Scheda Tecnica ELM453H-G Serie - Fotocoupler Logico ad Alta Velocità 10Mbit/s in Package SOP 5 Pin - Tensione di Isolamento 3750Vrms - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

La serie ELM453H-G rappresenta una famiglia di fotocoupler (isolatori ottici) logici ad alta velocità, progettati per applicazioni digitali di isolamento impegnative. Questi dispositivi sono concepiti per fornire una trasmissione del segnale affidabile mantenendo un elevato isolamento elettrico tra i circuiti di ingresso e uscita. La funzione principale è trasferire segnali logici digitali attraverso una barriera di isolamento utilizzando un LED a infrarossi accoppiato otticamente a un fotodetector ad alta velocità e a un amplificatore a transistor.

Il mercato principale per questo componente include l'automazione industriale, i sistemi di azionamento motori, le reti di comunicazione fieldbus e il controllo degli alimentatori, dove l'immunità al rumore e l'isolamento di sicurezza sono critici. I suoi vantaggi principali derivano dalle prestazioni di velocità migliorate rispetto ai fotocoupler a fototransistor convenzionali, ottenute grazie a una connessione di polarizzazione separata del fotodiodo che riduce la capacità base-collettore.

2. Approfondimento dei Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce un'analisi 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. I limiti chiave includono:

• Corrente Diretta di Ingresso (I_F)F): 25 mA massimo. Superare questo valore può degradare o distruggere il LED di ingresso.
• Tensione di Isolamento (V_ISO)ISO): 3750 V_rmsper 1 minuto. Questa è una classificazione di sicurezza critica che certifica la rigidità dielettrica della barriera di isolamento interna, testata con i pin 1 e 3 cortocircuitati su un lato e i pin 4, 5 e 6 cortocircuitati sull'altro.
• Temperatura di Funzionamento (T_OPR)A): da -40 a +125 °C. Questo ampio intervallo garantisce un funzionamento affidabile in ambienti industriali ostili.
• Temperatura di Saldatura (T_SOL)S): 260 °C per 10 secondi, conforme ai profili tipici di rifusione senza piombo.

2.2 Caratteristiche Elettriche

I parametri di prestazione garantiti in condizioni di test specificate.

2.2.1 Caratteristiche di Ingresso

• Tensione Diretta (V_F)F): Tipicamente 1,4V, con un massimo di 1,8V a I_FF=16mA. Questo valore viene utilizzato per calcolare la resistenza di limitazione della corrente necessaria per il circuito di pilotaggio del LED.
• Capacità di Ingresso (C_IN)IN): Tipicamente 70 pF. Una capacità inferiore può contribuire a migliori prestazioni in alta frequenza sul lato di ingresso.

2.2.2 Caratteristiche di Uscita e di Trasferimento

• Tensione di Uscita a Livello Basso (V_OL)OL): Massimo 0,4V a I_FF=16mA, I_OOL=3mA, V_CCCC=4,5V. Questo definisce il livello logico di uscita '0' sotto carico.
• Rapporto di Trasferimento di Corrente (CTR): Minimo 20% nelle stesse condizioni di test. Il CTR è il rapporto tra la corrente del transistor di uscita e la corrente del LED di ingresso. Una garanzia minima assicura una sufficiente capacità di pilotaggio in uscita.
• Corrente di Uscita a Livello Alto (I_OH)OH): Corrente di dispersione molto bassa (max 5 µA a 25°C) quando il LED è spento, garantendo un'uscita logica '1' pulita.

2.3 Caratteristiche di Commutazione

Questi parametri definiscono la velocità e l'immunità al rumore del dispositivo, cruciali per la trasmissione dati.

• Ritardo di Propagazione (T_PHLPLH, T_PLH)PHL): Tipicamente 0,35 µs (basso) e 0,45 µs (alto), con un massimo di 1,0 µs. Ciò consente velocità di trasmissione del segnale fino a 1Mbit/s, sebbene il titolo suggerisca una capacità di 10Mbit/s per la versione logica.
• Immunità ai Transitori di Modo Comune (CM_HTI+, CM_L)TI-): Minimo 10 kV/µs. Questo è un parametro vitale che indica la capacità del dispositivo di respingere transitori di tensione rapidi (rumore) che appaiono ugualmente su entrambi i lati della barriera di isolamento. Un CMTI elevato previene commutazioni errate dell'uscita in ambienti rumorosi come gli azionamenti motori.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a tipiche curve caratteristiche elettro-ottiche. Sebbene non visualizzate nel testo fornito, queste curve illustrano tipicamente relazioni critiche per la progettazione:

• Rapporto di Trasferimento di Corrente (CTR) vs. Corrente Diretta (I_F)F): Mostra come l'efficienza varia con la corrente di pilotaggio, aiutando a ottimizzare il punto di lavoro.
• CTR vs. Temperatura Ambiente (T_A)A): Dimostra la derating del CTR con l'aumento della temperatura, essenziale per il funzionamento ad alta temperatura.
• Ritardo di Propagazione vs. Resistenza di Carico (R_L)L): Mostra il compromesso tra velocità di commutazione e capacità di pilotaggio in uscita.
• Tensione Diretta vs. Temperatura: Importante per la gestione termica del circuito di ingresso.

