Scheda Tecnica Fotocoupler Serie EL050L - Package SOP 8 Pin - Doppia Alimentazione 3.3V/5V - Velocità 1Mbit/s - Elevato Isolamento - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

La serie EL050L rappresenta un fotocoupler (isolatore ottico) a transistor ad alte prestazioni e alta velocità, progettato per applicazioni che richiedono un robusto isolamento elettrico e una trasmissione veloce di segnali digitali. La funzione principale di questo dispositivo è trasferire segnali elettrici tra due circuiti isolati utilizzando la luce, prevenendo così loop di massa, bloccando alte tensioni e riducendo la trasmissione del rumore.

Il cuore del dispositivo contiene un diodo a emissione di luce infrarossa (LED) otticamente accoppiato a un fotodetettore integrato ad alta velocità con uscita a porta logica. Questa configurazione gli consente di funzionare come un isolatore digitale. È alloggiato in un compatto package SOP (Small Outline Package) a 8 pin, rendendolo adatto ai moderni processi di assemblaggio a montaggio superficiale (SMT).

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

L'EL050L è progettato con diversi vantaggi chiave che ne definiscono la posizione sul mercato:

• Funzionamento ad Alta Velocità:Capace di velocità dati fino a 1 Megabit al secondo (1Mbit/s), è adatto per interfacce di comunicazione digitale e segnali di controllo a commutazione rapida.
• Isolamento Robusto:Fornisce un'elevata tensione di isolamento di 3750 V_rmstra il lato di ingresso e quello di uscita, garantendo sicurezza e affidabilità in ambienti ad alta tensione.
• Eccellente Immunità al Rumore:Presenta un'elevata immunità ai transienti di modo comune (CMTI) minima di 15 kV/μs, permettendogli di respingere rapidi transienti di tensione che compaiono attraverso la barriera di isolamento, aspetto critico in elettronica di potenza rumorosa come gli azionamenti per motori.
• Doppia Tensione di Alimentazione:Il lato di uscita è compatibile sia con sistemi logici a 3.3V che a 5V, offrendo flessibilità di progettazione.
• Conformità Ambientale:Il dispositivo è privo di alogeni, privo di Pb e conforme a RoHS, REACH e vari standard di sicurezza internazionali (UL, cUL, VDE, ecc.).

I mercati target principali includono automazione industriale, circuiti di retroazione per alimentatori, sistemi di azionamento motori, isolamento di interfacce di comunicazione e qualsiasi applicazione in cui differenze di potenziale di massa o rumore ad alta tensione sono una preoccupazione.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce un'interpretazione dettagliata e oggettiva dei principali parametri elettrici e ottici specificati nella scheda tecnica.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non sono destinati al funzionamento normale.

• Corrente Diretta di Ingresso (I_F):25 mA continua. Questo limita la massima corrente continua attraverso il LED di ingresso.
• Corrente Diretta di Picco (I_FP):50 mA per impulsi con un ciclo di lavoro del 50% e larghezza d'impulso di 1ms. Ciò consente correnti di pilotaggio istantanee più elevate per brevi periodi.
• Tensione Inversa (V_R):5 V. Il LED di ingresso non deve essere sottoposto a una polarizzazione inversa superiore a questo valore.
• Tensione di Uscita (V_O) e Tensione di Alimentazione (V_CC):-0.5V a +7V. Il pin di uscita e il pin di alimentazione devono rimanere all'interno di questo intervallo di tensione rispetto alla massa di uscita (GND).
• Tensione di Isolamento (V_ISO):3750 V_rmsper 1 minuto. Questa è la tensione di prova hi-pot applicata tra i pin di ingresso cortocircuitati (1-4) e i pin di uscita cortocircuitati (5-8) per verificare l'integrità della barriera di isolamento.
• Temperatura di Esercizio (T_OPR):-40°C a +85°C. Il dispositivo è garantito per soddisfare le sue specifiche elettriche entro questo intervallo di temperatura ambiente.

2.2 Caratteristiche Elettriche e di Trasferimento

Questi parametri sono garantiti nell'intervallo di temperatura di esercizio da 0°C a 70°C salvo diversa indicazione.

Caratteristiche di Ingresso:

• Tensione Diretta (V_F):Tipicamente 1.45V, con un massimo di 1.8V a una corrente diretta (I_F) di 16 mA. Questa è la caduta di tensione ai capi del LED quando conduce.
• Coefficiente di Temperatura di V_F:Circa -1.9 mV/°C. La tensione diretta del LED diminuisce all'aumentare della temperatura, caratteristica tipica dei diodi a semiconduttore.

