Scheda Tecnica Relè a Stato Solido 2 Canali 8-Pin DIP - Pacchetto 8-Pin DIP - Tensione di Rottura 400V/600V - Carico 120mA/50mA - Documentazione Tecnica in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Gli EL840A ed EL860A sono relè a stato solido (SSR) dual-channel ad uso generale, confezionati in un compatto formato 8-pin DIP. Questi dispositivi utilizzano un meccanismo di accoppiamento ottico, con un LED infrarosso AlGaAs sul lato ingresso, isolato otticamente da un circuito rilevatore d'uscita ad alta tensione. Il rilevatore d'uscita è composto da un array di diodi fotovoltaici che pilota interruttori MOSFET. Questa configurazione fornisce la funzionalità elettrica equivalente a due relè elettromeccanici indipendenti di tipo Form A (normalmente aperti), offrendo affidabilità superiore, vita più lunga e commutazione più rapida rispetto alle controparti meccaniche.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

I vantaggi principali di questa serie SSR derivano dal suo design a stato solido. I benefici chiave includono l'assenza totale di parti in movimento, eliminando rimbalzi dei contatti, archi e usura meccanica, portando a una vita operativa eccezionalmente lunga e alta affidabilità. L'isolamento ottico tra ingresso e uscita fornisce un'alta tensione di isolamento di 5000 Vrms, migliorando la sicurezza del sistema e l'immunità al rumore. I dispositivi sono progettati per controllare segnali analogici di basso livello con alta sensibilità e velocità. Il loro ingombro compatto 8-pin DIP li rende adatti per layout PCB ad alta densità. Le applicazioni target includono automazione industriale, apparecchiature di telecomunicazione, periferiche informatiche e macchine per ispezione ad alta velocità, dove è richiesta una commutazione affidabile, veloce e isolata di segnali o carichi a bassa potenza.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Le prestazioni di EL840A ed EL860A sono definite da un set completo di parametri elettrici, ottici e termici. Comprendere queste specifiche è cruciale per un corretto design del circuito e un funzionamento affidabile.

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):La massima corrente diretta continua (I_F) è 50 mA. Una tensione inversa (V_R) fino a 5V può essere applicata. Una corrente diretta di picco (I_FP) di 1A è consentita in condizioni impulsive (100Hz, ciclo di lavoro 0.1%). La dissipazione di potenza in ingresso (P_in) non deve superare 75 mW.
• Uscita (Lato MOSFET):Una differenziazione critica tra EL840A ed EL860A sono le loro specifiche di tensione e corrente d'uscita. L'EL840A ha una tensione di rottura (V_L) di 400V e una corrente di carico continua (I_L) nominale di 120 mA. L'EL860A è nominale per una tensione di rottura più alta di 600V ma una corrente continua più bassa di 50 mA. I progettisti devono selezionare il modello in base ai loro specifici requisiti di tensione e corrente. La corrente di carico impulsiva (I_LPeak) è 300 mA per l'EL840A e 150 mA per l'EL860A per una durata di 100ms. La dissipazione di potenza in uscita (P_out) è limitata a 800 mW.
• Isolamento & Termico:La tensione di isolamento (V_iso) tra ingresso e uscita è 5000 Vrms (testata per 1 minuto). Il dispositivo può operare in un range di temperatura ambiente da -40°C a +85°C e può essere immagazzinato da -40°C a +125°C. La temperatura di saldatura non deve superare i 260°C per più di 10 secondi durante i processi di rifusione.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri, tipicamente specificati a 25°C, definiscono il comportamento operativo dell'SSR.

