Fiche technique de la série EL050L - Photocoupleur haute vitesse - Boîtier SOP 8 broches - Alimentation double 3,3V/5V - Isolation renforcée - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

La série EL050L représente un photocoupleur (isolateur optique) à transistor haute performance et haute vitesse, conçu pour les applications nécessitant une isolation électrique robuste et une transmission rapide de signaux numériques. La fonction principale de ce dispositif est de transférer des signaux électriques entre deux circuits isolés en utilisant la lumière, empêchant ainsi les boucles de masse, bloquant les hautes tensions et réduisant la transmission du bruit.

Au cœur du dispositif se trouve une diode électroluminescente infrarouge (LED) couplée optiquement à un photodétecteur intégré haute vitesse avec une sortie de porte logique. Cette configuration lui permet de fonctionner comme un isolateur numérique. Il est logé dans un boîtier SOP (Small Outline Package) compact à 8 broches, le rendant adapté aux processus d'assemblage modernes par technologie de montage en surface (SMT).

1.1 Avantages clés et marché cible

L'EL050L est conçu avec plusieurs avantages clés qui définissent sa position sur le marché :

• Fonctionnement haute vitesse :Capable de débits de données allant jusqu'à 1 Mégabit par seconde (1 Mbit/s), il est adapté aux interfaces de communication numérique et aux signaux de contrôle de commutation rapide.
• Isolation robuste :Il offre une tension d'isolation élevée de 3750 V_effentre ses côtés d'entrée et de sortie, garantissant la sécurité et la fiabilité dans les environnements à haute tension.
• Excellente immunité au bruit :Il présente une haute immunité transitoire en mode commun (CMTI) de 15 kV/μs minimum, lui permettant de rejeter les transitoires de tension rapides apparaissant à travers la barrière d'isolation, ce qui est crucial dans l'électronique de puissance bruyante comme les entraînements de moteurs.
• Tension d'alimentation double :Le côté sortie est compatible avec les systèmes logiques 3,3V et 5V, offrant une flexibilité de conception.
• Conformité environnementale :Le dispositif est sans halogène, sans plomb et conforme aux normes RoHS, REACH et diverses normes de sécurité internationales (UL, cUL, VDE, etc.).

Les marchés cibles principaux incluent l'automatisation industrielle, les circuits de rétroaction d'alimentation, les systèmes d'entraînement de moteurs, l'isolation d'interface de communication, et toute application où les différences de potentiel de masse ou le bruit haute tension sont une préoccupation.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Cette section fournit une interprétation détaillée et objective des principaux paramètres électriques et optiques spécifiés dans la fiche technique.

2.1 Caractéristiques absolues maximales

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Elles ne sont pas destinées au fonctionnement normal.

• Courant direct d'entrée (I_F) :25 mA en continu. Cela limite le courant continu maximal traversant la LED d'entrée.
• Courant direct de crête (I_FP) :50 mA pour des impulsions avec un cycle de service de 50% et une largeur d'impulsion de 1 ms. Cela permet des courants d'attaque instantanés plus élevés pendant de brèves périodes.
• Tension inverse (V_R) :5 V. La LED d'entrée ne doit pas être soumise à une polarisation inverse dépassant cette valeur.
• Tension de sortie (V_O) & Tension d'alimentation (V_CC) :-0,5V à +7V. La broche de sortie et la broche d'alimentation doivent rester dans cette plage de tension par rapport à la masse de sortie (GND).
• Tension d'isolation (V_ISO) :3750 V_effpendant 1 minute. C'est la tension de test hi-pot appliquée entre les broches d'entrée court-circuitées (1-4) et les broches de sortie court-circuitées (5-8) pour vérifier l'intégrité de la barrière d'isolation.
• Température de fonctionnement (T_OPR) :-40°C à +85°C. Le dispositif est garanti pour respecter ses spécifications électriques dans cette plage de température ambiante.

2.2 Caractéristiques électriques et de transfert

Ces paramètres sont garantis sur la plage de température de fonctionnement de 0°C à 70°C sauf indication contraire.

Caractéristiques d'entrée :

• Tension directe (V_F) :Typiquement 1,45V, avec un maximum de 1,8V à un courant direct (I_F) de 16 mA. C'est la chute de tension aux bornes de la LED lorsqu'elle conduit.
• Coefficient de température de V_F: : Environ -1,9 mV/°C. La tension directe de la LED diminue lorsque la température augmente, ce qui est une caractéristique typique des diodes semi-conductrices.

