Fiche technique relais statique 2 canaux en boîtier DIP 8 broches - Boîtier DIP 8 broches - Tension de claquage 400V/600V - Charge 120mA/50mA - Documentation technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Les EL840A et EL860A sont des relais statiques (SSR) double canal à usage général, conditionnés dans un format compact DIP 8 broches. Ces dispositifs utilisent un mécanisme de couplage optique, avec une LED infrarouge AlGaAs côté entrée, optiquement isolée d'un circuit détecteur de sortie haute tension côté sortie. Le détecteur de sortie est constitué d'un réseau de diodes photovoltaïques pilotant des interrupteurs MOSFET. Cette configuration offre une fonctionnalité électrique équivalente à deux relais électromécaniques indépendants de type Forme A (normalement ouvert), offrant une fiabilité supérieure, une durée de vie plus longue et une commutation plus rapide que leurs équivalents mécaniques.

1.1 Avantages clés et marché cible

Les principaux avantages de cette série SSR découlent de sa conception à semi-conducteurs. Les bénéfices clés incluent l'absence totale de pièces mobiles, ce qui élimine le rebond de contact, l'arc électrique et l'usure mécanique, conduisant à une durée de vie opérationnelle exceptionnellement longue et une haute fiabilité. L'isolement optique entre l'entrée et la sortie fournit une tension d'isolement élevée de 5000 Vrms, améliorant la sécurité du système et l'immunité au bruit. Les dispositifs sont conçus pour commander des signaux analogiques de faible niveau avec une grande sensibilité et rapidité. Leur empreinte compacte DIP 8 broches les rend adaptés aux cartes à haute densité. Les applications cibles incluent l'automatisation industrielle, les équipements de télécommunication, les périphériques informatiques et les machines d'inspection à haute vitesse où une commutation fiable, rapide et isolée de signaux ou de charges de faible puissance est requise.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

La performance des EL840A et EL860A est définie par un ensemble complet de paramètres électriques, optiques et thermiques. Comprendre ces spécifications est crucial pour une conception de circuit correcte et un fonctionnement fiable.

2.1 Caractéristiques absolues maximales

Ces valeurs 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) :Le courant direct continu maximal (I_F) est de 50 mA. Une tension inverse (V_R) jusqu'à 5V peut être appliquée. Un courant direct de crête (I_FP) de 1A est autorisé en conditions pulsées (100Hz, cycle de service 0.1%). La dissipation de puissance d'entrée (P_in) ne doit pas dépasser 75 mW.
• Sortie (côté MOSFET) :Une différenciation critique entre l'EL840A et l'EL860A concerne leurs tensions et courants de sortie. L'EL840A a une tension de claquage (V_L) de 400V et un courant de charge continu (I_L) nominal de 120 mA. L'EL860A est conçu pour une tension de claquage plus élevée de 600V mais un courant continu plus faible de 50 mA. Les concepteurs doivent sélectionner le modèle en fonction de leurs besoins spécifiques en tension et courant. Le courant de charge pulsé (I_LPeak) est de 300 mA pour l'EL840A et de 150 mA pour l'EL860A pendant une durée de 100ms. La dissipation de puissance de sortie (P_out) est limitée à 800 mW.
• Isolement & Thermique :La tension d'isolement (V_iso) entre l'entrée et la sortie est de 5000 Vrms (testée pendant 1 minute). Le dispositif peut fonctionner dans une plage de température ambiante de -40°C à +85°C et peut être stocké de -40°C à +125°C. La température de soudure ne doit pas dépasser 260°C pendant plus de 10 secondes lors des processus de refusion.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ces paramètres, généralement spécifiés à 25°C, définissent le comportement opérationnel du SSR.

