Serie EL4XXA-G - Datasheet di Relè Statici (SSR) DIP 4 Pin Tipo A - Uscita 60-600V - Corrente di Carico 550-50mA - Senza Alogeni - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

La serie EL4XXA-G è composta da relè statici (SSR) monopolari, normalmente aperti (Tipo A), in package DIP a 4 pin. Questi dispositivi utilizzano un LED a infrarossi in AlGaAs accoppiato otticamente a un circuito rivelatore d'uscita ad alta tensione costituito da un array di diodi fotovoltaici e MOSFET. Questo design fornisce un equivalente a stato solido di un relè elettromeccanico (EMR) 1 Form A, offrendo vantaggi come maggiore durata, funzionamento silenzioso e resistenza a urti e vibrazioni meccaniche. La serie è disponibile in opzioni per montaggio superficiale (SMD) ed è conforme agli standard senza alogeni e RoHS.

1.1 Vantaggi Principali

• Alto Isolamento:Fornisce un isolamento di 5000 Vrms tra ingresso e uscita, migliorando la sicurezza e l'immunità al rumore nei circuiti di controllo.
• Bassa Corrente di Pilotaggio:Caratterizzata da una bassa corrente di accensione del LED (tipicamente 3-5mA), la rende compatibile con le uscite a bassa potenza dei microcontrollori.
• Ampia Gamma di Tensione:La serie copre tensioni di tenuta in uscita da 60V (EL406A) a 600V (EL460A), adatte a varie applicazioni di commutazione di carichi AC/DC.
• Robusta Conformità:Costruzione senza alogeni e conformità alle principali norme di sicurezza internazionali tra cui UL 1577, UL 508, VDE e CQC.
• Ampia Gamma di Temperatura:Funziona in modo affidabile da -40°C a +85°C, adatto per ambienti industriali e ostili.

1.2 Applicazioni Target

Questi SSR sono progettati per applicazioni che richiedono una commutazione isolata e affidabile. Casi d'uso tipici includono:

• Apparecchiature di Telecomunicazione:Instradamento segnali e commutazione schede di linea.
• Strumenti di Test e Misura:Commutazione segnali in apparecchiature di test automatico (ATE).
• Automazione Industriale (FA) e d'Ufficio (OA):Controllo di sensori, solenoidi e piccoli motori.
• Sistemi di Controllo Industriale:Moduli di uscita PLC, interfacce per il controllo di processo.
• Sistemi di Sicurezza:Commutazione pannelli allarme e controllo accessi.

2. Analisi dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

La seguente tabella riassume i limiti critici che non devono essere superati per evitare danni permanenti al dispositivo. Questi non sono condizioni operative.

• Ingresso (Lato LED):La corrente diretta massima (IF) è 50mA DC, con una corrente di picco diretta (IFP) di 1A in condizioni impulsive (ciclo di lavoro 0.1%). La tensione inversa massima (VR) è 5V.
• Uscita (Lato Interruttore):La tensione di breakdown (VL) definisce la massima tensione che i MOSFET in uscita possono bloccare. Varia per modello: EL406A (60V), EL425A (250V), EL440A (400V), EL460A (600V). La corrente di carico continua (IL) diminuisce all'aumentare della tensione nominale, da 550mA per l'EL406A a 50mA per l'EL460A, riflettendo il compromesso tra capacità di tensione e resistenza di conduzione.
• Isolamento & Termico:La tensione di isolamento (Viso) è 5000 Vrms. Il dispositivo può essere immagazzinato da -40°C a +125°C e operare da -40°C a +85°C. La temperatura di saldatura è nominale a 260°C per 10 secondi.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri definiscono le prestazioni del dispositivo in condizioni operative tipiche (TA=25°C).

