Scheda Tecnica Serie EL817-G Fotocoupler - Package DIP 4 Pin - Isolamento 5000Vrms - CTR 50-600% - Documento Tecnico Italiano

1. Panoramica del Prodotto

La serie EL817-G rappresenta una famiglia di fotocoupler (optocoupler) basati su fototransistor, progettati per l'isolamento e la trasmissione di segnali tra circuiti a potenziali diversi. Ogni dispositivo integra un diodo emettitore a infrarossi accoppiato otticamente a un rivelatore a fototransistor al silicio, racchiuso in un compatto package DIP (Dual In-line Package) a 4 pin. La funzione principale è fornire isolamento elettrico, impedendo a picchi di tensione, loop di massa e rumore di propagarsi tra i circuiti di ingresso e uscita, proteggendo così componenti sensibili e garantendo l'integrità del segnale.

Il valore principale di questa serie risiede nelle sue robuste capacità di isolamento, verificate da un'elevata tensione di isolamento nominale di 5000V_rms. Questo la rende adatta per sistemi di controllo industriale e apparecchi collegati alla rete elettrica. I dispositivi sono prodotti privi di alogeni, conformi alle normative ambientali (Br < 900 ppm, Cl < 900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). Possiedono inoltre approvazioni da importanti organismi internazionali di sicurezza come UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO e CQC, sottolineando la loro affidabilità per l'uso in prodotti finali certificati.

2. Approfondimento Specifiche Tecniche

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento in queste condizioni non è garantito.

• Ingresso (Lato LED):Il diodo a infrarossi ha una corrente diretta continua massima (I_F) di 60 mA. Può sopportare una corrente di impulso molto breve di 1 μs (I_FP) fino a 1 A, utile per la soppressione di transienti. La tensione inversa massima (V_R) è 6 V. La dissipazione di potenza in ingresso (P_D) è nominalmente 100 mW a 25°C, con derating di 2.9 mW/°C sopra i 100°C di temperatura ambiente.
• Uscita (Lato Transistor):La corrente di collettore del fototransistor (I_C) è limitata a 50 mA. La tensione collettore-emettitore (V_CEO) può arrivare fino a 80 V, mentre la tensione emettitore-collettore (V_ECO) è limitata a 7 V. La dissipazione di potenza in uscita (P_C) è 150 mW a 25°C, con derating di 5.8 mW/°C sopra i 100°C.
• Dispositivo Totale:La dissipazione di potenza totale per l'intero package (P_TOT) non deve superare i 200 mW.
• Isolamento e Ambiente:La tensione di isolamento (V_ISO) tra ingresso e uscita è 5000 V_rms(testata per 1 minuto al 40-60% UR). L'intervallo di temperatura operativa (T_OPR) è eccezionalmente ampio, da -55°C a +110°C. L'intervallo di temperatura di stoccaggio (T_STG) è da -55°C a +125°C. Il dispositivo può resistere alla saldatura a 260°C per un massimo di 10 secondi.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri definiscono le prestazioni del dispositivo in condizioni operative normali (T_a= 25°C salvo diversa indicazione).

