Fiche technique de la série EL111X-G de couplage optique à phototransistor - Boîtier SOP 5 broches - Distance de fuite 8mm - Tension d'isolement 5000Vrms - Document technique en chinois simplifié

1. Présentation du produit

La série EL111X-G est une famille d'opto-coupleurs (optocoupleurs) à base de phototransistors, conçue pour des applications nécessitant une isolation électrique fiable et une transmission de signaux entre des circuits à potentiels différents. La fonction principale du dispositif est d'utiliser la lumière pour transmettre des signaux électriques, en fournissant une isolation électrique entre le côté entrée (diode émettrice infrarouge) et le côté sortie (détecteur à phototransistor). Cette isolation est cruciale pour protéger les circuits sensibles contre les hautes tensions, le bruit et les boucles de masse.

该系列的特点是采用紧凑的5引脚小外形封装（SOP），高度仅为2.0毫米，适合空间受限的PCB设计。一个关键的区分特征是8毫米的长爬电距离，通过增加沿封装体表面的导电部件之间的距离，提高了高压环境下的可靠性和安全性。器件采用不含卤素（溴<900 ppm，氯<900 ppm，Br+Cl<1500 ppm）和三氧化二锑（Sb2O3）的复合材料制造，符合环境和安全法规。

2. Détails des spécifications techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs nominales définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir. Le fonctionnement dans ces conditions ne garantit pas les performances.

• Courant direct d'entrée (IF) :60 mA (continu). Pour une impulsion de 1 µs, le courant direct de crête est nettement plus élevé, à 1,5 A, permettant une surintensité transitoire pendant la commutation.
• Tension inverse d'entrée (VR) :6 V. Dépasser cette tension en polarisation inverse peut endommager la LED d'entrée.
• Tension collecteur-émetteur de sortie (VCEO) :80 V. C'est la tension maximale qui peut être appliquée aux bornes du transistor de sortie lorsque la base est en circuit ouvert.
• Courant de collecteur de sortie (IC) :50 mA.
• Puissance totale dissipée (PTOT) :250 mW. Il s'agit de la consommation électrique totale maximale des côtés entrée et sortie.
• Tension d'isolement (VISO) :5000 V_rms(pendant 1 minute à une humidité relative de 40-60%). Il s'agit d'un paramètre de sécurité critique. Lors du test, les broches d'entrée (1,2) sont court-circuitées ensemble, et les broches de sortie (3,4,5) sont court-circuitées ensemble.
• Température de fonctionnement (TOPR) :-55°C à +110°C.
• Température de soudure (TSOL) :260°C pendant 10 secondes, conforme au profil de température typique de refusion.

2.2 Caractéristiques optoélectroniques

Ces paramètres définissent les performances du dispositif dans les conditions normales de fonctionnement (sauf indication contraire, Ta=25°C).

2.2.1 Caractéristiques d'entrée (LED infrarouge)

• Tension directe (VF) :Valeur maximale de 1,5 V à IF = 50 mA. La valeur typique est plus basse, aux alentours de 1,1-1,3 V.
• Courant inverse (IR) :La valeur maximale est de 10 µA lorsque VR = 6 V.
• Capacité d'entrée (C_in) :À 1 kHz, la valeur typique est de 50 pF. Cela affecte les performances de commutation à haute fréquence.

2.2.2 Caractéristiques de sortie (Phototransistor)

• Courant d'obscurité collecteur-émetteur (I_CEO) :Dans V_CE= 20V, I_FLorsque = 0mA, la valeur maximale est de 100 nA. Il s'agit du courant de fuite lorsque la LED est éteinte.
• Tension de claquage collecteur-émetteur (BV_CEO) :À I_C= 0.1mA, la valeur minimale est de 80 V.
• Tension de saturation collecteur-émetteur (V_CE(sat)) :À I_F= 10mA, I_C= 1mA, la valeur maximale est de 0,4 V. Pour un étage de sortie pilotant des entrées de niveau logique, une faible tension de saturation est souhaitable.

2.2.3 Caractéristiques de transfert

Ces paramètres décrivent l'efficacité et la vitesse de couplage entre l'entrée et la sortie.

