Fiche technique de la série de photocoupleurs à transistor haute vitesse 1 Mbit/s en boîtier DIP-8 (6N135, 6N136, EL4502, EL4503) - Isolation 5000 Vrms - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Les 6N135, 6N136, EL4502 et EL4503 constituent une famille de photocoupleurs (opto-isolateurs) à sortie transistor haute vitesse, conçus pour les applications nécessitant une isolation rapide de signaux numériques. Chaque dispositif intègre une diode électroluminescente infrarouge (DEL) couplée optiquement à un phototransistor haute vitesse. L'avantage principal de cette série réside dans son brochage dédié, qui sépare la polarisation de la photodiode et le collecteur du transistor de sortie. Ce choix architectural réduit significativement la capacité base-collecteur du transistor d'entrée, permettant des vitesses de commutation allant jusqu'à 1 Mégabit par seconde (1 Mbit/s), soit des ordres de grandeur plus rapides que les photocoupleurs classiques à phototransistor.

Ces dispositifs sont proposés dans un boîtier standard Double In-line Package (DIP) à 8 broches, avec des options pour un espacement large des broches et des configurations pour montage en surface. Ils sont caractérisés pour fonctionner sur une large plage de températures et sont conformes aux principales normes de sécurité internationales, ce qui les rend adaptés aux applications industrielles, de télécommunications et d'électronique de puissance.

2. Interprétation approfondie des paramètres techniques

2.1 Limites absolues de fonctionnement

Les limites absolues de fonctionnement définissent les seuils de contrainte au-delà desquels des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Il n'est pas recommandé de faire fonctionner le dispositif en continu à ou près de ces limites. Les principales limites incluent :

• Courant direct d'entrée (I_F) : 25 mA en continu. Le courant direct de crête (I_FP) est spécifié à 50 mA pour des impulsions avec un rapport cyclique de 50% et une largeur d'impulsion de 1 ms.
• Tension inverse (V_R) : 5 V maximum aux bornes de la DEL d'entrée.
• Tension de sortie (V_O) : Plage de -0,5 V à +20 V sur la broche de sortie.
• Tension d'alimentation (V_CC) : Plage de -0,5 V à +30 V pour l'alimentation du côté sortie.
• Tension d'isolation (V_ISO) : 5000 V_rms pendant 1 minute. Il s'agit d'un paramètre de sécurité critique, testé en court-circuitant les broches du côté entrée (1-4) ensemble et les broches du côté sortie (5-8) ensemble.
• Température de fonctionnement (T_OPR) : -55°C à +100°C. Cette large plage garantit des performances fiables dans des environnements sévères.
• Dissipation totale de puissance (P_TOT) : 200 mW, combinant les limites de puissance d'entrée et de sortie.

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. Ils définissent les performances du dispositif dans des conditions de fonctionnement normales.

• Tension directe (V_F) : Typiquement 1,45 V à I_F = 16 mA. Ceci est important pour concevoir le circuit de limitation de courant côté entrée.
• Taux de transfert de courant (CTR) : C'est le rapport entre le courant de collecteur du transistor de sortie et le courant direct de la DEL d'entrée, exprimé en pourcentage. Le 6N135 a un CTR minimum de 7% (scénario typique), tandis que le 6N136, l'EL4502 et l'EL4503 ont un minimum de 19%. Ce paramètre affecte directement le courant de commande requis pour un courant de sortie donné.
• Tension de sortie à l'état bas logique (V_OL) : La tension sur la broche de sortie lorsque le dispositif est à l'état "ON". Pour le 6N135, elle est garantie inférieure à 0,4 V (max) à I_F = 16 mA et I_O = 1,1 mA. Pour le 6N136/EL450x, elle est inférieure à 0,4 V à I_O = 3 mA. Un V_OL bas est crucial pour des signaux logiques bas propres.
• Courants d'alimentation (I_CCL, I_CCH) : I_CCL est le courant tiré de V_CC lorsque la sortie est basse (DEL allumée), typiquement 140 µA. I_CCH est le courant lorsque la sortie est haute (DEL éteinte), typiquement 0,01 µA, indiquant une consommation de puissance très faible à l'état inactif.

3. Caractéristiques de commutation

Ces paramètres quantifient la vitesse du dispositif, qui est son principal atout différentiel. Les tests sont effectués à I_F = 16 mA et V_CC = 5 V.

