Fiche technique - Photocoupleur à transistor haute vitesse 1 Mbit/s série EL045X EL050X - Boîtier SO-8 - Tension 5V/15V/30V

1. Vue d'ensemble du produit

Les séries EL045X et EL050X sont des photocoupleurs (optocoupleurs) à sortie transistor haute vitesse conçus pour l'isolation de signaux dans les circuits électroniques exigeants. Chaque dispositif intègre une diode électroluminescente infrarouge (LED) couplée optiquement à un photodétecteur transistor haute vitesse. Une caractéristique architecturale clé est la connexion séparée prévue pour la polarisation de la photodiode et le collecteur du transistor de sortie. Cette conception améliore significativement la vitesse de commutation en réduisant la capacité base-collecteur du transistor d'entrée par rapport aux photocoupleurs à phototransistor conventionnels. Les dispositifs sont logés dans un boîtier Small Outline Package (SOP) compact à 8 broches conforme à l'empreinte standard SO-8, les rendant adaptés aux applications à espace limité.

L'avantage principal de cette série réside dans sa combinaison de capacité de transmission de données haute vitesse (jusqu'à 1 Mbit/s) et d'une isolation électrique robuste. Ils offrent une haute immunité transitoire en mode commun (CMTI), notamment la variante EL0453 qui garantit un minimum de 15 kV/µs, les rendant idéaux pour les environnements bruyants comme les entraînements de moteurs et les alimentations à découpage. La série se caractérise par une large plage de température de fonctionnement, la conformité aux normes internationales de sécurité et environnementales (UL, cUL, VDE, RoHS, sans halogène, REACH), et est disponible en différentes classes de rapport de transfert de courant (CTR) pour répondre à divers besoins d'application.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Limites absolues maximales

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles 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.

• Entrée (côté LED) :Le courant direct continu maximal (I_F) est de 25 mA. Il peut supporter un courant direct de crête (I_FP) de 50 mA en conditions pulsées (cycle de service 50%, largeur d'impulsion 1 ms). Un courant transitoire de crête très élevé (I_Ftrans) de 1 A est autorisé pour des impulsions très courtes (≤ 1 µs, 300 pps). La tension inverse maximale (V_R) est de 5 V.
• Sortie (côté détecteur) :Le courant de sortie moyen (I_O(AVG)) ne doit pas dépasser 8 mA, avec une limite de courant de sortie de crête (I_O(PK)) de 16 mA. La tension de sortie (V_O) peut varier de -0,5 V à +20 V, et la tension d'alimentation (V_CC) de -0,5 V à +30 V.
• Isolation et thermique :Les dispositifs fournissent une haute tension d'isolation (V_ISO) de 3750 V_eff(testé pendant 1 minute). La plage de température de fonctionnement (T_OPR) est exceptionnellement large, de -55 °C à +100 °C. La température maximale de soudure est de 260 °C pendant 10 secondes.

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 :La tension directe typique (V_F) de la LED est de 1,45 V à un courant direct (I_F) de 16 mA, avec un maximum de 1,8 V. La tension directe a un coefficient de température négatif d'environ -1,9 mV/°C.
• Caractéristiques de sortie :Les paramètres clés incluent le courant de sortie à l'état haut logique (I_OH), qui est très faible (niveau de fuite, typiquement 0,001 µA à V_CC=5,5 V), et les courants d'alimentation à l'état bas logique (I_CCL, ~140 µA) et à l'état haut logique (I_CCH, ~0,01 µA).
• Rapport de transfert de courant (CTR) :C'est un paramètre critique définissant l'efficacité du photocoupleur. La série est proposée en différentes classes de CTR :
  • EL0500 :CTR min 7 %, max 50 % (test typique : I_F=16 mA, V_O=0,4 V).
  • EL0501 / EL0452 / EL0453 :CTR min 19 %, max 50 % (test typique : I_F=16 mA, V_O=0,4 V).
  Un CTR garanti plus bas dans des conditions spécifiques (par ex., 5 % pour EL0500, 15 % pour les autres à V_O=0,5 V) est également spécifié, assurant la fonctionnalité dans des conditions moins idéales.
• Tension de sortie à l'état bas logique (V_OL) :La tension maximale à la sortie lorsque le dispositif est à l'état "ON". Elle est typiquement de 0,18 V et garantie inférieure à 0,4 V ou 0,5 V selon le courant de charge (I_O).

2.3 Caractéristiques de commutation

Mesurés dans des conditions standard (I_F=16 mA, V_CC=5 V, T_A=0 à 70 °C), ces paramètres définissent la vitesse du dispositif.

