Scheda tecnica dell'accoppiatore ottico a fototransistor serie EL111X-G - Package SOP a 5 pin - Distanza di fuga 8mm - Tensione di isolamento 5000Vrms - Documentazione tecnica in cinese semplificato

1. Panoramica del prodotto

La serie EL111X-G è una classe di accoppiatori ottici (optocoupler) basati su fototransistor, progettata specificamente per applicazioni che richiedono un isolamento elettrico affidabile e la trasmissione di segnali tra circuiti a potenziali diversi. La funzione principale del dispositivo è utilizzare la luce per trasmettere segnali elettrici, fornendo isolamento elettrico tra il lato di ingresso (diodo emettitore a infrarossi) e il lato di uscita (rivelatore a fototransistor). Questo isolamento è fondamentale per proteggere circuiti sensibili da alte tensioni, rumore e loop di massa.

该系列的特点是采用紧凑的5引脚小外形封装（SOP），高度仅为2.0毫米，适合空间受限的PCB设计。一个关键的区分特征是8毫米的长爬电距离，通过增加沿封装体表面的导电部件之间的距离，提高了高压环境下的可靠性和安全性。器件采用不含卤素（溴<900 ppm，氯<900 ppm，Br+Cl<1500 ppm）和三氧化二锑（Sb2O3）的复合材料制造，符合环境和安全法规。

2. Dettagli delle specifiche tecniche

2.1 Valori massimi assoluti

Questi valori nominali definiscono i limiti oltre i quali si può verificare un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento in queste condizioni non garantisce le prestazioni.

• Corrente diretta in ingresso (IF):60 mA (continua). Per impulsi di 1 µs, la corrente diretta di picco è significativamente più alta, pari a 1.5 A, consentendo brevi condizioni di sovracorrente durante la commutazione.
• Tensione inversa di ingresso (VR):6 V. Superare questa tensione in polarizzazione inversa può danneggiare il LED di ingresso.
• Tensione collettore-emettitore di uscita (VCEO):80 V. Questa è la tensione massima che può essere applicata ai capi del transistor di uscita quando la base è aperta.
• Corrente di collettore di uscita (IC):50 mA.
• Dissipazione di potenza totale (PTOT):250 mW. Questa è la massima potenza totale dissipata su entrambi i lati, input e output.
• Tensione di isolamento (VISO):5000 V_rms(per 1 minuto a un'umidità relativa del 40-60%). Questo è un parametro di sicurezza critico; durante il test, i pin di ingresso (1,2) devono essere cortocircuitati insieme e i pin di uscita (3,4,5) devono essere cortocircuitati insieme.
• Temperatura operativa (TOPR):Da -55°C a +110°C.
• Temperatura di saldatura (TSOL):260°C per 10 secondi, conforme al tipico profilo di temperatura per la rifusione.

2.2 Caratteristiche elettro-ottiche

Questi parametri definiscono le prestazioni del dispositivo nelle normali condizioni operative (salvo indicazione contraria, Ta=25°C).

2.2.1 Caratteristiche di ingresso (LED a infrarossi)

• Tensione diretta (VF):Valore massimo di 1,5 V con IF = 50 mA. Il valore tipico è inferiore, generalmente intorno a 1,1-1,3 V.
• Corrente inversa (IR):Con VR = 6 V, il valore massimo è di 10 µA.
• Capacità di ingresso (C_in):A 1 kHz, il valore tipico è di 50 pF. Ciò influisce sulle prestazioni di commutazione ad alta frequenza.

2.2.2 Caratteristiche di uscita (Fototransistor)

• Corrente oscura collettore-emettitore (I_CEO):In V_CE= 20V, I_FQuando = 0mA, il valore massimo è 100 nA. Questa è la corrente di dispersione quando il LED è spento.
• Tensione di breakdown collettore-emettitore (BV_CEO):A I_C= 0.1mA, il valore minimo è 80 V.
• Tensione di saturazione collettore-emettitore (V_CE(sat)):A I_F= 10mA, I_C= 1mA, il valore massimo è 0.4 V. Per lo stadio di uscita che pilota ingressi a livello logico, una bassa tensione di saturazione è auspicabile.

