Scheda Tecnica Serie 8-Pin DIP Alta Velocità 1Mbit/s Fotocoupler a Transistor 6N135 6N136 EL450x - Package DIP-8 - Isolamento 5000Vrms - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

I componenti 6N135, 6N136, EL4502 ed EL4503 costituiscono una famiglia di fotocoupler (isolatori ottici) a transistor ad alta velocità, progettati per applicazioni che richiedono un isolamento veloce di segnali digitali. Ogni dispositivo integra un diodo a emissione di luce infrarossa (LED) accoppiato otticamente a un fototransistor ad alta velocità. Il vantaggio principale di questa serie risiede nel suo pinout dedicato, che separa la polarizzazione del fotodiodo e il collettore del transistor di uscita. Questa scelta architetturale riduce significativamente la capacità base-collettore del transistor di ingresso, consentendo velocità di commutazione fino a 1 Megabit al secondo (1Mbit/s), ovvero ordini di grandezza superiori rispetto ai fotocoupler tradizionali basati su fototransistor.

I dispositivi sono disponibili in un package standard Dual In-line (DIP) a 8 pin, con opzioni per spaziatura ampia dei terminali e configurazioni per montaggio superficiale (SMD). Sono caratterizzati per funzionare in un ampio intervallo di temperature e sono conformi ai principali standard di sicurezza internazionali, rendendoli adatti per applicazioni industriali, nelle telecomunicazioni e nell'elettronica di potenza.

2. Interpretazione Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

I Valori Massimi Assoluti definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Non è consigliabile far funzionare il dispositivo in modo continuativo a o vicino a questi limiti. I valori chiave includono:

• Corrente Diretta di Ingresso (I_F): 25 mA in continuo. La corrente diretta di picco (I_FP) è specificata a 50 mA per impulsi con duty cycle del 50% e larghezza d'impulso di 1ms.
• Tensione Inversa (V_R): Massimo 5 V sul LED di ingresso.
• Tensione di Uscita (V_O): Intervallo da -0,5 V a +20 V sul pin di uscita.
• Tensione di Alimentazione (V_CC): Intervallo da -0,5 V a +30 V per l'alimentazione del lato di uscita.
• Tensione di Isolamento (V_ISO): 5000 V_rmsper 1 minuto. Questo è un parametro di sicurezza critico, testato cortocircuitando insieme i pin del lato di ingresso (1-4) e quelli del lato di uscita (5-8).
• Temperatura di Esercizio (T_OPR): Da -55°C a +100°C. Questo ampio intervallo garantisce prestazioni affidabili in ambienti ostili.
• Dissipazione di Potenza Totale (P_TOT): 200 mW, combinando i limiti di potenza di ingresso e uscita.

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. Definiscono le prestazioni del dispositivo in condizioni operative normali.

• Tensione Diretta (V_F): Tipicamente 1,45V con I_F= 16 mA. Questo è importante per progettare il circuito limitatore di corrente sul lato di ingresso.
• Rapporto di Trasferimento di Corrente (CTR): Questo è il rapporto tra la corrente di collettore del transistor di uscita e la corrente diretta del LED di ingresso, espresso in percentuale. Il 6N135 ha un CTR minimo del 7% (scenario tip.), mentre il 6N136, EL4502 ed EL4503 hanno un minimo del 19%. Questo parametro influenza direttamente la corrente di pilotaggio richiesta per una data corrente di uscita.
• Tensione di Uscita a Livello Logico Basso (V_OL): La tensione sul pin di uscita quando il dispositivo è nello stato "ON". Per il 6N135, è garantita inferiore a 0,4V (max) con I_F=16mA e I_O=1,1mA. Per il 6N136/EL450x, è inferiore a 0,4V con I_O=3mA. Un basso V_OLè cruciale per segnali logici bassi puliti.
• Correnti di Alimentazione (I_CCL, I_CCH): I_CCLè la corrente assorbita da V_CCquando l'uscita è bassa (LED acceso), tipicamente 140 µA. I_CCHè la corrente quando l'uscita è alta (LED spento), tipicamente 0,01 µA, indicando un consumo di potenza molto basso nello stato di riposo.

3. Caratteristiche di Commutazione

Questi parametri quantificano la velocità del dispositivo, che è il suo principale punto di forza. I test sono eseguiti con I_F=16mA e V_CC=5V.