• Taux de transfert de courant (CTR) :C'est le rapport entre le courant de sortie du collecteur (I_C) et le courant d'entrée direct (I_F), exprimé en pourcentage. La série EL111X-G propose plusieurs classes de CTR, chaque classe ayant une plage minimale/maximale spécifiée dans des conditions de test définies. Cela permet aux concepteurs de choisir un dispositif avec un gain cohérent pour leur application.
  • EL1110, EL1116, EL1117, EL1118, EL1119 :À I_F= 5mA, V_CETesté sous = 5V. La plage varie de 50-600% (EL1110) à 200-400% (EL1119).
  • EL1112, EL1113, EL1114 :À I_F= 10mA, V_CETesté dans des conditions de = 5V. Les plages sont respectivement de 63-125 %, 100-200 % et 160-320 %. Ces dispositifs spécifient également une valeur CTR minimale à I_F= 1mA.
• Résistance d'isolement (R_IO) :Sous 500 V DC, la valeur minimale est de 5 x 10¹⁰Ω. Cela indique que la résistance DC entre les côtés isolés est extrêmement élevée.
• Capacité flottante (C_IO) :À 1 MHz, la valeur maximale est de 1,0 pF. Cette faible capacité contribue à maintenir une haute immunité transitoire en mode commun (CMTI) en minimisant le couplage capacitif du bruit.
• Temps de commutation :Dans V_CE= 5V, I_C= 5mA, R_LMesure effectuée sous la condition = 100Ω.
  • Temps de montée (t_on) :Valeur typique 4 µs.
  • Temps de coupure (t_off) :Valeur typique 3 µs.
  • Temps de montée (t_r) :Valeur typique 2 µs, valeur maximale 18 µs.
  • Temps de descente (t_f) :Valeur typique 3 µs, valeur maximale 18 µs.
  Ces temps définissent la capacité du dispositif à suivre le signal numérique. Les limites maximales garantissent la fonctionnalité sur toute la plage de températures et de production.

3. Description du système de classification

Le système de classification principal de la série EL111X-G est basé surle rapport de transfert de courant (CTR). Différents numéros de pièce (représentés par 'X' dans EL111X) correspondent aux conditions standard (I_F=5mA ou 10mA, V_CE=5V) mesurée. Cela permet aux concepteurs de :

1. Assurer la stabilité du circuit :Le choix d'une plage de CTR plus étroite (par exemple, EL1117 : 80-160 %) peut fournir un courant de sortie plus prévisible pour un courant d'entrée donné, réduisant ainsi le besoin de circuits de polarisation à tolérances larges.
2. Optimisation de la consommation d'énergie :Pour le courant de sortie requis, un dispositif à CTR plus élevé (par exemple, EL1119) peut être piloté avec un courant LED d'entrée plus faible, permettant ainsi d'économiser de la puissance côté primaire.
3. Correspondance aux exigences de conception :Différentes applications peuvent nécessiter des gains différents. Les circuits d'interface logique peuvent utiliser des dispositifs CTR standard, tandis que la transmission de signaux analogiques peut bénéficier de dispositifs CTR plus élevés et plus linéaires.

Les informations de commande définissent clairement cette classification via le caractère 'X' (0, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9).

4. Analyse de la courbe de performance

Bien que la fiche technique fasse référence à des courbes graphiques spécifiques ("courbes caractéristiques photovoltaïques typiques"), le comportement typique peut être décrit en fonction du principe du coupleur optique à phototransistor.

• Relation entre le CTR et le courant direct (I_F) :Le CTR n'est pas constant. Il atteint généralement un pic à des courants directs modérés (généralement autour de 5-10 mA pour ces dispositifs) et peut diminuer à des courants très faibles ou très élevés en raison de l'efficacité de la LED et des effets de saturation du transistor.
• Relation entre le CTR et la température :Le CTR présente généralement un coefficient de température négatif ; il diminue avec l'augmentation de la température de jonction. Les concepteurs doivent prendre en compte cette dégradation sur toute la plage de températures de fonctionnement.
• Courant de sortie (I_C) et la tension collecteur-émetteur (V_CE) :Pour un courant LED fixe, le phototransistor se comporte comme une source de courant jusqu'à ce qu'il entre en saturation. La région de saturation est caractérisée par une V_CE(sat)faible, comme indiqué dans les spécifications.
• Temps de commutation en fonction de la résistance de charge (R_L) :Les temps de commutation (t_r, t_f) dépendent fortement de la résistance de charge et de toute capacité parasite. Une R_Lplus faible offre généralement un temps de descente plus rapide, mais réduit l'excursion de sortie et augmente la consommation d'énergie.