• Caratteristiche di Ingresso:La tensione diretta (VF) è tipicamente 1.18V a IF=10mA, con un massimo di 1.5V. Questa bassa VF contribuisce al basso requisito di potenza di pilotaggio.
• Caratteristiche di Uscita (Differenziatore Chiave):La resistenza di conduzione (Rd(ON)) è un parametro critico che influisce sulla dissipazione di potenza e sulla caduta di tensione attraverso l'interruttore. Varia significativamente nella serie:
  • EL406A: Tip. 0.7Ω, Max. 2.5Ω
  • EL425A: Tip. 6.5Ω, Max. 15Ω
  • EL440A: Tip. 20Ω, Max. 30Ω
  • EL460A: Tip. 40Ω, Max. 70Ω
  Questo aumento di Rd(ON) con tensioni nominali più elevate è una caratteristica fondamentale del design MOSFET, che influisce sulla generazione di calore a una data corrente di carico.
• Velocità di Commutazione:Il tempo di accensione (Ton) è relativamente lento (tipicamente 1.4ms max 3ms) a causa del meccanismo di carica fotovoltaica del gate. Il tempo di spegnimento (Toff) è molto veloce (tipicamente 0.05ms max 0.5ms). Questa asimmetria è importante per applicazioni sensibili ai tempi.
• Caratteristiche di Trasferimento:La corrente di accensione del LED (IF(on)) è la corrente minima richiesta per accendere completamente il MOSFET in uscita, tipicamente 3-5mA. La corrente di spegnimento (IF(off)) è la corrente massima alla quale l'uscita è garantita spenta, tipicamente 0.4mA. Questo definisce le soglie della logica di controllo in ingresso.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene i dati grafici specifici non siano forniti nel testo, il datasheet fa riferimento a tipiche curve delle caratteristiche elettro-ottiche. Sulla base dei parametri, si possono dedurre le relazioni chiave:

• Resistenza di Conduzione vs. Temperatura:La Rd(ON) dei MOSFET ha un coefficiente di temperatura positivo. Aumenterà con l'aumentare della temperatura di giunzione, portando a maggiori perdite di conduzione a temperature elevate. Un corretto design termico è essenziale, specialmente per i modelli con correnti nominali più elevate (EL406A).
• Tensione Diretta LED vs. Corrente:La curva VF vs. IF è standard per un LED in AlGaAs. Si consiglia di pilotare il LED con una corrente costante (es. 10mA) per un funzionamento stabile al variare della temperatura.
• Corrente di Fuga in Uscita vs. Tensione:La corrente di dispersione in stato di spegnimento (Ileak) è specificata con un massimo di 1μA alla tensione nominale completa. Questo parametro è cruciale per applicazioni che richiedono un'impedenza di spegnimento molto elevata.

4. Informazioni Meccaniche e di Package

4.1 Dimensioni e Tipi di Package

La serie offre tre opzioni principali di forma dei terminali per adattarsi a diversi processi di assemblaggio PCB:

1. Tipo DIP Standard:Package a foro passante con passo tra le file di 0.1 pollici (2.54mm) per saldatura convenzionale a onda o manuale.
2. Tipo Opzione M:Package a foro passante con una piegatura dei terminali più ampia, che fornisce un passo tra le file di 0.4 pollici (10.16mm) per applicazioni che richiedono maggiore distanza di isolamento superficiale o specifiche esigenze di layout PCB.
3. Tipo Opzione S1:Forma terminali per dispositivo a montaggio superficiale (SMD) con profilo basso. Questa opzione è essenziale per l'assemblaggio automatizzato pick-and-place e per progetti PCB ad alta densità.

4.2 Identificazione Polarità e Marcatura

La configurazione dei pin è chiaramente definita:

• Pin 1: Anodo LED (+)
• Pin 2: Catodo LED (-)
• Pin 3 & 4: Terminali Drain del MOSFET (interruttore di uscita). Questi sono tipicamente collegati insieme sul PCB per gestire la corrente di carico.

Il dispositivo è marcato sulla parte superiore con un codice:EL [Numero di Parte] G YWWV.
Esempio: "EL 460A G YWWV" indica un EL460A, senza alogeni (G), con anno (Y) e settimana (WW) di produzione, e opzione VDE (V).

4.3 Layout Consigliato dei Pad SMD

Per l'opzione S1 (montaggio superficiale), è consigliato un layout specifico dei pad per garantire una saldatura affidabile e resistenza meccanica. Le dimensioni assicurano una corretta formazione del filetto di saldatura e uno smaltimento termico durante il reflow.

5. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

• Saldatura a Riflusso (Opzione S1):Il dispositivo è nominale per una temperatura di picco di saldatura di 260°C per 10 secondi. Sono applicabili i profili standard di reflow senza piombo (IPC/JEDEC J-STD-020). Assicurarsi che il profilo non superi la temperatura massima o il tempo alla temperatura di picco.
• Saldatura a Onda (Opzioni DIP & M):Possono essere utilizzati processi standard di saldatura a onda. Si consiglia il preriscaldamento per minimizzare lo shock termico.
• Saldatura Manuale:Utilizzare un saldatore a temperatura controllata. Limitare il tempo di contatto per evitare un eccessivo trasferimento di calore al package.
• Pulizia:Compatibile con i più comuni processi di pulizia del flusso. Verificare la compatibilità se si utilizzano solventi aggressivi.
• Stoccaggio:Conservare in un ambiente asciutto e antistatico entro l'intervallo di temperatura specificato (-40°C a +125°C). Per stoccaggi prolungati, seguire le linee guida del livello di sensibilità all'umidità (MSL), tipicamente utilizzando imballaggi a secco per le parti SMD.

6. Informazioni su Imballo e Ordinazione

6.1 Sistema di Numerazione dei Modelli

Il numero di parte segue il formato:EL4XXA(Y)(Z)-VG

• XX:Numero di parte (06, 25, 40, 60) che definisce la tensione/corrente nominale in uscita.
• Y:Opzione forma terminali (S1 per montaggio superficiale, o vuoto per DIP standard).
• Z:Opzione nastro e bobina (TA, TB, TU, TD, o vuoto per tubo).
• V:Indica l'opzione di approvazione di sicurezza VDE.
• G:Denota la costruzione Senza Alogeni.

6.2 Specifiche di Imballo

• Imballo in Tubo:I tipi DIP standard e Opzione M sono forniti in tubi da 100 unità.
• Nastro e Bobina (Opzione S1):Disponibile in diversi tipi di bobina:
  • TA, TB: 1000 unità per bobina.
  • TU, TD: 1500 unità per bobina.
  Vengono fornite le dimensioni dettagliate del nastro (dimensione tasca A0, B, passo P0, P1, ecc.) per la compatibilità con gli alimentatori delle apparecchiature di assemblaggio automatizzato.

7. Considerazioni per la Progettazione dell'Applicazione

7.1 Progettazione del Circuito di Ingresso

Pilotare il LED di ingresso con un generatore di corrente costante o una sorgente di tensione con una resistenza limitatrice di corrente in serie. Calcolare il valore della resistenza usando: R = (Vcc - VF) / IF, dove VF è tipicamente 1.18V-1.5V e IF è scelta tra 5mA e 20mA per velocità e affidabilità ottimali. Assicurarsi che il circuito di pilotaggio possa fornire almeno la IF(on) minima (5mA max) per garantire l'accensione completa dell'uscita. Un diodo di protezione inversa in parallelo al LED non è strettamente necessario a causa della tensione inversa nominale integrata di 5V, ma può essere aggiunto per robustezza in ambienti rumorosi.

7.2 Progettazione del Circuito di Uscita

Selezione della Tensione:Scegliere il modello (EL406A, 425A, 440A, 460A) in base alla tensione di picco (DC o AC) del carico, inclusi eventuali transitori o sovratensioni. Si raccomanda un derating di sicurezza del 20-30%.
Corrente e Dissipazione di Potenza:Il vincolo di progettazione chiave è la dissipazione di potenza e il calore. La potenza dissipata nell'SSR (Pdiss) è calcolata come: Pdiss = (IL^2 * Rd(ON)) + (IF * VF). Il primo termine è dominante. Ad esempio, far funzionare un EL406A alla sua massima corrente di carico di 550mA con una Rd(ON) tipica di 0.7Ω genera ~212mW di calore. Assicurarsi che la dissipazione di potenza totale (Pout max 500mW) non venga superata e che il PCB fornisca un adeguato smaltimento termico, specialmente per i modelli a corrente più elevata.
Carichi Induttivi/Capacitivi:Quando si commutano carichi induttivi (relè, solenoidi, motori), utilizzare un circuito smorzatore (rete RC) o un diodo di ricircolo in parallelo al carico per sopprimere i picchi di tensione che potrebbero superare la VL nominale del dispositivo. Per carichi capacitivi, considerare la limitazione della corrente d'innesco.

7.3 Gestione Termica

L'SSR non ha un dissipatore di calore interno. Il calore viene condotto via attraverso i terminali. Utilizzare un'area sufficiente di rame sui pad del PCB, specialmente per i pin 3 e 4 (uscita), per fungere da dissipatore. Per alte temperature ambientali o funzionamento continuo ad alta corrente, monitorare la temperatura del dispositivo per assicurarsi che rimanga entro l'intervallo operativo. La resistenza di conduzione aumenterà con la temperatura, creando un effetto autolimitante ma riducendo anche le prestazioni.