Caratteristiche di Uscita:

• Corrente di Uscita a Livello Logico Alto (I_OH):Corrente di dispersione molto bassa (max 0.5 µA) quando l'ingresso è spento (I_F=0). Ciò indica un buono stato "spento".
• Correnti di Alimentazione: I_CCL(stato logico basso, ingresso acceso) è tipicamente 100 µA, mentre I_CCH(stato logico alto, ingresso spento) è molto più bassa, tipicamente 0.01 µA. Questi valori determinano il consumo di potenza a riposo dello stadio di uscita.

Caratteristiche di Trasferimento:

• Rapporto di Trasferimento di Corrente (CTR):Per l'EL050L, il CTR è specificato tra il 7% e il 50% in condizioni di prova standard (I_F=16mA, V_O=0.4V, V_CC=3.3V, T_A=25°C). Il CTR è il rapporto tra la corrente di collettore del transistor di uscita e la corrente diretta del LED di ingresso. Un CTR minimo del 5% è garantito in condizioni leggermente diverse (V_O=0.5V). Questo parametro è cruciale per garantire che l'uscita possa assorbire corrente sufficiente per portare la tensione di uscita a livello basso.
• Tensione di Uscita a Livello Logico Basso (V_OL):Tipicamente 0.12V, con un massimo di 0.4V quando I_F=16mA e l'uscita assorbe 3 mA. Questa bassa tensione di saturazione è essenziale per una segnalazione logica bassa pulita.

2.3 Caratteristiche di Commutazione

Questi parametri definiscono le prestazioni dinamiche del fotocoupler, critiche per applicazioni ad alta velocità. Le prove sono eseguite a I_F=16mA e V_CC=3.3V.

• Tempi di Ritardo di Propagazione:
  • T_PHL(a Livello Logico Basso):Massimo 2.0 µs con una resistenza di carico di 4.1kΩ (R_L). Una commutazione più veloce (max 0.9 µs) si ottiene con un carico più piccolo di 1.9kΩ. Questo è il ritardo dall'accensione del LED di ingresso alla discesa della tensione di uscita a un livello logico basso.
  • T_PLH(a Livello Logico Alto):Analogamente, massimo 2.0 µs (4.1kΩ) e 0.9 µs (1.9kΩ). Questo è il ritardo dallo spegnimento del LED di ingresso alla salita della tensione di uscita a un livello logico alto.
• Immunità ai Transienti di Modo Comune (CMTI):Una metrica chiave di robustezza. Il dispositivo è testato per resistere a un minimo di 1000 V/μs (tipico) di velocità di variazione della tensione di modo comune (dV_CM/dt) mantenendo il corretto stato logico di uscita, sia alto che basso. Il test utilizza un impulso di modo comune di 10V picco-picco. Un CMTI elevato previene falsi inneschi da picchi di rumore attraverso la barriera di isolamento.

3. Configurazione dei Pin e Descrizione Funzionale

Il dispositivo utilizza un package SOP a 8 pin. Il pinout è il seguente:

• Pin 1, 4:Nessun Collegamento (NC). Questi pin non sono collegati internamente e possono essere lasciati flottanti o collegati a massa per schermatura nel layout del PCB.
• Pin 2:Anodo del LED infrarosso di ingresso.
• Pin 3:Catodo del LED infrarosso di ingresso.
• Pin 5:Massa (GND) per il circuito del lato di uscita.
• Pin 6:Tensione di Uscita (V_OUT). Questa è l'uscita a collettore aperto del fotodetettore. È richiesta una resistenza di pull-up esterna a V_CC.
• Pin 7:Tensione di Strobe o di Polarizzazione (V_B). In base alla descrizione ("uscita strobabile"), questo pin probabilmente fornisce un mezzo per abilitare o disabilitare lo stadio di uscita per ridurre il rumore o per il multiplexing di più dispositivi. La scheda tecnica non fornisce informazioni applicative dettagliate per questo pin; si consiglia di consultare le note applicative del produttore.
• Pin 8:Tensione di Alimentazione (V_CC) per il lato di uscita. Accetta 3.3V o 5V.