5. Informations mécaniques et de boîtier

Ce dispositif utilise un boîtier SOP (Small Outline Package) à 5 broches d'une hauteur de 2,0 mm. La configuration des broches est standardisée :

1. Anode (entrée LED+)
2. Cathode (entrée LED-)
3. Émetteur (phototransistor)
4. Collecteur (phototransistor)
5. Base (phototransistor, généralement laissée en circuit ouvert ou connectée pour des techniques d'accélération)

Le boîtier comprend unConfiguration recommandée des pastilles, pour l'assemblage en surface, ce qui est essentiel pour obtenir des soudures fiables et une stabilité mécanique adéquate pendant le refusion.Distance de fuite de 8 mm de longueurIl s'agit d'une caractéristique de conception physique du moule d'encapsulation qui augmente la distance de surface entre les broches d'entrée et de sortie, contribuant directement à la réalisation d'une isolation nominale élevée de 5000 Vrms et à la conformité aux normes de sécurité.

6. Guide de soudage et d'assemblage

La température de soudage maximale nominale de ce dispositif est de 260 °C pendant 10 secondes. Cela est conforme au profil de température de refusion standard sans plomb (IPC/JEDEC J-STD-020). Les considérations clés incluent :

• Utilisez la configuration de pastille recommandée sur le PCB pour éviter le soulèvement ou le décalage des composants.
• Évitez l'excès de pâte à souder, ce qui peut provoquer des pontages entre broches ou réduire l'intervalle de fuite.
• Suivez les procédures de manipulation standard du niveau de sensibilité à l'humidité (MSL) pour les boîtiers plastiques. Si le dispositif est exposé à une humidité ambiante supérieure à sa durée de stockage nominale, un pré-séchage est généralement requis.
• La plage de température de stockage est de -55°C à +125°C.

7. Informations sur l'emballage et la commande

Ce produit propose plusieurs options d'emballage pour s'adapter à différentes échelles de production :

• Emballage en tube :100 unités par tube (standard ou avec option VDE).
• Emballage en bande :3000 unités par bobine. Deux options de bande sont proposées (TA, TB), pouvant différer par la largeur de la bande ou l'orientation des composants. Les deux peuvent être combinées avec l'option de certification de sécurité VDE.

ComposantStructure de numérotationEst : EL111X(Y)-VG

• EL111 :Numéro de composant de base.
• X :Niveaux CTR (0,2,3,4,6,7,8,9).
• Y :Option d'emballage (TA, TB, ou laisser vide pour tube).
• V :Marquage de certification de sécurité VDE optionnel.
• G :Indique une structure sans halogène.

Le marquage du dispositif sur le boîtier comprend l'année et la semaine de fabrication, ainsi que le numéro du dispositif et l'indicateur VDE optionnel.

8. Recommandations d'application

8.1 Scénarios d'application typiques

• Module d'entrées/sorties (I/O) de contrôleur logique programmable (PLC) :Isoler les signaux numériques provenant des capteurs/actionneurs de terrain de l'unité centrale de traitement.
• Alimentation à découpage :Fournit une isolation de rétroaction dans les topologies de convertisseurs à découpage flyback ou autres convertisseurs isolés.
• Interface de communication industrielle :Isoler les lignes de bus série RS-485, CAN ou autres pour éviter les boucles de masse et améliorer l'immunité au bruit.
• Équipement médical :Isoler les circuits de connexion du patient des parties alimentées par le secteur, où l'isolation de sécurité est cruciale.
• Commande des appareils électroménagers :Isoler les signaux des microcontrôleurs basse tension des circuits de moteurs CA ou de chauffage pilotés par thyristors dans des appareils tels que les ventilateurs et les radiateurs.
• Instruments de mesure :Isoler l'étage de conditionnement du signal analogique du système d'acquisition de données.

8.2 Considérations de conception

• Limitation du courant d'entrée :Utiliser toujours une résistance en série pour limiter le courant direct (I_F) Limité à la valeur requise, calculée par la formule (tension d'alimentation - V_F) / I_F. Ne pas dépasser les valeurs maximales absolues.
• Dégradation du CTR :Veuillez noter que le CTR peut diminuer au cours de la durée de vie du dispositif, en particulier lors d'un fonctionnement à haute température ou à un courant LED élevé. Dans les conceptions critiques, il convient de déclasser la valeur initiale du CTR.
• Compromis entre vitesse et courant :Un I_Fplus élevé augmente généralement la vitesse de commutation, mais accroît la consommation d'énergie et peut accélérer la dégradation du CTR. La résistance de charge R_LCela affecte également considérablement la vitesse de commutation et l'excursion de tension de sortie.
• Capacité de résistance au bruit :Une résistance d'isolement élevée et une faible capacité de couplage assurent un bon rejet de mode commun. Pour les environnements très bruyants, assurez-vous d'une disposition propre, d'une mise à la terre correcte et envisagez d'ajouter des condensateurs de découplage près des broches du dispositif.
• Utilisation de la broche de base (broche 5) :Laisser la base en circuit ouvert est une pratique standard. Connecter une résistance entre la base et l'émetteur peut réduire le gain du phototransistor, mais en fournissant un chemin pour évacuer la charge stockée, cela peut améliorer considérablement sa vitesse de commutation (en particulier le temps d'extinction).