• Ritardo di Propagazione (t_PHL, t_PLH): Questo è il ritardo temporale tra il fronte del segnale di ingresso e la corrispondente risposta in uscita.
  • 6N135: t_PHL(verso Basso) è tipicamente 0,35 µs (max 2,0 µs); t_PLH(verso Alto) è tipicamente 0,5 µs (max 2,0 µs) con R_L=4,1kΩ.
  • 6N136/EL450x: t_PHLè tipicamente 0,35 µs (max 1,0 µs); t_PLHè tipicamente 0,3 µs (max 1,0 µs) con R_L=1,9kΩ.
  Questi rapidi ritardi di propagazione consentono una trasmissione dati affidabile a 1Mbit/s.
• Immunità ai Transitori di Modo Comune (CM_H, CM_L): Misura la capacità del dispositivo di respingere transitori di tensione veloci (rumore) che compaiono in modo uguale su entrambi i lati della barriera di isolamento. È specificata in Volt per microsecondo (V/µs).
  • 6N135/6N136/EL4502: Minimo 1000 V/µs per entrambi gli stati alto e basso.
  • EL4503: Significativamente più alta, con un valore tipico di 20.000 V/µs e un minimo di 15.000 V/µs, rendendolo ideale per ambienti molto rumorosi come gli azionamenti di motori.

4. Informazioni Meccaniche e sul Package

4.1 Configurazione dei Pin

I dispositivi utilizzano un package DIP a 8 pin. Il pinout differisce leggermente tra 6N135/6N136 e EL4502/EL4503, principalmente nella funzione del pin 7.

Per 6N135 / 6N136:

1. Nessun Collegamento (NC)
2. Anodo (Anodo LED di Ingresso)
3. Catodo (Catodo LED di Ingresso)
4. Nessun Collegamento (NC)
5. Massa (Massa lato uscita, GND)
6. Tensione di Uscita (V_OUT)
7. Tensione di Polarizzazione (V_B) - Questo pin fornisce un collegamento separato per polarizzare il fotodiodo interno, chiave per ottenere l'alta velocità.
8. Tensione di Alimentazione (V_CC)

Per EL4502 / EL4503:

1. Nessun Collegamento (NC)
2. Anodo (Anodo LED di Ingresso)
3. Catodo (Catodo LED di Ingresso)
4. Nessun Collegamento (NC)
5. Massa (Massa lato uscita, GND)
6. Tensione di Uscita (V_OUT)
7. Nessun Collegamento (NC) - Nota: Il pin 7 non è collegato in queste varianti.
8. Tensione di Alimentazione (V_CC)

5. Suggerimenti Applicativi

5.1 Scenari Applicativi Tipici

• Ricevitori di Linea e Apparecchiature di Telecomunicazione: Isolare linee dati digitali (es. RS-232, RS-485) per prevenire loop di massa e proteggere circuiti sensibili da sovratensioni.
• Isolamento di Transistori di Potenza in Azionamenti di Motori e Alimentatori a Commutazione (SMPS): Fornire segnali di pilotaggio di gate a MOSFET/IGBT di potenza sul lato alto mantenendo l'isolamento galvanico. L'elevata immunità ai transitori di modo comune (specialmente dell'EL4503) è critica qui.
• Isolamento di Massa per Logica ad Alta Velocità: Interrompere loop di massa tra sottosistemi digitali che operano a potenziali diversi, prevenendo l'accoppiamento di rumore.
• Sostituzione per Fotocoupler a Fototransistor a Bassa Velocità: Aggiornare progetti esistenti per velocità dati più elevate senza modifiche sostanziali al circuito.
• Elettrodomestici e Controlli Industriali: Isolare microcontrollori dell'interfaccia utente dagli stadi di potenza.

5.2 Considerazioni di Progettazione

• Limitazione della Corrente di Ingresso: Deve essere utilizzato un resistore esterno in serie con il LED di ingresso per limitare la corrente diretta (I_F) al valore desiderato, tipicamente intorno a 16 mA per velocità e CTR ottimali. Il valore del resistore si calcola come (Tensione di Alimentazione - V_F) / I_F.
• Resistore di Pull-Up in Uscita: È richiesto un resistore di pull-up (R_L) tra V_OUT(pin 6) e V_CC(pin 8). Il suo valore influenza sia la velocità di commutazione che la capacità di corrente in uscita. La scheda tecnica specifica condizioni di test con R_L=4,1kΩ per 6N135 e 1,9kΩ per 6N136/EL450x. Valori più bassi aumentano la velocità ma anche la dissipazione di potenza.
• Condensatori di Disaccoppiamento: Posizionare un condensatore ceramico da 0,1 µF vicino ai pin V_CCe GND sul lato di uscita per disaccoppiare il rumore ad alta frequenza.
• Layout per Alto CMR: Per mantenere un alto reiezione di modo comune, minimizzare la capacità parassita tra i lati di ingresso e uscita nel layout del circuito stampato. Mantenere le tracce su ciascun lato della barriera di isolamento ben separate.

6. Confronto Tecnico e Guida alla Scelta

Le differenze principali all'interno di questa serie riguardano il Rapporto di Trasferimento di Corrente (CTR) e la Reiezione di Modo Comune (CMR).