• Délai de propagation (t_PHL, t_PLH) : C'est le délai entre le front du signal d'entrée et la réponse de sortie correspondante.
  • 6N135 : t_PHL (vers Bas) est typiquement de 0,35 µs (max 2,0 µs) ; t_PLH (vers Haut) est typiquement de 0,5 µs (max 2,0 µs) avec R_L = 4,1 kΩ.
  • 6N136/EL450x : t_PHL est typiquement de 0,35 µs (max 1,0 µs) ; t_PLH est typiquement de 0,3 µs (max 1,0 µs) avec R_L = 1,9 kΩ.
  Ces délais de propagation rapides permettent une transmission de données fiable à 1 Mbit/s.
• Immunité aux transitoires en mode commun (CM_H, CM_L) : Ce paramètre mesure la capacité du dispositif à rejeter les transitoires de tension rapides (bruit) qui apparaissent de manière égale des deux côtés de la barrière d'isolation. Il est spécifié en Volts par microseconde (V/µs).
  • 6N135/6N136/EL4502 : Minimum 1000 V/µs pour les états haut et bas.
  • EL4503 : Significativement plus élevée, avec une valeur typique de 20 000 V/µs et un minimum de 15 000 V/µs, ce qui la rend idéale pour les environnements très bruyants comme les entraînements de moteurs.

4. Informations mécaniques et de boîtier

4.1 Configuration des broches

Les dispositifs utilisent un boîtier DIP à 8 broches. Le brochage diffère légèrement entre le 6N135/6N136 et l'EL4502/EL4503, principalement dans la fonction de la broche 7.

Pour 6N135 / 6N136 :

1. Non connecté (NC)
2. Anode (Anode de la DEL d'entrée)
3. Cathode (Cathode de la DEL d'entrée)
4. Non connecté (NC)
5. Masse (Masse côté sortie, GND)
6. Tension de sortie (V_OUT)
7. Tension de polarisation (V_B) - Cette broche fournit une connexion séparée pour polariser la photodiode interne, ce qui est essentiel pour atteindre la haute vitesse.
8. Tension d'alimentation (V_CC)

Pour EL4502 / EL4503 :

1. Non connecté (NC)
2. Anode (Anode de la DEL d'entrée)
3. Cathode (Cathode de la DEL d'entrée)
4. Non connecté (NC)
5. Masse (Masse côté sortie, GND)
6. Tension de sortie (V_OUT)
7. Non connecté (NC) - Note : La broche 7 n'est pas connectée dans ces variantes.
8. Tension d'alimentation (V_CC)

5. Suggestions d'application

5.1 Scénarios d'application typiques

• Récepteurs de ligne et équipements de télécommunications : Isolation des lignes de données numériques (ex. : RS-232, RS-485) pour éviter les boucles de masse et protéger les circuits sensibles des surtensions.
• Isolation de transistor de puissance dans les entraînements de moteurs et les alimentations à découpage (SMPS) : Fourniture de signaux de commande de grille aux MOSFET/IGBT de puissance côté haut tout en maintenant l'isolation galvanique. L'immunité élevée aux transitoires en mode commun (surtout de l'EL4503) est critique ici.
• Isolation de masse logique haute vitesse : Rupture des boucles de masse entre des sous-systèmes numériques fonctionnant à des potentiels différents, empêchant le couplage du bruit.
• Remplacement des photocoupleurs à phototransistor basse vitesse : Mise à niveau de conceptions existantes pour des débits de données plus élevés sans changements majeurs du circuit.
• Appareils électroménagers et contrôles industriels : Isolation des microcontrôleurs d'interface utilisateur des étages de puissance.

5.2 Considérations de conception

• Limitation du courant d'entrée : Une résistance externe doit être utilisée en série avec la DEL d'entrée pour limiter le courant direct (I_F) à la valeur souhaitée, typiquement autour de 16 mA pour une vitesse et un CTR optimaux. La valeur de la résistance est calculée comme (Tension d'alimentation - V_F) / I_F.
• .Résistance de rappel (pull-up)_L : Une résistance de rappel (R_OUT) est requise entre V_CC (broche 6) et V_L (broche 8). Sa valeur affecte à la fois la vitesse de commutation et la capacité de courant de sortie. La fiche technique spécifie les conditions de test avec R
• = 4,1 kΩ pour le 6N135 et 1,9 kΩ pour le 6N136/EL450x. Des valeurs plus faibles augmentent la vitesse mais aussi la dissipation de puissance.Condensateurs de découplage_CC : Placer un condensateur céramique de 0,1 µF près des broches V
• et GND côté sortie pour découpler le bruit haute fréquence.Conception de circuit imprimé pour un CMR élevé

: Pour maintenir un rejet en mode commun élevé, minimisez la capacité parasite entre les côtés entrée et sortie de la conception du circuit imprimé. Gardez les pistes de chaque côté de la barrière d'isolation bien séparées.