9. Comparaison technique et avantages

La série EL111X-G se distingue sur le marché des optocoupleurs par plusieurs caractéristiques clés :

• Boîtier SOP à longue ligne de fuite :Réalise une distance de fuite de 8 mm dans les dimensions standard d'un boîtier SOP, offrant une spécification d'isolation supérieure (5000 Vrms) par rapport à de nombreux optocoupleurs SOP standard évalués à 2500 Vrms ou 3750 Vrms. Cela procure une marge de sécurité et répond à des exigences d'isolation plus strictes sans nécessiter le passage à un boîtier plus grand.
• Certifications de sécurité complètes :Cette série est certifiée par les principales agences internationales de sécurité (UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO, CQC), simplifiant la conformité mondiale des produits.
• Conformité environnementale :La construction sans halogène et conforme à la directive RoHS répond aux exigences réglementaires environnementales et de la chaîne d'approvisionnement.
• Large choix de CTR :Plusieurs niveaux de CTR bien définis offrent aux concepteurs une flexibilité pour optimiser en fonction du gain, de la puissance ou du coût.

10. Foire aux questions (basée sur les paramètres techniques)

1. Q : Quel est l'objectif d'une longue distance de fuite ?
   Réponse : La distance de fuite est la distance la plus courte entre deux parties conductrices le long de la surface de l'encapsulation isolante. Une distance de fuite de 8 mm augmente significativement la longueur du chemin de claquage pour les pollutions de surface (poussière, humidité), ce qui est essentiel pour atteindre et maintenir une tension d'isolement nominale élevée de 5000 Vrms, en particulier dans des environnements humides ou pollués.
2. Question : Comment choisir le bon grade de CTR ?
   Réponse : Choisissez en fonction du courant de sortie requis par votre circuit et de la capacité d'entraînement de l'entrée. Si la broche GPIO de votre microcontrôleur ne peut fournir que 5 mA, sélectionnez un grade de CTR plus élevé (par exemple, EL1119) pour obtenir un courant de sortie suffisant. Si vous avez besoin d'un gain cohérent et prévisible pour la détection analogique, choisissez un grade avec une plage plus étroite (par exemple, EL1117). Consultez toujours les valeurs minimales/maximales pour votre point de fonctionnement spécifique.
3. Question : Puis-je l'utiliser pour la transmission de signaux analogiques ?
   Réponse : Oui, mais avec des réserves. La réponse du phototransistor n'est pas parfaitement linéaire, et le CTR varie avec la température et le courant. Il convient mieux aux signaux analogiques basse fréquence ou représentés numériquement (comme la PWM). Pour l'isolation analogique de précision, un optocoupleur linéaire dédié ou un amplificateur d'isolation est plus approprié.
4. Question : Quelle est la différence entre les options de bande de conditionnement TA et TB ?
   R : La fiche technique présente deux schémas de dimensions de bande différents. La principale différence réside probablement dans l'orientation du composant dans la poche de la bande ("sens d'avancement de la bande") et peut également inclure une largeur de bande différente. L'option TB a une dimension Ko de 2,25 mm. Veuillez consulter le fabricant ou consulter les spécifications détaillées de la bande pour garantir la compatibilité avec votre machine de placement.
5. Q : Comment la température affecte-t-elle les performances ?
   R : La température affecte principalement le CTR (qui diminue avec l'augmentation de la température) et la tension directe V_F(qui diminue également) de la LED d'entrée. La vitesse de commutation peut également varier. Une conception destinée à fonctionner sur toute la plage de -55°C à +110°C doit tenir compte de ces variations, en particulier de la déclassement du CTR.

11. Exemple de conception pratique

Scénario :Isoler un signal GPIO d'un microcontrôleur 3.3V pour commander un relais 12V côté isolé. La bobine du relais nécessite 30mA pour s'activer.