• Caratteristiche di Ingresso:La tensione diretta (V_F) del LED d'ingresso è tipicamente 1.18V con una corrente di pilotaggio di 10mA, con un massimo di 1.5V. La corrente di dispersione inversa (I_R) è un massimo di 1 µA con polarizzazione inversa di 5V.
• Caratteristiche di Uscita:La corrente di dispersione in stato di OFF (I_leak) è eccezionalmente bassa, con un massimo di 1 µA quando il LED d'ingresso è spento e l'uscita è alla sua tensione nominale massima. La resistenza di ON (R_d(ON)) è un parametro chiave che influenza la caduta di tensione e la perdita di potenza. L'EL840A ha una R_d(ON)tipica di 20Ω (max 30Ω), mentre l'EL860A ha una tipica di 40Ω (max 70Ω) quando pilotato con una corrente d'ingresso di 10mA a carico massimo.
• Caratteristiche di Trasferimento:Questo definisce la relazione tra ingresso e uscita. La corrente di accensione del LED (I_F(on)) richiesta per attivare completamente i MOSFET d'uscita è un massimo di 5mA per entrambi i modelli (tipico 3mA). La corrente di spegnimento del LED (I_F(off)) è un minimo di 0.4mA, al di sotto della quale l'uscita è garantita spenta. Questo definisce l'isteresi della corrente d'ingresso.
• Velocità di Commutazione:Il tempo di accensione (T_on) è il ritardo dall'applicazione della corrente d'ingresso al raggiungimento del 90% del valore di ON da parte dell'uscita. Per l'EL840A, è tipicamente 0.4ms (max 3ms), e per l'EL860A, tipicamente 1.4ms (max 3ms). Il tempo di spegnimento (T_off) è tipicamente 0.05ms (max 0.5ms) per entrambi i modelli. Questi tempi sono relativamente veloci per un SSR, adatti a molte applicazioni di commutazione di segnale.
• Parametri di Isolamento:La resistenza di isolamento (R_I-O) è un minimo di 5 x 10¹⁰Ω a 500V DC. La capacità di isolamento (C_I-O) è un massimo di 1.5 pF, importante per considerazioni sull'accoppiamento di rumore ad alta frequenza.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene dati grafici specifici siano referenziati nella scheda tecnica (Curve Caratteristiche Elettro-Ottiche Tipiche, diagrammi Tempi di Accensione/Spegnimento), i dati testuali consentono l'analisi delle tendenze chiave. La relazione tra corrente diretta e tensione diretta per il LED d'ingresso seguirà una curva esponenziale diodo standard. La resistenza di ON è specificata in una condizione specifica; avrà un coefficiente di temperatura positivo, il che significa che aumenterà al crescere della temperatura di giunzione dei MOSFET d'uscita. I tempi di commutazione dipendono dal carico; i tempi specificati sono per un carico resistivo (R_L= 200Ω). Carichi capacitivi o induttivi influenzeranno questi tempi, potenzialmente richiedendo reti smorzatrici (snubber) per protezione e stabilità temporale.

4. Informazioni Meccaniche e sul Pacchetto

4.1 Configurazione dei Pin e Schema

Il dispositivo utilizza un pinout standard 8-pin DIP. I pin 1 e 3 sono gli anodi per i due LED d'ingresso indipendenti. I pin 2 e 4 sono i corrispondenti catodi. Il lato uscita consiste di due interruttori MOSFET indipendenti. Per ogni canale, i terminali drain e source sono collegati ai pin 5, 6, 7 e 8 secondo lo schema interno, consentendo una connessione flessibile come interruttore SPST.

4.2 Dimensioni del Pacchetto e Opzioni

Il prodotto è offerto in due stili di pacchetto principali: unTipo DIP Standardcon terminali forati, e unTipo Opzione S1che è un leadform per montaggio superficiale (profilo basso). Sono forniti disegni dimensionali dettagliati per entrambi, inclusi lunghezza, larghezza, altezza del corpo, passo dei terminali (2.54mm standard per DIP) e dimensioni dei terminali. Per l'opzione SMD, è fornito anche un layout consigliato per i pad per garantire una saldatura affidabile e resistenza meccanica.

