Scheda Tecnica Fotocoupler ELD3H7 ELQ3H7 - Package SSOP 8/16 Pin - Tensione di Isolamento 3750Vrms - CTR 50-600% - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

Questi fotocoupler sono progettati per applicazioni che richiedono un isolamento del segnale affidabile e immunità al rumore.

L'ELD3H7 integra 2 canali di isolamento indipendenti in un package SSOP (Shrink Small Outline Package) a 8 pin. L'ELQ3H7 integra 4 canali indipendenti in un SSOP a 16 pin. Entrambe le varianti presentano un profilo ultrasottile di 2,0 mm, rendendole adatte ad applicazioni con spazio limitato. I dispositivi utilizzano un composto di modellatura verde e privo di alogeni e sono conformi alle direttive Pb-free e RoHS.

2. Caratteristiche Principali e Vantaggi Chiave

• Alta Tensione di Isolamento:Nominale a 3750 V_rmsper 1 minuto, garantendo una protezione robusta e sicurezza in ambienti ad alta tensione.
• Ampio Rapporto di Trasferimento di Corrente (CTR):Varia dal 50% al 600% con I_F= 5mA, V_CE= 5V, offrendo flessibilità di progettazione per diverse esigenze di amplificazione del segnale.
• Fattore di Forma Compatto:Il package SSOP con un profilo di 2,0 mm è ideale per progetti PCB ad alta densità.
• Approvazioni di Sicurezza Complete:Certificati da UL (E214129), VDE (40028116), SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO e CQC, facilitando l'uso in apparecchiature regolamentate a livello globale.
• Caratteristiche di Commutazione Rapida:Tempo di salita (t_r) tipico di 5 µs e tempo di discesa (t_f) di 3 µs in condizioni di test specificate, adatti per la trasmissione di segnali digitali.

3. Mercato di Riferimento e Applicazioni

These photocouplers are engineered for applications requiring reliable signal isolation and noise immunity.

• Convertitori DC-DC:Forniscono isolamento del loop di retroazione negli alimentatori a commutazione.
• Controllori a Logica Programmabile (PLC) e Automazione Industriale:Isolano i segnali digitali I/O tra il controllore e i dispositivi di campo.
• Apparecchiature di Telecomunicazione:Isolano le linee di segnale in modem, interfacce e hardware di rete.
• Isolamento Circuitale Generale:Trasmettono segnali tra circuiti con potenziali di massa o livelli di impedenza diversi.

4. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

4.1 Valori Massimi Assoluti

Sono limiti di stress che non devono essere superati in nessuna condizione per prevenire danni permanenti al dispositivo.

• Ingresso (Lato LED):Corrente diretta (I_F) 60 mA; Corrente diretta di picco (I_FP) 1 A per impulso di 1 µs; Tensione inversa (V_R) 6 V; Dissipazione di potenza (P_D) 70 mW.
• Uscita (Lato Transistor):Corrente di collettore (I_C) 50 mA; Tensione Collettore-Emettitore (V_CEO) 80 V; Tensione Emettitore-Collettore (V_ECO) 7 V; Dissipazione di potenza (P_C) 150 mW.
• Dispositivo Totale:Dissipazione di potenza totale (P_TOT) 200 mW; Tensione di isolamento (V_ISO) 3750 V_rms.
• Temperatura:Intervallo operativo -55°C a +110°C; Intervallo di stoccaggio -55°C a +125°C; Temperatura di saldatura 260°C per 10 secondi.

4.2 Caratteristiche Elettriche e Optoelettroniche

Parametri di prestazione tipici misurati a 25°C.

4.2.1 Caratteristiche di Ingresso (LED a Infrarossi)

• Tensione Diretta (V_F):Tipicamente 1,2V, massimo 1,4V con I_F=20mA. Questo parametro è cruciale per progettare il circuito di pilotaggio del LED.
• Corrente Inversa (I_R):Massimo 10 µA con V_R=4V, indicando buone caratteristiche di blocco del diodo.
• Capacità di Ingresso (C_in):Tipicamente 30 pF, influisce sulle prestazioni di commutazione ad alta frequenza.

4.2.2 Caratteristiche di Uscita (Fototransistor)

• Corrente di Buio (I_CEO):Massimo 100 nA con V_CE=20V e I_F=0mA. Questa è la corrente di dispersione quando il LED è spento, che influisce sull'integrità del segnale nello stato OFF.
• Tensioni di Breakdown: BV_CEO≥ 80V, BV_ECO≥ 7V, definiscono le tensioni massime ammissibili attraverso il transistor.
• Tensione di Saturazione Collettore-Emettitore (V_CE(sat)):Tipicamente 0,1V, massimo 0,2V con I_F=10mA, I_C=1mA. Un basso V_CE(sat)è desiderabile per un'uscita a livello logico.