I progettisti dovrebbero consultare i grafici completi della scheda tecnica per comprendere queste relazioni non lineari per un progetto di circuito robusto.

4. Informazioni Meccaniche e sul Package

4.1 Dimensioni del Package

Il dispositivo è alloggiato in un package Small Outline Package (SOP) standard a 5 pin. Il disegno meccanico dettagliato fornisce le dimensioni esatte per lunghezza, larghezza, altezza, passo dei terminali e distanza dal PCB. Queste informazioni sono critiche per il progetto dell'impronta sul PCB e per garantire un corretto isolamento.

4.2 Layout Consigliato dei Pad

Viene fornito un layout di pad per montaggio superficiale suggerito. La scheda tecnica nota correttamente che si tratta di un progetto di riferimento e dovrebbe essere modificato in base ai singoli processi produttivi (ad es., tipo di pasta saldante, profilo di rifusione). Si raccomanda l'adesione agli standard IPC per il progetto finale dei pad.

4.3 Identificazione Polarità e Marcatura del Dispositivo

Configurazione dei Pin:

1. Anodo (LED Ingresso +)
2. Nessuna Connessione / Interno
3. Catodo (LED Ingresso -)
4. GND (Massa Uscita)
5. V_OUTVO (Segnale di Uscita)
6. V_CCVCC (Tensione di Alimentazione Uscita)

Marcatura del Dispositivo:La parte superiore del package è marcata con "EL" (codice produttore), "M453H" (numero dispositivo), un codice a 1 cifra per l'anno (Y), un codice a 2 cifre per la settimana (WW) e una "V" opzionale per le versioni approvate VDE. Ciò consente la tracciabilità.

5. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Saldatura a Rifusione:Il componente è classificato per una temperatura massima di saldatura di 260°C per 10 secondi. Ciò è allineato con i profili standard di rifusione senza piombo (IPC/JEDEC J-STD-020). La temperatura di picco e il tempo sopra il liquido devono essere controllati per prevenire danni al package.

Condizioni di Stoccaggio:L'intervallo di temperatura di stoccaggio è da -55 a +125 °C. Le informazioni sul Livello di Sensibilità all'Umidità (MSL), critiche per i dispositivi a montaggio superficiale, dovrebbero essere verificate dalla scheda tecnica completa o dall'imballaggio. Se applicabile, dovrebbero essere seguite le precauzioni standard per la cottura dei componenti che hanno assorbito umidità prima della rifusione.

6. Informazioni su Imballaggio e Ordine

6.1 Numero di Parte per l'Ordine

Il numero di parte segue la struttura:ELM453H(Z)-VG

• Z: Opzione Nastro e Bobina. 'Nessuno' per tubo (100 unità), 'TA' o 'TB' per diverse orientazioni della bobina (3000 unità/bobina).
• V: Indica che è inclusa la certificazione VDE.
• G: Indica la composizione del materiale alogeno-free.

6.2 Specifiche del Nastro e della Bobina

Vengono fornite le dimensioni dettagliate del nastro portante (larghezza, dimensione tasca, passo) e le specifiche della bobina per il montaggio automatizzato pick-and-place. Le opzioni TA e TB differiscono nell'orientamento del componente all'interno del nastro, influenzando la direzione di alimentazione dalla bobina.

7. Suggerimenti per l'Applicazione

7.1 Circuiti di Applicazione Tipici

Ricevitore di Linea / Isolamento Segnale Digitale:Il dispositivo è ideale per isolare linee dati seriali RS-485, CAN o altre nelle reti industriali. L'elevato CMTI protegge dalle differenze di potenziale di massa e dal rumore.

Isolamento del Pilotaggio Gate negli Azionamenti Motori:Utilizzato per isolare il segnale di controllo a bassa tensione dal circuito di pilotaggio gate rumoroso ad alta tensione per IGBT o MOSFET. L'alta tensione di isolamento (3750Vrms) e la velocità sono chiave qui.

Isolamento della Massa Logica:Separazione delle masse digitali tra sottosistemi (ad es., tra un'interfaccia sensore analogica sensibile e un microcontrollore rumoroso) per prevenire loop di massa e accoppiamento di rumore.