• 6N135 vs. 6N136/EL4502: Il 6N135 ha un CTR minimo inferiore (7% vs. 19%). Ciò significa che potrebbe richiedere una corrente di ingresso leggermente più alta per ottenere la stessa escursione di corrente in uscita. Il 6N136/EL4502 offre un margine migliore.
• EL4503 vs. Altri: L'EL4503 si distingue per la sua eccezionalmente alta immunità ai transitori di modo comune (15.000 V/µs min). Questo lo rende la scelta preferita per applicazioni con rumore elettrico estremamente elevato, come negli azionamenti a frequenza variabile (VFD) o nei controllori di motori industriali, dove sono comuni rapidi picchi di tensione (dV/dt).
• Riepilogo della Scelta:
  • Per isolamento ad alta velocità generico con buon CTR: Scegliere 6N136 o EL4502.
  • Se il costo è un fattore importante e un CTR inferiore è accettabile: Il 6N135 può essere sufficiente.
  • Per gli ambienti di elettronica di potenza più impegnativi e rumorosi: L'EL4503 è specificamente progettato per questo ruolo.

7. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Qual è il vantaggio principale di questo fotocoupler rispetto a un 4N35 standard?

R: La velocità. L'architettura con pin di polarizzazione dedicato (V_Bsu 6N135/136) riduce la capacità interna, consentendo il funzionamento a 1Mbit/s, mentre un fotocoupler a fototransistor standard come il 4N35 è tipicamente limitato a meno di 100 kbit/s.

D: Posso usare un'unica alimentazione a 5V per entrambi i lati, ingresso e uscita?

R: Elettricamente sì, ma questo vanifica lo scopo dell'isolamento. Per un vero isolamento, il lato di ingresso (LED) e il lato di uscita (rivelatore, V_CC, GND) devono essere alimentati da alimentatori separati e non collegati tra loro o da un convertitore DC-DC isolato.

D: Perché ci sono due valori di resistore di pull-up consigliati diversi (4,1kΩ vs. 1,9kΩ)?

R: Le diverse specifiche CTR dei dispositivi portano a diversi punti di funzionamento ottimali. Il 6N135, con CTR più basso, utilizza un resistore di pull-up più alto per limitare la corrente di uscita per una data specifica di tensione di uscita bassa, pur raggiungendo la velocità target. Il 6N136/EL450x, con CTR più alto, può utilizzare un valore di resistenza più basso, che può ulteriormente migliorare la velocità di commutazione.

D: Cosa significa "senza piombo e conforme RoHS" per il mio processo di assemblaggio?

R: Significa che il dispositivo è fabbricato senza piombo (Pb) e rispetta la direttiva sulla restrizione delle sostanze pericolose. Ciò consente il suo utilizzo in prodotti venduti in regioni con queste normative ambientali. La temperatura di saldatura specificata (260°C per 10 secondi) è indicata per processi di saldatura senza piombo.

8. Introduzione al Principio di Funzionamento

Un fotocoupler a transistor funziona sul principio dell'isolamento ottico. Una corrente elettrica applicata al lato di ingresso fa sì che un Diodo a Emissione di Luce (LED) infrarosso emetta luce. Questa luce attraversa un piccolo spazio all'interno del package e colpisce la regione di base di un fototransistor sul lato di uscita. I fotoni in arrivo generano coppie elettrone-lacuna nella base, agendo efficacemente come una corrente di base. Questa "corrente di base ottica" accende il transistor, permettendo a una corrente di collettore molto più grande di fluire da V_CCal pin di uscita, portato a livello basso attraverso il transistor. Quando la corrente di ingresso è zero, il LED è spento, nessuna luce colpisce il transistor, e questo rimane nello stato di spegnimento, permettendo al pin di uscita di essere portato a livello alto dal resistore esterno. La chiave per l'alta velocità in questa serie è il collegamento separato per il fotodiodo interno che alimenta la base del transistor, il che minimizza la capacità di Miller che normalmente rallenta i fototransistor.

9. Confezionamento e Informazioni per l'Ordine

I dispositivi seguono uno specifico schema di numerazione:6N13XY(Z)-VoEL450XY(Z)-V.

• X: Identificatore del numero di parte (5 o 6 per la serie 6N; 2 o 3 per la serie EL450).
• Y: Opzione della forma dei terminali.
  • Nessuno: DIP-8 standard (spaziatura file 0,3"), confezionato in tubi da 45 unità.
  • M: Piegatura ampia dei terminali (spaziatura 0,4"), confezionato in tubi da 45 unità.
  • S: Forma dei terminali per montaggio superficiale.
• Z: Opzione nastro e bobina (es. TA). Utilizzata con l'opzione 'S' per parti SMD, tipicamente 1000 unità per bobina.
• V: Suffisso opzionale che indica l'inclusione dell'approvazione VDE.