4.2.3 Caratteristiche di Trasferimento

• Rapporto di Trasferimento di Corrente (CTR):Definito come (I_C/ I_F) * 100%. L'intervallo specificato è dal 50% al 600% con I_F=5mA, V_CE=5V. Questa ampia classificazione consente la selezione in base al guadagno richiesto.
• Resistenza di Isolamento (R_IO):Minimo 5×10¹⁰Ω a 500V DC, garantisce un eccellente isolamento DC.
• Capacità di Isolamento (C_IO):Tipicamente 0,3 pF, massimo 1,0 pF. Una bassa capacità minimizza l'accoppiamento capacitivo del rumore ad alta frequenza attraverso la barriera di isolamento.
• Tempi di Commutazione:Tempo di salita (t_r) tipico 5 µs, tempo di discesa (t_f) tipico 3 µs in condizioni di test (V_CE=2V, I_C=2mA, R_L=100Ω). Questi valori determinano la velocità di trasmissione dati massima utilizzabile.

5. Informazioni Meccaniche e sul Package

5.1 Dimensioni del Package e Disegni di Contorno

I dispositivi sono alloggiati in package SSOP. L'ELD3H7 (2 canali) utilizza un SSOP a 8 pin, mentre l'ELQ3H7 (4 canali) utilizza un SSOP a 16 pin. Entrambi condividono un'altezza di profilo bassa comune di 2,0 mm. Disegni dimensionali dettagliati con tutte le misure critiche (dimensioni del corpo, passo dei terminali, distanza) sono forniti nella scheda tecnica per la progettazione dell'impronta PCB.

5.2 Configurazione dei Pin e Polarità

Per ELD3H7 (8 pin):

• Pin 1, 3: Anodo dei LED del Canale 1 e Canale 2, rispettivamente.
• Pin 2, 4: Catodo dei LED del Canale 1 e Canale 2, rispettivamente.
• Pin 5, 7: Emettitore dei fototransistor del Canale 1 e Canale 2, rispettivamente.
• Pin 6, 8: Collettore dei fototransistor del Canale 1 e Canale 2, rispettivamente.

Per ELQ3H7 (16 pin):

• Pin 1, 3, 5, 7: Anodo dei LED dei Canali da 1 a 4.
• Pin 2, 4, 6, 8: Catodo dei LED dei Canali da 1 a 4.
• Pin 9, 11, 13, 15: Emettitore dei fototransistor dei Canali da 1 a 4.
• Pin 10, 12, 14, 16: Collettore dei fototransistor dei Canali da 1 a 4.

5.3 Layout Consigliato per i Pad PCB

La scheda tecnica include progetti di land pattern suggeriti sia per il package SSOP a 8 pin che a 16 pin. Rispettare queste raccomandazioni garantisce la formazione affidabile dei giunti di saldatura durante la rifusione e una corretta stabilità meccanica.

5.4 Marcatura del Dispositivo

I dispositivi sono marcati sulla superficie superiore. La marcatura include:

• "EL": Identificatore del produttore.
• "D3H7" o "Q3H7": Numero del dispositivo per la variante a 2 o 4 canali.
• "Y": Codice di un cifra per l'anno.
• "WW": Codice di due cifre per la settimana.
• "V": Marcatura opzionale che indica l'approvazione VDE.

6. Linee Guida per la Saldatura e l'Assemblaggio

I dispositivi sono adatti per l'assemblaggio a montaggio superficiale utilizzando tecniche di saldatura a rifusione.

• Saldatura a Rifusione:La temperatura massima di saldatura consentita è di 260°C, misurata sul corpo del package, per una durata non superiore a 10 secondi. Sono applicabili i profili di rifusione standard senza piombo (IPC/JEDEC J-STD-020).
• Manipolazione:Dovrebbero essere osservate le normali precauzioni ESD (scarica elettrostatica), poiché il dispositivo contiene semiconduttori sensibili alle scariche statiche.
• Pulizia:Seguire le normali procedure di pulizia PCB compatibili con il composto di modellatura epossidica verde.
• Stoccaggio:Conservare in un ambiente asciutto con temperatura compresa tra -55°C e +125°C. Utilizzare entro 12 mesi dalla data del codice per una saldabilità ottimale.

7. Informazioni su Imballaggio e Ordinazione

7.1 Sistema di Numerazione dei Modelli

Il numero di parte segue il formato:EL[D3H7/Q3H7](Z)-V

• EL:Prefisso della serie.
• D3H7 / Q3H7:Indica il dispositivo a 2 o 4 canali.
• (Z):Opzione di imballaggio in nastro e bobina. "TA" indica nastro e bobina, mentre la sua assenza indica imballaggio in tubo.
• V:Suffisso opzionale che indica l'approvazione VDE.

