Scheda Tecnica - Fotocoupler Transistor ad Alta Velocità 1Mbit/s in Package DIP 8 Pin a Corpo Largo ELW135 ELW136 ELW4503

1. Panoramica del Prodotto

Gli ELW135, ELW136 ed ELW4503 sono fotocoupler (isolatori ottici) con uscita a transistor ad alta velocità, progettati per applicazioni che richiedono un isolamento rapido del segnale. Ogni dispositivo integra un diodo emettitore a infrarossi accoppiato otticamente a un fototransistor rivelatore ad alta velocità. Una caratteristica architetturale chiave è la connessione separata fornita per la polarizzazione del fotodiodo e per il collettore del transistor di uscita. Questo design migliora significativamente la velocità di commutazione riducendo la capacità base-collettore del transistor di ingresso, offrendo prestazioni di diversi ordini di grandezza migliori rispetto ai fotocoupler a fototransistor convenzionali. I dispositivi sono alloggiati in un package Dual In-line (DIP) a 8 pin con corpo largo, disponibili sia in versione foro passante (distanza tra i terminali ampia) che a montaggio superficiale (SMD).

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

Il vantaggio principale di questa famiglia di prodotti è la combinazione di alta velocità (velocità dati di 1 Mbit/s) e robusto isolamento (5000 V_rms). Ciò li rende adatti a sostituire fotocoupler a fototransistor più lenti nei moderni sistemi digitali. Sono progettati per funzionare in modo affidabile in un ampio intervallo di temperature da -55°C a +100°C, con prestazioni garantite da 0°C a 70°C. Le principali applicazioni target includono ricevitori di linea nelle interfacce di comunicazione, isolamento per transistor di potenza nei circuiti di azionamento motori, anelli di retroazione negli alimentatori a commutazione (SMPS), isolamento di massa per logica ad alta velocità, apparecchiature di telecomunicazione e vari elettrodomestici. I dispositivi sono conformi alle direttive Pb-free e RoHS e possiedono le approvazioni delle principali agenzie di sicurezza internazionali tra cui UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO e FIMKO.

2. Approfondimento sui Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce un'analisi oggettiva dei parametri elettrici e prestazionali specificati nella scheda tecnica.

2.1 Valori Massimi Assoluti

I Valori Massimi Assoluti definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Questi non sono condizioni operative.

• Ingresso (LED):La corrente diretta continua (I_F) è nominale a 25 mA. Per il funzionamento impulsato, è consentita una corrente diretta di picco (I_FP) di 50 mA con ciclo di lavoro al 50% e larghezza d'impulso di 1ms. Una corrente transitoria di picco molto elevata (I_Ftrans) di 1A è ammessa per impulsi molto brevi (≤1μs) a basse frequenze di ripetizione (300 pps), utile per i test di resistenza ai sovraccarichi. La tensione inversa massima (V_R) ai capi del LED è di 5V.
• Uscita (Fototransistor):Per ELW135/136, la tensione inversa emettitore-base (V_EBR) è 5V, e la corrente di base (I_B) è limitata a 5 mA — rilevante se il pin di base viene utilizzato esternamente. La corrente di uscita media (I_O(AVG)) è 8 mA, con un picco (I_O(PK)) di 16 mA. La tensione di uscita (V_O) può variare da -0.5V a +20V rispetto alla massa dell'uscita.
• Sistema:La tensione di alimentazione (V_CC) per il lato di uscita può variare da -0.5V a +30V. La tensione di isolamento (V_ISO) è 5000 V_rmsapplicata per un minuto tra il lato di ingresso e quello di uscita (pin 1-4 cortocircuitati vs. pin 5-8 cortocircuitati). Il dispositivo può essere saldato a 260°C per un massimo di 10 secondi.

2.2 Caratteristiche Elettriche e di Trasferimento

Questi parametri sono garantiti nell'intervallo di temperatura operativa (0°C a 70°C) salvo diversa indicazione, con valori tipici forniti a 25°C.

• LED di Ingresso:La tensione diretta (V_F) è tipicamente 1.45V con I_F=16mA, con un massimo di 1.8V. Ha un coefficiente di temperatura negativo di circa -1.9 mV/°C.
• Corrente di Buio in Uscita:La corrente di uscita a livello logico alto (I_OH), essenzialmente la corrente di dispersione o "di buio" del fototransistor, è molto bassa (max 1 µA con V_CC=15V, 25°C), garantendo un buon isolamento nello stato OFF.
• Corrente di Alimentazione:La corrente di alimentazione a livello logico basso (I_CCL) è tipicamente 110 µA quando il LED è acceso (I_F=16mA), mentre la corrente di alimentazione a livello logico alto (I_CCH) è tipicamente 0.01 µA quando il LED è spento.
• Rapporto di Trasferimento di Corrente (CTR):Questo è un parametro critico che definisce l'efficienza dell'optocoupler. L'ELW135 ha un intervallo CTR dal 7% al 50% (min a max), mentre ELW136 ed ELW4503 hanno un intervallo dal 19% al 50%. La condizione di test è I_F=16mA, V_O=0.4V, V_CC=4.5V a 25°C. La scheda tecnica specifica anche valori CTR minimi al 5% per ELW135 e al 15% per ELW136/ELW4503 in una condizione leggermente diversa (V_O=0.5V), importante per il margine di progetto.
• Tensione di Uscita a Livello Logico Basso (V_OL):Specifica la tensione di saturazione del transistor di uscita. Per ELW135 con I_O=1.1mA, V_OLè tipicamente 0.18V (max 0.4V). Per ELW136/ELW4503 con I_O=3mA, V_OLè tipicamente 0.25V (max 0.4V). Questi valori bassi sono cruciali per ottenere buoni margini di rumore nelle interfacce logiche digitali.