Caractéristiques de sortie :

• Courant de sortie à l'état haut logique (I_OH) :Très faible courant de fuite (max 0,5 µA) lorsque l'entrée est désactivée (I_F=0). Cela indique un bon état "désactivé".
• Courants d'alimentation : I_CCL(état bas logique, entrée activée) est typiquement de 100 µA, tandis que I_CCH(état haut logique, entrée désactivée) est beaucoup plus faible, typiquement 0,01 µA. Ces valeurs déterminent la consommation de puissance à l'état de repos de l'étage de sortie.

Caractéristiques de transfert :

• Taux de transfert de courant (CTR) :Pour l'EL050L, le CTR est spécifié entre 7% et 50% dans des conditions de test standard (I_F=16mA, V_O=0,4V, V_CC=3,3V, T_A=25°C). Le CTR est le rapport du courant de collecteur du transistor de sortie au courant direct de la LED d'entrée. Un CTR minimum de 5% est garanti dans des conditions légèrement différentes (V_O=0,5V). Ce paramètre est crucial pour garantir que la sortie peut absorber suffisamment de courant pour tirer la tension de sortie à un niveau bas.
• Tension de sortie à l'état bas logique (V_OL) :Typiquement 0,12V, avec un maximum de 0,4V lorsque I_F=16mA et que la sortie absorbe 3 mA. Cette faible tension de saturation est essentielle pour un signal logique bas propre.

2.3 Caractéristiques de commutation

Ces paramètres définissent les performances dynamiques du photocoupleur, critiques pour les applications haute vitesse. Les tests sont effectués à I_F=16mA et V_CC=3,3V.

• Temps de propagation :
  • T_PHL(vers l'état bas logique) :Maximum 2,0 µs avec une résistance de charge de 4,1 kΩ (R_L). Une commutation plus rapide (max 0,9 µs) est obtenue avec une charge plus petite de 1,9 kΩ. C'est le délai entre l'allumage de la LED d'entrée et la chute de la tension de sortie à un niveau bas logique.
  • T_PLH(vers l'état haut logique) :De même, maximum 2,0 µs (4,1 kΩ) et 0,9 µs (1,9 kΩ). C'est le délai entre l'extinction de la LED d'entrée et la montée de la tension de sortie à un niveau haut logique.
• Immunité transitoire en mode commun (CMTI) :Une métrique clé de robustesse. Le dispositif est testé pour résister à un minimum de 1000 V/µs (typique) de vitesse de variation de tension en mode commun (dV_CM/dt) tout en maintenant le bon état logique de sortie, à la fois haut et bas. Le test utilise une impulsion en mode commun de 10 V crête à crête. Une CMTI élevée empêche le déclenchement erroné par des pointes de bruit à travers la barrière d'isolation.

3. Configuration des broches et description fonctionnelle

Le dispositif utilise un boîtier SOP à 8 broches. Le brochage est le suivant :

• Broches 1, 4 :Non connectées (NC). Ces broches ne sont pas connectées en interne et peuvent être laissées flottantes ou connectées à la masse pour le blindage dans la conception du PCB.
• Broche 2 :Anode de la LED infrarouge d'entrée.
• Broche 3 :Cathode de la LED infrarouge d'entrée.
• Broche 5 :Masse (GND) pour le circuit côté sortie.
• Broche 6 :Tension de sortie (V_OUT). C'est la sortie à collecteur ouvert du photodétecteur. Une résistance de rappel externe vers V_CCest requise.
• Broche 7 :Tension de validation ou de polarisation (V_B). D'après la description ("sortie validable"), cette broche fournit probablement un moyen d'activer ou de désactiver l'étage de sortie pour réduire le bruit ou permettre le multiplexage de plusieurs dispositifs. La fiche technique ne fournit pas d'informations d'application détaillées pour cette broche ; il est recommandé de consulter les notes d'application du fabricant.
• Broche 8 :Tension d'alimentation (V_CC) pour le côté sortie. Accepte 3,3V ou 5V.

