Scheda Tecnica Serie EL303X/304X/306X/308X - Fotocouplers Driver Triac a Passaggio per lo Zero 6-Pin DIP - Tensione 250V-800V - Isolamento 5000Vrms

1. Panoramica del Prodotto

Le serie EL303X, EL304X, EL306X e EL308X sono famiglie di fotocouplers in contenitore DIP (Dual In-line Package) a 6 pin, progettati specificamente come driver triac a passaggio per lo zero. Questi dispositivi fungono da interfaccia critica tra circuiti di controllo logico a bassa tensione e linee di alimentazione AC ad alta tensione, consentendo la commutazione sicura ed efficiente di carichi AC. La funzione principale è fornire isolamento galvanico mentre si attiva un triac di potenza esterno nel punto di passaggio per lo zero della forma d'onda della tensione AC, minimizzando così le interferenze elettromagnetiche (EMI) e la corrente di spunto.

La serie si differenzia principalmente per la sua capacità di tensione di blocco di picco, che va da 250V per l'EL303X a 800V per l'EL308X, rendendola adatta a un'ampia gamma di tensioni di rete da 110VAC a 380VAC. Una caratteristica chiave è il circuito integrato di rilevamento del passaggio per lo zero, che garantisce che il triac di uscita si attivi solo quando la tensione di linea AC è vicina allo zero volt. Questo dispositivo è comunemente utilizzato come componente centrale nei relè a stato solido (SSR), nei controllori per motori e in vari controlli per elettrodomestici e applicazioni industriali.

2. Interpretazione Approfondita dei Parametri Tecnici

2.1 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento in queste condizioni non è garantito.

• Corrente Diretta di Ingresso (IF):La corrente continua massima attraverso il LED a infrarossi è di 60 mA. Superare questo valore può degradare o distruggere il LED.
• Tensione Inversa di Ingresso (VR):Il LED può sopportare una polarizzazione inversa fino a 6V.
• Dissipazione di Potenza Ingresso/Uscita:Il lato di ingresso (PD) è classificato per 100 mW e il lato di uscita (PC) per 300 mW, con specifici fattori di derating sopra i 85°C di temperatura ambiente. La dissipazione totale del dispositivo (PTOT) è di 330 mW.
• Tensione ai Terminali di Uscita in Stato di Blocco (VDRM):Questo è il parametro critico di differenziazione. EL303X: 250V, EL304X: 400V, EL306X: 600V, EL308X: 800V. Il dispositivo deve essere selezionato con un valore VDRM superiore alla tensione di picco della linea che dovrà bloccare.
• Tensione di Isolamento (VISO):5000 Vrms per 1 minuto. Specifica la rigidità dielettrica tra il lato di ingresso e quello di uscita, garantendo sicurezza e conformità agli standard normativi.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri definiscono le prestazioni del dispositivo in condizioni operative normali a 25°C.

2.2.1 Caratteristiche di Ingresso

• Tensione Diretta (VF):Massimo di 1,5V con IF=30mA. Viene utilizzata per calcolare la resistenza di limitazione della corrente necessaria per il circuito di pilotaggio del LED.
• Corrente di Fuga Inversa (IR):Massimo di 10 µA con VR=6V, indicando una fuga molto bassa in polarizzazione inversa.

2.2.2 Caratteristiche di Uscita

• Corrente di Blocco di Picco (IDRM):Corrente di fuga molto bassa (max 100-500 nA) quando l'uscita è nello stato di blocco alla VDRM nominale. Una fuga inferiore è migliore per l'efficienza energetica.
• Tensione di Conduzione di Picco (VTM):Massimo di 3V quando il triac di uscita conduce una corrente di picco di 100 mA. Rappresenta la perdita in conduzione.
• Velocità Critica di Crescita della Tensione di Blocco (dv/dt):Minimo di 600-1000 V/µs. Questo parametro indica l'immunità del dispositivo ai falsi inneschi causati da transitori di tensione rapidi sulla linea AC. Valori più alti sono migliori.
• Tensione di Inibizione (VINH):Massimo di 20V. Se la tensione ai capi dei terminali di uscita supera questo valore, il circuito di passaggio per lo zero impedisce l'innesco, anche se il LED è acceso.

2.3 Caratteristiche di Trasferimento

Questi parametri definiscono la relazione tra la corrente del LED di ingresso e l'innesco del triac di uscita.