• Temps de propagation :
  • EL0500 :Le temps de propagation vers l'état bas logique (t_PHL) et vers l'état haut logique (t_PLH) est au maximum de 2,0 µs avec une résistance de charge (R_L) de 4,1 kΩ.
  • EL0501 / EL0452 / EL0453 :Commutation plus rapide avec t_PHLet t_PLHau maximum de 1,0 µs en utilisant une résistance de charge de 1,9 kΩ.
• Immunité transitoire en mode commun (CMTI) :Cela mesure la capacité du dispositif à rejeter les transitoires de tension rapides entre ses masses d'entrée et de sortie. C'est un paramètre crucial pour l'immunité au bruit dans les systèmes isolés.
  • EL0453 :Offre des performances supérieures avec une CMTIminimale garantiede 15 000 V/µs à une tension de mode commun (V_CM) de 1500 V crête à crête.
  • EL0500 / EL0501 / EL0452 :Ont une CMTItypiquede 1 000 V/µs à V_CM=10 V crête à crête.
  La CMTI est spécifiée séparément pour la sortie maintenue à l'état haut logique (CM_H) et à l'état bas logique (CM_L).

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 fournis dans le texte, les courbes standard pour de tels dispositifs incluent généralement :

• Rapport de transfert de courant (CTR) en fonction du courant direct (I_F) :Montre comment l'efficacité change avec le courant de commande de la LED, atteignant généralement un pic à un I_F.
• spécifique. CTR en fonction de la température ambiante (T_A) :Illustre la dépendance à la température de l'efficacité du couplage, qui diminue généralement lorsque la température augmente.
• Temps de propagation en fonction de la résistance de charge (R_L) :Démontre comment la vitesse de commutation est affectée par la charge de sortie.
• Tension directe (V_F) en fonction du courant direct (I_F) :La courbe I-V standard pour la LED d'entrée.
• Tension de saturation de sortie en fonction du courant de sortie :Montre la relation entre la tension collecteur-émetteur et le courant lorsque le phototransistor est saturé.

Ces courbes sont essentielles pour que les concepteurs optimisent les performances du circuit, sélectionnent les points de fonctionnement appropriés et comprennent le comportement du dispositif dans des conditions non standard.

4. Informations mécaniques et de boîtier

4.1 Configuration et fonction des broches

Le dispositif utilise un boîtier SOP à 8 broches. Il existe deux configurations de brochage principales correspondant à différentes références :

• Pour EL0500 / EL0501 :
  1. 1. Non connecté (NC) 2. Anode (LED +) 3. Cathode (LED -) 4. Non connecté (NC) 5. Masse (GND) 6. Sortie (V
  2. ) 7. Tension de polarisation (V
  ) - Cette broche est clé pour l'amélioration de la vitesse. 8. Tension d'alimentation (V)Pour EL0452 / EL0453 :1. Non connecté (NC) 2. Anode (LED +) 3. Cathode (LED -) 4. Non connecté (NC) 5. Masse (GND) 6. Sortie (V_OUT)) 7. Non connecté (NC) 8. Tension d'alimentation (V_B)La présence de la broche V_CC)
• (broche 7) dans les EL0500/01 permet la polarisation externe de la photodiode, ce qui est le mécanisme pour atteindre une vitesse plus élevée. Les variantes EL0452/43 ont probablement ce réseau de polarisation configuré en interne.
  1. 5. Guide d'application
  2. 5.1 Circuits d'application typiques
  La fiche technique inclut des circuits de test de référence pour mesurer le temps de commutation et l'immunité transitoire en mode commun (Figures 8 & 9). Ces circuits servent de guide pour la mise en œuvre :Circuit de test du temps de commutation :Implique généralement de piloter la LED d'entrée avec un générateur d'impulsions via une résistance de limitation de courant. La sortie est connectée à Vvia une résistance de rappel (R_OUT)= 4,1 kΩ ou 1,9 kΩ comme spécifié) et surveillée avec un oscilloscope. Le temps de propagation est mesuré entre les points à 50 % des formes d'onde d'entrée et de sortie.Circuit de test d'immunité transitoire :_CC)

Implique d'appliquer une impulsion de mode commun à haute tension et à montée rapide (V_B) entre les broches d'entrée court-circuitées (1-4) et les broches de sortie court-circuitées (5-8). L'état de sortie est surveillé pour s'assurer qu'il ne bascule pas erronément à cause du transitoire.

5.2 Considérations de conception

Limitation du courant de la LED :

Une résistance externe doit être utilisée en série avec la LED d'entrée pour définir le courant direct (I

• ). La valeur est calculée en fonction de la tension d'alimentation, de la tension directe de la LED (V), et du I_CCdésiré (souvent 16 mA pour une vitesse/CTR optimale)._LRésistance de charge de sortie (R
• ) :Le choix de la résistance de rappel affecte la vitesse de commutation, la consommation d'énergie et les niveaux logiques. Un R_CMplus petit fournit des temps de montée plus rapides mais augmente la dissipation de puissance lorsque la sortie est basse. La fiche technique spécifie des conditions de test avec R

=4,1 kΩ pour EL0500 et 1,9 kΩ pour les autres.

