Scheda Tecnica Serie EL827 Fotocoupler - Package DIP 8 Pin - Isolamento 5000Vrms - CTR 50-600% - Documento Tecnico

1. Panoramica del Prodotto

La serie EL827 rappresenta una famiglia di fotocoupler (optocoupler) basati su fototransistor, alloggiati in un package Dual In-line (DIP) a 8 pin, standard del settore. Questi dispositivi sono progettati per fornire isolamento elettrico e trasmissione del segnale tra circuiti che operano a potenziali o impedenze diverse. La funzione principale è realizzata tramite un diodo emettitore a infrarossi (IRED) accoppiato otticamente a un rivelatore a fototransistor al silicio. Questa configurazione consente ai segnali di controllo di passare dal lato di ingresso a quello di uscita, mantenendo un elevato grado di isolamento elettrico, fondamentale per la sicurezza e l'immunità al rumore in molti sistemi elettronici.

Il vantaggio principale di questa serie risiede nella combinazione di un ampio intervallo di rapporto di trasferimento di corrente (CTR) e di un robusto valore nominale di tensione di isolamento. Il compatto package DIP è disponibile in diverse opzioni di forma dei terminali, inclusi tipi standard, con spaziatura ampia e per montaggio superficiale, offrendo flessibilità per diversi processi di assemblaggio PCB. I dispositivi sono conformi alle principali norme internazionali di sicurezza e ambientali, rendendoli adatti a un'ampia gamma di applicazioni globali.

1.1 Caratteristiche Principali e Applicazioni Target

La serie EL827 è progettata con diverse caratteristiche chiave che ne definiscono le prestazioni e l'idoneità applicativa. Un elevato Rapporto di Trasferimento di Corrente (CTR) compreso tra il 50% e il 600% (a IF=5mA, VCE=5V) garantisce un trasferimento efficiente del segnale con buona sensibilità. La tensione di isolamento tra le sezioni di ingresso e uscita è nominale 5000 Vrms, fornendo una forte barriera contro i transitori ad alta tensione e migliorando la sicurezza del sistema.

Il prodotto è conforme alle normative RoHS e REACH UE. Ha ottenuto le approvazioni di sicurezza da diversi enti internazionali rinomati, tra cui UL, cUL (file E214129), VDE (file 132249), SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO e CQC. Queste certificazioni sono essenziali per i prodotti destinati a mercati con severi requisiti di sicurezza.

Le applicazioni tipiche per la serie EL827 includono:

• Controllori Logici Programmabili (PLC) e sistemi di automazione industriale.
• Apparecchiature di sistema e strumenti di misura di precisione che richiedono acquisizione segnale esente da rumore.
• Apparecchiature di telecomunicazione per isolamento del segnale e protezione dell'interfaccia.
• Elettrodomestici, come termoventilatori e altri sistemi di controllo.
• Trasmissione segnale generica tra circuiti a potenziali e impedenze diverse, fungendo da componente di isolamento fondamentale.

2. Specifiche Tecniche e Interpretazione Approfondita

Questa sezione fornisce una dettagliata suddivisione dei parametri elettrici e ottici del dispositivo. Comprendere queste specifiche è cruciale per una corretta progettazione del circuito e per garantire un funzionamento affidabile a lungo termine.

2.1 Valori Massimi Assoluti

I Valori Massimi Assoluti definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento a questi limiti o oltre non è garantito e dovrebbe essere evitato nell'uso normale. I valori nominali sono specificati a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C.

• Lato Ingresso (Diodo):La corrente diretta continua (IF) non deve superare 60 mA. È ammessa una breve corrente diretta di picco (IFP) di 1 A per 1 microsecondo. La massima tensione inversa (VR) applicata al diodo è 6 V. La dissipazione di potenza sul lato di ingresso (PD) è limitata a 100 mW.
• Lato Uscita (Transistor):La massima corrente di collettore (IC) è 50 mA. La tensione collettore-emettitore (VCEO) può arrivare fino a 80 V, mentre la tensione emettitore-collettore (VECO) è limitata a 7 V. La dissipazione di potenza in uscita (PC) è 150 mW.
• Totali Dispositivo e Ambientali:La dissipazione di potenza totale del dispositivo (PTOT) è 200 mW. La tensione di isolamento (VISO) tra le sezioni di ingresso e uscita è 5000 Vrms (testata per 1 minuto al 40-60% di umidità relativa). L'intervallo di temperatura operativa (TOPR) va da -55°C a +110°C, e la temperatura di stoccaggio (TSTG) va da -55°C a +125°C. La temperatura di saldatura (TSOL) non deve superare i 260°C per 10 secondi durante l'assemblaggio.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri definiscono le prestazioni del dispositivo in condizioni operative normali, tipicamente a Ta=25°C. Sono essenziali per calcolare le prestazioni del circuito.

