Fiche technique - Photocoupleur logique haute vitesse 10 Mbit/s ELM453H-G en boîtier SOP 5 broches - Tension d'isolement 3750 Vrms

1. Vue d'ensemble du produit

La série ELM453H-G représente une famille de photocoupleurs (opto-isolateurs) logiques haute vitesse conçus pour des applications d'isolation numérique exigeantes. Ces dispositifs sont conçus pour assurer une transmission de signal fiable tout en maintenant un fort isolement électrique entre les circuits d'entrée et de sortie. La fonction principale est de transférer des signaux logiques numériques à travers une barrière d'isolement en utilisant une DEL infrarouge couplée optiquement à un photodétecteur haute vitesse et à un amplificateur à transistor.

Le marché principal de ce composant comprend l'automatisation industrielle, les systèmes d'entraînement de moteurs, les réseaux de communication fieldbus et le contrôle d'alimentation électrique, où l'immunité au bruit et l'isolement de sécurité sont critiques. Ses principaux avantages découlent de ses performances de vitesse améliorées par rapport aux photocoupleurs à phototransistor conventionnels, obtenues grâce à une connexion de polarisation de photodiode séparée qui réduit la capacitance base-collecteur.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

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

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir. Les limites clés incluent :

• Courant direct d'entrée (I_F)F) : 25 mA maximum. Le dépassement peut dégrader ou détruire la DEL d'entrée.
• Tension d'isolement (V_ISO)ISO) : 3750 V_rms pendant 1 minute. Il s'agit d'une spécification de sécurité critique certifiant la rigidité diélectrique de la barrière d'isolement interne, testée avec les broches 1 & 3 court-circuitées d'un côté et les broches 4, 5 & 6 court-circuitées de l'autre.
• Température de fonctionnement (T_OPR)A) : -40 à +125 °C. Cette large plage garantit un fonctionnement fiable dans des environnements industriels sévères.
• Température de soudure (T_SOL)S) : 260 °C pendant 10 secondes, conforme aux profils de refusion sans plomb typiques.

2.2 Caractéristiques électriques

Les paramètres de performance garantis dans des conditions de test spécifiées.

2.2.1 Caractéristiques d'entrée

• Tension directe (V_F)F) : Typiquement 1,4V, avec un maximum de 1,8V à I_FF=16mA. Ceci est utilisé pour calculer la résistance de limitation de courant requise pour le circuit de commande de la DEL.
• Capacité d'entrée (C_IN)IN) : Typiquement 70 pF. Une capacité plus faible peut contribuer à de meilleures performances haute fréquence du côté entrée.

2.2.2 Caractéristiques de sortie et de transfert

• Tension de sortie à l'état bas (V_OL)OL) : Maximum 0,4V à I_FF=16mA, I_OOL=3mA, V_CCCC=4,5V. Ceci définit le niveau logique '0' de sortie sous charge.
• Taux de transfert de courant (CTR) : Minimum 20% dans les mêmes conditions de test. Le CTR est le rapport entre le courant du transistor de sortie et le courant de la DEL d'entrée. Une garantie minimale assure une capacité d'entraînement de sortie suffisante.
• Courant de sortie à l'état haut (I_OH)OH) : Très faible courant de fuite (max 5 µA à 25°C) lorsque la DEL est éteinte, assurant une sortie logique '1' propre.

2.3 Caractéristiques de commutation

Ces paramètres définissent la vitesse et l'immunité au bruit du dispositif, cruciales pour la transmission de données.

• Délai de propagation (T_PHLPLH, T_PLH)PHL) : Typiquement 0,35 µs (bas) et 0,45 µs (haut), avec un maximum de 1,0 µs. Ceci permet des taux de transmission de signal jusqu'à 1 Mbit/s, bien que le titre suggère une capacité de 10 Mbit/s pour la version logique.
• Immunité transitoire en mode commun (CM_HH, CM_L)L) : Minimum 10 kV/µs. C'est un paramètre vital indiquant la capacité du dispositif à rejeter les transitoires de tension rapides (bruit) qui apparaissent de manière égale des deux côtés de la barrière d'isolement. Un CMTI élevé empêche la commutation erronée de la sortie dans des environnements bruyants comme les entraînements de moteurs.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence à des courbes caractéristiques électro-optiques typiques. Bien qu'elles ne soient pas affichées dans le texte fourni, ces courbes illustrent généralement des relations critiques pour la conception :

• Taux de transfert de courant (CTR) en fonction du courant direct (I_F)F) : Montre comment l'efficacité varie avec le courant de commande, aidant à optimiser le point de fonctionnement.
• CTR en fonction de la température ambiante (T_A)A) : Démontre la dégradation du CTR avec l'augmentation de la température, essentielle pour le fonctionnement à haute température.
• Délai de propagation en fonction de la résistance de charge (R_L)L) : Montre le compromis entre la vitesse de commutation et la capacité d'entraînement de sortie.
• Tension directe en fonction de la température : Important pour la gestion thermique du circuit d'entrée.