2.3 Caratteristiche di Commutazione

Le prestazioni di commutazione sono misurate con I_F=16mA e V_CC=5V. Il valore della resistenza di carico (R_L) differisce tra i modelli per adattarsi al loro CTR e capacità di pilotaggio in uscita.

• Ritardo di Propagazione:
  • ELW135:Il tempo di ritardo di propagazione verso il livello logico basso (t_PHL) è tipicamente 0.36 µs (max 2.0 µs) con R_L=4.1 kΩ. Il tempo di ritardo di propagazione verso il livello logico alto (t_PLH) è tipicamente 0.45 µs (max 2.0 µs).
  • ELW136 / ELW4503:Queste varianti più veloci hanno t_PHLtipicamente 0.32 µs (max 1.0 µs) e t_PLHtipicamente 0.25 µs (max 1.0 µs) con R_L=1.9 kΩ.
• Immunità ai Transitori di Modo Comune (CMTI):Misura la capacità del dispositivo di respingere rapidi transitori di tensione tra le masse di ingresso e uscita. È specificata in V/µs.
  • ELW135/136:Entrambi hanno un CMTI minimo di 1000 V/µs per entrambi gli stati di uscita alto e basso, testati con un impulso di modo comune di 10V_p-p.
  • ELW4503:Questo modello offre un'immunità al rumore superiore con un CMTI minimo di 15.000 V/µs, testato con un impulso molto più grande di 1500V_p-p. Ciò lo rende particolarmente adatto per ambienti ad alto rumore come gli azionamenti motori.

3. Configurazione dei Pin e Differenze Funzionali

Il package DIP a 8 pin ha una piedinatura standardizzata con una variazione chiave tra i tipi di dispositivo.

• Pin 1 & 4:Nessun Collegamento (NC) su tutti i modelli.
• Pin 2 & 3:Rispettivamente Anodo e Catodo del LED di ingresso.
• Pin 5:Massa (GND) per il lato di uscita.
• Pin 6:Tensione di uscita (V_OUT), il collettore del fototransistor.
• Pin 7:Questo pin differisce. PerELW135 e ELW136, è la tensione di polarizzazione del fotodiodo (V_B). Collegare questo pin è essenziale per ottenere il funzionamento ad alta velocità. PerELW4503, il Pin 7 è Nessun Collegamento (NC). La polarizzazione ad alta velocità è probabilmente gestita internamente nell'ELW4503.
• Pin 8:Tensione di alimentazione (V_CC) per il lato di uscita.

Gli schemi a blocchi mostrano la connessione interna: il fotodiodo (che pilota la base del transistor) è collegato tra il Pin 7 (V_B) e il Pin 6 (V_OUT/Collettore). L'emettitore del fototransistor è collegato al Pin 5 (GND).

4. Suggerimenti Applicativi

4.1 Circuiti Applicativi Tipici

Questi fotocoupler sono ideali per l'isolamento di segnali digitali. Un circuito tipico prevede di collegare il LED di ingresso in serie con una resistenza limitatrice di corrente all'uscita di un microcontrollore o di una porta logica. Sul lato di uscita, una resistenza di pull-up (R_L) è collegata tra V_CC(Pin 8) e V_OUT(Pin 6). Il valore di R_Ldeve essere scelto in base alla velocità di commutazione desiderata, alla corrente di uscita e al CTR del dispositivo, come specificato nelle tabelle della scheda tecnica (es. 4.1 kΩ per ELW135, 1.9 kΩ per ELW136/4503 per i test di commutazione). Per ELW135/136, il Pin 7 (V_B) deve essere collegato, spesso a V_CCattraverso una resistenza o direttamente, a seconda della polarizzazione desiderata per velocità vs. sensibilità.