8. Confronto Tecnico e Guida alla Selezione

La serie EL4XXA-G offre una chiara matrice di compromessi:

• EL406A (60V, 550mA):Scelta migliore per la commutazione DC a bassa tensione e corrente più elevata (es. sistemi 12V/24V, dispositivi a batteria) dove la bassa caduta di tensione e la perdita di potenza sono critiche. Ha la Rd(ON) più bassa.
• EL425A (250V, 150mA) & EL440A (400V, 120mA):Ideali per applicazioni di tensione di rete AC principali (120VAC, 240VAC) che commutano piccoli carichi come indicatori, piccoli solenoidi, o come dispositivi pilota per contattori più grandi. L'EL440A fornisce un margine extra per sistemi a 240VAC.
• EL460A (600V, 50mA):Progettato per applicazioni industriali ad alta tensione o situazioni con significativi transitori di tensione. Adatto per commutare segnali o carichi a potenza molto bassa in ambienti ad alta tensione.

Confronto con Relè Elettromeccanici (EMR):Questi SSR non hanno parti in movimento, quindi nessun rimbalzo dei contatti, arco o meccanismi di usura legati al numero di cicli. Funzionano in silenzio e sono immuni alle vibrazioni. Tuttavia, hanno una resistenza di conduzione intrinseca che porta alla generazione di calore e caduta di tensione, e tipicamente hanno correnti nominali inferiori e un costo per ampere più alto rispetto a EMR comparabili.

Confronto con altri SSR:Lo schema di accoppiamento MOSFET fotovoltaico fornisce un isolamento molto elevato e una commutazione pulita senza la necessità di un'alimentazione di polarizzazione esterna sul lato di uscita (a differenza degli accoppiatori fototransistor o fototriac). La velocità di accensione è più lenta di alcuni altri opto-MOSFET ma è sufficiente per la maggior parte delle applicazioni di controllo.

9. Domande Frequenti (FAQ)

D1: Posso usare questo SSR per commutare direttamente carichi AC?
R1: Sì, ma con importanti avvertenze. L'uscita è una coppia di MOSFET. La maggior parte dei MOSFET ha un diodo di corpo intrinseco. In una configurazione standard, questo SSR può bloccare la tensione di entrambe le polarità quando è spento, ma può condurre corrente solo in una direzione quando è acceso (come un diodo). Per una vera commutazione di carichi AC, due dispositivi dovrebbero essere configurati in serie inversa (back-to-back). Alcuni SSR hanno questa configurazione internamente, ma il datasheet EL4XXA-G mostra uno schema a MOSFET singolo, indicando che è per commutazione DC o unidirezionale. Verificare la capacità del modello specifico per la vostra applicazione AC.

D2: Perché il tempo di accensione è molto più lento del tempo di spegnimento?
R2: Il tempo di accensione è limitato dalla velocità con cui l'array di diodi fotovoltaici può generare corrente sufficiente per caricare la capacità di gate del MOSFET in uscita fino alla sua tensione di soglia. Questo è un processo relativamente lento, limitato in corrente. Lo spegnimento è veloce perché richiede solo la scarica del gate attraverso il circuito interno, che può essere fatto rapidamente.

D3: Come interpreto la corrente nominale "Pulse Load Current"?
R3: La corrente di carico impulsiva (ILPeak) è una corrente più elevata che può essere gestita per una durata molto breve (100ms, singolo impulso). Questo è utile per gestire le correnti d'innesco di lampade o motori. Non utilizzare questa nominale per un funzionamento continuo o impulsivo ripetitivo. Per impulsi ripetitivi, la dissipazione di potenza media deve rimanere entro il limite Pout.

D4: È necessario un dissipatore di calore esterno?
R4: Tipicamente no per il package DIP nelle sue condizioni nominali. Il dissipatore primario è il rame del PCB. Per un funzionamento continuo alla massima corrente di carico, specialmente per l'EL406A, assicurarsi che il PCB abbia un'area di rame adeguata (es. diversi centimetri quadrati) collegata ai pin di uscita per dissipare il calore. In spazi confinati o ad alte temperature ambientali, si raccomanda un'analisi termica.