• Caratteristiche del Diodo di Ingresso:La tensione diretta (V_F) è tipicamente 1.2V con un massimo di 1.4V a I_F= 20 mA. La corrente inversa (I_R) è un massimo di 10 μA a V_R= 4V. La capacità di ingresso (C_in) è tipicamente 30 pF.
• Caratteristiche del Transistor di Uscita:La corrente di buio collettore-emettitore (I_CEO), ovvero la corrente di dispersione quando il LED è spento, è un massimo di 100 nA a V_CE= 20V. Le tensioni di breakdown sono BV_CEO≥ 80V e BV_ECO≥ 7V.
• Caratteristiche di Trasferimento (Critiche):
  • Rapporto di Trasferimento di Corrente (CTR):Questo è il rapporto tra la corrente di collettore in uscita (I_C) e la corrente diretta del LED in ingresso (I_F), espresso in percentuale. È il parametro chiave che definisce la sensibilità e il guadagno del dispositivo. La serie EL817-G è offerta in molteplici gradi CTR, misurati a I_F= 5mA e V_CE= 5V:
    • EL817: 50% a 600% (intervallo ampio)
    • EL817A: 80% a 160%
    • EL817B: 130% a 260%
    • EL817C: 200% a 400%
    • EL817D: 300% a 600%
    • EL817X: 100% a 200%
    • EL817Y: 150% a 300%
    Questa classificazione consente ai progettisti di selezionare un dispositivo con il guadagno appropriato per la loro applicazione, garantendo prestazioni del circuito consistenti ed evitando la necessità di calibrazioni successive.
  • Tensione di Saturazione:La tensione di saturazione collettore-emettitore (V_CE(sat)) è tipicamente 0.1V (max 0.2V) quando il dispositivo è completamente acceso (I_F=20mA, I_C=1mA), indicando buone prestazioni di commutazione.
  • Parametri di Isolamento:La resistenza di isolamento (R_IO) è un minimo di 5×10¹⁰Ω. La capacità di isolamento (C_IO) è tipicamente 0.6 pF, molto bassa e utile a mantenere un'elevata reiezione del rumore ad alta frequenza.
  • Velocità di Commutazione:Il tempo di salita (t_r) e il tempo di discesa (t_f) sono tipicamente 6 μs e 8 μs, rispettivamente (max 18 μs ciascuno), in condizioni di test specificate (V_CE=2V, I_C=2mA, R_L=100Ω). La frequenza di taglio (f_c) è tipicamente 80 kHz. Questi parametri definiscono la massima frequenza del segnale digitale che il coupler può gestire efficacemente.

3. Analisi Curve di Prestazione

Sebbene il PDF indichi la presenza di "Curve Tipiche delle Caratteristiche Elettro-Ottiche", i grafici specifici non sono forniti nel contenuto testuale. Tipicamente, tali schede tecniche includono curve che illustrano le seguenti relazioni, cruciali per la progettazione:

• CTR vs. Corrente Diretta (I_F):Mostra come il rapporto di trasferimento di corrente cambi con la corrente di pilotaggio del LED. Il CTR spesso diminuisce a I_Fmolto elevate a causa del riscaldamento e del calo di efficienza.
• CTR vs. Temperatura Ambiente (T_a):Illustra la dipendenza dalla temperatura del guadagno del dispositivo. I coupler basati su fototransistor tipicamente presentano un coefficiente di temperatura negativo per il CTR; il guadagno diminuisce all'aumentare della temperatura.
• Tensione Diretta (V_F) vs. Corrente Diretta (I_F):La curva I-V standard del diodo, importante per calcolare la resistenza limitatrice di corrente richiesta per il lato di ingresso.
• Corrente di Collettore (I_C) vs. Tensione Collettore-Emettitore (V_CE):Le curve caratteristiche del transistor di uscita, che mostrano la regione di saturazione e la regione attiva per diversi livelli di corrente del LED di ingresso (I_F).
• Tempo di Commutazione vs. Resistenza di Carico (R_L):Dimostra come la scelta della resistenza di pull-up sul collettore influenzi i tempi di salita e discesa del segnale di uscita.

I progettisti dovrebbero consultare il PDF completo con i grafici per modellare accuratamente il comportamento del dispositivo nelle loro condizioni operative previste.

4. Informazioni Meccaniche e Package

4.1 Configurazione Pin

La configurazione pin standard DIP a 4 pin è la seguente (vista dall'alto, con la tacca o il punto che indica il pin 1):

1. Anodo (del LED di ingresso)
2. Catodo (del LED di ingresso)
3. Emettitore (del fototransistor di uscita)
4. Collettore (del fototransistor di uscita)

Questa configurazione è uniforme in tutta la serie. La distanza di strisciamento (la distanza più breve lungo la superficie del package isolante tra i pin conduttivi) è specificata come maggiore di 7.62 mm, contribuendo all'elevata classificazione di isolamento.