2.2.3 Caratteristiche di trasferimento

Questi parametri descrivono l'efficienza e la velocità di accoppiamento tra ingresso e uscita.

• Current Transfer Ratio (CTR):Questo è il rapporto tra la corrente di collettore in uscita (I_C) e la corrente di ingresso in avanti (I_F), espresso in percentuale. La serie EL111X-G offre diverse classi di CTR, ciascuna con un intervallo minimo/massimo specificato in condizioni di test definite. Ciò consente ai progettisti di selezionare per la loro applicazione dispositivi con un guadagno coerente.
  • EL1110, EL1116, EL1117, EL1118, EL1119:A I_F= 5mA, V_CE= 5V. La gamma varia dal 50-600% (EL1110) al 200-400% (EL1119).
  • EL1112, EL1113, EL1114:A I_F= 10mA, V_CETestato in condizioni di = 5V. Gli intervalli sono rispettivamente 63-125%, 100-200% e 160-320%. Questi dispositivi hanno un valore CTR minimo specificato anche a I_F= 1mA.
• Resistenza di isolamento (R_IO):A 500 V CC, il valore minimo è 5 x 10¹⁰Ω. Ciò indica che la resistenza CC tra i lati isolati è estremamente elevata.
• Capacità flottante (C_IO):A 1 MHz, il valore massimo è di 1,0 pF. Questa bassa capacità contribuisce a mantenere un'elevata immunità ai transienti di modo comune (CMTI) minimizzando l'accoppiamento capacitivo del rumore.
• Tempo di commutazione:In V_CE= 5V, I_C= 5mA, R_LMisurazione in condizioni di = 100Ω.
  • Tempo di accensione (t_on):Valore tipico 4 µs.
  • Tempo di spegnimento (t_off):Valore tipico 3 µs.
  • Tempo di salita (t_r):Valore tipico 2 µs, valore massimo 18 µs.
  • Tempo di discesa (t_f):Valore tipico 3 µs, valore massimo 18 µs.
  Questi tempi definiscono la capacità del dispositivo di seguire il segnale digitale. I limiti massimi garantiscono la funzionalità su tutto l'intervallo di temperatura e di produzione.

3. Descrizione del sistema di classificazione

Il principale sistema di classificazione della serie EL111X-G si basa suil rapporto di trasferimento di corrente (CTR). I diversi codici componente (indicati dalla 'X' in EL111X) corrispondono a condizioni standard (I_F=5mA o 10mA, V_CE=5V) misurato specifico, garantito intervallo CTR. Ciò consente ai progettisti di:

1. Garantire la stabilità del circuito:Selezionare un intervallo CTR più stretto (ad esempio, EL1117: 80-160%) può fornire una corrente di uscita più prevedibile per una data corrente di ingresso, riducendo la necessità di circuiti di polarizzazione con ampie tolleranze.
2. Ottimizzazione del consumo energetico:Per la corrente di uscita desiderata, è possibile utilizzare una corrente LED di ingresso inferiore per pilotare dispositivi con CTR più elevato (ad esempio, EL1119), risparmiando così potenza sul lato primario.
3. Soddisfare i requisiti di progettazione:Diverse applicazioni possono richiedere guadagni differenti. I circuiti di interfaccia logica potrebbero utilizzare dispositivi CTR standard, mentre la trasmissione di segnali analogici potrebbe beneficiare di dispositivi CTR più elevati e lineari.

Le informazioni di ordinazione definiscono chiaramente questa classificazione tramite il carattere 'X' (0, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9).