Les concepteurs doivent consulter les graphiques complets de la fiche technique pour comprendre ces relations non linéaires afin de concevoir des circuits robustes.

4. Informations mécaniques et sur le boîtier

4.1 Dimensions du boîtier

Le dispositif est logé dans un boîtier Small Outline Package (SOP) standard à 5 broches. Le dessin mécanique détaillé fournit les dimensions exactes de la longueur, largeur, hauteur, pas des broches et dégagement. Ces informations sont critiques pour la conception de l'empreinte PCB et pour assurer un espacement correct.

4.2 Configuration recommandée des pastilles

Une configuration de pastilles pour montage en surface est suggérée. La fiche technique note correctement qu'il s'agit d'une conception de référence et doit être modifiée en fonction des processus de fabrication individuels (par exemple, type de pâte à souder, profil de refusion). Le respect des normes IPC est recommandé pour la conception finale des pastilles.

4.3 Identification de la polarité et marquage du composant

Configuration des broches :

1. Anode (DEL d'entrée +)
2. Non connecté / Interne
3. Cathode (DEL d'entrée -)
4. Masse (Masse de sortie)
5. V_OUTVOUT (Signal de sortie)
6. V_CCVCC (Tension d'alimentation de sortie)

Marquage du composant :Le dessus du boîtier est marqué avec "EL" (code fabricant), "M453H" (numéro du dispositif), un code année à 1 chiffre (Y), un code semaine à 2 chiffres (WW), et un "V" optionnel pour les versions approuvées VDE. Ceci permet la traçabilité.

5. Recommandations de soudure et d'assemblage

Soudure par refusion :Le composant est spécifié pour une température de soudure maximale de 260°C pendant 10 secondes. Ceci correspond aux profils de refusion sans plomb standard (IPC/JEDEC J-STD-020). La température de pic et le temps au-dessus du liquidus doivent être contrôlés pour éviter d'endommager le boîtier.

Conditions de stockage :La plage de température de stockage est de -55 à +125 °C. Les informations sur le niveau de sensibilité à l'humidité (MSL), critiques pour les dispositifs à montage en surface, doivent être vérifiées dans la fiche technique complète ou sur l'emballage. Les précautions standard pour le pré-séchage des composants ayant absorbé de l'humidité avant refusion doivent être suivies le cas échéant.

6. Informations sur l'emballage et la commande

6.1 Numéro de commande

Le numéro de pièce suit la structure :ELM453H(Z)-VG

• Z : Option bande et bobine. 'Aucun' pour tube (100 unités), 'TA' ou 'TB' pour différentes orientations de bobine (3000 unités/bobine).
• V : Désigne que la certification VDE est incluse.
• G : Indique une composition de matériau sans halogène.

6.2 Spécifications de la bande et de la bobine

Les dimensions détaillées de la bande porteuse (largeur, taille de poche, pas) et les spécifications de la bobine sont fournies pour l'assemblage automatisé pick-and-place. Les options TA et TB diffèrent par l'orientation du composant dans la bande, affectant la direction d'alimentation depuis la bobine.

7. Suggestions d'application

7.1 Circuits d'application typiques

Récepteur de ligne / Isolation de signal numérique :Le dispositif est idéal pour isoler les lignes de données série RS-485, CAN ou autres dans les réseaux industriels. Le CMTI élevé protège contre les différences de potentiel de masse et le bruit.

Isolation de commande de grille dans les entraînements de moteurs :Utilisé pour isoler le signal de contrôle basse tension du circuit de commande de grille haute tension et bruyant pour IGBT ou MOSFET. La haute tension d'isolement (3750 Vrms) et la vitesse sont clés ici.

Isolation de masse logique :Séparer les masses numériques entre sous-systèmes (par exemple, entre une interface de capteur analogique sensible et un microcontrôleur bruyant) pour éviter les boucles de masse et le couplage de bruit.

