Fiche technique de l'optocoupleur photodarlington haute tension EL452-G - Boîtier SOP 4 broches 4.4x7.4x2.0mm - VCEO 350V - CTR 1000% - Documentation technique française

1. Vue d'ensemble du produit

La série EL452-G est un optocoupleur photodarlington haute tension conçu pour une transmission de signal fiable entre des circuits de potentiels différents. Il intègre une diode électroluminescente infrarouge couplée optiquement à un phototransistor darlington haute tension. Le composant est logé dans un boîtier SOP (Small Outline Package) compact à 4 broches avec un profil bas de 2,0 mm, le rendant adapté aux applications CMS à espace restreint. Sa fonction principale est de fournir une isolation électrique tout en transmettant des signaux de contrôle ou de données, protégeant les circuits sensibles des transitoires haute tension et des problèmes de boucle de masse.

1.1 Avantages clés et marché cible

Les principaux avantages de ce composant incluent sa tension collecteur-émetteur nominale élevée de 350V (V_CEO), essentielle pour l'interfaçage avec des circuits alimentés par le secteur ou des entraînements de moteurs. Il offre un taux de transfert de courant (CTR) très élevé avec un minimum de 1000% dans des conditions de test standard, garantissant des niveaux de signal de sortie élevés avec un courant d'entrée modeste. Le dispositif présente une tension d'isolation élevée de 3750V_rmsentre ses côtés d'entrée et de sortie, répondant à des normes de sécurité strictes. Il est également sans halogène et conforme aux directives RoHS et sans plomb. Ces caractéristiques le rendent idéal pour les applications dans les équipements de télécommunication (téléphones, centraux), les contrôleurs de séquence industriels, les appareils système, les instruments de mesure, et tout scénario nécessitant une transmission de signal sûre entre différents domaines de tension.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Cette section fournit une interprétation détaillée et objective des spécifications électriques, optiques et thermiques du dispositif, telles que définies dans ses valeurs maximales absolues et ses caractéristiques électro-optiques.

2.1 Valeurs maximales absolues

Les valeurs maximales absolues définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Le courant direct d'entrée (I_F) est nominalement de 60mA en continu, avec un courant direct de crête de courte durée (I_FM) de 1A pendant 10µs. La dissipation de puissance totale (P_TOT) ne doit pas dépasser 170mW. Le paramètre de sortie critique est la tension collecteur-émetteur (V_CEO) de 350V, qui est la tension maximale que le transistor de sortie peut bloquer lorsque la LED d'entrée est éteinte. La tension d'isolation (V_ISO) de 3750V_rmspendant une minute spécifie la rigidité diélectrique de la barrière d'isolation interne. Le dispositif fonctionne dans une plage de température de -55°C à +110°C.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Les caractéristiques électro-optiques définissent les performances du dispositif dans des conditions de fonctionnement normales à 25°C.

2.2.1 Caractéristiques d'entrée (côté LED)

La tension directe (V_F) de la LED infrarouge est typiquement de 1,2V avec un maximum de 1,4V à un courant direct de 10mA. Cette faible V_Fcontribue à une consommation d'énergie réduite du côté entrée. Le courant de fuite inverse (I_R) est d'un maximum de 10µA sous une polarisation inverse de 4V.

2.2.2 Caractéristiques de sortie (côté phototransistor)

Le courant d'obscurité collecteur-émetteur (I_CEO), qui est le courant de fuite lorsque la LED est éteinte, est spécifié à un maximum de 100nA à V_CE=200V. La tension de claquage collecteur-émetteur (BV_CEO) est d'un minimum de 350V, confirmant la capacité haute tension. La tension de saturation collecteur-émetteur (V_CE(sat)) est typiquement de 1,2V (max 1,5V) lorsque le dispositif est complètement activé (I_F=20mA, I_C=100mA), indiquant la chute de tension aux bornes de la sortie à l'état conducteur.

2.2.3 Caractéristiques de transfert

Le Taux de Transfert de Courant (CTR) est le paramètre le plus critique, défini comme le rapport entre le courant collecteur de sortie et le courant direct d'entrée, exprimé en pourcentage. Pour l'EL452-G, le CTR est d'un minimum de 1000%, typiquement 2000%, à I_F=1mA et V_CE=2V. Ce CTR exceptionnellement élevé est caractéristique d'une configuration darlington, qui fournit un gain en courant élevé, permettant à de petits courants d'entrée de contrôler efficacement des courants de sortie plus importants. La vitesse de commutation est caractérisée par un temps de montée (t_r) typique de 80µs (max 250µs) et un temps de descente (t_f) typique de 10µs (max 100µs). Ces temps sont relativement lents en raison de la structure darlington et du stockage de charge inhérent aux phototransistors, rendant le dispositif adapté aux applications de commutation basse à moyenne fréquence et aux applications analogiques linéaires, mais pas pour l'isolation numérique haute vitesse. La fréquence de coupure (f_c) est typiquement de 7kHz. La résistance d'isolation (R_IO) est d'un minimum de 5×10¹⁰Ω, indiquant une excellente isolation en courant continu.