4. Analisi della curva di prestazione

Sebbene il datasheet faccia riferimento a grafici specifici ("curve caratteristiche fotoelettriche tipiche"), il comportamento tipico può essere descritto in base al principio di funzionamento dell'accoppiatore ottico a fototransistor:

• Relazione tra CTR e corrente diretta (I_F):Il CTR non è costante. Raggiunge tipicamente il picco a correnti dirette moderate (generalmente intorno a 5-10 mA per questi dispositivi) e può diminuire a correnti molto basse o molto elevate a causa dell'efficienza del LED e degli effetti di saturazione del transistor.
• Dipendenza del CTR dalla temperatura:Il CTR ha tipicamente un coefficiente di temperatura negativo; diminuisce all'aumentare della temperatura di giunzione. I progettisti devono considerare questo derating nell'intero intervallo di temperature operative.
• Corrente di uscita (I_C) e la tensione collettore-emettitore (V_CE):Per una corrente LED fissa, il fototransistor si comporta come un generatore di corrente fino a quando non entra in saturazione. La regione di saturazione è caratterizzata da un basso V_CE(sat), come specificato nelle caratteristiche tecniche.
• Il tempo di commutazione e la resistenza di carico (R_L):Il tempo di commutazione (t_r, t_f) dipende fortemente dalla resistenza di carico e da qualsiasi capacità parassita. Un R_Lpiù piccolo solitamente fornisce un tempo di discesa più rapido, ma riduce l'escursione di uscita e aumenta il consumo di potenza.

5. Informazioni meccaniche e di package

Il dispositivo utilizza un package SOP (Small Outline Package) a 5 pin con un'altezza di 2,0 mm. La configurazione dei pin è standardizzata:

1. Anodo (ingresso LED+)
2. Catodo (ingresso LED-)
3. Emettitore (fototransistor)
4. Collettore (fototransistor)
5. Base (fototransistor, solitamente aperta o collegata per la tecnica di accelerazione)

Il package include unLayout consigliato per i pad, per il montaggio superficiale, essenziale per garantire giunzioni saldate affidabili e un'adeguata stabilità meccanica durante la rifusione.Distanza di fuga di 8 mmÈ una caratteristica di progettazione fisica dello stampo di incapsulamento che aumenta la distanza superficiale tra i pin di ingresso e uscita, contribuendo direttamente al raggiungimento di un elevato rating di isolamento di 5000 Vrms e alla conformità agli standard di sicurezza.

6. Guida alla saldatura e all'assemblaggio

La temperatura massima di saldatura nominale del dispositivo è di 260°C per 10 secondi. Ciò è conforme alla curva di temperatura standard per la rifusione senza piombo (IPC/JEDEC J-STD-020). Le considerazioni chiave includono:

• Utilizzare il pattern di pad PCB consigliato per prevenire l'effetto "tombstoning" o il disallineamento.
• Evitare l'uso eccessivo di pasta saldante, che può causare ponticelli tra i pin o ridurre la distanza di fuga per i cortocircuiti.
• Seguire le procedure standard di gestione del livello di sensibilità all'umidità (MSL) per i package plastici; se il dispositivo è esposto a un'umidità ambientale superiore alla sua durata di conservazione nominale, è generalmente necessario procedere con la cottura al forno.
• L'intervallo di temperatura di conservazione è compreso tra -55°C e +125°C.

7. Informazioni su imballaggio e ordinazione

Il prodotto offre diverse opzioni di confezionamento per adattarsi a diverse scale di produzione:

• Confezionamento in tubo:100 unità per tubo (opzione standard o con VDE).
• Confezionamento in nastro3000 unità per rotolo. Sono disponibili due opzioni di nastro (TA, TB), che possono differire in larghezza del nastro o orientamento dei componenti. Entrambe possono essere combinate con l'opzione di certificazione di sicurezza VDE.

ComponenteStruttura di numerazioneÈ: EL111X(Y)-VG

• EL111:Numero del componente base.
• X:Livello CTR (0,2,3,4,6,7,8,9).
• Y:Opzioni di imballaggio (TA, TB, o lasciare vuoto per il tubo).
• V:Marchio di certificazione di sicurezza VDE opzionale.
• G:Indica una struttura priva di alogeni.

La marcatura del dispositivo sull'incapsulamento include l'anno e la settimana di produzione, il numero del dispositivo e l'indicatore VDE opzionale.