• Immunité au bruit :Pour les applications dans des environnements électriquement bruyants (entraînements de moteurs, contrôles industriels), sélectionner la variante EL0453 pour sa CMTI garantie élevée est critique. Une conception de PCB appropriée, avec des pistes courtes et des condensateurs de découplage près des broches du dispositif, est également essentielle._FDégradation du CTR :_FComme tous les optocoupleurs, le CTR de ces dispositifs diminuera progressivement avec le temps, surtout lorsqu'ils fonctionnent à haute température et à des courants de LED élevés. La conception doit inclure une marge suffisante pour assurer la fonctionnalité du circuit sur la durée de vie prévue du produit._F6. Comparaison technique et guide de sélection
• La série EL045X/EL050X offre une gamme d'options adaptées à différents besoins :_LEL0500 vs. EL0501 / EL0452 / EL0453 :La différence principale est le Rapport de Transfert de Courant (CTR). L'EL0500 a un CTR minimum plus bas (7 % contre 19 %), le rendant adapté aux applications où le courant de commande d'entrée peut être plus élevé. Les autres offrent une sensibilité plus élevée._LEL0453 vs. Autres :_LL'EL0453 se distingue par son immunité transitoire en mode commun
• minimale garantiede 15 kV/µs. Cela en fait le choix privilégié pour les applications d'isolation à haut niveau de bruit comme les boucles de rétroaction d'alimentation à découpage ou les commandes de grille d'onduleurs d'entraînement de moteurs, où les pointes de tension sont courantes. Les autres variantes spécifient une CMTI typique de 1000 V/µs.
• Configuration des broches :Les EL0500/01 ont une broche V

active (7), tandis que les EL0452/43 l'ont en NC. Cela reflète des différences architecturales internes pour l'optimisation de la vitesse.

Résumé de la sélection :

• Choisissez EL0453 pour l'immunité au bruit la plus élevée. Choisissez EL0501/EL0452 pour une sensibilité plus élevée et une vitesse standard. Choisissez EL0500 pour les applications sensibles au coût où un CTR plus bas est acceptable et le courant de commande n'est pas une contrainte.7. Conditionnement et informations de commande
• Les dispositifs sont disponibles dans différentes options de conditionnement pour répondre aux besoins de production.Conditionnement standard :100 unités par tube.Options bande et bobine :
• Disponibles en types de bobine TA ou TB, contenant 2000 unités par bobine. Ceci est adapté à l'assemblage automatique en surface.Option VDE :_BLes pièces peuvent être commandées avec certification VDE (indiquée par le suffixe "-V").

Numérotation des références :Le numéro de référence suit le format : EL050X(Z)-V ou EL045X(Z)-V, où :

X = Numéro de dispositif (0,1 pour EL050x ; 2,3 pour EL045x). Z = Option bande et bobine (TA, TB, ou vide pour tube). -V = Certification VDE optionnelle.

Exemple : EL0453(TA)-V désigne un dispositif EL0453 en conditionnement bande et bobine TA avec approbation VDE.

• 8. Principe de fonctionnementLe dispositif fonctionne sur le principe du couplage optique pour l'isolation électrique. Un signal électrique appliqué au côté d'entrée fait émettre à la LED infrarouge une lumière proportionnelle au courant. Cette lumière traverse un espace isolant (typiquement un diélectrique transparent) et frappe le photodétecteur du côté sortie. Dans cette série, le détecteur est une photodiode connectée à la base d'un transistor haute vitesse. La broche de polarisation séparée (V
• dans certaines variantes) permet de pré-polariser la photodiode, ce qui minimise sa capacité de jonction. Lorsque la lumière frappe la photodiode, elle génère un courant qui pilote directement la base du transistor, le mettant en conduction. Cette conception évite la grande capacité de Miller associée à la jonction base-collecteur d'un phototransistor standard, permettant des vitesses de commutation beaucoup plus rapides—jusqu'à 1 Mbit/s. Le chemin optique fournit une isolation galvanique, bloquant les hautes tensions (jusqu'à 3750 Veff
• ) et rejetant le bruit de mode commun entre les circuits d'entrée et de sortie.9. Scénarios d'application
• Boucles de rétroaction d'alimentation à découpage (SMPS) :Fournissant une rétroaction de tension isolée du côté secondaire au contrôleur primaire, nécessitant à la fois de la vitesse pour la stabilité de la boucle et une CMTI élevée pour résister au bruit de commutation.
  • Isolation d'onduleur d'entraînement de moteur :
  • Isolant les signaux de commande de grille pour IGBT ou MOSFET dans les variateurs de fréquence. La CMTI élevée de l'EL0453 est essentielle ici pour empêcher un déclenchement erroné dû aux transitoires à haut dv/dt.
  • Interfaces de communication industrielles :
  Agissant comme récepteurs de ligne pour les réseaux RS-485, CAN ou Profibus isolés, protégeant les circuits logiques sensibles des boucles de masse et des surtensions.