Étapes de conception :

1. Sélection du niveau CTR :I requis_CIl est de 30 mA. Le microcontrôleur peut fournir environ 10 mA. Le CTR requis = (30 mA / 10 mA) * 100 % = 300 %. Dans le cas où I_F=10 mA, la plage de CTR de l'EL1114 est de 160 à 320 %. Nous choisissons l'EL1114, mais il faut noter qu'au CTR minimum (160 %), I_Csera de 16 mA, ce qui pourrait être insuffisant. Nous pourrions avoir besoin de piloter la LED avec un courant plus important, ou de choisir une classe/composant différent.
2. Recalcul avec l'EL1119 :Les conditions de test nominales de l'EL1119 sont I_F=5mA. La plage de CTR est de 200 à 400%. Si nous le pilotons avec I_F=7.5mA (dans les spécifications nominales), en utilisant le CTR typique, nous pouvons nous attendre à un I_Cd'environ 22.5 à 30mA. Cela est à la limite. Une meilleure solution consiste à utiliser un transistor en sortie pour piloter le relais, en utilisant le photocoupleur uniquement comme isolateur de niveau logique.
3. Calcul de la résistance d'entrée (en utilisant l'EL1114, I_F=10mA) :Supposons que V_F~ 1.2V. La tension du microcontrôleur est de 3.3V. R_limit= (3.3V - 1.2V) / 0.01A = 210 Ω. Utilisez une résistance standard de 200 Ω.
4. Côté sortie :Connectez le collecteur du phototransistor à l'alimentation 12V via la bobine du relais. L'émetteur est mis à la masse. Placez une diode de roue libre en inverse parallèle aux bornes de la bobine du relais. Lorsque le phototransistor est conducteur, il se sature, V_CE(sat)< 0.4V，将几乎全部的12V电压施加到继电器上。
5. Considérations de vitesse :Le relais est lent, donc le temps d'allumage d'environ 4 µs de l'optocoupleur n'est pas critique. Aucune résistance de base n'est nécessaire pour accélérer.

12. Principe de fonctionnement

Le couplage optique (optocoupleur) est un dispositif qui utilise la lumière pour transmettre des signaux électriques entre deux circuits isolés. Dans la série EL111X-G :

1. Un courant appliqué aux broches d'entrée (1-anode, 2-cathode) polarise directement ladiode électroluminescente infrarouge (IRED).
2. L'IRED émet une lumière infrarouge proportionnelle au courant direct.
3. Cette lumière traverse l'espace isolant transparent (généralement en plastique moulé) et atteint lephototransistor au siliciumLa région de base.
4. La lumière incidente génère des paires électron-trou dans la base, agissant efficacement comme un courant de base. Cela conduit à la conduction du phototransistor entre son collecteur (broche 4) et son émetteur (broche 3).
5. Le courant de collecteur de sortie généré (I_C) est approximativement égal au courant d'entrée de la LED (I_F) est proportionnel, la constante de proportionnalité étant le rapport de transfert de courant (CTR).
6. The key is that the only connection between input and output is the light beam; there is no electrical conductive path. This provides the galvanic isolation, blocking high voltages, ground potential differences, and noise.

13. Tendances technologiques

La technologie des optocoupleurs évolue avec les besoins des systèmes :

• Vitesses plus élevées :La demande d'isolation numérique plus rapide dans les entraînements de moteurs, les communications et les ADC a stimulé le développement d'optocoupleurs avec des temps de commutation plus rapides (de l'ordre de la nanoseconde) et une immunité transitoire en mode commun (CMTI) supérieure.
• Intégration :Il existe une tendance à intégrer des fonctionnalités supplémentaires, telles que des pilotes de grille pour IGBT/MOSFET, des amplificateurs d'erreur pour l'alimentation, et même des isolateurs numériques multi-canaux dans un seul boîtier.
• Amélioration de la fiabilité et de la durée de vie :Concentration sur les matériaux et la conception pour réduire la dégradation à long terme du CTR, en particulier pour les applications automobiles et industrielles à haute température.
• Miniaturisation :Les dimensions des boîtiers continuent de diminuer (par exemple, SOP ultra-miniatures, boîtiers au niveau de la tranche) tout en maintenant ou en améliorant les valeurs nominales d'isolement, afin d'économiser de l'espace sur la carte de circuit.
• Technologies alternatives :Les optocoupleurs font face à la concurrence d'autres technologies d'isolement, telles que les isolateurs capacitifs (utilisant une barrière de SiO2) et les isolateurs magnétiques (basés sur des transformateurs), qui peuvent offrir des vitesses plus élevées, une consommation d'énergie plus faible et une meilleure intégration. Cependant, en raison de leur simplicité, de leur capacité en haute tension, de leur fiabilité facilement compréhensible et de leur rentabilité pour les exigences de vitesse standard, les optocoupleurs restent dominants dans de nombreuses applications.

La série EL111X-G se concentre sur la réalisation d'une haute tension d'isolement dans un boîtier compact et conforme aux normes environnementales, répondant à la demande continue d'isolement de signal fiable et certifié pour la sécurité dans un large éventail d'applications industrielles et grand public.