8. Suggerimenti per l'applicazione

8.1 Scenari applicativi tipici

• Moduli I/O del Controllore a Logica Programmabile (PLC):Isola i segnali digitali provenienti da sensori/attuatori di campo dall'unità di elaborazione centrale.
• Alimentatore switching:Fornisce isolamento del feedback in topologie di convertitori isolati come flyback o altre.
• Interfaccia di comunicazione industriale:Isolare le linee del bus seriale RS-485, CAN o altri per prevenire loop di massa e migliorare l'immunità al rumore.
• Dispositivi medici:Isolare i circuiti di connessione del paziente dalle sezioni alimentate dalla rete elettrica, dove l'isolamento di sicurezza è fondamentale.
• Controllo degli elettrodomestici:Isolare i segnali del microcontrollore a bassa tensione dai circuiti del motore CA o del riscaldatore guidati da tiristori in apparecchi come ventilatori e termoventilatori.
• Strumenti di misura:Isolare lo stadio di condizionamento del segnale analogico dal sistema di acquisizione dati.

8.2 Considerazioni di progettazione

• Limitazione della Corrente di Ingresso:Utilizzare sempre una resistenza in serie per limitare la corrente diretta (I_F) Limitare al valore richiesto, calcolato come (tensione di alimentazione - V_F) / I_F. Non superare i valori massimi assoluti.
• Degradazione del CTR:Si noti che il CTR può degradarsi durante la vita utile del dispositivo, specialmente quando si opera ad alte temperature o con correnti LED elevate. Nei progetti critici, è necessario applicare un derating al valore iniziale del CTR.
• Compromesso tra velocità e corrente:Un I_Fpiù elevato solitamente aumenta la velocità di commutazione, ma incrementa il consumo di potenza e può accelerare il degrado del CTR. La resistenza di carico R_LInfluisce anche in modo significativo sulla velocità di commutazione e sull'escursione della tensione di uscita.
• Immunità al rumore:L'elevata resistenza di isolamento e la bassa capacità di accoppiamento forniscono un'ottima reiezione di modo comune. Per ambienti particolarmente rumorosi, assicurarsi che il layout sia pulito, che la messa a terra sia adeguata e considerare l'aggiunta di condensatori di bypass vicino ai pin del dispositivo.
• Utilizzo del pin di base (pin 5):Lasciare la base aperta è la pratica standard. Collegare una resistenza tra la base e l'emettitore riduce il guadagno del fototransistor, ma fornisce un percorso per rimuovere la carica immagazzinata, migliorando significativamente la velocità di commutazione (soprattutto il tempo di spegnimento).

9. Confronto tecnico e vantaggi

La serie EL111X-G si distingue nel mercato degli accoppiatori ottici grazie a diverse caratteristiche chiave:

• Package SOP con elevata distanza di isolamento superficiale:Realizza una distanza di isolamento superficiale di 8 mm mantenendo le dimensioni standard del package SOP, offrendo specifiche di isolamento superiori (5000 Vrms) rispetto a molti optoisolatori standard SOP con rating di 2500 Vrms o 3750 Vrms. Ciò fornisce un margine di sicurezza e soddisfa requisiti di isolamento più stringenti senza dover ricorrere a package di dimensioni maggiori.
• Certificazioni di sicurezza complete:La serie ha ottenuto le certificazioni dalle principali agenzie internazionali di sicurezza (UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO, CQC), semplificando la conformità globale del prodotto.
• Conformità ambientale:La struttura priva di alogeni e conforme alla RoHS soddisfa i requisiti delle normative ambientali e della catena di approvvigionamento.
• Ampia selezione di CTR:I numerosi livelli di CTR ben definiti offrono ai progettisti flessibilità per ottimizzare in base a guadagno, potenza o costo.