4. Guide d'application et considérations de conception

4.1 Scénarios d'application typiques

• Isolation de commande de grille dans les entraînements de moteurs/onduleurs :Isoler les signaux PWM du microcontrôleur basse tension des circuits de commande de grille haute tension et bruyants pour les IGBT ou MOSFET. La haute CMTI est essentielle ici.
• Isolation de boucle de rétroaction dans les alimentations à découpage (SMPS) :Fournir une rétroaction de tension/courant isolée du côté secondaire (sortie) vers le contrôleur côté primaire, assurant la sécurité et la régulation.
• Isolation d'interface de communication :Isoler les lignes de données série (par ex., RS-485, CAN, UART) pour rompre les boucles de masse et protéger la logique sensible des transitoires.
• Traduction de niveau logique et séparation de masse :Interfaçage entre des systèmes avec des potentiels de masse ou des niveaux de tension logique différents (par ex., LVTTL 3,3V vers CMOS 5V).
• Remplacement des transformateurs d'impulsion ou des photocoupleurs à phototransistor plus lents :Offrir une solution plus petite, plus intégrée et potentiellement plus fiable avec une vitesse comparable ou meilleure.

4.2 Considérations de conception critiques

• Résistance de limitation de courant d'entrée :Une résistance en série doit toujours être utilisée avec la LED d'entrée pour limiter le courant direct (I_F) à une valeur sûre, typiquement entre 5 mA et 16 mA selon les conditions de test de la fiche technique. La valeur de la résistance est calculée comme R_limite= (V_commande- V_F) / I_F.
• Résistance de rappel de sortie :La sortie à collecteur ouvert sur la broche 6 nécessite une résistance de rappel externe vers V_CC. La valeur de cette résistance (R_L) est un compromis critique :
  • R_Lplus petite (par ex., 1,9 kΩ) :Fournit des temps de montée plus rapides (T_PLHplus faible) et un rappel plus fort, mais augmente la dissipation de puissance lorsque la sortie est basse (I_OL= V_CC/R_L). Assurez-vous que la capacité d'absorption de courant de la sortie n'est pas dépassée.
  • R_Lplus grande (par ex., 4,1 kΩ ou 10 kΩ) :Réduit la consommation d'énergie mais entraîne des temps de montée plus lents et peut être plus sensible aux captations de bruit.
• Découplage de l'alimentation :Placez un condensateur céramique de 0,1 µF près des broches 8 (V_CC) et 5 (GND) pour fournir une source de courant locale à faible impédance pour la commutation haute vitesse et filtrer le bruit.
• Conception de PCB pour une CMTI élevée :Pour maintenir la haute immunité transitoire en mode commun, minimisez la capacité parasite à travers la barrière d'isolation. Cela signifie garder les pistes d'entrée et de sortie physiquement séparées sur le PCB, éviter les tracés parallèles et suivre les distances de fuite et de sécurité recommandées spécifiées dans les normes de sécurité.
• Utilisation de la broche de validation (V_B) :Si la fonction validable n'est pas requise, cette broche doit être connectée selon la recommandation du fabricant, souvent à V_CCou laissée flottante. La fiche technique manque de directives explicites, donc une vérification est nécessaire.

5. Informations mécaniques, d'emballage et d'assemblage

5.1 Dimensions du boîtier et montage

Le dispositif est logé dans un boîtier SOP à 8 broches. La fiche technique inclut un dessin du boîtier avec les dimensions critiques (longueur, largeur, hauteur, pas des broches, etc.). Les concepteurs doivent respecter ces dimensions pour la création de l'empreinte PCB.

Un schéma de pastilles recommandé pour le montage en surface est généralement fourni pour assurer la formation fiable des joints de soudure pendant le soudage par refusion. Ce schéma tient compte du dégagement thermique et des congés de soudure appropriés.

5.2 Soudure et manipulation

• Soudage par refusion :Le dispositif peut supporter une température de soudage maximale (T_SOL) de 260°C pendant 10 secondes. Les profils de refusion standard sans plomb (IPC/JEDEC J-STD-020) sont généralement applicables.
• Sensibilité à l'humidité :Les boîtiers SOP sont généralement sensibles à l'humidité. Si le dispositif est fourni dans un emballage sec, il doit être séché selon les instructions du fabricant si la limite de temps d'exposition est dépassée avant le soudage.
• Conditions de stockage :La plage de température de stockage absolue maximale est de -40°C à +125°C. Stocker dans un environnement sec et antistatique.

6. Informations de commande et différenciation des modèles

Le numéro de pièce suit le format :EL050L(Z)-V

• EL050L :Numéro de pièce de base pour la série.
• (Z) :Option bande et bobine.
  • Aucun : Conditionné en tubes de 100 unités.
  • (TA) : Bande et bobine de type TA, 2000 unités par bobine.
  • (TB) : Bande et bobine de type TB, 2000 unités par bobine.
• -V :Suffixe optionnel indiquant que le dispositif est certifié selon les normes VDE. S'il est omis, le dispositif a des approbations standard (UL, cUL, etc.).

