Fiche technique - Photocoupleur pilote de triac à passage par zéro série EL303X/304X/306X/308X en boîtier DIP 6 broches - Tension 250V-800V - Isolation 5000Vrms

1. Vue d'ensemble du produit

Les séries EL303X, EL304X, EL306X et EL308X sont des familles de photocoupleurs en boîtier DIL 6 broches conçus spécifiquement comme pilotes de triac à passage par zéro. Ces dispositifs servent d'interface critique entre les circuits de commande logique basse tension et les lignes d'alimentation AC haute tension, permettant une commutation sûre et efficace des charges AC. La fonction principale est de fournir une isolation galvanique tout en déclenchant un triac de puissance externe au point de passage par zéro de la forme d'onde de tension AC, minimisant ainsi les interférences électromagnétiques (IEM) et le courant d'appel.

La série se différencie principalement par sa capacité de tension de blocage crête, allant de 250V pour l'EL303X à 800V pour l'EL308X, la rendant adaptée à une large gamme de tensions secteur de 110VAC à 380VAC. Une caractéristique clé est le circuit intégré de détection de passage par zéro, qui garantit que le triac de sortie se déclenche uniquement lorsque la tension de ligne AC est proche de zéro volt. Ce composant est couramment utilisé comme élément central dans les relais statiques (SSR), les contrôleurs de moteur et divers contrôles d'appareils industriels et grand public.

2. Interprétation approfondie des paramètres techniques

2.1 Limites absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Le fonctionnement dans ces conditions n'est pas garanti.

• Courant direct d'entrée (IF) :Le courant continu maximal à travers la LED infrarouge est de 60 mA. Le dépasser peut dégrader ou détruire la LED.
• Tension inverse d'entrée (VR) :La LED peut supporter une polarisation inverse jusqu'à 6V.
• Dissipation de puissance entrée/sortie :Le côté entrée (PD) est spécifié pour 100 mW, et le côté sortie (PC) pour 300 mW, avec des facteurs de déclassement spécifiés au-dessus de 85°C de température ambiante. La dissipation totale du dispositif (PTOT) est de 330 mW.
• Tension de sortie à l'état bloqué (VDRM) :C'est le paramètre de différenciation critique. EL303X : 250V, EL304X : 400V, EL306X : 600V, EL308X : 800V. Le dispositif doit être sélectionné avec une valeur VDRM supérieure à la tension de crête de ligne qu'il devra bloquer.
• Tension d'isolement (VISO) :5000 Vrms pendant 1 minute. Cela spécifie la rigidité diélectrique entre les côtés entrée et sortie, garantissant la sécurité et la conformité aux normes réglementaires.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ces paramètres définissent la performance du dispositif dans des conditions de fonctionnement normales à 25°C.

2.2.1 Caractéristiques d'entrée

• Tension directe (VF) :Maximum de 1,5V à IF=30mA. Ceci est utilisé pour calculer la résistance de limitation de courant requise pour le circuit de commande de la LED.
• Courant de fuite inverse (IR) :Maximum de 10 µA à VR=6V, indiquant une fuite très faible en polarisation inverse.

2.2.2 Caractéristiques de sortie

• Courant de blocage crête (IDRM) :Courant de fuite très faible (100-500 nA max) lorsque la sortie est à l'état bloqué à la VDRM nominale. Une fuite plus faible est meilleure pour l'efficacité énergétique.
• Tension crête à l'état passant (VTM) :Maximum de 3V lorsque le triac de sortie conduit un courant crête de 100 mA. Ceci représente la perte en conduction.
• Taux critique de montée de la tension à l'état bloqué (dv/dt) :Un minimum de 600-1000 V/µs. Ce paramètre indique l'immunité du dispositif au déclenchement intempestif causé par des transitoires de tension rapides sur la ligne AC. Des valeurs plus élevées sont meilleures.
• Tension d'inhibition (VINH) :Maximum de 20V. Si la tension aux bornes de sortie dépasse cette valeur, le circuit de passage par zéro empêche le déclenchement, même si la LED est allumée.

2.3 Caractéristiques de transfert

Ces paramètres définissent la relation entre le courant de la LED d'entrée et le déclenchement du triac de sortie.