4.2 Disegni Dimensionali del Package

La serie è offerta in diverse varianti di package, sebbene le dimensioni dettagliate in mm non siano completamente specificate nel testo fornito. Le opzioni includono:

• Tipo DIP Standard:Il classico package a foro passante.
• Tipo Opzione M:Presenta una "piega dei terminali ampia" che fornisce una spaziatura dei terminali di 0.4 pollici (circa 10.16 mm) invece dello standard 0.3 pollici (7.62 mm), utile per breadboard o layout PCB specifici che richiedono più spazio libero.
• Tipi Opzione S1 e S2:Forme terminali per dispositivi a montaggio superficiale (SMD). Si tratta di package "a basso profilo" progettati per la saldatura a rifusione. La scheda tecnica include layout di pad consigliati per entrambe le opzioni S1 e S2 per garantire una corretta saldatura e stabilità meccanica. Le dimensioni dei pad sono suggerite come riferimento e dovrebbero essere modificate in base al processo specifico di produzione del PCB.

5. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

Il dispositivo è classificato per una temperatura massima di saldatura (T_SOL) di 260°C per 10 secondi. Questo è in linea con i profili comuni di saldatura a rifusione senza piombo.

Per Package a Foro Passante (DIP, M):Possono essere utilizzate tecniche standard di saldatura a onda o saldatura manuale. Bisogna fare attenzione a non superare il limite di 10 secondi alla giunzione del pin per prevenire danni termici al die interno e al package in epossidico.

Per Package a Montaggio Superficiale (S1, S2):Sono applicabili processi standard di saldatura a rifusione a infrarossi o a convezione. Il layout di pad consigliato fornito nella scheda tecnica dovrebbe essere seguito per ottenere filetti di saldatura corretti ed evitare l'effetto "tombstone". Il design a basso profilo aiuta la stabilità durante il processo di rifusione. Come per tutti i dispositivi sensibili all'umidità, se la bobina è stata esposta all'umidità ambientale per periodi prolungati, potrebbe essere necessaria una cottura secondo gli standard IPC/JEDEC prima della rifusione per prevenire il "popcorning".

Stoccaggio:I dispositivi dovrebbero essere conservati nell'intervallo di temperatura di stoccaggio specificato da -55°C a +125°C, in un ambiente asciutto per mantenere la saldabilità e prevenire la corrosione interna.

6. Informazioni per l'Ordine e Confezionamento

6.1 Sistema di Numerazione dei Parti

Il numero di parte segue il formato:EL817X(Y)(Z)-FVG

• X: Opzione forma terminali. S1 o S2 (SMD), M (DIP a terminali larghi), o nessuna (DIP standard).
• Y: Grado CTR. A, B, C, D, X, Y, o nessuno (per l'ampio intervallo base EL817).
• Z: Opzione nastro e bobina per parti SMD. TU o TD (direzione nastro), o nessuna.
• F: Materiale del telaio dei terminali. F per Ferro, nessuno per Rame.
• V: Marcatura opzionale approvazione sicurezza VDE.
• G: Indica costruzione priva di alogeni.

Esempio:EL817B-S1(TU)-G sarebbe un dispositivo SMD (S1) con grado CTR B (130-260%), confezionato in nastro e bobina stile TU, con costruzione priva di alogeni.

6.2 Quantità per Confezionamento

• Opzioni DIP standard e M: 100 unità per tubo.
• Opzione S1 su nastro e bobina: 1500 unità per bobina.
• Opzione S2 su nastro e bobina: 2000 unità per bobina.

6.3 Marcatura del Dispositivo

La parte superiore del package è marcata con un codice:EL 817FRYWWV

• EL: Identificatore del produttore.
• 817: Numero del dispositivo.
• F: Codice fabbrica/processo.
• R: Grado CTR (A, B, C, D, X, Y).
• Y: Codice anno a 1 cifra.
• WW: Codice settimana a 2 cifre.
• V: Indica approvazione VDE se presente.