4.2 Considerazioni e Note di Progettazione

• Compromesso Velocità vs. CTR:La connessione separata della base (Pin 7) consente di scambiare parte del CTR per una maggiore velocità regolando la polarizzazione del fotodiodo. Le specifiche di commutazione nella scheda tecnica sono fornite per una condizione specifica.
• Selezione del Modello:Scegliere ELW135 per applicazioni generali a 1Mbit/s sensibili al costo. ELW136 offre un CTR minimo più alto per un margine migliore nei progetti che richiedono più corrente di pilotaggio in uscita. ELW4503 è la scelta premium per ambienti con rumore elettrico estremamente elevato (es. controlli motori industriali, inverter di potenza) grazie al suo eccezionale CMTI >15 kV/µs.
• Dissipazione di Potenza:Assicurarsi che la potenza in ingresso (I_F* V_F) non superi i 45 mW e che la potenza in uscita non superi i 100 mW, considerando la temperatura ambiente.
• Layout per l'Isolamento:Per mantenere l'elevata tensione di isolamento nominale, assicurare distanze di isolamento superficiali e in aria adeguate sul PCB tra le tracce del lato di ingresso (pin 1-4) e quelle del lato di uscita (pin 5-8). Spesso si consiglia uno slot o una barriera nel PCB sotto il dispositivo.

5. Informazioni su Confezionamento e Ordine

I dispositivi sono disponibili in diverse opzioni di confezionamento indicate da un suffisso nel numero di parte.

Formato Numero di Parte:ELW13XY(Z)-Vo ELW4503Y(Z)-V

• X= Identificatore del numero di parte (5 per ELW135, 6 per ELW136).
• Y= Opzione forma terminali: 'S' per terminali a montaggio superficiale, vuoto per DIP standard.
• Z= Opzione nastro e bobina: 'TA' o 'TB', vuoto per confezionamento in tubo.
• V= Marcatura opzionale approvazione VDE.

Quantità di Confezionamento:I package DIP-8 standard sono forniti in tubi contenenti 40 unità. L'opzione a montaggio superficiale con nastro e bobina ('S(TA)') è fornita in bobine contenenti 500 unità.

6. Confronto Tecnico e FAQ

6.1 Differenziazione tra i Modelli

I principali fattori di differenziazione sono il Rapporto di Trasferimento di Corrente (CTR) e l'Immunità ai Transitori di Modo Comune (CMTI). L'ELW135 ha il CTR garantito più basso (7-50%), l'ELW136 ha un CTR minimo più alto (19-50%), e l'ELW4503 corrisponde al CTR dell'ELW136 ma aggiunge una classificazione CMTI di gran lunga superiore (>15 kV/µs vs. 1 kV/µs). L'ELW4503 ha anche il Pin 7 come NC, semplificando il circuito esterno rispetto a ELW135/136 che richiedono un collegamento al Pin 7.

6.2 Domande Frequenti Basate sui Parametri

• D: Qual è la velocità dati massima raggiungibile?R: I dispositivi sono caratterizzati per un funzionamento a 1 Mbit/s in base alle specifiche del ritardo di propagazione. La velocità massima effettiva dipende dal design specifico del circuito, inclusi R_Le le condizioni di pilotaggio in ingresso.
• D: Posso usare una V_CC?R: Le caratteristiche elettriche sono testate con V_CC=4.5V e 5V. Sebbene il Valore Massimo Assoluto consenta fino a -0.5V, un funzionamento a 3.3V potrebbe essere possibile ma le prestazioni (come V_OLe i tempi di commutazione) dovrebbero essere verificate nella condizione effettiva di V_CCpiù bassa, poiché non è completamente caratterizzata nella scheda tecnica fornita.
• D: Perché il Pin 7 (V_B) è importante per ELW135/136?R: Collegare il Pin 7 fornisce un percorso a bassa impedenza per scaricare la carica dalla giunzione fotodiodo/base, riducendo drasticamente l'effetto della capacità di Miller e consentendo la commutazione ad alta velocità. Lasciarlo scollegato comporterà prestazioni simili a quelle di un lento fotocoupler a fototransistor convenzionale.
• D: Come posso garantire l'isolamento di 5000V_rmsnel mio progetto?R: Il componente stesso è classificato per questo. Il progettista del sistema deve assicurarsi che il layout del PCB mantenga un isolamento superficiale e in aria sufficiente (es. >8mm per isolamento rinforzato a questo livello di tensione secondo gli standard di sicurezza) tra tutti i circuiti di ingresso e uscita, incluso sotto il corpo del componente.

7. Principio di Funzionamento

Il principio fondamentale è l'isolamento optoelettronico. Un segnale elettrico applicato al LED di ingresso lo induce a emettere luce infrarossa. Questa luce attraversa una barriera otticamente trasparente ma elettricamente isolante (tipicamente un composto di stampaggio o un'intercapedine d'aria) all'interno del package. La luce viene rilevata da un fotodiodo sul lato di uscita, che genera una fotocorrente. In questi dispositivi ad alta velocità, questa fotocorrente modula direttamente la base di un transistor bipolare integrato. La chiave per l'alta velocità è l'accesso separato al fotodiodo (Pin 7 su ELW135/136), che consente alla capacità del fotodiodo di caricarsi/scaricarsi rapidamente, minimizzando il tempo di immagazzinamento nel transistor e quindi riducendo il ritardo di propagazione e i tempi di salita/discesa.