs numériques plus rapides), l'EL253X offre une sortie transistor simple et robuste, ce qui peut être avantageux dans certaines applications analogiques ou de changement de niveau, et est généralement proposé à un coût inférieur. Sa configuration double canal dans un seul boîtier 8 broches économise de l'espace sur la carte par rapport à l'utilisation de deux dispositifs monocanal.

9. Questions fréquemment posées (basées sur les paramètres techniques)

Q : Quelle est la principale différence entre l'EL2530 et l'EL2531 ?

R : La différence principale est le Taux de Transfert de Courant (CTR) minimum garanti. L'EL2531 a un CTR minimum plus élevé (15-19% selon la condition de test) par rapport à l'EL2530 (5-7%). Cela permet généralement à l'EL2531 de commuter plus rapidement avec une résistance de charge donnée ou d'utiliser une résistance de rappel plus grande pour la même vitesse, affectant la consommation d'énergie et la capacité de commande.

Q : Puis-je piloter la LED d'entrée directement avec une source de tension ?

R : Non. La LED doit être pilotée par une source à courant limité, généralement mise en œuvre avec une résistance en série à partir d'une alimentation en tension. La fiche technique fournit les caractéristiques de tension directe (V_F) pour aider à calculer la valeur de résistance appropriée pour le I_F souhaité (par exemple, 16 mA).

Q : Que signifie une Immunité Transitoire en Mode Commun (CMTI) de 10 kV/µs ?

R : Cela signifie que l'état de sortie restera correct (ne basculera pas par erreur) même si la différence de tension entre les masses des circuits d'entrée et de sortie change à un taux aussi élevé que 10 000 volts par microseconde. Ceci est crucial dans les entraînements de moteurs ou les alimentations où la commutation haute tension rapide crée de grands transitoires de masse.

Q : Un dissipateur thermique est-il nécessaire ?

R : Dans des conditions de fonctionnement normales, dans les limites maximales absolues de dissipation de puissance (P_IN=45 mW, P_O=35 mW), un dissipateur thermique n'est pas nécessaire. La puissance dissipée est relativement faible. Une conception de circuit imprimé appropriée pour la dissipation thermique est généralement suffisante.

10. Exemples pratiques de conception et d'utilisation

Cas 1 : Extendeur de GPIO isolé.Un microcontrôleur doit surveiller des interrupteurs de fin de course 12 V dans un panneau industriel. En utilisant six canaux EL2531, les GPIO 3,3 V du microcontrôleur peuvent piloter les LED via des résistances de limitation de courant. Les sorties, reliées par une résistance de rappel à 12 V, fournissent un signal logique propre aux interrupteurs. L'isolation de 5000 Vrms protège le microcontrôleur des transitoires potentiels sur les lignes industrielles 12 V.

Cas 2 : Pilote de grille pour un MOSFET demi-pont.Dans un contrôleur de moteur DC basse puissance, un seul canal EL2531 peut être utilisé pour piloter le MOSFET côté haut. L'entrée est pilotée par le signal PWM du contrôleur. La sortie, connectée à la grille du MOSFET via une résistance de grille appropriée et reliée par une résistance de rappel à une alimentation bootstrap, fournit la commande de grille isolée. La CMTI élevée garantit que le signal de grille reste stable pendant la commutation rapide du demi-pont.

11. Principe de fonctionnement

Le principe fondamental est la conversion opto-électronique. Un courant électrique appliqué à la Diode Électroluminescente Infrarouge (IRED) d'entrée la fait émettre de la lumière. Cette lumière traverse une barrière optiquement transparente mais électriquement isolante (typiquement en silicone ou matériau similaire). La lumière frappe la photodiode du détecteur intégré, générant un photocourant. Dans l'EL253X, ce photocourant polarise directement la base du transistor NPN de sortie, le mettant en conduction et tirant la broche de sortie (collecteur) à un niveau bas. La connexion séparée pour la photodiode permet d'utiliser le photocourant plus efficacement pour la commutation, plutôt que d'être partiellement dérivé par la capacité base-collecteur du transistor, qui est le facteur limitant la vitesse dans les phototransistors traditionnels.

12. Tendances technologiques

Le domaine de l'isolation de signal évolue. Bien que les photocoupleurs à sortie transistor comme l'EL253X restent très pertinents pour leur simplicité, robustesse et rentabilité, plusieurs tendances sont notables. Il y a une évolution vers une intégration plus élevée, comme les dispositifs avec des pilotes intégrés pour IGBT/FET GaN. Les isolateurs numériques basés sur la technologie CMOS et le couplage RF ou capacitif offrent des débits de données significativement plus élevés (dizaines à centaines de Mbps), une consommation d'énergie plus faible et une fiabilité plus élevée (pas de vieillissement de la LED). Cependant, les photocoupleurs conservent des avantages dans certains domaines : une capacité de tension d'isolation très élevée, une excellente immunité transitoire en mode commun et une immunité inhérente aux champs magnétiques. L'axe de développement pour les photocoupleurs inclut l'amélioration supplémentaire de la vitesse, la réduction de la taille du boîtier (surtout pour CMS), l'amélioration des performances à haute température et l'augmentation des métriques de fiabilité comme la stabilité à long terme du CTR.