Caratteristiche di Ingresso (Diodo Emettitore a Infrarossi):

• Tensione Diretta (VF):Tipicamente 1,2V, con un massimo di 1,4V quando viene applicata una corrente diretta (IF) di 20 mA. Questo parametro viene utilizzato per dimensionare la resistenza limitatrice di corrente sul lato di ingresso.
• Corrente Inversa (IR):Massimo di 10 µA quando viene applicata una tensione inversa (VR) di 4V, indicando la dispersione del diodo nello stato di off.
• Capacità di Ingresso (Cin):Tipicamente 30 pF, massimo 250 pF (misurata a 0V, 1 kHz). Questo influisce sulle prestazioni di commutazione ad alta frequenza.

Caratteristiche di Uscita (Fototransistor):

• Corrente di Buio Collettore-Emettitore (ICEO):Massimo di 100 nA quando VCE=20V e IF=0mA. Questa è la corrente di dispersione del fototransistor quando non è presente luce incidente.
• Tensioni di Breakdown:La tensione di breakdown collettore-emettitore (BVCEO) è un minimo di 80V (IC=0,1mA). La tensione di breakdown emettitore-collettore (BVECO) è un minimo di 7V (IE=0,1mA).

Caratteristiche di Trasferimento (Prestazioni di Accoppiamento):

• Rapporto di Trasferimento di Corrente (CTR):Questo è il parametro chiave, definito come (IC / IF) * 100%. Per la serie EL827, varia da un minimo del 50% a un massimo del 600% nella condizione di test standard di IF=5mA e VCE=5V. Questo ampio intervallo può indicare diversi gradi o variazioni di produzione. I progettisti devono tenere conto del CTR minimo per garantire che il transistor di uscita si saturi correttamente.
• Tensione di Saturazione Collettore-Emettitore (VCE(sat)):Tipicamente 0,1V, con un massimo di 0,2V quando IF=20mA e IC=1mA. Un basso VCE(sat) è desiderabile per applicazioni di commutazione in uscita per minimizzare la caduta di tensione.
• Resistenza di Isolamento (RIO):Minimo di 5 x 10^10 Ω quando vengono applicati 500V DC tra i lati isolati. Questo indica un eccellente isolamento in DC.
• Capacità Flottante (CIO):Tipicamente 0,6 pF, massimo 1,0 pF (VIO=0V, f=1MHz). Questa piccola capacità contribuisce all'elevata immunità ai transienti di modo comune.
• Frequenza di Taglio (fc):Tipicamente 80 kHz (VCE=5V, IC=2mA, RL=100Ω, punto -3dB). Questo definisce la banda passante per piccoli segnali del dispositivo.
• Tempi di Commutazione:Il tempo di salita (tr) è tipicamente 3 µs (max 18 µs), e il tempo di discesa (tf) è tipicamente 4 µs (max 18 µs) nelle condizioni di test specificate (VCE=2V, IC=2mA, RL=100Ω). Questi tempi determinano la massima velocità di commutazione digitale.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a tipiche curve delle caratteristiche elettro-ottiche. Sebbene i grafici specifici non siano riprodotti nel testo fornito, il loro scopo è illustrare come i parametri chiave variano con le condizioni operative. I progettisti dovrebbero consultare la scheda tecnica completa per questi grafici.