4.3 Polarità e Marcatura del Dispositivo

Il dispositivo è marcato sulla superficie superiore. La marcatura segue il formato: "EL" (identificatore del produttore), seguito dal numero di parte (es. 860A), un codice a una cifra per l'anno (Y), un codice a due cifre per la settimana (WW), e un "V" opzionale che indica le versioni approvate VDE. L'identificazione corretta del pin 1, tipicamente marcato da un punto o una tacca sul corpo del pacchetto, è essenziale per il corretto orientamento.

5. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

5.1 Profilo di Rifusione (Reflow)

Per assemblaggi a montaggio superficiale, deve essere seguito uno specifico profilo di temperatura di rifusione per prevenire danni. Il profilo è conforme a IPC/JEDEC J-STD-020D. I parametri chiave includono: una fase di preriscaldamento da 150°C a 200°C in 60-120 secondi, una velocità di riscaldamento massima di 3°C/secondo, un tempo sopra il liquido (217°C) di 60-100 secondi, e una temperatura di picco del corpo del pacchetto di 260°C per un massimo di 30 secondi. Queste condizioni assicurano la corretta formazione del giunto saldato senza esporre le giunzioni dei semiconduttori interni a stress termico eccessivo.

5.2 Precauzioni per l'Uso

Sono evidenziate diverse importanti considerazioni di progettazione. I valori massimi assoluti per tensione, corrente e potenza non devono mai essere superati. I MOSFET d'uscita non sono intrinsecamente protetti contro transitori di tensione o controelettromotrici induttive; componenti di protezione esterni come smorzatori o diodi TVS possono essere necessari in ambienti elettrici ostili. La bassa massa termica del pacchetto significa che si deve prestare attenzione alla dissipazione di potenza e a un'adeguata area di rame sul PCB per lo smaltimento del calore, specialmente quando si opera vicino alle correnti di carico massime o ad alte temperature ambiente.

6. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

6.1 Sistema di Numerazione dei Modelli

Il numero di parte segue la struttura: EL8XXA(Y)(Z)-V.

• XX:Indica il numero di parte, 40 (EL840A) o 60 (EL860A), definendo le specifiche di tensione/corrente.
• Y:Opzione leadform. "S1" indica il leadform per montaggio superficiale. L'omissione indica il DIP standard forato.
• Z:Opzione nastro e bobina per assemblaggio automatizzato (TA, TB, TU, TD). L'omissione indica imballaggio in tubo.
• V:Suffisso che indica l'opzione approvata per sicurezza VDE.

6.2 Specifiche di Imballo

La versione DIP standard è fornita in tubi da 45 unità. Le opzioni a montaggio superficiale (S1 con nastro TA o TB) sono fornite su bobine da 1000 unità ciascuna. Sono fornite le dimensioni dettagliate del nastro, inclusa dimensione della tasca (A, B), profondità della tasca (D0, D1), passo dei fori di avanzamento (P0) e larghezza della bobina (W), critiche per la compatibilità con le attrezzature di pick-and-place automatizzate.

7. Note Applicative e Considerazioni di Progettazione

7.1 Circuiti Applicativi Tipici

L'SSR può essere utilizzato in due configurazioni principali: come due interruttori indipendenti single-pole single-throw (SPST) o, collegando opportunamente le uscite, come un singolo deviatore di tipo Form A o altre configurazioni. Il LED d'ingresso è tipicamente pilotato da una porta logica digitale o un transistor, con una resistenza limitatrice di corrente calcolata in base alla tensione di alimentazione e alla corrente LED desiderata (es. 10-20 mA per la piena attivazione dell'uscita). L'uscita può commutare carichi DC o AC entro le sue specifiche di tensione e corrente. Per carichi AC, i diodi di corpo dei MOSFET condurranno durante i semi-cicli, quindi il dispositivo è essenzialmente un interruttore bidirezionale.