3. Analyse des courbes de performance

Bien que le PDF indique la présence de courbes caractéristiques électro-optiques typiques, les graphiques spécifiques (par exemple, CTR vs. Courant Direct, CTR vs. Température, Courant Collecteur vs. Tension Collecteur-Émetteur) ne sont pas fournis dans le contenu textuel. Dans une fiche technique complète, ces courbes sont cruciales pour la conception. Elles montrent généralement comment le CTR se dégrade avec l'augmentation de la température, comment le courant de sortie sature à des courants d'entrée élevés ou à de faibles tensions collecteur-émetteur, et la relation entre la tension directe et le courant pour la LED. Les concepteurs doivent consulter ces graphiques pour comprendre le comportement du dispositif sur toute la plage de fonctionnement, et pas seulement au point typique de 25°C.

4. Informations mécaniques et de boîtier

4.1 Dimensions du boîtier et configuration des broches

Le dispositif utilise un boîtier SOP à 4 broches. Les dimensions du corps du boîtier sont d'environ 4,4 mm de longueur et 7,4 mm de largeur, avec un profil de hauteur de 2,0 mm. La configuration des broches est standard pour ce type d'optocoupleurs : la broche 1 est l'Anode de la LED, la broche 2 est la Cathode de la LED, la broche 3 est l'Émetteur du Phototransistor, et la broche 4 est le Collecteur du Phototransistor. Un schéma de pastilles recommandé pour le montage en surface est fourni pour assurer un soudage fiable et une stabilité mécanique.

4.2 Marquage du composant

Le composant est marqué sur la face supérieure avec un code. Le marquage comprend "EL" (code fabricant), "452" (numéro de pièce), un code année à un chiffre, un code semaine à deux chiffres, et un "V" optionnel pour indiquer l'approbation VDE. Ce marquage permet la traçabilité de la date de fabrication et de la conformité.

5. Recommandations de soudage et d'assemblage

5.1 Conditions de soudage par refusion

La fiche technique fournit des spécifications détaillées du profil de soudage par refusion pour éviter les dommages thermiques. Le profil est conforme à IPC/JEDEC J-STD-020D. Les paramètres clés incluent : une étape de préchauffage de 150°C à 200°C sur 60-120 secondes, une température de corps maximale (T_p) ne dépassant pas 260°C, et un temps au-dessus du liquidus (217°C) entre 60 et 100 secondes. Le dispositif peut supporter un maximum de trois cycles de refusion. Le respect de ce profil est essentiel pour maintenir l'intégrité de l'encapsulation époxy interne et des liaisons par fils.

6. Informations d'emballage et de commande

6.1 Système de numéro de pièce

Le numéro de pièce suit le format : EL452(Y)-VG. La position "Y" indique l'option de bande et bobine (TA, TB, ou rien pour l'emballage en tube). Le "V" indique que l'unité est approuvée pour la sécurité VDE. Le suffixe "G" indique que le produit est sans halogène. Par exemple, EL452TA-VG fait référence au dispositif fourni sur bande et bobine d'orientation TA, avec approbation VDE, et sans halogène.

6.2 Spécifications de la bande et de la bobine

Le dispositif est disponible dans une bande porteuse gaufrée standard pour l'assemblage automatisé. Deux sens d'alimentation sont disponibles : Option TA et Option TB. La largeur de la bande (W) est de 16,0 mm, le pas des alvéoles (P₀) est de 4,0 mm, et la bobine contient typiquement 3000 unités. Des dimensions détaillées de la bande (A, B, D₀, etc.) sont fournies pour la configuration du chargeur.

7. Recommandations d'application

7.1 Circuits d'application typiques

L'EL452-G est bien adapté pour piloter des triacs, des thyristors ou des MOSFET dans des circuits de contrôle secteur CA (par exemple, relais statiques) en raison de son V_CEOélevé. Il peut être utilisé pour le décalage de niveau de tension dans les interfaces microcontrôleur, fournir une isolation pour les signaux de capteurs analogiques, et créer des boucles de rétroaction isolées dans les alimentations à découpage. Son CTR élevé lui permet d'être piloté directement depuis les broches GPIO d'un microcontrôleur (avec une résistance de limitation de courant appropriée) sans nécessiter de transistor de pilotage supplémentaire pour la LED.

7.2 Considérations et précautions de conception

Côté entrée :Une résistance série doit toujours être utilisée avec la LED pour limiter le courant direct à une valeur sûre, typiquement entre 1mA et 20mA selon le CTR et la vitesse requis. La LED est sensible à la tension inverse ; si le circuit de commande peut imposer une polarisation inverse, une diode de protection en parallèle avec la LED est recommandée.
Côté sortie :Le photodarlington peut absorber un courant significatif (jusqu'à 150mA). Une résistance de charge doit être connectée entre le collecteur et le rail d'alimentation positif pour définir l'excursion de tension de sortie et limiter la dissipation de puissance. En raison de la configuration darlington, la tension de saturation (V_CE(sat)) est plus élevée que pour un transistor simple, ce qui réduit l'excursion de tension de sortie dans les applications de commutation. Les concepteurs doivent tenir compte de la dégradation du CTR avec la température et la durée de vie ; une marge de conception de 20 à 50% est conseillée. Les vitesses de commutation relativement lentes excluent son utilisation dans la modulation de largeur d'impulsion (PWM) haute fréquence ou la communication de données au-dessus de quelques kilohertz.