Le Curve Tipiche includerebbero:

• CTR vs. Corrente Diretta (IF):Mostra come il rapporto di trasferimento di corrente cambia con la corrente del diodo di ingresso. Il CTR spesso raggiunge un picco a un IF specifico e può diminuire a correnti molto elevate a causa del riscaldamento o altri effetti.
• CTR vs. Temperatura Ambiente (Ta):Illustra la dipendenza dalla temperatura dell'efficienza di accoppiamento. Il CTR tipicamente diminuisce all'aumentare della temperatura.
• Corrente di Uscita (IC) vs. Tensione Collettore-Emettitore (VCE):Famiglia di curve con IF come parametro, simile alle caratteristiche di uscita di un transistor standard. Questo mostra le regioni operative (saturazione, attiva).
• Tensione di Saturazione (VCE(sat)) vs. Corrente Diretta (IF):Mostra la relazione tra la corrente di pilotaggio in ingresso e la saturazione del transistor di uscita.

3.1 Circuito di Test per i Tempi di Commutazione

La Figura 10 nella scheda tecnica dettaglia il circuito di test standard e le definizioni delle forme d'onda per misurare i tempi di commutazione (ton, toff, tr, tf). Il test viene condotto con una corrente di ingresso impulsiva che pilota l'IRED. L'uscita viene monitorata attraverso una resistenza di carico (RL) collegata tra il collettore e una tensione di alimentazione (VCC). Il tempo di salita (tr) viene misurato dal 10% al 90% del valore finale dell'impulso di uscita, e il tempo di discesa (tf) viene misurato dal 90% al 10%. Comprendere questa configurazione di test aiuta i progettisti a replicare le condizioni se hanno bisogno di caratterizzare il dispositivo nel loro specifico circuito applicativo.

4. Informazioni Meccaniche e sul Package

L'EL827 è offerto in un package DIP a 8 pin con diverse opzioni di forma dei terminali per adattarsi a diversi progetti PCB e metodi di assemblaggio.

4.1 Configurazione Pin e Schema

Lo schema interno mostra un diodo emettitore a infrarossi collegato tra i pin 1/3 (anodo) e 2/4 (catodo). L'emettitore del fototransistor è collegato ai pin 5/7, e il suo collettore ai pin 6/8. I pin con la stessa funzione sono collegati internamente per fornire robustezza meccanica e potenzialmente una minore induttanza dei terminali. La connessione standard prevede l'uso di un pin per ciascuna coppia.

Assegnazione Pin:

• Pin 1, 3: Anodo (A)
• Pin 2, 4: Catodo (K)
• Pin 5, 7: Emettitore (E)
• Pin 6, 8: Collettore (C)

4.2 Dimensioni del Package e Opzioni

Vengono forniti disegni meccanici dettagliati per ogni variante di package:

• Tipo DIP Standard:Il package convenzionale a foro passante.
• Tipo Opzione M:Presenta una \"piega ampia dei terminali\" che fornisce una spaziatura di 0,4 pollici (circa 10,16mm), utile per breadboard o specifiche esigenze di layout.
• Tipo Opzione S:Forma dei terminali per montaggio superficiale per saldatura a rifusione.
• Tipo Opzione S1:Una forma dei terminali per montaggio superficiale \"a profilo basso\", probabilmente con un'altezza ridotta rispetto all'opzione S.

La scheda tecnica include anche un layout consigliato per i pad per le opzioni a montaggio superficiale (S e S1), fondamentale per ottenere giunzioni saldate affidabili e un corretto allineamento meccanico durante la saldatura a rifusione.

4.3 Marcatura del Dispositivo

I dispositivi sono marcati sulla parte superiore con \"EL827\" che indica la serie, seguito da un codice a una cifra per l'anno (Y), un codice a due cifre per la settimana (WW) e un suffisso opzionale \"V\" se l'unità è approvata VDE. Questa marcatura consente la tracciabilità della data di produzione e della variante.

5. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

5.1 Condizioni di Saldatura

La scheda tecnica fornisce informazioni critiche per il processo di assemblaggio, in particolare per le varianti a montaggio superficiale. La massima temperatura corporea ammissibile durante la saldatura è definita da un profilo di rifusione riferito a IPC/JEDEC J-STD-020D. I parametri chiave di questo profilo includono:

• Temperatura di Preriscaldamento:Minima (Tsmin) 150°C, Massima (Tsmax) 200°C.
• Tempo in Preriscaldamento:Il profilo mostra un tempo specifico (ts) in questo intervallo di temperatura per riscaldare gradualmente il componente e la scheda, minimizzando lo shock termico.
• Temperatura di Picco & Tempo:Il profilo non deve superare la massima temperatura di saldatura (TSOL) di 260°C, e il tempo sopra i 260°C dovrebbe essere limitato (tipicamente a 10 secondi come indicato nei Valori Massimi Assoluti).

