Fiche technique des photocoupleurs ELD3H7 ELQ3H7 - Boîtier SSOP 8/16 broches - Tension d'isolement 3750 Vrms - CTR 50-600% - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Ces photocoupleurs sont conçus pour des applications nécessitant un isolement de signal fiable et une immunité au bruit.

L'ELD3H7 intègre 2 canaux d'isolement indépendants dans un boîtier SSOP (Shrink Small Outline Package) à 8 broches. L'ELQ3H7 intègre 4 canaux indépendants dans un boîtier SSOP à 16 broches. Les deux variantes présentent un profil ultra-fin de 2,0 mm, ce qui les rend adaptées aux applications à encombrement limité. Les dispositifs utilisent un composé de moulage vert sans halogène et sont conformes aux directives sans plomb et RoHS.

2. Caractéristiques clés et avantages principaux

• Haute tension d'isolement :Évaluée à 3750 V_rmspendant 1 minute, assurant une protection robuste et la sécurité dans les environnements haute tension.
• Large rapport de transfert de courant (CTR) :S'étend de 50 % à 600 % à I_F= 5 mA, V_CE= 5 V, offrant une flexibilité de conception pour différents besoins d'amplification de signal.
• Facteur de forme compact :Le boîtier SSOP avec un profil de 2,0 mm est idéal pour les conceptions PCB haute densité.
• Homologations de sécurité complètes :Certifiés par UL (E214129), VDE (40028116), SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO et CQC, facilitant leur utilisation dans les équipements réglementés mondialement.
• Caractéristiques de commutation rapide :Temps de montée (t_r) typique de 5 µs et temps de descente (t_f) typique de 3 µs dans des conditions de test spécifiées, adaptés à la transmission de signaux numériques.

3. Marché cible et applications

These photocouplers are engineered for applications requiring reliable signal isolation and noise immunity.

• Convertisseurs DC-DC :Fournissant l'isolement de la boucle de rétroaction dans les alimentations à découpage.
• Automates programmables (PLC) et automatisation industrielle :Isolant les signaux d'E/S numériques entre le contrôleur et les dispositifs de terrain.
• Équipements de télécommunication :Isolant les lignes de signal dans les modems, interfaces et matériels réseau.
• Isolement de circuit général :Transmission de signaux entre des circuits de potentiels de masse ou d'impédances différents.

4. Analyse approfondie des paramètres techniques

4.1 Valeurs maximales absolues

Ce sont les limites de contrainte qui ne doivent en aucun cas être dépassées pour éviter une détérioration permanente du composant.

• Entrée (côté LED) :Courant direct (I_F) 60 mA ; Courant direct de crête (I_FP) 1 A pendant 1 µs ; Tension inverse (V_R) 6 V ; Puissance dissipée (P_D) 70 mW.
• Sortie (côté transistor) :Courant de collecteur (I_C) 50 mA ; Tension collecteur-émetteur (V_CEO) 80 V ; Tension émetteur-collecteur (V_ECO) 7 V ; Puissance dissipée (P_C) 150 mW.
• Dispositif total :Puissance totale dissipée (P_TOT) 200 mW ; Tension d'isolement (V_ISO) 3750 V_rms.
• Température :Plage de fonctionnement -55°C à +110°C ; Plage de stockage -55°C à +125°C ; Température de soudure 260°C pendant 10 secondes.

4.2 Caractéristiques électriques et optoélectroniques

Paramètres de performance typiques mesurés à 25°C.

4.2.1 Caractéristiques de l'entrée (LED infrarouge)

• Tension directe (V_F) :Typiquement 1,2 V, maximum 1,4 V à I_F= 20 mA. Ce paramètre est crucial pour concevoir le circuit de commande de la LED.
• Courant inverse (I_R) :Maximum 10 µA à V_R= 4 V, indiquant de bonnes caractéristiques de blocage de la diode.
• Capacité d'entrée (C_in) :Typiquement 30 pF, affectant les performances de commutation haute fréquence.

4.2.2 Caractéristiques de la sortie (Phototransistor)

• Courant d'obscurité (I_CEO) :Maximum 100 nA à V_CE= 20 V avec I_F= 0 mA. C'est le courant de fuite lorsque la LED est éteinte, impactant l'intégrité du signal à l'état OFF.
• Tensions de claquage : BV_CEO≥ 80 V, BV_ECO≥ 7 V, définissant les tensions maximales admissibles aux bornes du transistor.
• Tension de saturation collecteur-émetteur (V_CE(sat)) :Typiquement 0,1 V, maximum 0,2 V à I_F= 10 mA, I_C= 1 mA. Un V_CE(sat)faible est souhaitable pour une sortie de niveau logique.