• Corrente di Innesco del LED (IFT):Questa è la corrente massima richiesta per garantire l'accensione del triac di uscita. La serie è offerta in tre gradi di sensibilità: 15 mA (ELxx1), 10 mA (ELxx2) e 5 mA (ELxx3). Un IFT inferiore consente l'uso di un circuito di pilotaggio più debole.
• Corrente di Mantenimento (IH):Il valore tipico è 280 µA. Una volta innescato, il triac di uscita rimarrà acceso finché la corrente che lo attraversa supera questo valore. Ciò è importante per garantire il comportamento di latch con carichi induttivi.

La corrente operativa consigliata per il LED si trova tra il massimo IFT per il grado scelto e il massimo assoluto IF di 60 mA. Operare sopra l'IFT garantisce un innesco affidabile, ma sotto i 60 mA garantisce l'affidabilità a lungo termine.

3. Spiegazione del Sistema di Classificazione

La famiglia di prodotti utilizza un chiaro sistema di classificazione basato su due parametri chiave:

1. Tensione Nominale (Prima Cifra dopo 'EL'):Questa è la classificazione primaria.
   • EL303X:Tensione di blocco 250V.
   • EL304X:Tensione di blocco 400V.
   • EL306X:Tensione di blocco 600V.
   • EL308X:Tensione di blocco 800V.
2. Grado di Sensibilità (Ultima Cifra del Codice, 'X'):Questo definisce il requisito di corrente di innesco del LED.
   • Grado '1':Corrente di innesco massima (IFT) = 15 mA. Meno sensibile.
   • Grado '2':Corrente di innesco massima (IFT) = 10 mA.
   • Grado '3':Corrente di innesco massima (IFT) = 5 mA. Più sensibile.

Ad esempio, un EL3062 è un fotocoupler da 600V con una corrente di innesco massima di 10 mA.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a curve di prestazione tipiche, essenziali per comprendere il comportamento del dispositivo in condizioni non standard (ad esempio, variazioni di temperatura). Sebbene grafici specifici non siano dettagliati nel testo fornito, le curve tipiche per tali dispositivi includono:

• Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (IF-VF):Mostra la relazione non lineare del LED di ingresso, cruciale per la progettazione del driver.
• Corrente di Innesco vs. Temperatura (IFT vs. Ta):La corrente del LED richiesta per l'innesco tipicamente aumenta al diminuire della temperatura. Ciò è fondamentale per progettare sistemi affidabili che operano in ambienti freddi.
• Tensione di Conduzione vs. Corrente di Conduzione (VTM-ITM):Illustra le caratteristiche di conduzione del triac di uscita.

I progettisti dovrebbero consultare i grafici completi della scheda tecnica per deratare appropriatamente i parametri per il loro specifico intervallo di temperatura operativa.

5. Schema Elettrico e Configurazione dei Pin

Lo schema interno mostra un LED a infrarossi GaAs accoppiato otticamente a un chip di silicio contenente il triac fotosensibile e il circuito di rilevamento del passaggio per lo zero.

Pinout (DIP 6-Pin):

1. Anodo:Terminale positivo del LED di ingresso.
2. Catodo:Terminale negativo del LED di ingresso.
3. Nessun Collegamento (NC):Questo pin non è collegato internamente.
4. Terminale Principale 2 (MT2):Uno dei terminali principali del triac di uscita.
5. Substrato:Collegamento interno.Non collegare esternamente.
6. Terminale Principale 1 (MT1):L'altro terminale principale del triac di uscita. Questo è tipicamente il punto di riferimento per il segnale di trigger del gate.

L'uscita (pin 4 e 6) è progettata per essere collegata in serie con il gate di un triac di potenza esterno, di maggiore potenza, che effettivamente commuta la corrente di carico.

6. Metodologia di Misura: dv/dt Statico

La scheda tecnica fornisce un circuito di test dettagliato e una procedura per misurare la Velocità Critica di Crescita della Tensione di Blocco (dv/dt). Questo test è vitale per quantificare l'immunità al rumore del dispositivo.

Circuito di Test:Una sorgente di impulsi ad alta tensione è collegata all'uscita del Dispositivo in Test (DUT) tramite una rete RC serie (RTEST, CTEST). Il LED è spento (IF=0).