4. Linee Guida Applicative e Considerazioni di Progettazione

4.1 Scenari Applicativi Tipici

• Isolamento del Pilotaggio di Gate in Azionamenti Motori/Inverter:Isolare i segnali PWM del microcontrollore a bassa tensione dai circuiti di pilotaggio di gate rumorosi ad alta tensione per IGBT o MOSFET. L'elevato CMTI è essenziale qui.
• Isolamento dell'Anello di Retroazione negli Alimentatori a Commutazione (SMPS):Fornire una retroazione isolata di tensione/corrente dal lato secondario (uscita) al controller sul lato primario, garantendo sicurezza e regolazione.
• Isolamento di Interfacce di Comunicazione:Isolare linee di dati seriali (es. RS-485, CAN, UART) per interrompere loop di massa e proteggere la logica sensibile dai transienti.
• Traduzione di Livelli Logici e Separazione delle Masse:Interfacciamento tra sistemi con potenziali di massa diversi o livelli di tensione logica diversi (es. da LVTTL 3.3V a CMOS 5V).
• Sostituzione di Trasformatori di Impulsi o Fotocoupler a Fototransistore più Lenti:Offre una soluzione più piccola, più integrata e potenzialmente più affidabile con velocità comparabile o migliore.

4.2 Considerazioni Critiche di Progettazione

• Resistenza Limitante di Corrente di Ingresso:Una resistenza in serie deve essere sempre utilizzata con il LED di ingresso per limitare la corrente diretta (I_F) a un valore sicuro, tipicamente tra 5mA e 16mA come per le condizioni di prova della scheda tecnica. Il valore della resistenza è calcolato come R_limit= (V_drive- V_F) / I_F.
• Resistenza di Pull-Up di Uscita:L'uscita a collettore aperto sul Pin 6 richiede una resistenza di pull-up esterna a V_CC. Il valore di questa resistenza (R_L) è un compromesso critico:
  • R_Lpiù piccola (es. 1.9kΩ):Fornisce tempi di salita più rapidi (T_PLHinferiore) e un pull-up più forte, ma aumenta la dissipazione di potenza quando l'uscita è bassa (I_OL= V_CC/R_L). Assicurarsi che la capacità di assorbimento di corrente dell'uscita non venga superata.
  • R_Lpiù grande (es. 4.1kΩ o 10kΩ):Riduce il consumo di potenza ma risulta in tempi di salita più lenti e può essere più suscettibile al rumore captato.
• Disaccoppiamento dell'Alimentazione:Posizionare un condensatore ceramico da 0.1µF vicino ai pin 8 (V_CC) e 5 (GND) per fornire una sorgente di corrente locale a bassa impedenza per la commutazione ad alta velocità e per filtrare il rumore.
• Layout PCB per Alto CMTI:Per mantenere l'elevata immunità ai transienti di modo comune, minimizzare la capacità parassita attraverso la barriera di isolamento. Ciò significa mantenere le tracce di ingresso e uscita fisicamente separate sul PCB, evitare percorsi paralleli e seguire le distanze di isolamento superficiale e in aria raccomandate specificate negli standard di sicurezza.
• Utilizzo del Pin Strobe (V_B):Se la funzione strobabile non è richiesta, questo pin dovrebbe essere collegato secondo la raccomandazione del produttore, spesso a V_CCo lasciato flottante. La scheda tecnica manca di indicazioni esplicite, quindi è necessaria verifica.

5. Informazioni Meccaniche, di Confezionamento e Assemblaggio

5.1 Dimensioni del Package e Montaggio

Il dispositivo è alloggiato in un package SOP (Small Outline Package) a 8 pin. La scheda tecnica include un disegno del package con dimensioni critiche (lunghezza, larghezza, altezza, passo dei terminali, ecc.). I progettisti devono attenersi a queste dimensioni per la creazione dell'impronta sul PCB.

Tipicamente viene fornito un layout consigliato dei pad per il montaggio superficiale per garantire la formazione affidabile dei giunti di saldatura durante la saldatura a rifusione. Questo layout tiene conto dello smusso termico e dei filetti di saldatura adeguati.

5.2 Saldatura e Manipolazione

• Saldatura a Rifusione:Il dispositivo può sopportare una temperatura massima di saldatura (T_SOL) di 260°C per 10 secondi. I profili standard di rifusione senza piombo (IPC/JEDEC J-STD-020) sono generalmente applicabili.
• Sensibilità all'Umidità:I package SOP sono tipicamente sensibili all'umidità. Se il dispositivo è fornito in confezione secca, deve essere sottoposto a baking secondo le istruzioni del produttore se il limite di tempo di esposizione viene superato prima della saldatura.
• Condizioni di Conservazione:L'intervallo di temperatura massimo assoluto di conservazione è -40°C a +125°C. Conservare in un ambiente asciutto e antistatico.

6. Informazioni per l'Ordine e Differenziazione dei Modelli

Il numero di parte segue il formato:EL050L(Z)-V

• EL050L:Numero di parte base della serie.
• (Z):Opzione nastro e bobina.
  • Nessuno: Confezionato in tubi da 100 unità.
  • (TA): Nastro e bobina tipo TA, 2000 unità per bobina.
  • (TB): Nastro e bobina tipo TB, 2000 unità per bobina.
• -V:Suffisso opzionale che indica che il dispositivo è certificato secondo gli standard VDE. Se omesso, il dispositivo ha approvazioni standard (UL, cUL, ecc.).