• Courant de déclenchement de la LED (IFT) :C'est le courant maximal requis pour garantir l'amorçage du triac de sortie. La série est proposée en trois grades de sensibilité : 15 mA (ELxx1), 10 mA (ELxx2) et 5 mA (ELxx3). Un IFT plus faible permet l'utilisation d'un circuit de commande plus faible.
• Courant de maintien (IH) :La valeur typique est de 280 µA. Une fois déclenché, le triac de sortie restera allumé tant que le courant qui le traverse dépasse cette valeur. Ceci est important pour assurer le verrouillage avec des charges inductives.

Le courant de fonctionnement recommandé de la LED se situe entre le IFT max pour le grade choisi et le IF absolu max de 60 mA. Fonctionner au-dessus de l'IFT garantit un déclenchement fiable, mais en dessous de 60 mA assure une fiabilité à long terme.

3. Explication du système de classement

La famille de produits utilise un système de classement clair basé sur deux paramètres clés :

1. Tension nominale (Premier chiffre après 'EL') :C'est le classement principal.
   • EL303X :Tension de blocage 250V.
   • EL304X :Tension de blocage 400V.
   • EL306X :Tension de blocage 600V.
   • EL308X :Tension de blocage 800V.
2. Grade de sensibilité (Dernier chiffre de la référence, 'X') :Ceci définit l'exigence de courant de déclenchement de la LED.
   • Grade '1' :Courant de déclenchement maximal (IFT) = 15 mA. Moins sensible.
   • Grade '2' :Courant de déclenchement maximal (IFT) = 10 mA.
   • Grade '3' :Courant de déclenchement maximal (IFT) = 5 mA. Plus sensible.

Par exemple, un EL3062 est un photocoupleur de 600V avec un courant de déclenchement maximal de 10 mA.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence à des courbes de performance typiques, essentielles pour comprendre le comportement du dispositif dans des conditions non standard (ex : variations de température). Bien que des graphiques spécifiques ne soient pas détaillés dans le texte fourni, les courbes typiques pour de tels dispositifs incluent :

• Courant direct vs Tension directe (IF-VF) :Montre la relation non linéaire de la LED d'entrée, cruciale pour la conception du pilote.
• Courant de déclenchement vs Température (IFT vs Ta) :Le courant de LED requis pour déclencher la sortie augmente généralement avec la baisse de température. Ceci est critique pour concevoir des systèmes fiables fonctionnant en environnement froid.
• Tension à l'état passant vs Courant à l'état passant (VTM-ITM) :Illustre les caractéristiques de conduction du triac de sortie.

Les concepteurs doivent consulter les graphiques complets de la fiche technique pour déclasser correctement les paramètres pour leur plage de température de fonctionnement spécifique.

5. Schéma et configuration des broches

Le schéma interne montre une LED infrarouge GaAs couplée optiquement à une puce en silicium contenant le triac photosensible et le circuit de détection de passage par zéro.

Brochage (DIP 6 broches) :

1. Anode :Borne positive de la LED d'entrée.
2. Cathode :Borne négative de la LED d'entrée.
3. Non Connecté (NC) :Cette broche n'est pas connectée en interne.
4. Terminal principal 2 (MT2) :Un des terminaux principaux du triac de sortie.
5. Substrat :Connexion interne.Ne pas connecter en externe.
6. Terminal principal 1 (MT1) :L'autre terminal principal du triac de sortie. C'est typiquement le point de référence pour le signal de déclenchement de la gâchette.

La sortie (broches 4 et 6) est conçue pour être connectée en série avec la gâchette d'un triac externe de plus grande puissance qui commute réellement le courant de charge.

6. Méthodologie de mesure : dv/dt statique

La fiche technique fournit un circuit de test détaillé et une procédure pour mesurer le Taux critique de montée de la tension à l'état bloqué (dv/dt). Ce test est vital pour quantifier l'immunité au bruit du dispositif.

Circuit de test :Une source d'impulsion haute tension est connectée à la sortie du Dispositif Sous Test (DUT) via un réseau RC série (RTEST, CTEST). La LED est éteinte (IF=0).