8. Comparaison et différenciation technique

L'EL452-G se différencie sur le marché par sa combinaison de haute tension (350V), de CTR très élevé (1000% min) et de boîtier SOP compact. Comparé aux coupleurs phototransistor standard (qui peuvent avoir des CTR de 50 à 600%), la configuration darlington offre une sensibilité beaucoup plus élevée. Comparé à d'autres photodarlingtons, sa cote d'isolation de 3750Vrms et ses multiples approbations de sécurité internationales (UL, CUL, VDE, SEMKO, etc.) en font un choix robuste pour les applications critiques pour la sécurité et industrielles. La conformité sans halogène et RoHS s'aligne sur les réglementations environnementales modernes.

9. Questions fréquemment posées (FAQ)

Q : Puis-je piloter la LED directement depuis une sortie logique 5V ?
R : Oui, mais vous devez calculer la résistance série. Par exemple, avec une V_Ftypique de 1,2V et un I_Fsouhaité de 5mA à partir d'une alimentation 5V : R = (5V - 1,2V) / 0,005A = 760Ω. Utilisez une résistance standard de 750Ω.

Q : Quelle est la fréquence de commutation maximale ?
R : La fréquence de commutation pratique est limitée par les temps de montée et de descente. Une estimation prudente pour un signal carré est 1/(t_r+t_f) ≈ 1/(250µs+100µs) ≈ 2,9kHz. Pour un fonctionnement fiable, concevez pour des fréquences inférieures à 1kHz.

Q : Comment la température affecte-t-elle les performances ?
R : Le CTR diminue généralement avec l'augmentation de la température. Le courant d'obscurité (I_CEO) augmente avec la température. La tension directe de la LED diminue avec la température. Ces effets doivent être pris en compte pour un fonctionnement stable sur toute la plage de température.

Q : Une connexion de base externe est-elle disponible pour l'accélération ?
R : Non. Il s'agit d'un photodarlington standard sans broche de base externe. La vitesse de commutation ne peut pas être améliorée par des composants externes.

10. Étude de cas pratique de conception

Scénario :Isoler un signal microcontrôleur 3,3V pour commander une bobine de relais 24V CC.
Mise en œuvre :La broche GPIO du microcontrôleur (3,3V) pilote la LED via une résistance de 470Ω, fixant I_F≈ (3,3V - 1,2V)/470Ω ≈ 4,5mA. La bobine du relais (24V, 50Ω de bobine ≈ 480mA) est connectée entre une alimentation 24V et le collecteur de l'EL452-G. L'émetteur est connecté à la masse. Une diode de roue libre doit être placée aux bornes de la bobine du relais pour supprimer les pointes de tension lorsque le photodarlington s'éteint. Avec une entrée de 4,5mA, le CTR garantit une sortie saturée capable d'absorber le courant du relais, avec V_CE(sat)causant une faible chute de tension. Le V_CEOde 350V offre une marge amplement suffisante par rapport à l'alimentation 24V et aux pointes inductives.

11. Principe de fonctionnement

Le dispositif fonctionne sur le principe du couplage optique. Lorsqu'un courant traverse la diode électroluminescente infrarouge (LED) d'entrée, elle émet des photons. Ces photons traversent un espace isolant transparent et frappent la région de base de la paire de phototransistors darlington de sortie. Les photons absorbés génèrent des paires électron-trou, créant un courant de base qui active la paire de transistors darlington. Cela permet à un courant beaucoup plus important de circuler du collecteur vers l'émetteur, proportionnellement au courant de la LED (défini par le CTR). L'essentiel est que le signal est transmis par la lumière, fournissant une isolation galvanique complète entre les circuits d'entrée et de sortie, car il n'y a pas de connexion électrique—seulement un chemin optique à travers un matériau isolant.

12. Tendances et évolutions de l'industrie

Le marché des optocoupleurs continue d'évoluer. Les tendances incluent le développement d'isolateurs numériques plus rapides basés sur la technologie CMOS et RF, qui offrent une vitesse, une consommation d'énergie et une immunité au bruit supérieures par rapport aux optocoupleurs traditionnels. Cependant, les optocoupleurs photodarlington et phototransistor comme l'EL452-G conservent des positions fortes dans les applications nécessitant une capacité haute tension, une sortie de courant élevée, la simplicité, la robustesse et le rapport coût-efficacité pour l'isolation basse à moyenne fréquence. Il y a également une poussée continue vers la miniaturisation, une intégration plus élevée (par exemple, combiner plusieurs canaux), une fiabilité améliorée et des certifications de sécurité renforcées pour répondre aux normes mondiales en évolution. Le passage à des matériaux sans halogène et respectueux de l'environnement, comme on le voit dans l'EL452-G, est une exigence standard de l'industrie.