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Gestione del Calore:Calcolare la dissipazione di potenza come P_diss= I_L²* R_d(ON). Assicurarsi che la dissipazione totale del dispositivo (P_T= 850mW max) non venga superata. Utilizzare un'adeguata area di rame sul PCB come dissipatore di calore.
• Compatibilità del Carico:L'SSR è ideale per carichi resistivi. Per carichi capacitivi, la corrente d'innesco può superare I_LPeak. Per carichi induttivi, utilizzare una rete smorzatrice (RC in parallelo al carico o un soppressore di tensione transitoria) per limitare i picchi di tensione generati durante lo spegnimento.
• Pilotaggio dell'Ingresso:Assicurarsi che la corrente d'ingresso superi I_F(on)per un'accensione affidabile e scenda al di sotto di I_F(off)per uno spegnimento affidabile. Evitare fronti lenti del segnale d'ingresso vicino alle correnti di soglia.
• Integrità dell'Isolamento:Mantenere distanze di isolamento (creepage e clearance) adeguate sul PCB tra i circuiti d'ingresso e uscita per preservare l'alta classificazione di isolamento.

8. Confronto Tecnico e Guida alla Scelta

Il differenziatore chiave all'interno di questa serie è il compromesso tra capacità di tensione e corrente. L'EL840Aè ottimizzato per applicazioni che richiedono una corrente continua più alta (fino a 120mA) ma a una tensione più bassa (400V). Presenta una resistenza di ON più bassa, portando a minore caduta di tensione e perdita di potenza. L'EL860Aè progettato per applicazioni che richiedono una tensione di blocco più alta (600V) ma con una corrente continua più bassa (50mA). La sua resistenza di ON è più alta. La selezione dovrebbe basarsi sulla tensione di picco e sulla corrente di regime del carico. Per carichi con significativa corrente d'innesco (come lampade o condensatori), la specifica di corrente impulsiva più alta dell'EL840A (300mA vs. 150mA) può essere anche un fattore decisivo.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

9.1 Questo SSR può commutare carichi AC?

Sì. La struttura del MOSFET d'uscita, con il suo diodo di corpo intrinseco, consente il flusso di corrente bidirezionale. Pertanto, può commutare tensioni AC entro la sua tensione di rottura (V_L) nominale. La specifica di corrente si applica sia alla DC che al valore di picco della AC.

9.2 Qual è lo scopo dell'array diodi fotovoltaici nel rilevatore d'uscita?

L'array fotovoltaico genera una tensione quando illuminato dal LED infrarosso del lato ingresso. Questa tensione è utilizzata per pilotare i gate dei MOSFET d'uscita, accendendoli. Questo metodo fornisce l'isolamento galvanico completo, poiché non è necessaria alcuna connessione elettrica per polarizzare i gate dei MOSFET.

9.3 Come interfaccio l'ingresso con un microcontrollore a 5V?

Utilizzare una semplice resistenza in serie. Ad esempio, con un pin GPIO del microcontrollore a 5V, una V_Fdel LED di ~1.2V, e una I_Fdesiderata di 10mA, il valore della resistenza R = (5V - 1.2V) / 0.01A = 380Ω. Una resistenza standard da 390Ω sarebbe adatta. Assicurarsi che il microcontrollore possa erogare la corrente richiesta.

9.4 Perché il tempo di accensione per l'EL860A è più lungo di quello per l'EL840A?

Il tempo di accensione tipico più lungo (1.4ms vs. 0.4ms) è probabilmente legato al design interno dei MOSFET a più alta tensione nell'EL860A, che possono avere una capacità di gate diversa o alle caratteristiche del circuito di pilotaggio fotovoltaico ottimizzato per il processo a 600V.