7.2 Specifiche di Imballaggio

• ELD3H7 (Tubo):80 unità per tubo.
• ELD3H7 (Nastro e Bobina):1000 unità per bobina.
• ELQ3H7 (Tubo):40 unità per tubo.
• ELQ3H7 (Nastro e Bobina):1000 unità per bobina.

Le specifiche di nastro e bobina, inclusa larghezza del nastro portante, dimensioni delle tasche e diametro della bobina, sono dettagliate per la configurazione della macchina pick-and-place automatizzata.

8. Considerazioni per la Progettazione dell'Applicazione

8.1 Circuiti di Applicazione Tipici

L'applicazione più comune è l'isolamento di segnali digitali. Un resistore limitatore di corrente in serie deve essere collegato all'anodo del LED per impostare la corrente diretta desiderata (I_F). Il valore è calcolato come R_limit= (V_{CC_input}- V_F) / I_F. Sul lato di uscita, un resistore di pull-up (R_L) è collegato tra il collettore e la tensione di alimentazione del lato di uscita (V_{CC_output}) per definire i livelli logici di uscita e limitare la corrente di collettore del fototransistor.

8.2 Note di Progettazione e Best Practice

• Selezione del CTR:Scegliere un bin CTR appropriato per la tua corrente di pilotaggio e la corrente di uscita richiesta. Un CTR più alto consente di utilizzare una I_Fpiù bassa per la stessa uscita, riducendo la potenza in ingresso.
• Compromesso Velocità vs. Corrente:La velocità di commutazione (t_r, t_f) generalmente migliora con una I_Fpiù alta e una R_Lpiù bassa, ma questo aumenta il consumo di potenza. Il circuito di test (I_Fimpulso, V_CE=2V, I_C=2mA, R_L=100Ω) fornisce un riferimento per le prestazioni attese.
• Immunità al Rumore:L'alta resistenza di isolamento (R_IO) e la bassa capacità di isolamento (C_IO) sono chiave per respingere il rumore di modo comune. Assicurare un corretto layout PCB per evitare problemi di creepage e clearance che potrebbero compromettere la tensione di isolamento nominale.
• Considerazioni Termiche:Non superare la dissipazione di potenza totale del dispositivo (P_TOT= 200 mW). La potenza è la somma della potenza del LED in ingresso (I_F*V_F) e della potenza del transistor in uscita (I_C*V_CE).

9. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto ai fotocoupler standard DIP-4 o DIP-6, la serie ELD3H7/ELQ3H7 offre vantaggi significativi:

• Riduzione Dimensionale:Il package SSOP occupa meno del 25% dell'area di scheda di un package DIP-8 standard per un dispositivo a 2 canali, consentendo la miniaturizzazione.
• Integrazione Multi-Canale:La disponibilità di 2 e 4 canali in package singoli riduce il numero di componenti e risparmia spazio sulla scheda in applicazioni multi-isolamento.
• Profilo:L'altezza di 2,0 mm è fondamentale per progetti ultra-sottili.
• Prestazioni:Mantiene un'alta tensione di isolamento e un'ampia gamma CTR nonostante le piccole dimensioni, un differenziatore chiave rispetto a molte alternative miniaturizzate.

10. Domande Frequenti (FAQ)

10.1 Qual è la velocità di trasmissione dati massima ottenibile con questi fotocoupler?

In base ai tempi di salita/discesa tipici di 5 µs e 3 µs, la velocità di trasmissione dati pratica massima per un segnale digitale pulito è approssimativamente 1/(t_r+t_f) ≈ 125 kHz. Per un funzionamento affidabile, è consigliato un obiettivo di progettazione conservativo di 50-100 kHz.

10.2 Come seleziono il bin CTR corretto per la mia applicazione?

Se il tuo progetto richiede una corrente di uscita minima garantita (I_C) con una specifica corrente di ingresso (I_F), calcola il CTR minimo richiesto: CTR_{min_req}= (I_C/ I_F) * 100%. Seleziona un dispositivo il cui CTR minimo garantito (es. 50%) soddisfi o superi questo valore. Utilizzare un bin CTR più alto fornisce un maggiore margine di progettazione.