4.2.3 Caractéristiques de transfert

• Rapport de transfert de courant (CTR) :Défini comme (I_C/ I_F) * 100 %. La plage spécifiée est de 50 % à 600 % à I_F= 5 mA, V_CE= 5 V. Ce large classement permet une sélection basée sur le gain requis.
• Résistance d'isolement (R_IO) :Minimum 5×10¹⁰Ω à 500 V DC, assurant un excellent isolement DC.
• Capacité d'isolement (C_IO) :Typiquement 0,3 pF, maximum 1,0 pF. Une faible capacité minimise le couplage capacitif du bruit haute fréquence à travers la barrière d'isolement.
• Temps de commutation :Temps de montée (t_r) typiquement 5 µs, temps de descente (t_f) typiquement 3 µs dans les conditions de test (V_CE= 2 V, I_C= 2 mA, R_L= 100 Ω). Ces valeurs déterminent le débit de données maximal utilisable.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

5.1 Dimensions du boîtier et dessins de contour

Les dispositifs sont logés dans des boîtiers SSOP. L'ELD3H7 (2 canaux) utilise un SSOP à 8 broches, tandis que l'ELQ3H7 (4 canaux) utilise un SSOP à 16 broches. Les deux partagent une hauteur de profil commune de 2,0 mm. Des dessins dimensionnels détaillés avec toutes les mesures critiques (taille du corps, pas des broches, hauteur) sont fournis dans la fiche technique pour la conception de l'empreinte PCB.

5.2 Configuration des broches et polarité

Pour ELD3H7 (8 broches) :

• Broches 1, 3 : Anode des LED du canal 1 et du canal 2, respectivement.
• Broches 2, 4 : Cathode des LED du canal 1 et du canal 2, respectivement.
• Broches 5, 7 : Émetteur des phototransistors du canal 1 et du canal 2, respectivement.
• Broches 6, 8 : Collecteur des phototransistors du canal 1 et du canal 2, respectivement.

Pour ELQ3H7 (16 broches) :

• Broches 1, 3, 5, 7 : Anode des LED des canaux 1 à 4.
• Broches 2, 4, 6, 8 : Cathode des LED des canaux 1 à 4.
• Broches 9, 11, 13, 15 : Émetteur des phototransistors des canaux 1 à 4.
• Broches 10, 12, 14, 16 : Collecteur des phototransistors des canaux 1 à 4.

5.3 Configuration recommandée des pastilles PCB

La fiche technique inclut des modèles de pastilles suggérés pour les boîtiers SSOP à 8 et 16 broches. Le respect de ces recommandations assure la formation fiable des joints de soudure pendant le soudage par refusion et une stabilité mécanique correcte.

5.4 Marquage du composant

Les composants sont marqués sur la face supérieure. Le marquage comprend :

• "EL" : Identifiant du fabricant.
• "D3H7" ou "Q3H7" : Numéro du dispositif pour la variante à 2 ou 4 canaux.
• "Y" : Code d'année à un chiffre.
• "WW" : Code de semaine à deux chiffres.
• "V" : Marquage optionnel indiquant l'homologation VDE.

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

Les dispositifs sont adaptés à l'assemblage CMS utilisant les techniques de soudage par refusion.

• Soudage par refusion :La température de soudure maximale autorisée est de 260°C, mesurée sur le corps du boîtier, pour une durée ne dépassant pas 10 secondes. Les profils de refusion standard sans plomb (IPC/JEDEC J-STD-020) sont applicables.
• Manipulation :Les précautions standard contre les décharges électrostatiques (ESD) doivent être observées, car le dispositif contient des semiconducteurs sensibles aux décharges statiques.
• Nettoyage :Suivre les procédures de nettoyage PCB standard compatibles avec le composé de moulage époxy vert.
• Stockage :Stocker dans un environnement sec avec une température comprise entre -55°C et +125°C. Utiliser dans les 12 mois suivant le code date pour une soudabilité optimale.

7. Informations sur l'emballage et la commande

7.1 Système de numérotation des modèles

Le numéro de pièce suit le format :EL[D3H7/Q3H7](Z)-V

• EL :Préfixe de la série.
• D3H7 / Q3H7 :Désigne le dispositif à 2 ou 4 canaux.
• (Z) :Option d'emballage en bande et bobine. "TA" indique bande et bobine, tandis que son absence indique un emballage en tube.
• V :Suffixe optionnel indiquant l'homologation VDE.