Esempi:

• EL050L:Parte standard in tubo.
• EL050L-V:Parte certificata VDE in tubo.
• EL050L(TA)-V:Parte certificata VDE su nastro e bobina tipo TA.

7. Confronto Tecnico e FAQ

7.1 Confronto con Altri Tipi di Isolatori

• vs. Fotocoupler Tradizionali a Fototransistore:L'EL050L è significativamente più veloce (1Mbit/s vs. spesso <100kbit/s) grazie al suo stadio di uscita a porta logica integrata, che pilota attivamente l'uscita invece di affidarsi a un fototransistore passivo.
• vs. Isolatori Digitali (basati su CMOS):Gli isolatori digitali utilizzano accoppiamento RF o capacitivo e possono raggiungere velocità molto più elevate (es. 100Mbit/s+) e consumi inferiori. Tuttavia, fotocoupler come l'EL050L generalmente offrono una tensione di isolamento intrinseca più elevata e un'affidabilità a lungo termine superiore grazie al loro isolamento ottico galvanico, immune ai campi magnetici.
• vs. Trasformatori di Impulsi:L'EL050L fornisce una traduzione di livello DC statico, mentre i trasformatori trasmettono solo segnali AC. È anche più piccolo e non richiede circuiti di pilotaggio complessi per la sagomatura del segnale.

7.2 Domande Frequenti (Basate sui Parametri)

D: Posso pilotare il LED di ingresso direttamente da un pin di un microcontrollore a 5V?

R: No. Devi usare una resistenza limitatrice di corrente. Per un pin MCU a 5V, V_drive=5V. Assumendo V_F≈1.5V e I_Fdesiderata=10mA, R_limit= (5V - 1.5V) / 0.01A = 350Ω. Una resistenza da 330Ω o 360Ω sarebbe adatta.

D: Che valore di resistenza di pull-up (R_L) dovrei usare sull'uscita?

R: Dipende dalle tue esigenze di velocità e potenza. Per la massima velocità, usa 1.9kΩ (se V_CC=3.3V, I_OL≈1.7mA). Per consumi inferiori e velocità moderata, 4.7kΩ o 10kΩ sono comuni. Verifica che la soglia logica bassa di ingresso (V_IL) del tuo carico sia sicuramente superiore alla V_OLdel fotocoupler alla tua I_OL.

scelta.

D: Il CTR ha un ampio intervallo (7% al 50%). Come influisce sul mio progetto?_FR: Devi progettare per il caso peggiore del CTR minimo (5% nelle condizioni specifiche della scheda tecnica) per garantire che l'uscita possa sempre assorbire corrente sufficiente per raggiungere una tensione logica bassa valida. Se il tuo margine di progetto è insufficiente con il CTR minimo, potresti dover aumentare la corrente del LED di ingresso (I

).

D: La classificazione di isolamento di 3750Vrms è sufficiente per la mia applicazione industriale?

R: 3750Vrms è una classificazione standard per l'isolamento funzionale in molti sistemi di controllo industriale. Per isolamento rinforzato o applicazioni con tensioni di rete più elevate (es. 480VAC trifase), devi verificare gli specifici standard di sicurezza (IEC/UL 60747-5-5) per assicurarti che le classificazioni del dispositivo soddisfino la tensione di lavoro richiesta, il grado di inquinamento e i criteri del gruppo di materiali.

8. Principio di Funzionamento e Tendenze Tecnologiche

8.1 Principio di Funzionamento

L'EL050L opera sul principio fondamentale della conversione optoelettronica. Quando una corrente diretta viene applicata al LED infrarosso sul lato di ingresso (pin 2-3), esso emette fotoni. Questi fotoni attraversano una barriera di isolamento trasparente (tipicamente un composto di silicone o plastica modellato) e colpiscono l'area fotosensibile del rivelatore integrato sul lato di uscita. Il circuito del rivelatore, che include un fotodiodo e uno stadio di guadagno (probabilmente un amplificatore di transimpedenza e un comparatore/porta logica), riconverte il segnale luminoso in un segnale elettrico. La funzione "strobabile" sul pin 7 suggerisce un ingresso di controllo aggiuntivo per questo stadio di uscita, possibilmente per abilitare l'uscita per ridurre la potenza o consentire la condivisione del bus. Il vantaggio chiave è la completa assenza di connessione galvanica (elettrica) tra i due lati, fornendo alto isolamento di tensione e immunità al rumore.

8.2 Tendenze del Settore