10.3 Questi dispositivi possono essere utilizzati per isolare segnali analogici?

Sebbene progettati principalmente per l'isolamento digitale, possono essere utilizzati in applicazioni analogiche a bassa frequenza e bassa precisione (es. retroazione negli alimentatori isolati). Tuttavia, il CTR ha una forte dipendenza dalla temperatura e non linearità con I_F, il che li rende inadatti per la trasmissione di segnali analogici di precisione senza circuiti estesi di calibrazione o compensazione. Optoisolatori lineari specializzati sono più adatti per l'isolamento analogico.

10.4 Qual è lo scopo della tensione di isolamento nominale e come viene testata?

La nominale di 3750 V_rms(per 1 minuto) è una specifica di sicurezza che indica la rigidità dielettrica dell'isolamento tra il lato di ingresso e quello di uscita. Durante il test, tutti i pin sul lato LED sono cortocircuitati insieme e tutti i pin sul lato transistor sono cortocircuitati insieme. Una tensione AC elevata viene applicata tra questi due gruppi. Questa nominale garantisce la protezione contro transitori ad alta tensione che possono verificarsi in apparecchiature industriali o collegate alla rete elettrica.

11. Esempio Pratico di Progettazione

Scenario:Isolare un segnale digitale a 3,3V da un microcontrollore a un sistema a 5V.

• Lato Ingresso: V_{CC_input}= 3,3V. Obiettivo I_F= 5 mA per una buona velocità e CTR. Assumendo V_F≈ 1,2V, R_limit= (3,3V - 1,2V) / 0,005A = 420Ω. Utilizzare un resistore standard da 430Ω.
• Lato Uscita: V_{CC_output}= 5V. Scegliere R_Lper limitare I_Ce impostare i livelli logici. Per un CTR del 100% con I_F=5mA, I_C≈ 5mA. Quando il transistor è ON (saturato), V_CE≈ 0,1V, quindi l'uscita è bassa (~0,1V). Quando è OFF, l'uscita è portata alta a 5V. La potenza in R_Lquando ON è (5V - 0,1V) * 5mA ≈ 24,5 mW, ben entro i valori nominali. Un resistore standard da 1 kΩ darebbe I_C≈ (5V - 0,1V)/1kΩ = 4,9mA, anch'esso accettabile.
• Layout:Posizionare il dispositivo vicino alla barriera di isolamento sul PCB. Mantenere le distanze di creepage e clearance consigliate (consultare standard di sicurezza come IEC 60950-1) tra le tracce di rame di ingresso e uscita, specialmente per l'elevata tensione di isolamento nominale.

12. Principio di Funzionamento

Un fotocoupler funziona convertendo un segnale elettrico in luce, trasmettendolo attraverso un gap elettricamente isolante e poi riconvertendo la luce in un segnale elettrico. Nell'ELD3H7/ELQ3H7:

1. Una corrente elettrica (I_F) scorre attraverso il LED a infrarossi, facendolo emettere fotoni.
2. Questi fotoni viaggiano attraverso un dielettrico isolante trasparente (il composto di modellatura) e colpiscono la regione di base del fototransistor al silicio.
3. L'energia dei fotoni genera coppie elettrone-lacuna nella base, creando effettivamente una corrente di base che accende il transistor.
4. Il transistor conduce una corrente di collettore (I_C) proporzionale all'intensità della luce ricevuta, e quindi alla I_Fin ingresso. La costante di proporzionalità è il CTR.

Il punto chiave è che l'unica connessione tra ingresso e uscita è ottica, fornendo l'isolamento elettrico.

13. Tendenze e Sviluppi del Settore

La tendenza nella tecnologia degli optocoupler è guidata dalla richiesta di maggiore velocità, dimensioni più piccole, minore consumo energetico e integrazione di funzionalità aggiuntive. Mentre i tradizionali coupler a fototransistor come ELD3H7/ELQ3H7 eccellono in rapporto costo-efficacia, robustezza e alta tensione di isolamento, stanno emergendo nuove tecnologie:

• Coupler Digitali ad Alta Velocità:Utilizzano tecnologia CMOS e LED integrati per raggiungere velocità di trasmissione dati di decine o centinaia di Mbps, superando di gran lunga i dispositivi basati su fototransistor.
• Funzioni Isolate Integrate:Dispositivi che combinano l'isolamento con funzioni come driver di gate isolati, ADC isolati o alimentazione isolata (isoPower).
• Sicurezza e Affidabilità Migliorate:Lo sviluppo in corso si concentra sul miglioramento della durata del materiale di isolamento, dell'immunità ai sovratensioni e sul raggiungimento di tensioni di lavoro nominali più elevate in package più piccoli per soddisfare gli standard di sicurezza internazionali in evoluzione.

I coupler a fototransistor rimangono una soluzione fondamentale e ampiamente utilizzata per l'isolamento generico sensibile al costo, dove velocità moderata e alta affidabilità sono fondamentali.