7. Suggerimenti Applicativi

7.1 Circuiti Applicativi Tipici

L'EL817-G è versatile e può essere utilizzato sia in applicazioni digitali che lineari.

• Isolamento Segnale Digitale:L'uso più comune. Il LED di ingresso è pilotato da un segnale digitale (spesso attraverso una resistenza limitatrice di corrente). Il fototransistor agisce come un interruttore, portando la linea di uscita a massa quando il LED è acceso. È necessaria una resistenza di pull-up a V_CCsul collettore. La velocità di commutazione (t_r, t_f) limita la velocità di dati massima, rendendolo adatto per interfacce digitali a bassa velocità come isolamento GPIO, UART o linee I/O nei PLC.
• Isolamento Segnale Analogico (Modalità Lineare):Facendo funzionare il fototransistor nella sua regione attiva (non satura), il dispositivo può trasmettere segnali analogici. Il CTR non è perfettamente lineare e la sua variazione con temperatura e corrente deve essere considerata. Questa modalità è spesso utilizzata per il feedback isolato negli alimentatori a commutazione, dove la non linearità può essere compensata all'interno del loop di controllo.
• Isolamento Moduli I/O:Nei Controllori a Logica Programmabile (PLC) e nei sistemi di controllo industriale, questi coupler isolano la CPU sensibile da segnali di campo rumorosi o ad alta tensione (24V, 120VAC, ecc.).

7.2 Considerazioni Progettuali e Best Practice

• Selezione del CTR:Scegliere un grado CTR che fornisca corrente di uscita sufficiente per il tuo carico (es. per pilotare una porta logica o un driver opto-triac) senza richiedere una corrente di ingresso eccessiva. Utilizzare un dispositivo con CTR più alto consente una I_Fpiù bassa, riducendo il consumo energetico sul lato di ingresso. Tuttavia, assicurarsi che il CTR minimo del grado scelto soddisfi i requisiti del caso peggiore del circuito (es. alta temperatura, fine vita).
• Limitazione Corrente di Ingresso:Utilizzare sempre una resistenza in serie (R_in) con il LED di ingresso per impostare la corrente diretta desiderata (I_F). Calcolare R_in= (V_sorgente- V_F) / I_F. Non superare il massimo assoluto I_Fdi 60 mA in modo continuativo.
• Resistenza di Carico Uscita:Il valore della resistenza di pull-up (R_L) sul collettore influisce sia sul livello logico alto in uscita che sulla velocità di commutazione. Una R_Lpiù piccola fornisce tempi di discesa più veloci (il transistor che si accende porta a massa più velocemente) ma tempi di salita più lenti (la costante di tempo RC con la capacità di uscita del transistor è maggiore) e consuma più potenza quando l'uscita è bassa. Una R_Lpiù grande fa l'opposto. Un valore tipico è tra 1kΩ e 10kΩ.
• Immunità al Rumore:Per applicazioni digitali, aggiungere un piccolo condensatore (es. 1-10 nF) tra collettore ed emettitore (lato uscita) può aiutare a filtrare il rumore ad alta frequenza. Tuttavia, questo peggiorerà ulteriormente la velocità di commutazione.
• Effetti della Temperatura:Ricordare che il CTR si degrada all'aumentare della temperatura. Il progetto deve essere verificato su tutto l'intervallo di temperatura operativa, utilizzando il CTR minimo previsto alla massima temperatura operativa.
• Layout di Isolamento:Sul PCB, mantenere le distanze di strisciamento e di isolamento raccomandate (≥7.62mm) tra i circuiti di ingresso e uscita. Questo spesso significa lasciare uno slot o un gap nel PCB sotto il corpo del coupler e assicurarsi che nessuna traccia di rame attraversi la barriera di isolamento troppo da vicino.

