Fiche technique - Photocoupleur à transistor haute vitesse 1 Mbit/s en boîtier DIP 8 broches large ELW135 ELW136 ELW4503

1. Vue d'ensemble du produit

Les ELW135, ELW136 et ELW4503 sont des photocoupleurs (opto-isolateurs) à sortie transistor haute vitesse conçus pour les applications nécessitant une isolation rapide des signaux. Chaque dispositif intègre une diode électroluminescente infrarouge couplée optiquement à un phototransistor haute vitesse. Une caractéristique architecturale clé est la connexion séparée fournie 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, offrant des performances plusieurs ordres de grandeur supérieures à celles des photocoupleurs à phototransistor conventionnels. Les dispositifs sont logés dans un boîtier DIP (Dual In-line Package) 8 broches à corps large, disponibles en versions traversantes (espacement large des broches) et CMS (Composant Monté en Surface).

1.1 Avantages principaux et marché cible

L'avantage principal de cette famille de produits est sa combinaison de haute vitesse (débit de données de 1 Mbit/s) et d'isolation robuste (5000 V_eff). Cela les rend adaptés pour remplacer les photocoupleurs à phototransistor plus lents dans les systèmes numériques modernes. Ils sont conçus pour fonctionner de manière fiable sur une large plage de température de -55°C à +100°C, avec des performances garanties de 0°C à 70°C. Les applications cibles clés incluent les récepteurs de ligne dans les interfaces de communication, l'isolation pour les transistors de puissance dans les circuits de commande de moteur, les boucles de rétroaction dans les alimentations à découpage (SMPS), l'isolation de masse logique haute vitesse, les équipements de télécommunication et divers appareils électroménagers. Les dispositifs sont conformes aux directives sans plomb et RoHS et possèdent les approbations des principales agences de sécurité internationales, notamment UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO et FIMKO.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

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

2.1 Valeurs maximales absolues

Les valeurs maximales absolues définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Ce ne sont pas des conditions de fonctionnement.

• Entrée (LED) :Le courant direct continu (I_F) est nominalement de 25 mA. Pour un fonctionnement en impulsions, un courant direct de crête (I_FP) de 50 mA est autorisé avec un cycle de service de 50% et une largeur d'impulsion de 1 ms. Un courant transitoire de crête très élevé (I_Ftrans) de 1 A est permis pour des impulsions très courtes (≤1 μs) à faible taux de répétition (300 pps), utile pour les tests de tenue aux surtensions. La tension inverse maximale (V_R) aux bornes de la LED est de 5 V.
• Sortie (Phototransistor) :Pour les ELW135/136, la tension inverse émetteur-base (V_EBR) est de 5 V, et le courant de base (I_B) est limité à 5 mA — pertinent si la broche de base est utilisée en externe. Le courant de sortie moyen (I_O(AVG)) est de 8 mA, avec une valeur de crête (I_O(PK)) de 16 mA. La tension de sortie (V_O) peut varier de -0,5 V à +20 V par rapport à la masse de sortie.
• Système :La tension d'alimentation (V_CC) pour le côté sortie peut varier de -0,5 V à +30 V. La tension d'isolation (V_ISO) est de 5000 V_effappliquée pendant une minute entre les côtés entrée et sortie (broches 1-4 court-circuitées contre broches 5-8 court-circuitées). Le dispositif peut être soudé à 260°C pendant jusqu'à 10 secondes.

2.2 Caractéristiques électriques et de transfert

Ces paramètres sont garantis sur la plage de température de fonctionnement (0°C à 70°C) sauf indication contraire, avec des valeurs typiques données à 25°C.

• LED d'entrée :La tension directe (V_F) est typiquement de 1,45 V à I_F=16 mA, avec un maximum de 1,8 V. Elle a un coefficient de température négatif d'environ -1,9 mV/°C.
• Courant d'obscurité de sortie :Le courant de sortie à l'état haut logique (I_OH), essentiellement le courant de fuite ou "d'obscurité" du phototransistor, est très faible (max 1 μA à V_CC=15 V, 25°C), assurant une bonne isolation à l'état bloqué.
• Courant d'alimentation :Le courant d'alimentation à l'état bas logique (I_CCL) est typiquement de 110 μA lorsque la LED est allumée (I_F=16 mA), tandis que le courant d'alimentation à l'état haut logique (I_CCH) est typiquement de 0,01 μA lorsque la LED est éteinte.
• Taux de Transfert de Courant (CTR) :C'est un paramètre critique définissant l'efficacité du photocoupleur. L'ELW135 a une plage de CTR de 7% à 50% (min à max), tandis que l'ELW136 et l'ELW4503 ont une plage de 19% à 50%. La condition de test est I_F=16 mA, V_O=0,4 V, V_CC=4,5 V à 25°C. La fiche technique spécifie également des valeurs minimales de CTR à 5% pour l'ELW135 et 15% pour l'ELW136/ELW4503 dans une condition légèrement différente (V_O=0,5 V), ce qui est important pour la marge de conception.
• Tension de sortie à l'état bas logique (V_OL) :Ceci spécifie la tension de saturation du transistor de sortie. Pour l'ELW135 avec I_O=1,1 mA, V_OLest typiquement de 0,18 V (max 0,4 V). Pour l'ELW136/ELW4503 avec I_O=3 mA, V_OLest typiquement de 0,25 V (max 0,4 V). Ces faibles valeurs sont cruciales pour obtenir de bonnes marges de bruit dans les interfaces logiques numériques.