Procedura:Viene applicato un impulso con un valore di picco (VPEAK) pari alla VDRM nominale. La resistenza RTEST viene variata per cambiare la costante di tempo (τ = R*C) della rete RC, che a sua volta cambia la pendenza (dv/dt) della rampa di tensione applicata al DUT. La pendenza viene aumentata fino a quando il DUT si innesca erroneamente. Quindi la pendenza viene diminuita fino a quando l'innesco si interrompe. Il valore dv/dt a questa soglia è calcolato come 0,632 * VPEAK / τRC.

Questo valore misurato deve soddisfare o superare la specifica dv/dt minima (ad esempio, 600 V/µs per EL308X).

7. Suggerimenti Applicativi

7.1 Scenari Applicativi Tipici

• Relè a Stato Solido (SSR):L'applicazione principale, fornisce isolamento e commutazione a passaggio per lo zero per carichi AC come riscaldatori, lampade e solenoidi.
• Controlli Industriali:Per interfacciare le uscite dei PLC con avviatori motore, contattori e attuatori per valvole.
• Elettrodomestici:Utilizzato in prese intelligenti, dimmer e schede di controllo per elettrodomestici per una commutazione AC sicura.
• Controlli di Temperatura:Commutazione di elementi riscaldanti in termostati e forni.

7.2 Considerazioni di Progettazione

1. Selezione della Tensione:Scegliere un valore VDRM con un margine di sicurezza superiore alla tensione di picco della linea AC. Per una linea a 240VAC (picco ~340V), un EL304X (400V) è il minimo, ma un EL306X (600V) fornisce un margine migliore per i transitori.
2. Circuito di Pilotaggio del LED:Calcolare la resistenza in serie: R = (Vcc - VF) / I_F_operativa. Assicurarsi che I_F_operativa sia tra il massimo IFT (per il grado scelto) e 60mA. Una corrente operativa tipica è 10-20 mA per i gradi 1 e 2.
3. Circuiti Snubber:Sebbene il fotocoupler stesso abbia una buona specifica dv/dt, il triac di potenza esterno potrebbe richiedere una rete RC snubber ai suoi terminali per sopprimere i picchi di tensione da carichi induttivi, prevenendo falsi inneschi o danni.
4. Dissipazione del Calore:Rispettare le curve di derating della potenza. La dissipazione di potenza in uscita (PC) deriva principalmente dalla tensione di conduzione (VTM) moltiplicata per la corrente di gate del triac esterno. Assicurarsi che la dissipazione totale del dispositivo (PTOT) rientri nei limiti alla massima temperatura ambiente.

8. Confronto e Differenziazione Tecnica

I principali vantaggi di questa serie di fotocouplers driver triac a passaggio per lo zero rispetto ai tipi non a passaggio per lo zero o agli opto-triac di base sono:

• EMI Ridotta:Commutando al punto di passaggio per lo zero, la variazione improvvisa di corrente (di/dt) è minimizzata, riducendo drasticamente le interferenze elettromagnetiche condotte e irradiate.
• Corrente di Spunto Inferiore:Previene alte correnti di spunto quando si commutano carichi resistivi come lampade a incandescenza o elementi riscaldanti, prolungandone la durata.
• Soluzione Integrata:Combina le funzioni di isolamento, rilevamento e innesco in un unico affidabile pacchetto a 6 pin, semplificando la progettazione rispetto a circuiti discreti a passaggio per lo zero.
• Intervallo di Tensione:L'ampia gamma di tensioni di blocco (da 250V a 800V) copre la maggior parte delle applicazioni di rete AC globali in un'unica famiglia di prodotti.
• Conformità Normativa:I dispositivi possiedono approvazioni da importanti agenzie di sicurezza internazionali (UL, cUL, VDE, ecc.), semplificando la certificazione del prodotto finale.

9. Domande Frequenti Basate sui Parametri Tecnici

1. D: Posso usare l'EL303X (250V) su una linea a 120VAC?
   
   R: Sì. La tensione di picco di 120VAC è ~170V, che è inferiore al valore nominale di 250V. Tuttavia, per affidabilità contro i sovratensioni di linea, spesso si consiglia un componente con valore nominale più alto come l'EL304X.
2. D: Qual è lo scopo del pin "Substrato (non collegare)"?
   