10. Esempio di Studio di Caso di Progettazione

Scenario:Progettazione di un modulo I/O digitale per un PLC che deve commutare carichi induttivi a 24VDC (piccole elettrovalvole) con una corrente di regime di 200mA. L'ambiente è industrialmente rumoroso.

Selezione del Componente:Viene scelto l'EL406A per la sua tensione nominale di 60V (ben al di sopra di 24VDC) e la bassa resistenza di conduzione. A 200mA, la caduta di tensione tipica è solo 200mA * 0.7Ω = 0.14V, e la dissipazione di potenza è (0.2^2)*0.7 = 0.028W, che è trascurabile.

Circuito di Ingresso:L'uscita digitale del PLC è 24VDC. Viene calcolata una resistenza in serie: R = (24V - 1.3V) / 0.01A = 2270Ω. Viene selezionata una resistenza standard da 2.2kΩ, fornendo IF ≈ 10.3mA, sicuramente al di sopra della IF(on) massima di 5mA.

Circuito di Uscita:Un diodo di ricircolo (1N4007) è posto direttamente in parallelo alla bobina del solenoide per limitare la tensione di ritorno induttivo e proteggere l'uscita dell'EL406A. Il catodo del diodo si collega all'alimentazione positiva, l'anodo alla connessione uscita SSR/carico.

Layout PCB:I pin 3 e 4 sono collegati a un'ampia area di rame sul PCB per aiutare la dissipazione del calore, sebbene in questo caso il calore generato sia minimo. Le tracce di ingresso e uscita sono mantenute separate per mantenere un buon isolamento.

Questo design fornisce una soluzione di commutazione robusta, a lunga durata e silenziosa rispetto a un piccolo relè elettromeccanico.

11. Principio di Funzionamento

L'EL4XXA-G opera sul principio dell'isolamento ottico e del pilotaggio fotovoltaico. Quando una corrente diretta viene applicata al LED a infrarossi in AlGaAs di ingresso, esso emette luce. Questa luce è rilevata da un array di diodi fotovoltaici sul lato di uscita. Questo array genera una piccola tensione (effetto fotovoltaico) quando illuminato. Questa tensione generata viene applicata direttamente al gate di uno o più MOSFET di potenza, accendendoli e creando un percorso a bassa resistenza tra i pin di uscita (3 & 4). Quando la corrente del LED viene rimossa, la luce si interrompe, la tensione fotovoltaica crolla e il gate del MOSFET si scarica, spegnendo l'uscita. Questo meccanismo fornisce un isolamento galvanico completo tra il circuito di controllo a bassa tensione e il circuito di carico ad alta tensione, poiché solo la luce attraversa la barriera di isolamento.

12. Tendenze Tecnologiche

I relè statici continuano a evolversi in diverse direzioni chiave rilevanti per la tecnologia dell'EL4XXA-G:

• Resistenza di Conduzione Inferiore (Rd(ON)):I progressi nella tecnologia MOSFET e di packaging riducono costantemente la Rd(ON) per una data tensione nominale e dimensione del package, consentendo una commutazione a corrente più elevata in ingombri più piccoli e con perdite inferiori.
• Maggiore Integrazione:Le tendenze includono l'integrazione nel package SSR di driver lato ingresso (generatori di corrente costante, traduttori di livello logico) e funzioni di protezione lato uscita (limitatori di sovratensione, spegnimento per sovratemperatura), semplificando il circuito esterno.
• Prestazioni Termiche Migliorate:Nuovi design di package con pad termici esposti (es. package DIP con pad inferiore) consentono un trasferimento di calore molto più efficiente verso il PCB, aumentando significativamente la corrente continua nominale per lo stesso silicio.
• Gamme di Tensione più Ampie:Dispositivi in grado di bloccare tensioni più elevate (1kV+) stanno diventando più comuni in package compatti, spinti da applicazioni nelle energie rinnovabili e nei veicoli elettrici.
• Focus su Sicurezza e Conformità:Come per l'EL4XXA-G, c'è un'enfasi crescente sul soddisfare le ultime norme di sicurezza internazionali (UL, VDE, CQC), le normative ambientali (senza alogeni, RoHS) e le qualifiche di grado automobilistico per l'affidabilità.

La serie EL4XXA-G rappresenta un'implementazione matura e affidabile della tecnologia SSR MOSFET fotovoltaica, ben adatta a un'ampia gamma di applicazioni di controllo industriali e commerciali che richiedono una commutazione sicura, isolata e affidabile a bassa-media potenza.