7.2 Spécifications d'emballage

• ELD3H7 (Tube) :80 unités par tube.
• ELD3H7 (Bande et bobine) :1000 unités par bobine.
• ELQ3H7 (Tube) :40 unités par tube.
• ELQ3H7 (Bande et bobine) :1000 unités par bobine.

Les spécifications de la bande et de la bobine, y compris la largeur de la bande porteuse, les dimensions des alvéoles et le diamètre de la bobine, sont détaillées pour la configuration des machines de placement automatique.

8. Considérations de conception pour l'application

8.1 Circuits d'application typiques

L'application la plus courante est l'isolement de signaux numériques. Une résistance de limitation de courant en série doit être connectée à l'anode de la LED pour définir le courant direct souhaité (I_F). La valeur est calculée comme R_limit= (V_{CC_input}- V_F) / I_F. Du côté sortie, une résistance de rappel (R_L) est connectée entre le collecteur et la tension d'alimentation du côté sortie (V_{CC_output}) pour définir les niveaux logiques de sortie et limiter le courant de collecteur du phototransistor.

8.2 Notes de conception et bonnes pratiques

• Sélection du CTR :Choisissez une classe de CTR appropriée à votre courant de commande et au courant de sortie requis. Un CTR plus élevé permet d'utiliser un I_Fplus faible pour la même sortie, réduisant ainsi la puissance d'entrée.
• Compromis vitesse/courant :La vitesse de commutation (t_r, t_f) s'améliore généralement avec un I_Fplus élevé et un R_Lplus faible, mais cela augmente la consommation d'énergie. Le circuit de test (I_Fpulse, V_CE= 2 V, I_C= 2 mA, R_L= 100 Ω) fournit une référence pour les performances attendues.
• Immunité au bruit :La haute résistance d'isolement (R_IO) et la faible capacité d'isolement (C_IO) sont essentielles pour rejeter le bruit en mode commun. Assurez-vous d'une disposition PCB correcte pour éviter les problèmes de contournement et de distance qui pourraient compromettre la tension d'isolement nominale.
• Considérations thermiques :Ne pas dépasser la puissance totale dissipée par le dispositif (P_TOT= 200 mW). La puissance est la somme de la puissance de la LED d'entrée (I_F*V_F) et de la puissance du transistor de sortie (I_C*V_CE).

9. Comparaison et différenciation technique

Comparés aux photocoupleurs standard DIP-4 ou DIP-6, la série ELD3H7/ELQ3H7 offre des avantages significatifs :

• Réduction de taille :Le boîtier SSOP occupe moins de 25 % de la surface de carte d'un boîtier DIP-8 standard pour un dispositif à 2 canaux, permettant une miniaturisation.
• Intégration multi-canaux :La disponibilité de 2 et 4 canaux dans des boîtiers uniques réduit le nombre de composants et économise de l'espace sur la carte dans les applications à isolement multiple.
• Profil :La hauteur de 2,0 mm est critique pour les conceptions ultra-minces.
• Performance :Maintient une haute tension d'isolement et une large gamme de CTR malgré la petite taille, un différenciateur clé par rapport à de nombreuses alternatives miniaturisées.

10. Questions fréquemment posées (FAQ)

10.1 Quel est le débit de données maximal réalisable avec ces photocoupleurs ?

Sur la base des temps de montée/descente typiques de 5 µs et 3 µs, le débit de données pratique maximal pour un signal numérique propre est d'environ 1/(t_r+t_f) ≈ 125 kHz. Pour un fonctionnement fiable, une cible de conception prudente de 50-100 kHz est recommandée.

10.2 Comment sélectionner la classe de CTR correcte pour mon application ?

Si votre conception nécessite un courant de sortie minimum garanti (I_C) avec un courant d'entrée spécifique (I_F), calculez le CTR minimum requis : CTR_{min_req}= (I_C/ I_F) * 100 %. Sélectionnez un dispositif dont le CTR minimum garanti (par ex., 50 %) atteint ou dépasse cette valeur. Utiliser une classe de CTR plus élevée offre une marge de conception plus importante.

10.3 Ces dispositifs peuvent-ils être utilisés pour isoler des signaux analogiques ?

Bien que principalement conçus pour l'isolement numérique, ils peuvent être utilisés dans des applications analogiques basse fréquence et faible précision (par ex., rétroaction dans les alimentations isolées). Cependant, le CTR présente une forte dépendance à la température et une non-linéarité avec I_F, ce qui les rend inadaptés à la transmission de signaux analogiques de précision sans circuits de calibration ou de compensation étendus. Les optocoupleurs linéaires spécialisés sont mieux adaptés à l'isolement analogique.