7.2 Considérations de conception

• Limitation du courant d'entrée :Une résistance externe doit être utilisée pour définir le courant direct de la DEL (I_FF), typiquement autour de 16mA pour les paramètres garantis. La valeur de la résistance est R_LIMITE = (V_COMMANDE - V_FF) / I_F.
• F.Résistance de rappel (pull-up) de sortie :_LUne résistance de rappel (R_CCL) est requise sur la sortie (broche 5 vers V_LCC). Sa valeur affecte la vitesse de commutation (R
• L plus basse = plus rapide, mais courant plus élevé) et le niveau logique haut. La condition de test utilise 1,9 kΩ.Découplage de l'alimentation :_CCPlacez un condensateur céramique de 0,1 µF près des broches 4 (Masse) et 6 (V
• CC) pour assurer un fonctionnement stable et minimiser le bruit de commutation.Ligne de fuite et distance d'isolement :

Sur le PCB, maintenez des distances de ligne de fuite et d'isolement adéquates entre les circuits d'entrée et de sortie (y compris les pistes et composants) pour préserver la haute tension d'isolement. Suivez les normes de sécurité pertinentes (par exemple, IEC 61010-1).

8. Comparaison et différenciation techniqueLa principale différenciation de l'ELM453H-G par rapport aux photocoupleurs à phototransistor standard est savitesse

. En fournissant une connexion de base séparée (via la photodiode intégrée) pour polariser le transistor de sortie, il réduit considérablement l'effet de capacitance Miller qui ralentit les phototransistors conventionnels. Cela le rend adapté à la transmission de données numériques dans la plage de 1 Mbit/s à 10 Mbit/s, tandis que les dispositifs standard sont souvent limités à moins de 100 kbit/s.

De plus, son ensemble complet de certifications de sécurité internationales (UL, cUL, VDE, SEMKO, etc.) et sa conformité aux réglementations sans halogène, RoHS et REACH en font un choix privilégié pour les marchés mondiaux aux exigences environnementales et de sécurité strictes.

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

Q : Quel est le débit de données maximum que ce photocoupleur peut supporter ?_LR : Sur la base du délai de propagation maximum de 1,0 µs, le dispositif peut supporter de manière fiable des débits d'au moins 1 Mbit/s. La référence à 10 Mbit/s dans le titre suggère des performances optimisées ou une version spécifique ; le débit maximum réel dépend de la conception du circuit (R_FL, I

F) et doit être vérifié par des mesures à l'oscilloscope pour les applications critiques.

Q : Comment m'assurer que la haute tension d'isolement est maintenue dans ma conception ?

R : La construction interne du dispositif fournit l'isolement. Pour le maintenir sur le PCB, vous devez assurer une distance physique suffisante (ligne de fuite/isolement) entre tous les éléments conducteurs (pistes, pastilles, composants) associés au côté entrée (broches 1,2,3) et au côté sortie (broches 4,5,6). Suivez les directives de conception PCB pour l'isolation renforcée basée sur la tension de service.

Q : Puis-je l'utiliser pour isoler des signaux analogiques ?

R : Bien que listé pour l'isolation de masse de signaux analogiques, il s'agit fondamentalement d'un dispositif numérique (logique) avec un CTR non linéaire. Il n'est pas idéal pour l'isolation linéaire de signaux analogiques. Pour cela, un photocoupleur linéaire dédié ou un amplificateur d'isolement serait plus approprié.

10. Cas d'utilisation pratique

Scénario : Communication SPI isolée dans une unité de contrôle de moteur.

Un microcontrôleur sur une carte de contrôle 3,3V doit envoyer des données de configuration via SPI à un ADC situé près d'une phase de moteur haute puissance. Les potentiels de masse sont bruyants et différents. Un ELM453H-G peut être utilisé pour isoler les lignes d'horloge SPI (SCK) et de sélection de puce (CS). Le GPIO du microcontrôleur commande la DEL via une résistance de limitation de courant. La broche de sortie (5) est tirée vers le haut à l'alimentation 5V de l'ADC via une résistance de 2,2kΩ, fournissant un signal logique propre et isolé. Le CMTI élevé assure que les signaux SPI ne sont pas corrompus par le bruit de commutation du moteur.

11. Principe de fonctionnement

Le dispositif fonctionne sur le principe du couplage optique. Un courant électrique appliqué à la diode électroluminescente infrarouge (DEL IR) d'entrée la fait émettre de la lumière. Cette lumière traverse une barrière d'isolement transparente (typiquement en silicone ou polymère moulé) et frappe une photodiode dans la puce détectrice intégrée. Le courant de la photodiode est amplifié et traité par un étage transistor pour produire un signal de sortie numérique correspondant (coulant vers la masse lorsqu'il est actif). L'isolement électrique complet est réalisé car le signal est transféré par la lumière, sans chemin de conduction électrique à travers la barrière.

12. Tendances de l'industrie