• Caractéristiques d'entrée :La tension directe (V_F) de la LED d'entrée est typiquement de 1.18V à un courant de commande de 10mA, avec un maximum de 1.5V. Le courant de fuite inverse (I_R) est d'un maximum de 1 µA sous une polarisation inverse de 5V.
• Caractéristiques de sortie :Le courant de fuite à l'état bloqué (I_leak) est exceptionnellement faible, avec un maximum de 1 µA lorsque la LED d'entrée est éteinte et que la sortie est à sa tension nominale maximale. La résistance à l'état passant (R_d(ON)) est un paramètre clé affectant la chute de tension et la perte de puissance. L'EL840A a une R_d(ON)typique de 20Ω (max 30Ω), tandis que l'EL860A a une valeur typique de 40Ω (max 70Ω) lorsqu'il est commandé par un courant d'entrée de 10mA à charge maximale.
• Caractéristiques de transfert :Cela définit la relation entre l'entrée et la sortie. Le courant d'amorçage de la LED (I_F(on)) requis pour activer complètement les MOSFETs de sortie est d'un maximum de 5mA pour les deux modèles (typique 3mA). Le courant d'extinction de la LED (I_F(off)) est d'un minimum de 0.4mA, en dessous duquel la sortie est garantie éteinte. Cela définit l'hystérésis du courant d'entrée.
• Vitesse de commutation :Le temps d'amorçage (T_on) est le délai entre l'application du courant d'entrée et le moment où la sortie atteint 90% de sa valeur à l'état passant. Pour l'EL840A, il est typiquement de 0.4ms (max 3ms), et pour l'EL860A, typiquement de 1.4ms (max 3ms). Le temps d'extinction (T_off) est typiquement de 0.05ms (max 0.5ms) pour les deux modèles. Ces temps sont relativement rapides pour un SSR, adaptés à de nombreuses applications de commutation de signaux.
• Paramètres d'isolement :La résistance d'isolement (R_I-O) est d'un minimum de 5 x 10¹⁰Ω à 500V DC. La capacité d'isolement (C_I-O) est d'un maximum de 1.5 pF, ce qui est important pour les considérations de couplage de bruit haute fréquence.

3. Analyse des courbes de performance

Bien que des données graphiques spécifiques soient référencées dans la fiche technique (Courbes des caractéristiques électro-optiques typiques, diagrammes des temps d'amorçage/extinction), les données textuelles permettent d'analyser les tendances clés. La relation entre le courant direct et la tension directe pour la LED d'entrée suivra une courbe exponentielle de diode standard. La résistance à l'état passant est spécifiée dans une condition donnée ; elle aura un coefficient de température positif, ce qui signifie qu'elle augmentera avec la température de jonction des MOSFETs de sortie. Les temps de commutation dépendent de la charge ; les temps spécifiés sont pour une charge résistive (R_L= 200Ω). Les charges capacitives ou inductives affecteront ces temps, nécessitant potentiellement des réseaux d'étouffement (snubber) pour la protection et la stabilité temporelle.

4. Informations mécaniques et de boîtier

4.1 Configuration des broches et schéma

Le dispositif utilise un brochage DIP 8 broches standard. Les broches 1 et 3 sont les anodes pour les deux LED d'entrée indépendantes. Les broches 2 et 4 sont les cathodes correspondantes. Le côté sortie est constitué de deux interrupteurs MOSFET indépendants. Pour chaque canal, les bornes drain et source sont connectées aux broches 5, 6, 7 et 8 selon le schéma interne, permettant une connexion flexible en tant qu'interrupteur unipolaire unidirectionnel (SPST).

4.2 Dimensions du boîtier et options

Le produit est proposé en deux styles de boîtier principaux : unType DIP standardavec broches traversantes, et unType option S1qui est un format de broches pour montage en surface (profil bas). Des dessins dimensionnels détaillés sont fournis pour les deux, incluant la longueur, largeur, hauteur du corps, le pas des broches (2.54mm standard pour DIP) et les dimensions des broches. Pour l'option CMS, un motif de pastilles recommandé est également fourni pour assurer une soudure fiable et une résistance mécanique.

4.3 Polarité et marquage du composant

Le composant est marqué sur la face supérieure. Le marquage suit le format : "EL" (identifiant du fabricant), suivi du numéro de pièce (ex. : 860A), un code d'année à un chiffre (Y), un code de semaine à deux chiffres (WW), et un "V" optionnel désignant les versions homologuées VDE. L'identification correcte de la broche 1, généralement marquée par un point ou une encoche sur le corps du boîtier, est essentielle pour une orientation correcte.

5. Recommandations de soudure et d'assemblage

5.1 Profil de soudure par refusion

Pour les assemblages en surface, un profil de température de refusion spécifique doit être suivi pour éviter les dommages. Le profil est conforme à la norme IPC/JEDEC J-STD-020D. Les paramètres clés incluent : une phase de préchauffage de 150°C à 200°C sur 60-120 secondes, une vitesse de montée maximale de 3°C/seconde, un temps au-dessus du liquidus (217°C) de 60-100 secondes, et une température de pointe du corps du boîtier de 260°C pendant un maximum de 30 secondes. Ces conditions assurent une formation correcte des joints de soudure sans exposer les jonctions semi-conductrices internes à un stress thermique excessif.