6. Comparaison technique et guide de sélection

• Les principales différences au sein de cette série concernent le Taux de Transfert de Courant (CTR) et le Rejet en Mode Commun (CMR).6N135 vs. 6N136/EL4502
• : Le 6N135 a un CTR minimum plus faible (7% contre 19%). Cela signifie qu'il peut nécessiter un courant d'entrée légèrement plus élevé pour obtenir la même excursion de courant de sortie. Le 6N136/EL4502 offre une meilleure marge.EL4503 vs. Autres
• : L'EL4503 se distingue par son immunité aux transitoires en mode commun exceptionnellement élevée (15 000 V/µs min). Cela en fait le choix privilégié pour les applications avec un bruit électrique extrêmement élevé, comme dans les variateurs de fréquence (VFD) ou les contrôleurs de moteurs industriels, où les pointes de tension rapides (dV/dt) sont courantes.:
  • Résumé de la sélection
  • Pour une isolation haute vitesse polyvalente avec un bon CTR : Choisissez le 6N136 ou l'EL4502.
  • Si le coût est un facteur majeur et qu'un CTR plus faible est acceptable : Le 6N135 peut suffire.

Pour les environnements d'électronique de puissance les plus exigeants et bruyants : L'EL4503 est spécifiquement conçu pour ce rôle.

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

Q : Quel est le principal avantage de ce photocoupleur par rapport à un 4N35 standard ?_BR : La vitesse. L'architecture avec broche de polarisation dédiée (V

sur 6N135/136) réduit la capacité interne, permettant un fonctionnement à 1 Mbit/s, alors qu'un photocoupleur à phototransistor standard comme le 4N35 est généralement limité à moins de 100 kbit/s.

Q : Puis-je utiliser une seule alimentation 5V pour les côtés entrée et sortie ?_CCR : Électriquement, oui, mais cela annule le but de l'isolation. Pour une véritable isolation, le côté entrée (DEL) et le côté sortie (détecteur, V

, GND) doivent être alimentés par des alimentations séparées et non connectées, ou par un convertisseur DC-DC isolé.

Q : Pourquoi y a-t-il deux valeurs de résistance de rappel recommandées différentes (4,1 kΩ contre 1,9 kΩ) ?

R : Les spécifications CTR différentes des dispositifs conduisent à des points de fonctionnement optimaux différents. Le 6N135, avec un CTR plus faible, utilise une résistance de rappel plus élevée pour limiter le courant de sortie pour une spécification de tension basse de sortie donnée, tout en atteignant la vitesse cible. Le 6N136/EL450x, avec un CTR plus élevé, peut utiliser une valeur de résistance plus faible, ce qui peut encore améliorer la vitesse de commutation.

Q : Que signifie "sans plomb et conforme RoHS" pour mon processus d'assemblage ?

R : Cela signifie que le dispositif est fabriqué sans plomb (Pb) et est conforme à la directive sur la restriction des substances dangereuses. Cela permet son utilisation dans les produits vendus dans les régions soumises à ces réglementations environnementales. La température de soudure spécifiée (260°C pendant 10 secondes) est adaptée aux processus de soudure sans plomb.

8. Introduction au principe de fonctionnement_CCUn photocoupleur à sortie transistor fonctionne sur le principe de l'isolation optique. Un courant électrique appliqué au côté entrée fait émettre de la lumière par une Diode Électroluminescente (DEL) infrarouge. Cette lumière traverse un petit espace à l'intérieur du boîtier et frappe la région de base d'un phototransistor côté sortie. Les photons entrants génèrent des paires électron-trou dans la base, agissant efficacement comme un courant de base. Ce "courant de base optique" active le transistor, permettant à un courant de collecteur beaucoup plus important de circuler de V

vers la broche de sortie, tirée vers le bas par le transistor. Lorsque le courant d'entrée est nul, la DEL est éteinte, aucune lumière ne frappe le transistor, et il reste à l'état bloqué, permettant à la broche de sortie d'être tirée vers le haut par la résistance externe. La clé de la haute vitesse dans cette série est la connexion séparée pour la photodiode interne qui alimente la base du transistor, ce qui minimise la capacité de Miller qui ralentit normalement les phototransistors.

9. Conditionnement et informations de commandeLes dispositifs suivent un schéma de numérotation spécifique :6N13XY(Z)-Vou.

• XEL450XY(Z)-V
• Y : Identifiant du numéro de pièce (5 ou 6 pour la série 6N ; 2 ou 3 pour la série EL450).
  • : Option de forme de broche.
  • Aucun : DIP-8 standard (espacement de rangée de 0,3"), conditionné en tubes de 45 unités.
  • M : Cintrage large des broches (espacement de 0,4"), conditionné en tubes de 45 unités.
• ZS : Forme de broche pour montage en surface.
• V : Option de bande et bobine (ex. : TA). Utilisée avec l'option 'S' pour les composants CMS, typiquement 1000 unités par bobine.