8. Confronto Tecnico e Differenziazione

La serie EL817-G compete in un mercato affollato di fotocoupler general purpose a 4 pin. I suoi principali fattori di differenziazione sono:

• Elevata Temperatura Nominale:Una temperatura operativa fino a +110°C supera le comuni classificazioni di +85°C o +100°C di molti concorrenti, rendendola adatta per ambienti ostili come applicazioni automobilistiche sotto cofano o apparecchiature industriali vicino a fonti di calore.
• Multiple Approvazioni di Sicurezza:Il set completo di approvazioni di sicurezza internazionali (UL, VDE, ecc.) è un vantaggio significativo per i prodotti che richiedono certificazioni per il mercato globale.
• Conformità Senza Alogeni:Soddisfa le moderne normative ambientali, requisito sempre più comune nell'elettronica di consumo e in altri settori.
• Ampia Classificazione CTR:La disponibilità di sette distinti gradi CTR (incluso l'ampio EL817) fornisce ai progettisti un controllo granulare sulla selezione del guadagno per prestazioni e costi del circuito ottimizzati.
• Varietà di Package:L'offerta di DIP standard, DIP a terminali larghi e due profili SMD fornisce flessibilità per diversi processi di assemblaggio e vincoli di spazio su scheda.

9. Domande Frequenti (FAQ)

D1: Qual è lo scopo principale della specifica della distanza di strisciamento (>7.62 mm)?

R1: La distanza di strisciamento è il percorso più breve lungo la superficie del package isolante tra due terminali conduttivi (es. pin 1 e pin 4). Una distanza di strisciamento più lunga previene correnti di dispersione superficiali e archi, specialmente in ambienti umidi o contaminati, ed è un fattore critico per raggiungere l'elevata classificazione di isolamento di 5000V_rms.

D2: Come scelgo tra i diversi gradi CTR (A, B, C, D, X, Y)?

R2: Seleziona in base alla corrente di uscita richiesta e all'efficienza di corrente di ingresso desiderata. Per un dato fabbisogno di corrente di uscita, un grado CTR più alto (es. D: 300-600%) richiede una corrente del LED di ingresso più bassa, risparmiando energia. Tuttavia, i dispositivi con CTR più alto possono avere coefficienti di temperatura leggermente diversi o costare di più. I gradi X e Y offrono intervalli intermedi e più stretti. Utilizza il valore CTR minimo della scheda tecnica per i tuoi calcoli progettuali del caso peggiore.

D3: Posso usarlo per isolare segnali di rete a 240VAC?

R3: La tensione di isolamento di 5000V_rmsè adatta per fornire isolamento rinforzato in molte applicazioni collegate alla rete. Tuttavia, il progetto finale deve considerare gli standard di sicurezza a livello di sistema (es. IEC 62368-1, IEC 60747-5-5), che dettano distanze e test richiesti oltre la classificazione del componente. Il coupler è una parte chiave della soluzione, ma un layout PCB corretto e il design dell'involucro sono altrettanto critici.

D4: Perché ci sono due diverse classificazioni di tensione collettore-emettitore (V_CEO80V e BV_CEO80V)?

R4: V_CEO(80V) nella tabella dei Valori Massimi Assoluti è la tensione massima che può essere applicata senza causare danni. BV_CEO(80V min) nella tabella delle Caratteristiche è la tensione di breakdown, il punto in cui il dispositivo inizia a condurre significativamente anche con il LED spento. Sono strettamente correlati ma definiti diversamente. In pratica, dovresti progettare in modo che V_CEnon si avvicini mai a 80V durante il funzionamento, lasciando un margine di sicurezza.

D5: Qual è la differenza tra le opzioni SMD S1 e S2?

R5: La differenza principale è l'impronta del package e il numero di unità per bobina (1500 per S1, 2000 per S2). Il package S2 è probabilmente leggermente modificato per consentire più dispositivi su una bobina standard. La scheda tecnica fornisce layout di pad consigliati separati per ciascuno, quindi è essenziale utilizzare l'impronta corretta per la parte ordinata.

Terminologia delle specifiche LED

Spiegazione completa dei termini tecnici LED