2.3 Caractéristiques de commutation

Les performances de commutation sont mesurées avec I_F=16 mA et V_CC=5 V. La valeur de la résistance de charge (R_L) diffère entre les modèles pour correspondre à leur CTR et à leur capacité de pilotage de sortie.

• Délai de propagation :
  • ELW135 :Le temps de délai de propagation vers l'état bas logique (t_PHL) est typiquement de 0,36 μs (max 2,0 μs) avec R_L=4,1 kΩ. Le temps de délai de propagation vers l'état haut logique (t_PLH) est typiquement de 0,45 μs (max 2,0 μs).
  • ELW136 / ELW4503 :Ces variantes plus rapides ont un t_PHLtypiquement de 0,32 μs (max 1,0 μs) et un t_PLHtypiquement de 0,25 μs (max 1,0 μs) avec R_L=1,9 kΩ.
• Immunité aux transitoires en mode commun (CMTI) :Cela mesure la capacité du dispositif à rejeter les transitoires de tension rapides entre les masses d'entrée et de sortie. Elle est spécifiée en V/μs.
  • ELW135/136 :Les deux ont une CMTI minimale de 1000 V/μs pour les états de sortie haut et bas, testés avec une impulsion en mode commun de 10 V_{crête à crête}.
  • ELW4503 :Ce modèle offre une immunité au bruit supérieure avec une CMTI minimale de 15 000 V/μs, testée avec une impulsion beaucoup plus grande de 1500 V_{crête à crête}. Cela le rend particulièrement adapté aux environnements à fort bruit comme les commandes de moteur.

3. Configuration des broches et différences fonctionnelles

Le boîtier DIP 8 broches a un brochage standardisé avec une variation clé entre les types de dispositifs.

• Broches 1 & 4 :Non connectées (NC) sur tous les modèles.
• Broches 2 & 3 :Anode et cathode de la LED d'entrée, respectivement.
• Broche 5 :Masse (GND) pour le côté sortie.
• Broche 6 :Tension de sortie (V_OUT), le collecteur du phototransistor.
• Broche 7 :Cette broche diffère. Pour lesELW135 et ELW136, c'est la tension de polarisation de la photodiode (V_B). Connecter cette broche est essentiel pour obtenir le fonctionnement haute vitesse. Pour l'ELW4503, la broche 7 est Non Connectée (NC). La polarisation haute vitesse est probablement gérée en interne dans l'ELW4503.
• Broche 8 :Tension d'alimentation (V_CC) pour le côté sortie.

Les schémas montrent la connexion interne : la photodiode (qui pilote la base du transistor) est connectée entre la broche 7 (V_B) et la broche 6 (V_OUT/Collecteur). L'émetteur du phototransistor est connecté à la broche 5 (GND).

4. Suggestions d'application

4.1 Circuits d'application typiques

Ces photocoupleurs sont idéaux pour l'isolation de signaux numériques. Un circuit typique implique de connecter la LED d'entrée en série avec une résistance de limitation de courant à la sortie d'un microcontrôleur ou d'une porte logique. Du côté sortie, une résistance de rappel (R_L) est connectée entre V_CC(broche 8) et V_OUT(broche 6). La valeur de R_Ldoit être choisie en fonction de la vitesse de commutation souhaitée, du courant de sortie et du CTR du dispositif, comme spécifié dans les tableaux de la fiche technique (par exemple, 4,1 kΩ pour ELW135, 1,9 kΩ pour ELW136/4503 pour les tests de commutation). Pour les ELW135/136, la broche 7 (V_B) doit être connectée, souvent à V_CCvia une résistance ou directement, selon la polarisation souhaitée pour le compromis vitesse/sensibilité.