Procédure :Une impulsion de valeur crête (VPEAK) égale à la VDRM nominale est appliquée. La résistance RTEST est variée pour changer la constante de temps (τ = R*C) du réseau RC, ce qui modifie à son tour la pente (dv/dt) de la rampe de tension appliquée au DUT. La pente est augmentée jusqu'à ce que le DUT se déclenche intempestivement. La pente est ensuite diminuée jusqu'à ce que le déclenchement s'arrête juste. La valeur dv/dt à ce seuil est calculée comme 0,632 * VPEAK / τRC.

Cette valeur mesurée doit atteindre ou dépasser la spécification dv/dt minimale (ex : 600 V/µs pour EL308X).

7. Suggestions d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

• Relais statiques (SSR) :L'application principale, fournissant l'isolement et la commutation à passage par zéro pour les charges AC comme les chauffages, lampes et solénoïdes.
• Contrôles industriels :Pour l'interface entre les sorties d'automates (PLC) et les démarreurs de moteur, contacteurs et actionneurs de vannes.
• Appareils grand public :Utilisés dans les prises intelligentes, gradateurs et cartes de contrôle d'appareils pour une commutation AC sûre.
• Contrôles de température :Commutation d'éléments chauffants dans les thermostats et fours.

7.2 Considérations de conception

1. Sélection de la tension :Choisissez une valeur VDRM avec une marge de sécurité supérieure à la tension de crête de la ligne AC. Pour une ligne 240VAC (crête ~340V), un EL304X (400V) est le minimum, mais un EL306X (600V) offre une meilleure marge pour les transitoires.
2. Circuit de commande de la LED :Calculez la résistance série : R = (Vcc - VF) / I_F_operation. Assurez-vous que I_F_operation est entre le IFT max (pour votre grade choisi) et 60mA. Un courant de fonctionnement typique est de 10-20 mA pour les grades 1 et 2.
3. Circuits d'antiparasitage (snubber) :Bien que le photocoupleur lui-même ait une bonne valeur dv/dt, le triac de puissance externe peut nécessiter un réseau RC snubber en parallèle de ses bornes pour supprimer les pointes de tension des charges inductives, empêchant un déclenchement intempestif ou des dommages.
4. Dissipation thermique :Respectez les courbes de déclassement en puissance. La dissipation de puissance de sortie (PC) provient principalement de la tension à l'état passant (VTM) multipliée par le courant de gâchette du triac externe. Assurez-vous que la dissipation totale du dispositif (PTOT) est dans les limites à la température ambiante maximale.

8. Comparaison et différenciation technique

Les principaux avantages de cette série de photocoupleurs pilotes de triac à passage par zéro par rapport aux types sans passage par zéro ou aux opto-triacs basiques sont :

• IEM réduites :En commutant au point de passage par zéro, le changement de courant soudain (di/dt) est minimisé, réduisant drastiquement les interférences électromagnétiques conduites et rayonnées.
• Courant d'appel plus faible :Empêche les courants d'appel élevés lors de la commutation de charges résistives comme les lampes à incandescence ou les éléments chauffants, prolongeant leur durée de vie.
• Solution intégrée :Combine les fonctions d'isolement, de détection et de déclenchement dans un boîtier 6 broches fiable, simplifiant la conception par rapport aux circuits discrets de passage par zéro.
• Gamme de tension :La large gamme de tensions de blocage (250V à 800V) couvre la plupart des applications secteur AC mondiales dans une seule famille de produits.
• Conformité réglementaire :Les dispositifs possèdent des approbations des principales agences de sécurité internationales (UL, cUL, VDE, etc.), simplifiant la certification du produit final.

9. Questions courantes basées sur les paramètres techniques

1. Q : Puis-je utiliser l'EL303X (250V) sur une ligne 120VAC ?
   
   R : Oui. La tension crête de 120VAC est d'environ 170V, ce qui est inférieur à la valeur nominale de 250V. Cependant, pour la fiabilité face aux surtensions de ligne, une pièce de valeur nominale plus élevée comme l'EL304X est souvent recommandée.
2. Q : Quel est le but de la broche "Substrat (ne pas connecter)" ?
   