5.2 Précautions d'utilisation

Plusieurs considérations de conception importantes sont mises en avant. Les caractéristiques absolues maximales de tension, courant et puissance ne doivent jamais être dépassées. Les MOSFETs de sortie ne sont pas intrinsèquement protégés contre les transitoires de tension ou les contre-tensions inductives ; des composants de protection externes comme des circuits d'étouffement (snubbers) ou des diodes TVS peuvent être nécessaires dans des environnements électriques sévères. La faible masse thermique du boîtier signifie qu'une attention particulière doit être portée à la dissipation de puissance et à une surface de cuivre de circuit imprimé adéquate pour le dissipateur thermique, surtout lors d'un fonctionnement près des courants de charge maximaux ou à des températures ambiantes élevées.

6. Conditionnement et informations de commande

6.1 Système de numérotation des modèles

Le numéro de pièce suit la structure : EL8XXA(Y)(Z)-V.

• XX :Désigne le numéro de pièce, soit 40 (EL840A) soit 60 (EL860A), définissant la tension/courant nominal.
• Y :Option de forme de broches. "S1" désigne la forme de broches pour montage en surface. L'omission indique le DIP traversant standard.
• Z :Option de bande et bobine pour assemblage automatisé (TA, TB, TU, TD). L'omission indique un conditionnement en tube.
• V :Suffixe indiquant l'option homologuée VDE.

6.2 Spécifications d'emballage

La version DIP standard est fournie en tubes contenant 45 unités. Les options pour montage en surface (S1 avec bande TA ou TB) sont fournies sur des bobines de 1000 unités chacune. Les dimensions détaillées de la bande sont fournies, incluant la taille des alvéoles (A, B), la profondeur des alvéoles (D0, D1), le pas des trous d'entraînement (P0) et la largeur de la bobine (W), qui sont critiques pour la compatibilité avec les équipements de placement automatique.

7. Notes d'application et considérations de conception

7.1 Circuits d'application typiques

Le SSR peut être utilisé dans deux configurations principales : comme deux interrupteurs unipolaires unidirectionnels (SPST) indépendants ou, en connectant les sorties de manière appropriée, comme un commutateur unique de type Forme A ou autre configuration. La LED d'entrée est généralement pilotée par une porte logique numérique ou un transistor, avec une résistance de limitation de courant calculée en fonction de la tension d'alimentation et du courant LED souhaité (ex. : 10-20 mA pour une activation complète de la sortie). La sortie peut commuter des charges CC ou CA dans ses limites de tension et de courant. Pour les charges CA, les diodes de corps des MOSFET conduiront pendant les demi-cycles, donc le dispositif est essentiellement un interrupteur bidirectionnel.

7.2 Considérations de conception

• Gestion thermique :Calculez la dissipation de puissance comme P_diss= I_L²* R_d(ON). Assurez-vous que la dissipation totale du dispositif (P_T= 850mW max) n'est pas dépassée. Utilisez une surface de cuivre de circuit imprimé suffisante comme dissipateur thermique.
• Compatibilité de la charge :Le SSR est idéal pour les charges résistives. Pour les charges capacitives, le courant d'appel peut dépasser I_LPeak. Pour les charges inductives, utilisez un réseau d'étouffement (RC en parallèle de la charge ou un suppresseur de tension transitoire) pour limiter les pointes de tension générées lors de la coupure.
• Commande d'entrée :Assurez-vous que le courant d'entrée dépasse I_F(on)pour un amorçage fiable et tombe en dessous de I_F(off)pour une extinction fiable. Évitez les fronts de signal d'entrée lents près des courants de seuil.
• Intégrité de l'isolement :Maintenez des distances de fuite et de clairance appropriées sur le circuit imprimé entre les circuits d'entrée et de sortie pour préserver la haute tension d'isolement nominale.

8. Comparaison technique et guide de sélection

Le principal facteur de différenciation au sein de cette série est le compromis entre la capacité en tension et en courant. LeEL840Aest optimisé pour les applications nécessitant un courant continu plus élevé (jusqu'à 120mA) mais à une tension plus faible (400V). Il présente une résistance à l'état passant plus faible, conduisant à une chute de tension et une perte de puissance moindres. LeEL860Aest conçu pour les applications nécessitant une tension de blocage plus élevée (600V) mais avec un courant continu plus faible (50mA). Sa résistance à l'état passant est plus élevée. La sélection doit être basée sur la tension de crête et le courant en régime permanent de la charge. Pour les charges avec un courant d'appel significatif (comme les lampes ou les condensateurs), la capacité de courant pulsé plus élevée de l'EL840A (300mA contre 150mA) peut également être un facteur déterminant.

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

9.1 Ce SSR peut-il commuter des charges CA ?

Oui. La structure MOSFET de sortie, avec sa diode de corps inhérente, permet un flux de courant bidirectionnel. Par conséquent, il peut commuter des tensions CA dans sa limite de tension de claquage (V_L). Le courant nominal s'applique à la fois au CC et à la valeur de crête de la CA.