4.2 Considérations et notes de conception

• Compromis Vitesse vs CTR :La connexion de base séparée (broche 7) permet d'échanger un peu de CTR contre une vitesse plus élevée en ajustant la polarisation de la photodiode. Les spécifications de commutation de la fiche technique sont données pour une condition spécifique.
• Sélection du modèle :Choisissez l'ELW135 pour les applications générales à 1 Mbit/s sensibles au coût. L'ELW136 offre un CTR minimum plus élevé pour une meilleure marge dans les conceptions nécessitant plus de courant de sortie. L'ELW4503 est le choix premium pour les environnements avec un bruit électrique extrêmement élevé (par exemple, commandes de moteurs industriels, onduleurs) grâce à son exceptionnelle CMTI de plus de 15 000 V/μs.
• Dissipation de puissance :Assurez-vous que la puissance d'entrée (I_F* V_F) ne dépasse pas 45 mW et que la puissance de sortie ne dépasse pas 100 mW, en tenant compte de la température ambiante.
• Conception de circuit imprimé pour l'isolation :Pour maintenir la haute tension d'isolation, assurez des distances de fuite et de clairance adéquates sur le circuit imprimé entre les pistes du côté entrée (broches 1-4) et du côté sortie (broches 5-8). Une fente ou une barrière dans le circuit imprimé sous le dispositif est souvent recommandée.

5. Conditionnement et informations de commande

Les dispositifs sont disponibles dans différentes options de conditionnement désignées par un suffixe dans le numéro de pièce.

Format du numéro de pièce :ELW13XY(Z)-Vou ELW4503Y(Z)-V

• X= Identifiant du numéro de pièce (5 pour ELW135, 6 pour ELW136).
• Y= Option de forme de broche : 'S' pour forme de broche CMS, vide pour DIP standard.
• Z= Option de bande et bobine : 'TA' ou 'TB', vide pour conditionnement en tube.
• V= Marquage d'approbation VDE optionnel.

Quantités de conditionnement :Les boîtiers DIP-8 standard sont fournis en tubes contenant 40 unités. L'option CMS avec bande et bobine ('S(TA)') est fournie en bobines contenant 500 unités.

6. Comparaison technique et FAQ

6.1 Différenciation entre les modèles

Les principaux facteurs de différenciation sont le Taux de Transfert de Courant (CTR) et l'Immunité aux Transitoires en Mode Commun (CMTI). L'ELW135 a le CTR garanti le plus bas (7-50%), l'ELW136 a un CTR minimum plus élevé (19-50%), et l'ELW4503 correspond au CTR de l'ELW136 mais ajoute une cote CMTI largement supérieure (>15 kV/μs contre 1 kV/μs). L'ELW4503 a également la broche 7 en NC, simplifiant le circuit externe par rapport aux ELW135/136 qui nécessitent une connexion à la broche 7.

6.2 Questions fréquentes basées sur les paramètres

• Q : Quel est le débit de données maximum réalisable ?R : Les dispositifs sont caractérisés pour un fonctionnement à 1 Mbit/s basé sur les spécifications de délai de propagation. Le débit maximum réel dépend de la conception spécifique du circuit, y compris R_Let les conditions de pilotage d'entrée.
• Q : Puis-je utiliser un V_CC?R : Les caractéristiques électriques sont testées avec V_CC=4,5 V et 5 V. Bien que la valeur maximale absolue permette jusqu'à -0,5 V, un fonctionnement à 3,3 V peut être possible mais les performances (comme V_OLet les temps de commutation) doivent être vérifiées dans la condition réelle de V_CCinférieure, car elle n'est pas entièrement caractérisée dans la fiche technique fournie.
• Q : Pourquoi la broche 7 (V_B) est-elle importante pour les ELW135/136 ?R : Connecter la broche 7 fournit un chemin à faible impédance pour évacuer la charge de la jonction photodiode/base, réduisant considérablement l'effet de capacité de Miller et permettant la commutation haute vitesse. La laisser non connectée donnera des performances similaires à un photocoupleur à phototransistor conventionnel lent.
• Q : Comment puis-je garantir l'isolation de 5000 V_effdans ma conception ?R : Le composant lui-même est classé pour cela. Le concepteur du système doit s'assurer que la conception du circuit imprimé maintient une distance de fuite/clairance suffisante (par exemple, >8 mm pour une isolation renforcée à ce niveau de tension selon les normes de sécurité) entre tous les circuits d'entrée et de sortie, y compris sous le corps du composant.

7. Principe de fonctionnement

Le principe fondamental est l'isolation optoélectronique. Un signal électrique appliqué à la LED d'entrée la fait émettre de la lumière infrarouge. Cette lumière traverse une barrière optiquement transparente mais électriquement isolante (typiquement un composé de moulage ou un espace d'air) à l'intérieur du boîtier. La lumière est détectée par une photodiode du côté sortie, qui génère un photocourant. Dans ces dispositifs haute vitesse, ce photocourant module directement la base d'un transistor bipolaire intégré. La clé de la haute vitesse est l'accès séparé à la photodiode (broche 7 sur ELW135/136), qui permet de charger/décharger rapidement la capacité de la photodiode, minimisant le temps de stockage dans le transistor et réduisant ainsi le délai de propagation et les temps de montée/descente.