   R : Cette broche est une connexion interne pour la puce en silicium. La laisser non connectée en externe est cruciale. La connecter pourrait court-circuiter des circuits internes et détruire le dispositif.
3. Q : Comment choisir entre les grades de sensibilité 1, 2 et 3 ?
   
   R : Le grade 3 (5mA) permet d'utiliser une résistance de limitation de courant de valeur plus élevée ou un circuit intégré de commande plus faible (ex : d'un microcontrôleur), économisant de l'énergie et réduisant la contrainte sur les composants de commande. Le grade 1 (15mA) peut être choisi si le circuit de commande est robuste et que le coût du pilote est moins préoccupant, ou pour des applications nécessitant une meilleure immunité au bruit du côté entrée.
4. Q : Le courant de sortie nominal (IT(RMS)) n'est que de 100mA. Peut-il commuter une charge de 10A ?
   
   R : Non. Ce dispositif est unpilote. La sortie 100mA est conçue pour déclencher la gâchette d'un triac ou thyristor de puissance externe beaucoup plus grand (ex : un TRIAC de 10A ou 40A). Le composant externe gère le courant de charge complet.

10. Cas pratique de conception

Scénario :Conception d'un relais statique pour commuter un élément chauffant résistif 240VAC, 5A à partir d'un microcontrôleur 5V.

1. Sélection du photocoupleur :Choisir EL3062. La valeur 600V offre une bonne marge par rapport à la crête de 340V. Le grade 2 (IFT 10mA) est un bon compromis entre sensibilité et capacité de commande.
2. Pilote de LED :La broche du microcontrôleur (5V, 20mA max) commande la LED. VF ~1,3V. R = (5V - 1,3V) / 0,015A = ~247 Ohms. Utiliser une résistance de 220 Ohms, résultant en IF ~17mA, bien au-dessus du IFT de 10mA et en dessous du max de 60mA.
3. Triac de puissance externe :Sélectionner un triac 600V, 10A+ (ex : BTA16-600). Connecter sa Gâchette à la broche 6 (MT1) du photocoupleur. Connecter la broche 4 (MT2) du photocoupleur en série avec une résistance de 100-200 Ohms à la ligne AC (via la charge). Cette résistance limite le courant de gâchette du triac de puissance.
4. Antiparasitage (Snubber) :Ajouter une résistance de 100 Ohms et un condensateur de 0,1µF en série en parallèle des bornes principales (A1/A2) du triac BTA16.
5. Isolement :L'isolement 5000Vrms du photocoupleur sépare en toute sécurité le circuit basse tension du microcontrôleur du secteur AC dangereux.

11. Principe de fonctionnement

Le dispositif fonctionne sur le principe du couplage optique. Lorsqu'un courant traverse la Diode Électroluminescente Infrarouge (DEL IR) d'entrée, elle émet des photons. Ces photons traversent un espace d'isolement et frappent une puce en silicium photosensible du côté sortie. Cette puce contient un triac activé par la lumière et un circuit de détection de passage par zéro. Le circuit de détection surveille la tension aux bornes de sortie (MT1-MT2). Ce n'est que lorsque cette tension est en dessous d'un certain seuil (typiquement autour de 20V, la tension d'inhibition VINH)etque la LED est allumée, que le circuit autorisera le déclenchement du triac interne. Cela garantit que la conduction commence très près du point où la sinusoïde AC passe par zéro volt. Une fois déclenché, le triac reste verrouillé à l'état passant tant que le courant de charge dépasse son courant de maintien (IH), jusqu'au prochain passage par zéro du courant.

12. Informations de commande

La référence suit le format : EL30XY(Z)-V

• X :Série de tension (3,4,6,8).
• Y :Grade de sensibilité (1,2,3).
• Option forme de broches :
  • Aucun/M :DIP traversant, emballage en tube.
  • S / S1 :Forme de broches pour montage en surface. S1 est une version bas profil.
• Option bande et bobine (Z) :TA ou TB pour les composants CMS, spécifiant le type de bobine.
• V :Indique que l'approbation de sécurité VDE est incluse.

Exemple : EL3062S-TA-V est un dispositif 600V, Grade 2, montage en surface sur bande et bobine TA, avec approbation VDE.