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Limitazione della Corrente di Ingresso:Deve essere utilizzata una resistenza esterna per impostare la corrente diretta del LED (I_FF), tipicamente intorno a 16mA per i parametri garantiti. Il valore della resistenza è R_LIMITE= (V_PILOTAGGIO- V_FF) / I_F.
• F.Resistenza di Pull-Up in Uscita:_LÈ necessaria una resistenza di pull-up (R_CCL) sull'uscita (pin 5 a V_LCC). Il suo valore influisce sulla velocità di commutazione (R
• L più bassa = più veloce, ma corrente più alta) e sul livello logico alto. La condizione di test utilizza 1,9 kΩ.Disaccoppiamento dell'Alimentazione:_CCPosizionare un condensatore ceramico da 0,1 µF vicino ai pin 4 (GND) e 6 (V
• CC) per garantire un funzionamento stabile e minimizzare il rumore di commutazione.Distanze di Isolamento Superficiale e d'Aria:

Sul PCB, mantenere distanze di isolamento superficiale e d'aria adeguate tra i circuiti di ingresso e uscita (incluse tracce e componenti) per preservare la classificazione di isolamento ad alta tensione. Seguire gli standard di sicurezza pertinenti (ad es., IEC 61010-1).

8. Confronto e Differenziazione TecnicaLa differenziazione primaria dell'ELM453H-G rispetto ai fotocoupler a fototransistor standard è la suavelocità

. Fornendo una connessione di base separata (tramite il fotodiodo integrato) per polarizzare il transistor di uscita, riduce drasticamente l'effetto di capacità Miller che rallenta i fototransistor convenzionali. Ciò lo rende adatto alla trasmissione dati digitale nell'intervallo da 1Mbit/s a 10Mbit/s, mentre i dispositivi standard sono spesso limitati a meno di 100 kbit/s.

Inoltre, la sua suite completa di certificazioni di sicurezza internazionali (UL, cUL, VDE, SEMKO, ecc.) e la conformità alle normative alogeno-free, RoHS e REACH lo rendono una scelta preferita per i mercati globali con requisiti ambientali e di sicurezza rigorosi.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Qual è la velocità dati massima che questo fotocoupler può supportare?_LR: In base al ritardo di propagazione massimo di 1,0 µs, il dispositivo può supportare in modo affidabile velocità dati di almeno 1 Mbit/s. Il riferimento a 10 Mbit/s nel titolo suggerisce prestazioni ottimizzate o una versione specifica; la velocità massima effettiva dipende dal progetto del circuito (R_FL, I

F) e dovrebbe essere verificata con misurazioni all'oscilloscopio per applicazioni critiche.

D: Come posso assicurarmi che l'elevata classificazione di isolamento sia mantenuta nel mio progetto?

R: La costruzione interna del dispositivo fornisce l'isolamento. Per mantenerlo sul PCB, è necessario garantire una sufficiente distanza fisica (isolamento superficiale/d'aria) tra tutti gli elementi conduttivi (tracce, pad, componenti) associati al lato di ingresso (pin 1,2,3) e al lato di uscita (pin 4,5,6). Seguire le linee guida di layout PCB per l'isolamento rinforzato in base alla tensione di lavoro.

D: Posso usarlo per isolare segnali analogici?

R: Sebbene sia elencato per l'isolamento della massa del segnale analogico, è fondamentalmente un dispositivo digitale (logico) con CTR non lineare. Non è ideale per l'isolamento lineare di segnali analogici. A tal fine, sarebbe più appropriato un fotocoupler lineare dedicato o un amplificatore di isolamento.

10. Caso d'Uso Pratico

Scenario: Comunicazione SPI Isolata in un'Unità di Controllo Motore.

Un microcontrollore su una scheda di controllo a 3,3V deve inviare dati di configurazione via SPI a un ADC situato vicino a una fase motore ad alta potenza. I potenziali di massa sono rumorosi e diversi. Un ELM453H-G può essere utilizzato per isolare le linee clock SPI (SCK) e di selezione chip (CS). Il GPIO del microcontrollore pilota il LED tramite una resistenza di limitazione della corrente. Il pin di uscita (5) è collegato in pull-up all'alimentazione a 5V dell'ADC attraverso una resistenza da 2,2kΩ, fornendo un segnale logico isolato e pulito. L'elevato CMTI garantisce che i segnali SPI non vengano corrotti dal rumore di commutazione del motore.

11. Principio di Funzionamento

Il dispositivo opera sul principio dell'accoppiamento ottico. Una corrente applicata al Diodo Emettitore a Infrarossi (IRED) di ingresso lo induce a emettere luce. Questa luce attraversa una barriera di isolamento trasparente (tipicamente silicone o polimero stampato) e colpisce un fotodiodo all'interno del chip rivelatore integrato. La corrente del fotodiodo viene amplificata ed elaborata da uno stadio a transistor per produrre un corrispondente segnale di uscita digitale (che assorbe corrente verso massa quando attivo). Il completo isolamento elettrico è ottenuto perché il segnale è trasferito dalla luce, senza alcun percorso di conduzione elettrica attraverso la barriera.

12. Tendenze del Settore