10.4 Quel est l'objectif de la tension d'isolement nominale, et comment est-elle testée ?

La valeur nominale de 3750 V_rms(pendant 1 minute) est une spécification de sécurité indiquant la rigidité diélectrique de l'isolation entre les côtés entrée et sortie. Pendant le test, toutes les broches du côté LED sont court-circuitées ensemble, et toutes les broches du côté transistor sont court-circuitées ensemble. Une haute tension alternative est appliquée entre ces deux groupes. Cette valeur nominale assure une protection contre les transitoires haute tension pouvant survenir dans les équipements industriels ou connectés au secteur.

11. Exemple pratique de conception

Scénario :Isoler un signal numérique 3,3 V d'un microcontrôleur vers un système 5 V.

• Côté entrée : V_{CC_input}= 3,3 V. Cible I_F= 5 mA pour une bonne vitesse et CTR. En supposant V_F≈ 1,2 V, R_limit= (3,3 V - 1,2 V) / 0,005 A = 420 Ω. Utiliser une résistance standard de 430 Ω.
• Côté sortie : V_{CC_output}= 5 V. Choisir R_Lpour limiter I_Cet définir les niveaux logiques. Pour un CTR de 100 % à I_F= 5 mA, I_C≈ 5 mA. Lorsque le transistor est ON (saturé), V_CE≈ 0,1 V, donc la sortie est basse (~0,1 V). Lorsqu'il est OFF, la sortie est tirée à l'état haut à 5 V. La puissance dans R_Llorsque ON est (5 V - 0,1 V) * 5 mA ≈ 24,5 mW, bien dans les limites nominales. Une résistance standard de 1 kΩ donnerait I_C≈ (5 V - 0,1 V)/1 kΩ = 4,9 mA, ce qui est également acceptable.
• Disposition :Placer le dispositif près de la barrière d'isolement sur le PCB. Maintenir les distances de contournement et de dégagement recommandées (consulter les normes de sécurité comme l'IEC 60950-1) entre les pistes de cuivre d'entrée et de sortie, en particulier pour la haute tension d'isolement nominale.

12. Principe de fonctionnement

Un photocoupleur fonctionne en convertissant un signal électrique en lumière, en le transmettant à travers un espace électriquement isolant, puis en reconvertissant la lumière en signal électrique. Dans l'ELD3H7/ELQ3H7 :

1. Un courant électrique (I_F) traverse la LED infrarouge, la faisant émettre des photons.
2. Ces photons traversent un diélectrique isolant transparent (le composé de moulage) et frappent la région de base du phototransistor au silicium.
3. L'énergie des photons génère des paires électron-trou dans la base, créant effectivement un courant de base qui met le transistor en conduction (ON).
4. Le transistor conduit un courant de collecteur (I_C) proportionnel à l'intensité de la lumière reçue, et donc à l'I_Fd'entrée. La constante de proportionnalité est le CTR.

L'essentiel est que la seule connexion entre l'entrée et la sortie est optique, fournissant ainsi l'isolement électrique.

13. Tendances et évolutions de l'industrie

La tendance dans la technologie des optocoupleurs est motivée par les demandes de vitesse plus élevée, de taille plus petite, de consommation d'énergie réduite et d'intégration de fonctionnalités supplémentaires. Alors que les coupleurs à phototransistor traditionnels comme les ELD3H7/ELQ3H7 excellent en rapport coût-efficacité, robustesse et haute tension d'isolement, de nouvelles technologies émergent :

• Coupleurs numériques haute vitesse :Utilisent la technologie CMOS et des LED intégrées pour atteindre des débits de données de dizaines ou centaines de Mbps, dépassant largement les dispositifs à base de phototransistor.
• Fonctions isolées intégrées :Dispositifs combinant l'isolement avec des fonctions comme des pilotes de grille isolés, des CAN isolés ou la fourniture d'alimentation isolée (isoPower).
• Sécurité et fiabilité améliorées :Le développement en cours se concentre sur l'amélioration de la durabilité des matériaux d'isolation, de l'immunité aux surtensions et l'obtention de tensions de travail nominales plus élevées dans des boîtiers plus petits pour répondre aux normes de sécurité internationales en évolution.

Les coupleurs à phototransistor restent une solution fondamentale et largement utilisée pour l'isolement général à coût réduit, où une vitesse modérée et une haute fiabilité sont primordiales.