10. Principio di Funzionamento

Il dispositivo opera sul principio dell'isolamento ottico e del pilotaggio fotovoltaico. Quando una corrente diretta è applicata al LED infrarosso AlGaAs d'ingresso, esso emette luce. Questa luce attraversa un gap di isolamento e colpisce un array di diodi fotovoltaici sul lato uscita. L'array converte l'energia luminosa in energia elettrica, generando una tensione sufficiente a polarizzare i gate dei MOSFET a canale N in conduzione. Questo crea un percorso a bassa resistenza tra i terminali drain e source, chiudendo il "contatto" del relè. Quando la corrente d'ingresso è rimossa, l'emissione di luce si interrompe, la tensione fotovoltaica decade e i gate dei MOSFET si scaricano, spegnendo i dispositivi e aprendo il circuito. L'intero processo non coinvolge alcun contatto fisico o accoppiamento magnetico, garantendo lunga vita e alta immunità al rumore.

11. Caso Pratico di Progettazione

Scenario:Isolare un segnale di sensore a 24V DC, 80mA dall'ingresso analogico di un sistema di acquisizione dati.

Un EL840A è selezionato per la sua specifica di corrente di 120mA (fornendo margine) e tensione nominale di 400V (ben superiore a 24V). L'uscita del sensore pilota l'ingresso SSR tramite una resistenza da 330Ω da un'alimentazione a 5V, fornendo ~11mA al LED, ben al di sopra del massimo IF(on)_{di 5mA. L'uscita SSR è collegata tra il segnale del sensore a 24V e l'ingresso di acquisizione dati. Una resistenza di pull-down da 10kΩ è posizionata sull'ingresso di acquisizione per definire lo stato logico basso quando l'SSR è spento. La bassa corrente di dispersione (1µA max) garantisce una tensione di errore minima ai capi della resistenza di pull-down quando l'SSR è spento. L'alta velocità di commutazione (0.4ms tipico) consente un campionamento rapido se necessario. L'isolamento di 5000Vrms protegge la sensibile circuiteria di acquisizione da loop di massa o transitori nell'ambiente del sensore.}12. Tendenze Tecnologiche e Contesto

I relè a stato solido rappresentano una tecnologia matura ma in continua evoluzione. La tendenza principale è verso una maggiore integrazione, pacchetti più piccoli e metriche di prestazione migliorate. Mentre questo dispositivo utilizza un driver MOSFET fotovoltaico, esistono altre tecnologie, come quelle che utilizzano driver fototriac per la commutazione AC o design più avanzati basati su IC con funzioni di protezione integrate (sovracorrente, sovratemperatura). Il passaggio ai pacchetti a montaggio superficiale (come l'opzione S1) si allinea con la tendenza generale del settore verso l'assemblaggio automatizzato e la riduzione dello spazio su scheda. L'alta tensione di isolamento e le multiple approvazioni di sicurezza internazionali (UL, VDE, ecc.) riflettono la crescente importanza della sicurezza e dell'affidabilità del sistema nei mercati globali, in particolare nelle apparecchiature industriali e mediche. Gli sviluppi futuri potrebbero concentrarsi sull'ulteriore riduzione della resistenza di ON, sull'aumento delle velocità di commutazione per applicazioni ad alta frequenza e sull'integrazione di funzioni di controllo e monitoraggio più intelligenti all'interno dello stesso pacchetto isolato.

Solid-state relays represent a mature but continuously evolving technology. The core trend is towards higher integration, smaller packages, and improved performance metrics. While this device uses a photovoltaic MOSFET driver, other technologies exist, such as those using phototriac drivers for AC switching or more advanced IC-based designs with integrated protection features (overcurrent, overtemperature). The move towards surface-mount packages (like the S1 option) aligns with the industry-wide trend for automated assembly and reduced board space. The high isolation voltage and multiple international safety approvals (UL, VDE, etc.) reflect the increasing importance of system safety and reliability in global markets, particularly in industrial and medical equipment. Future developments may focus on reducing on-resistance further, increasing switching speeds for high-frequency applications, and integrating more intelligent control and monitoring functions within the same isolated package.