10. Domande frequenti (basate sui parametri tecnici)

1. Domanda: Qual è lo scopo della lunga distanza di scarica superficiale?
   Risposta: La distanza di scarica superficiale è la distanza più breve tra due parti conduttive lungo la superficie dell'isolamento. Una distanza di 8 mm aumenta significativamente la lunghezza del percorso di breakdown per contaminazione superficiale (polvere, umidità), il che è cruciale per raggiungere e mantenere un elevato valore nominale di tensione di isolamento di 5000 Vrms, specialmente in ambienti umidi o contaminati.
2. Domanda: Come scegliere il corretto livello di CTR?
   Risposta: Scegliere in base alla corrente di uscita richiesta dal circuito e alla capacità di pilotaggio in ingresso. Se il pin GPIO del microcontrollore può fornire solo 5 mA, selezionare un livello di CTR più alto (ad esempio, EL1119) per ottenere una corrente di uscita sufficiente. Se è necessario un guadagno coerente e prevedibile per il sensing analogico, scegliere un livello con un intervallo più ristretto (ad esempio, EL1117). Fare sempre riferimento ai valori minimi/massimi nel proprio specifico punto di lavoro.
3. Domanda: Posso utilizzarlo per la trasmissione di segnali analogici?
   Risposta: Sì, ma con alcune avvertenze. La risposta del fototransistor non è perfettamente lineare e il CTR varia con la temperatura e la corrente. È più adatto per segnali analogici a bassa frequenza o rappresentati in forma digitale (ad esempio PWM). Per l'isolamento analogico di precisione, sono più appropriati optoisolatori lineari dedicati o amplificatori di isolamento.
4. Domanda: Qual è la differenza tra le opzioni di nastro TA e TB?
   R: Il datasheet mostra due diversi diagrammi delle dimensioni del nastro. La differenza principale potrebbe riguardare l'orientamento del componente nella tasca del nastro ("direzione di avanzamento del nastro") o potrebbero essere incluse differenze nella larghezza del nastro. L'opzione TB ha una dimensione Ko di 2,25 mm. Consultare il produttore o controllare le specifiche dettagliate del nastro per garantire la compatibilità con la propria macchina pick-and-place.
5. D: In che modo la temperatura influisce sulle prestazioni?
   R: La temperatura influisce principalmente sul CTR (che diminuisce con l'aumentare della temperatura) e sulla tensione diretta V_F(che diminuisce anch'essa) del LED di ingresso. Anche la velocità di commutazione può variare. I progetti destinati all'intero intervallo da -55°C a +110°C devono tenere conto di queste variazioni, in particolare del derating del CTR.

11. Esempio di progettazione pratica

Scenario:Isolare un segnale GPIO di un microcontrollore a 3.3V per controllare un relè a 12V sul lato isolato. La bobina del relè richiede 30mA per eccitarsi.

Fasi di progettazione:

1. Selezione del livello CTR:I richiesto_CÈ di 30mA. Il microcontrollore può fornire una corrente di circa 10mA. CTR richiesto = (30mA / 10mA) * 100% = 300%. A I_F=10mA, l'intervallo CTR per EL1114 è 160-320%. Selezioniamo EL1114, ma si noti che al CTR minimo (160%), I_Csarà di 16mA, il che potrebbe non essere sufficiente. Potremmo aver bisogno di pilotare il LED con una corrente maggiore o selezionare un grado/dispositivo diverso.
2. Ricalcolo utilizzando EL1119:Le condizioni nominali di prova per EL1119 sono I_F=5mA. L'intervallo CTR è 200-400%. Se lo pilotiamo con I_F=7.5mA (entro il valore nominale), utilizzando il CTR tipico, possiamo aspettarci I_Capprossimativamente tra 22.5-30mA. Questo è uno stato critico. Una soluzione migliore è utilizzare un transistor in uscita per pilotare il relè, usando l'accoppiatore ottico solo come isolatore di livello logico.
3. Calcolo della resistenza di ingresso (utilizzando EL1114, I_F=10mA):Supponendo V_F~ 1.2V. La tensione del microcontrollore è 3.3V. R_limit= (3.3V - 1.2V) / 0.01A = 210 Ω. Utilizzare una resistenza standard da 200 Ω.
4. Lato di uscita:Collegare il collettore del fototransistor all'alimentazione da 12V tramite la bobina del relè. L'emettitore a massa. Posizionare un diodo di ricircolo in antiparallelo ai capi della bobina del relè. Quando il fototransistor conduce, andrà in saturazione, V_CE(sat)< 0.4V，将几乎全部的12V电压施加到继电器上。
5. Considerazioni sulla velocità:Il relè è lento, quindi il tempo di accensione dell'optoisolatore di circa 4 µs è irrilevante. Non è necessaria una resistenza di base per accelerare.