   R: Questo pin è un collegamento interno per il die di silicio. Lasciarlo scollegato esternamente è cruciale. Collegarlo potrebbe cortocircuitare circuiti interni e distruggere il dispositivo.
3. D: Come scelgo tra i gradi di sensibilità 1, 2 e 3?
   
   R: Il grado 3 (5mA) consente l'uso di una resistenza di limitazione della corrente di valore più alto o di un driver IC più debole (ad esempio, da un microcontrollore), risparmiando energia e riducendo lo stress sui componenti del driver. Il grado 1 (15mA) può essere scelto se il circuito di pilotaggio è robusto e il costo del driver è meno preoccupante, o per applicazioni che richiedono una maggiore immunità al rumore sul lato di ingresso.
4. D: La corrente nominale di uscita (IT(RMS)) è solo 100mA. Può commutare un carico da 10A?
   
   R: No. Questo dispositivo è undriver. L'uscita da 100mA è progettata per innescare il gate di un triac o tiristore di potenza esterno molto più grande (ad esempio, un TRIAC da 10A o 40A). Il componente esterno gestisce l'intera corrente di carico.

10. Caso Pratico di Progettazione

Scenario:Progettare un relè a stato solido per commutare un elemento riscaldante resistivo da 240VAC, 5A da un microcontrollore a 5V.

1. Selezione del Fotocoupler:Scegliere EL3062. Il valore nominale di 600V fornisce un buon margine rispetto al picco di 340V. Il grado 2 (IFT 10mA) è un buon compromesso tra sensibilità e capacità del driver.
2. Driver del LED:Il pin del microcontrollore (5V, 20mA max) pilota il LED. VF ~1,3V. R = (5V - 1,3V) / 0,015A = ~247 Ohm. Usare una resistenza da 220 Ohm, ottenendo IF ~17mA, ben sopra i 10mA di IFT e sotto i 60mA massimi.
3. Triac di Potenza Esterno:Selezionare un triac da 600V, 10A+ (ad esempio, BTA16-600). Collegare il suo Gate al pin 6 (MT1) del fotocoupler. Collegare il pin 4 (MT2) del fotocoupler in serie con una resistenza da 100-200 Ohm alla linea AC (tramite il carico). Questa resistenza limita la corrente di gate del triac di potenza.
4. Snubber:Aggiungere una resistenza da 100 Ohm e un condensatore da 0,1µF in serie ai terminali principali (A1/A2) del triac BTA16.
5. Isolamento:L'isolamento di 5000Vrms del fotocoupler separa in sicurezza il circuito a bassa tensione del microcontrollore dalla pericolosa rete AC.

11. Principio di Funzionamento

Il dispositivo funziona sul principio dell'accoppiamento ottico. Quando una corrente scorre attraverso il Diodo Emettitore di Luce a Infrarossi (IR LED) di ingresso, esso emette fotoni. Questi fotoni attraversano un gap di isolamento e colpiscono un chip di silicio fotosensibile sul lato di uscita. Questo chip contiene un triac attivato dalla luce e un circuito di rilevamento del passaggio per lo zero. Il circuito di rilevamento monitora la tensione ai capi dei terminali di uscita (MT1-MT2). Solo quando questa tensione è al di sotto di una certa soglia (tipicamente intorno ai 20V, la tensione di inibizione VINH)eil LED è illuminato, il circuito permetterà al triac interno di innescarsi. Ciò garantisce che la conduzione inizi molto vicino al punto in cui l'onda sinusoidale AC attraversa lo zero volt. Una volta innescato, il triac rimane in stato di latch finché la corrente di carico supera la sua corrente di mantenimento (IH), fino al successivo passaggio per lo zero della corrente.

12. Informazioni per l'Ordine

Il numero di parte segue il formato: EL30XY(Z)-V

• X:Serie di tensione (3,4,6,8).
• Y:Grado di sensibilità (1,2,3).
• Opzione Forma dei Terminali:
  • Nessuna/M:DIP forato, confezione in tubo.
  • S / S1:Forma dei terminali per montaggio superficiale. S1 è una versione a basso profilo.
• Opzione Nastro e Bobina (Z):TA o TB per componenti SMD, specificando il tipo di bobina.
• V:Indica che è inclusa l'approvazione di sicurezza VDE.

Esempio: EL3062S-TA-V è un dispositivo a montaggio superficiale da 600V, Grado 2, su nastro e bobina TA, con approvazione VDE.