Équipements de télécommunication :

Fournissant l'isolation de signaux dans les cartes de ligne ou modules d'interface._BRemplacement des photocoupleurs à phototransistor basse vitesse :_{Mise à niveau des conceptions existantes pour atteindre des débits de données plus élevés sans changer l'empreinte de la carte (compatible SO-8).}Contrôle d'appareils électroménagers :

Isolant les microcontrôleurs d'interface utilisateur des sections de commutation de puissance (par ex., dans les lave-linge, climatiseurs).

• 10. Questions fréquemment posées (FAQ)Q1 : Quelle est la principale différence entre l'EL0500 et l'EL0501 ?
• R1 : La différence principale est le Rapport de Transfert de Courant (CTR) minimum garanti. L'EL0500 a un CTR minimum plus bas (7 % dans des conditions spécifiées) par rapport à l'EL0501 (19 %). Cela signifie que l'EL0501 est plus sensible et peut fonctionner avec un courant de LED d'entrée légèrement plus bas pour obtenir la même sortie, mais l'EL0500 peut être suffisant et plus économique dans les circuits conçus pour des courants de commande plus élevés.Q2 : Quand dois-je spécifiquement choisir la variante EL0453 ?
• R2 : Vous devez choisir l'EL0453 lorsque votre application fonctionne dans un environnement avec un bruit électrique très élevé et des transitoires de tension rapides entre les masses isolées. Son immunité transitoire en mode communminimale garantie
• de 15 kV/µs la rend essentielle pour un fonctionnement fiable dans les entraînements de moteurs, les alimentations à découpage de forte puissance ou les systèmes de contrôle industriel où d'autres variantes pourraient subir des commutations erronées.Q3 : Comment choisir la valeur de la résistance de limitation de courant de la LED (R
• série) ?
• R3 : Utilisez la loi d'Ohm : Rsérie

= (V

alim

- V

) / I

. Vest la tension directe de la LED (utilisez 1,8 V max pour la marge de conception). Iest votre courant de fonctionnement souhaité (16 mA est une condition de test courante pour des performances optimales). Pour une alimentation de 5 V : R

série_{≈ (5 V - 1,8 V) / 0,016 A ≈ 200 Ω. Vérifiez toujours la dissipation de puissance dans la résistance.}Q4 : Puis-je utiliser ces photocoupleurs pour l'isolation de signaux analogiques ?

R4 : Bien que possible, ils sont principalement conçus pour l'isolation de signaux numériques (ON/OFF) en raison de leur sortie transistor et de leurs caractéristiques CTR non linéaires. Pour l'isolation analogique linéaire, un photocoupleur linéaire dédié ou un amplificateur d'isolation serait un choix plus approprié._{Q5 : Quel est le but de la broche V}sur les EL0500/01 ?_{R5 : La broche V}est utilisée pour appliquer une tension de polarisation à la photodiode interne. Polariser correctement la photodiode réduit sa capacité de jonction, qui est un facteur limitant majeur de la vitesse. Ce réseau de polarisation externe est ce qui permet les performances haute vitesse (1 Mbit/s) de ces dispositifs par rapport aux photocoupleurs à phototransistor simples._F) / I_F. V_Fis the LED forward voltage (use 1.8V max for design margin). I_Fis your desired operating current (16 mA is a common test condition for optimal performance). For a 5V supply: R_series≈ (5V - 1.8V) / 0.016A ≈ 200 Ω. Always check power dissipation in the resistor.

Q4: Can I use these photocouplers for analog signal isolation?

A4: While possible, they are primarily designed for digital (on/off) signal isolation due to their transistor output and non-linear CTR characteristics. For linear analog isolation, a dedicated linear optocoupler or an isolation amplifier would be a more appropriate choice.

Q5: What is the purpose of the V_Bpin on the EL0500/01?

A5: The V_Bpin is used to apply a bias voltage to the internal photodiode. Properly biasing the photodiode reduces its junction capacitance, which is a major speed-limiting factor. This external bias network is what enables the high-speed performance (1 Mbit/s) of these devices compared to simple phototransistor couplers.