Rispettare questo profilo è essenziale per prevenire danni al package plastico, ai bonding interni o al die del semiconduttore stesso. Per le parti a foro passante, anche la saldatura a onda o manuale deve rispettare il limite di 260°C per 10 secondi.

6. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

6.1 Struttura del Numero di Parte per l'Ordine

Il numero di parte segue il formato: EL827X(Z)-V

• X:Opzione forma terminali: Nessuna (DIP Standard), M (Piega ampia terminali), S (Montaggio superficiale), S1 (Montaggio superficiale a profilo basso).
• Z:Opzione nastro e bobina: Nessuna (confezionato in tubo), TA, o TB (diverse direzioni di alimentazione del nastro).
• V:Marcatura opzionale di approvazione di sicurezza VDE.

6.2 Quantità di Confezionamento

• DIP Standard e Opzione M: 45 unità per tubo.
• Opzioni S(TA), S(TB), S1(TA), S1(TB): 1000 unità per bobina.

6.3 Specifiche Nastro e Bobina

Vengono fornite le dimensioni dettagliate per il nastro portante per le opzioni S e S1 (TA e TB). I parametri includono dimensioni della tasca (A, B, Do, D1), passo del nastro (Po, P1), spessore del nastro (t) e larghezza totale del nastro (W). Le opzioni TA e TB differiscono nella direzione di alimentazione dalla bobina, che deve essere configurata correttamente nella macchina pick-and-place. I diagrammi mostrano l'orientamento del dispositivo all'interno della tasca del nastro.

7. Suggerimenti Applicativi e Considerazioni di Progettazione

Quando si progetta con il fotocoupler EL827, diversi fattori devono essere considerati per garantire prestazioni e affidabilità ottimali.

Progettazione del Circuito di Ingresso:Una resistenza limitatrice di corrente deve essere posta in serie con l'IRED di ingresso. Il suo valore è calcolato in base alla tensione di alimentazione (Vcc_in), alla corrente diretta desiderata (IF) e alla tensione diretta del diodo (VF): R_in = (Vcc_in - VF) / IF. La IF scelta influisce sul CTR, sulla velocità di commutazione e sulla longevità del dispositivo. È consigliabile operare a o al di sotto dei 20mA consigliati per il funzionamento continuo.

Progettazione del Circuito di Uscita:Il fototransistor può essere utilizzato in modalità di commutazione (saturazione) o lineare (attiva). Per la commutazione digitale, una resistenza di pull-up (RL) è collegata tra il collettore e la tensione di alimentazione del lato di uscita (Vcc_out). Il valore di RL influenza la velocità di commutazione (RL più bassa = più veloce, ma IC più alta) e il consumo di corrente. Assicurarsi che la corrente di uscita (IC) non superi il massimo di 50mA. Per applicazioni lineari, il dispositivo opera nella sua regione attiva, ma la non linearità del CTR e la sua dipendenza dalla temperatura devono essere attentamente considerate.

Isolamento e Layout:Per mantenere l'elevato valore nominale di isolamento, mantenere adeguate distanze di isolamento superficiale e in aria sul PCB tra le tracce di rame del lato di ingresso e uscita, secondo le norme di sicurezza pertinenti (es. IEC 60950-1, IEC 62368-1). Posizionare il fotocoupler a cavallo della barriera di isolamento nel layout.

Bypass e Rumore:Per applicazioni sensibili al rumore o per migliorare la stabilità nei circuiti di commutazione, considerare di posizionare un piccolo condensatore di bypass (es. 0,1 µF) vicino ai pin di alimentazione su entrambi i lati di ingresso e uscita del dispositivo.

8. Confronto Tecnico e Domande Comuni

8.1 Differenziazione da Altri Fotocoupler

I principali fattori di differenziazione dell'EL827 sono la sua elevata tensione di isolamento di 5000Vrms e l'ampio intervallo CTR (50-600%). Rispetto ai fotocoupler basici a 4 pin, il DIP a 8 pin offre pin doppi per ogni terminale, il che può migliorare la ritenzione meccanica sulla scheda e potenzialmente offrire prestazioni termiche leggermente migliori. La disponibilità di opzioni a montaggio superficiale (S, S1) e a terminali ampi (M) offre maggiore flessibilità rispetto a molte offerte a package singolo. Il set completo di approvazioni di sicurezza internazionali (UL, VDE, ecc.) è un vantaggio significativo per prodotti commerciali e industriali che richiedono certificazione.