Exemples :

• EL050L :Pièce standard en tube.
• EL050L-V :Pièce certifiée VDE en tube.
• EL050L(TA)-V :Pièce certifiée VDE sur bande et bobine de type TA.

7. Comparaison technique et FAQ

7.1 Comparaison avec d'autres types d'isolateurs

• vs. Photocoupleurs à phototransistor traditionnels :L'EL050L est nettement plus rapide (1 Mbit/s vs. souvent <100 kbit/s) grâce à son étage de sortie à porte logique intégrée, qui pilote activement la sortie plutôt que de s'appuyer sur un phototransistor passif.
• vs. Isolateurs numériques (basés sur CMOS) :Les isolateurs numériques utilisent un couplage RF ou capacitif et peuvent atteindre des vitesses beaucoup plus élevées (par ex., 100 Mbit/s+) et une consommation d'énergie plus faible. Cependant, les photocoupleurs comme l'EL050L offrent généralement une tension d'isolation inhérente plus élevée et une fiabilité à long terme supérieure grâce à leur isolation optique galvanique, insensible aux champs magnétiques.
• vs. Transformateurs d'impulsion :L'EL050L fournit une translation de niveau DC statique, tandis que les transformateurs ne transmettent que des signaux AC. Il est également plus petit et ne nécessite pas de circuits de commande complexes pour la mise en forme du signal.

7.2 Questions fréquemment posées (basées sur les paramètres)

Q : Puis-je piloter la LED d'entrée directement depuis une broche de microcontrôleur 5V ?

R : Non. Vous devez utiliser une résistance de limitation de courant. Pour une broche MCU 5V, V_commande=5V. En supposant V_F≈1,5V et un I_Fsouhaité =10 mA, R_limite= (5V - 1,5V) / 0,01A = 350 Ω. Une résistance de 330 Ω ou 360 Ω serait appropriée.

Q : Quelle valeur de résistance de rappel (R_L) dois-je utiliser sur la sortie ?

R : Cela dépend de vos exigences de vitesse et de puissance. Pour une vitesse maximale, utilisez 1,9 kΩ (si V_CC=3,3V, I_OL≈1,7 mA). Pour une puissance plus faible et une vitesse modérée, 4,7 kΩ ou 10 kΩ est courant. Vérifiez que le seuil logique bas d'entrée de votre charge (V_IL) est sûrement au-dessus du V_OLdu photocoupleur à votre I_OL.

choisi.

Q : Le CTR a une large plage (7% à 50%). Comment cela affecte-t-il ma conception ?_FR : Vous devez concevoir pour le pire cas de CTR minimum (5% dans la condition spécifique de la fiche technique) pour garantir que la sortie peut toujours absorber suffisamment de courant pour atteindre une tension logique basse valide. Si votre marge de conception est insuffisante avec le CTR minimum, vous devrez peut-être augmenter le courant de la LED d'entrée (I

).

Q : La tension d'isolation de 3750 Vrms est-elle suffisante pour mon application industrielle ?

R : 3750 Vrms est une valeur standard pour l'isolation fonctionnelle dans de nombreux systèmes de contrôle industriel. Pour une isolation renforcée ou des applications avec des tensions secteur plus élevées (par ex., 480 VAC triphasé), vous devez vérifier les normes de sécurité spécifiques (IEC/UL 60747-5-5) pour vous assurer que les caractéristiques du dispositif répondent aux critères de tension de travail, de degré de pollution et de groupe de matériaux requis.

8. Principe de fonctionnement et tendances technologiques

8.1 Principe de fonctionnement

L'EL050L fonctionne sur le principe fondamental de la conversion opto-électronique. Lorsqu'un courant direct est appliqué à la LED infrarouge côté entrée (broches 2-3), elle émet des photons. Ces photons traversent une barrière d'isolation transparente (typiquement un composé de silicone ou plastique moulé) et frappent la zone photosensible du détecteur intégré côté sortie. Le circuit détecteur, qui comprend une photodiode et un étage d'amplification (probablement un amplificateur transimpédance et un comparateur/porte logique), reconvertit le signal lumineux en signal électrique. La fonction "validable" sur la broche 7 suggère une entrée de contrôle supplémentaire pour cet étage de sortie, permettant peut-être de valider la sortie pour réduire la puissance ou permettre le partage de bus. L'avantage clé est l'absence totale de connexion galvanique (électrique) entre les deux côtés, fournissant une isolation haute tension et une immunité au bruit.

8.2 Tendances de l'industrie