9.2 Quel est le rôle du réseau de diodes photovoltaïques dans le détecteur de sortie ?

Le réseau photovoltaïque génère une tension lorsqu'il est éclairé par la LED infrarouge du côté entrée. Cette tension est utilisée pour piloter les grilles des MOSFETs de sortie, les mettant en conduction. Cette méthode fournit l'isolement galvanique complet, car aucune connexion électrique n'est nécessaire pour polariser les grilles des MOSFETs.

9.3 Comment interfacer l'entrée avec un microcontrôleur 5V ?

Utilisez une simple résistance en série. Par exemple, avec une broche GPIO de microcontrôleur à 5V, une V_Fde LED d'environ 1.2V, et un I_Fsouhaité de 10mA, la valeur de la résistance R = (5V - 1.2V) / 0.01A = 380Ω. Une résistance standard de 390Ω conviendrait. Assurez-vous que le microcontrôleur peut fournir le courant requis.

9.4 Pourquoi le temps d'amorçage du EL860A est-il plus long que celui du EL840A ?

Le temps d'amorçage typique plus long (1.4ms contre 0.4ms) est probablement lié à la conception interne des MOSFETs haute tension dans l'EL860A, qui peuvent avoir une capacité de grille différente ou aux caractéristiques du circuit pilote photovoltaïque optimisé pour le procédé 600V.

10. Principe de fonctionnement

Le dispositif fonctionne sur le principe de l'isolement optique et du pilotage photovoltaïque. Lorsqu'un courant direct est appliqué à la LED infrarouge AlGaAs d'entrée, elle émet de la lumière. Cette lumière traverse un espace d'isolement et frappe un réseau de diodes photovoltaïques côté sortie. Le réseau convertit l'énergie lumineuse en énergie électrique, générant une tension suffisante pour polariser les grilles des MOSFETs à canal N en conduction. Cela crée un chemin à faible résistance entre les bornes drain et source, fermant le "contact" du relais. Lorsque le courant d'entrée est supprimé, l'émission de lumière s'arrête, la tension photovoltaïque décroît et les grilles des MOSFETs se déchargent, éteignant les dispositifs et ouvrant le circuit. L'ensemble du processus n'implique aucun contact physique ou couplage magnétique, garantissant une longue durée de vie et une haute immunité au bruit.

11. Étude de cas pratique de conception

Scénario :Isoler un signal de capteur 24V CC, 80mA de l'entrée analogique d'un système d'acquisition de données.

Mise en œuvre :Un EL840A est sélectionné pour son courant nominal de 120mA (fournissant une marge) et sa tension nominale de 400V (dépassant largement 24V). La sortie du capteur pilote l'entrée du SSR via une résistance de 330Ω depuis une ligne 5V, fournissant environ 11mA à la LED, bien au-dessus du maximum I_F(on)de 5mA. La sortie du SSR est connectée entre le signal du capteur 24V et l'entrée d'acquisition de données. Une résistance de tirage au bas de 10kΩ est placée sur l'entrée d'acquisition pour définir l'état bas logique lorsque le SSR est éteint. Le faible courant de fuite (1µA max) garantit une tension d'erreur minimale aux bornes de la résistance de tirage lorsque le SSR est éteint. La vitesse de commutation rapide (0.4ms typique) permet un échantillonnage rapide si nécessaire. L'isolement de 5000 Vrms protège le circuit d'acquisition sensible des boucles de masse ou des transitoires dans l'environnement du capteur.

12. Tendances technologiques et contexte

Les relais statiques représentent une technologie mature mais en évolution continue. La tendance principale est vers une intégration plus élevée, des boîtiers plus petits et des métriques de performance améliorées. Bien que ce dispositif utilise un pilote MOSFET photovoltaïque, d'autres technologies existent, comme celles utilisant des pilotes phototriacs pour la commutation CA ou des conceptions plus avancées basées sur CI avec des fonctions de protection intégrées (surcharge, surtempérature). Le passage aux boîtiers pour montage en surface (comme l'option S1) s'aligne sur la tendance générale de l'industrie vers l'assemblage automatisé et la réduction de l'espace sur carte. La haute tension d'isolement et les multiples homologations de sécurité internationales (UL, VDE, etc.) reflètent l'importance croissante de la sécurité et de la fiabilité des systèmes sur les marchés mondiaux, en particulier dans les équipements industriels et médicaux. Les développements futurs pourraient se concentrer sur la réduction supplémentaire de la résistance à l'état passant, l'augmentation des vitesses de commutation pour les applications haute fréquence, et l'intégration de fonctions de commande et de surveillance plus intelligentes dans le même boîtier isolé.