8.2 Domande Frequenti (Basate sui Parametri)

D: Cosa significa un intervallo CTR di 50-600% per il mio progetto?

R: Indica la variazione di produzione. Devi progettare il tuo circuito in modo che funzioni in modo affidabile con ilminimoCTR garantito (50% in questo caso) per garantire che l'uscita commuti correttamente in tutte le condizioni. Se il tuo progetto richiede una sensibilità specifica, potrebbe essere necessario selezionare i dispositivi in base al CTR misurato (binning) o utilizzare un circuito che compensi la variazione.

D: Posso usarlo per l'isolamento di segnali analogici?

R: Sebbene possibile (usandolo in modalità lineare), non è ideale a causa della non linearità del CTR rispetto a IF e della sua forte dipendenza dalla temperatura. Per l'isolamento analogico di precisione, si consigliano optocoupler lineari dedicati o amplificatori di isolamento.

D: Come scelgo tra le opzioni a montaggio superficiale S e S1?

R: L'opzione S1 \"a profilo basso\" è progettata per applicazioni con severe restrizioni di altezza sull'assemblaggio PCB. Consulta i disegni delle dimensioni del package nella scheda tecnica per confrontare l'altezza di sollevamento e le dimensioni complessive. Le caratteristiche elettriche sono identiche.

D: I tempi di commutazione sembrano lenti (fino a 18µs). Sono adatti per la mia comunicazione digitale ad alta velocità?

R: Per l'isolamento digitale I/O standard in PLC o interfacce per microcontrollori, queste velocità sono tipicamente sufficienti. Per la comunicazione seriale ad alta velocità (es. isolamento USB, RS-485), dovrebbero essere considerati isolatori digitali molto più veloci (basati su accoppiamento capacitivo o magnetico) o optocoupler ad alta velocità specificamente progettati per velocità di dati nell'intervallo dei Mbps.

9. Principi Operativi e Tendenze

9.1 Principio Operativo di Base

Un fotocoupler opera convertendo un segnale elettrico in luce, trasmettendo quella luce attraverso un gap elettricamente isolante, e poi riconvertendo la luce in un segnale elettrico. Nell'EL827, una corrente elettrica applicata al Diodo Emettitore a Infrarossi (IRED) di ingresso lo induce a emettere fotoni (luce) a una lunghezza d'onda infrarossa. Questa luce viaggia attraverso un composto di stampaggio isolante trasparente e colpisce la regione di base del fototransistor al silicio sul lato di uscita. La luce incidente genera coppie elettrone-lacuna nella base, agendo efficacemente come una corrente di base, che consente il flusso di una corrente di collettore molto più grande. Questa corrente di collettore è proporzionale all'intensità della luce incidente, che a sua volta è proporzionale alla corrente del diodo di ingresso, stabilendo il rapporto di trasferimento di corrente (CTR). Il punto chiave è che l'unica connessione tra ingresso e uscita è il fascio di luce, fornendo l'isolamento elettrico.

9.2 Tendenze del Settore

Il mercato degli optocoupler continua a evolversi. Le tendenze chiave includono una spinta verso velocità di dati più elevate per adattarsi a protocolli di comunicazione industriale più veloci e al controllo di alimentatori digitali. C'è anche una domanda per una maggiore integrazione, come combinare più canali di isolamento in un unico package o integrare funzioni aggiuntive come driver di gate per IGBT/MOSFET. Inoltre, la necessità di un'affidabilità migliorata, specialmente nelle applicazioni automotive e industriali, guida i miglioramenti nelle prestazioni ad alta temperatura e nella stabilità a lungo termine del CTR. Mentre i tradizionali accoppiatori basati su fototransistor come l'EL827 rimangono cavalli di battaglia per l'isolamento di base grazie alla loro semplicità, economicità e capacità di alta tensione, tecnologie più recenti come gli isolatori capacitivi e magnetici (a magnetoresistenza gigante) stanno guadagnando quote in applicazioni che richiedono velocità molto elevate, basso consumo energetico e robusta immunità al rumore.