12. Principio di funzionamento

L'accoppiatore ottico (optocoupler) è un dispositivo che utilizza la luce per trasmettere segnali elettrici tra due circuiti isolati. Nella serie EL111X-G:

1. Una corrente applicata ai pin di ingresso (1-anodo, 2-catodo) polarizza direttamente ilDiodo a emissione di luce infrarossa (IRED).
2. L'IRED emette luce infrarossa proporzionale alla corrente diretta.
3. Questa luce attraversa un'intercapedine isolante trasparente (tipicamente plastica stampata) e colpisce sul lato d'uscita ilfototransistor al silicioLa regione di base.
4. La luce incidente genera coppie elettrone-lacuna nella base, agendo efficacemente come corrente di base. Ciò fa sì che il fototransistor conduca tra il suo collettore (pin 4) e l'emettitore (pin 3).
5. La corrente di collettore in uscita generata (I_C) è approssimativamente uguale alla corrente LED in ingresso (I_F) è direttamente proporzionale, con la costante di proporzionalità data dal Current Transfer Ratio (CTR).
6. Il punto chiave è che l'unico collegamento tra ingresso e uscita è il fascio luminoso; non esiste un percorso di conduzione elettrica. Ciò fornisce l'isolamento galvanico, bloccando alte tensioni, differenze di potenziale di massa e rumore.

13. Tendenze tecnologiche

La tecnologia degli accoppiatori ottici si evolve in linea con le esigenze dei sistemi:

• Velocità più elevate:La necessità di un isolamento digitale più rapido nelle applicazioni di azionamento di motori, comunicazioni e ADC ha guidato lo sviluppo di accoppiatori ottici con tempi di commutazione più rapidi (nell'ordine dei nanosecondi) e una maggiore immunità ai transienti di modo comune (CMTI).
• Integrazione:Esiste una tendenza all'integrazione di funzioni aggiuntive, come driver di gate per IGBT/MOSFET, amplificatori di errore per alimentatori, e persino isolatori digitali multicanale in un singolo package.
• Miglioramento dell'affidabilità e della durata:Focalizzazione su materiali e design per ridurre il decadimento del CTR a lungo termine, specialmente per applicazioni automotive e industriali ad alta temperatura.
• Miniaturizzazione:Le dimensioni del package continuano a ridursi (ad esempio, SOP ultra-miniaturizzati, package a livello di wafer) pur mantenendo o migliorando i valori nominali di isolamento, al fine di risparmiare spazio sul circuito stampato.
• Tecnologie alternative:Gli accoppiatori ottici affrontano la concorrenza di altre tecnologie di isolamento, come gli isolatori capacitivi (che utilizzano barriere di SiO2) e gli isolatori magnetici (basati su trasformatori), che possono offrire velocità più elevate, consumi energetici inferiori e una migliore integrazione. Tuttavia, grazie alla loro semplicità, elevata capacità di tensione, affidabilità di facile comprensione e vantaggio in termini di costo-efficacia per requisiti di velocità standard, gli accoppiatori ottici rimangono dominanti in molte applicazioni.

La serie EL111X-G si concentra sul raggiungimento di un'elevata tensione di isolamento in un contenitore compatto e conforme alle normative ambientali, soddisfacendo la continua domanda di isolamento del segnale affidabile e certificato per la sicurezza in un'ampia gamma di applicazioni industriali e consumer.