Ficha Técnica da Série EL847 de Fotocoplador - Embalagem DIP 16 Pinos - Isolamento 5000Vrms - CTR 50-600% - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

A série EL847 representa uma família de fotocopladores de fototransistor de quatro canais, alojados numa embalagem padrão Dual In-line Package (DIP) de 16 pinos. Cada canal integra um díodo emissor de infravermelhos opticamente acoplado a um detetor de fototransistor, proporcionando um isolamento elétrico robusto entre os circuitos de entrada e saída. Este dispositivo foi concebido para uma transmissão de sinal fiável em ambientes onde as diferenças de potencial e a imunidade ao ruído são preocupações críticas.

A função principal é transferir sinais elétricos utilizando luz, conseguindo assim o isolamento galvânico. Isto evita malhas de terra, suprime ruído e protege circuitos sensíveis de transientes de alta tensão. A série está disponível em opções de montagem através de furo (DIP padrão) e de superfície (SMD), oferecendo flexibilidade para diferentes processos de montagem de PCB.

2. Análise Profunda dos Parâmetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estes valores definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. O funcionamento nestas condições não é garantido.

• Corrente Direta de Entrada (I_F)F): 60 mA (Contínua). Esta é a corrente DC máxima que pode ser aplicada ao LED de entrada.
• Corrente Direta de Pico (I_FP)FP): 1 A por 1 μs. Permite pulsos breves de alta corrente para acionamento ou teste.
• Tensão Reversa (V_R)R): 6 V. A tensão de polarização reversa máxima que o LED de entrada pode suportar.
• Tensão Coletor-Emissor (V_CEO)CEO): 80 V. A tensão máxima que o fototransistor de saída pode bloquear quando desligado.
• Corrente de Coletor (I_C)C): 50 mA. A corrente contínua máxima que o transistor de saída pode drenar.
• Tensão de Isolamento (V_ISO)ISO): 5000 V_rmspor 1 minuto. Um parâmetro de segurança chave que indica a rigidez dielétrica entre os lados de entrada e saída.
• Temperatura de Operação (T_OPR)A): -55°C a +110°C. Especifica a gama de temperatura ambiente para funcionamento fiável.
• Temperatura de Soldadura (T_SOL)S): 260°C por 10 segundos. Define a tolerância do perfil de soldadura por refluxo.

2.2 Características Eletro-Óticas

Estes parâmetros definem o desempenho do dispositivo em condições normais de operação (T_AA = 25°C salvo indicação em contrário).

2.2.1 Características de Entrada (Lado do LED)

• Tensão Direta (V_F)F): Tipicamente 1.2V, máximo 1.4V a I_FF = 20 mA. Usada para calcular a resistência limitadora de corrente necessária.
• Corrente Reversa (I_R)R): Máximo 10 μA a V_RR = 4V. Indica uma fuga muito baixa quando o LED está em polarização reversa.
• Capacitância de Entrada (C_in)): Tipicamente 30 pF, máximo 250 pF. Afeta a capacidade de comutação em alta frequência no lado da entrada.

2.2.2 Características de Saída (Lado do Fototransistor)

• Corrente de Escuridão Coletor-Emissor (I_CEO)CEO): Máximo 100 nA a V_CECEO = 20V, I_FF = 0mA. A corrente de fuga quando o LED está desligado; um valor mais baixo é melhor para imunidade ao ruído.
• Tensão de Ruptura Coletor-Emissor (BV_CEO)CEO): Mínimo 80V a I_CC = 0.1mA. Confirma a capacidade de bloqueio de alta tensão.
• Tensão de Saturação Coletor-Emissor (V_CE(sat))): Tipicamente 0.1V, máximo 0.2V a I_FC = 20mA, I_CF = 1mA. A queda de tensão no transistor quando está totalmente ligado (saturado). Um valor baixo é desejável para minimizar a perda de potência.

2.2.3 Características de Transferência

• Taxa de Transferência de Corrente (CTR)): 50% a 600% a I_FF = 5mA, V_CECE = 5V. Este é o parâmetro mais crítico, definido como (I_CC / I_FF) * 100%. Representa a eficiência da conversão da corrente de entrada em corrente de saída. A ampla gama indica que o dispositivo está disponível em diferentes classes de ganho.
• Resistência de Isolamento (R_IO)ISO): Mínimo 5 x 10¹⁰10 Ω a V_IOISO = 500V DC. Resistência extremamente alta entre os lados isolados, garantindo fuga mínima.
• Capacitância Flutuante (C_IO)IO): Tipicamente 0.6 pF, máximo 1.0 pF. A capacitância parasita através da barreira de isolamento, que afeta a imunidade a transientes de modo comum e o acoplamento de ruído de alta frequência.
• Frequência de Corte (f_c)C): Tipicamente 80 kHz a V_CECE = 5V, I_CF = 2mA, R_LL = 100Ω. A largura de banda a -3dB, indicando a frequência máxima útil do sinal digital.
• Tempo de Subida (t_rr) & Tempo de Descida (t_f)f): Tipicamente 6 μs e 8 μs respetivamente (máx. 18 μs cada) sob condições de teste especificadas. Estes parâmetros de velocidade de comutação são cruciais para determinar as taxas de dados máximas em aplicações digitais.

3. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica inclui curvas características típicas (embora não detalhadas no texto fornecido). Estas ilustrariam tipicamente a relação entre parâmetros chave, fornecendo aos projetistas uma compreensão mais profunda do comportamento do dispositivo para além dos valores mín./tip./máx. tabelados.

• CTR vs. Corrente Direta (I_F)F): Mostra como a eficiência muda com a corrente de acionamento, atingindo frequentemente um pico num I_F.
• F específico.CTR vs. Temperatura
• : Ilustra o coeficiente de temperatura negativo do CTR, que tipicamente diminui à medida que a temperatura aumenta. Isto é crítico para projetar circuitos estáveis em toda a gama de temperaturas._CCorrente de Saída (I_CE)C) vs. Tensão Coletor-Emissor (V
• CE): Família de curvas que mostra as características de saída do fototransistor para diferentes correntes de entrada, semelhante às curvas de saída de um transistor bipolar._{Tensão de Saturação (V}CE(sat)_C)) vs. Corrente de Coletor (I

C): Mostra como a queda de tensão no estado ligado aumenta com a corrente de carga.

4. Informação Mecânica e de Embalagem

4.1 Dimensões da Embalagem

1. O dispositivo é oferecido em duas opções principais de terminais:Tipo DIP Padrão
2. : Embalagem através de furo com 16 pinos num passo de 2.54mm (100-mil). Desenhos dimensionais detalhados especificam comprimento, largura, altura do corpo, comprimento dos pinos e espaçamento.Tipo S (Montagem em Superfície)

: Terminais em asa de gaivota para montagem SMD. As dimensões incluem recomendações de footprint para o desenho do padrão de solda no PCB.Uma característica mecânica chave relacionada com a segurança é adistância de rastreamento

de >7.62 mm entre os lados de entrada e saída da embalagem. Esta é a distância mais curta ao longo da superfície da embalagem isolante entre partes condutoras e é essencial para cumprir as normas de segurança para alta tensão de isolamento.

4.2 Pinagem e Esquema

• A configuração dos pinos é simples e consistente em todos os canais:
• Pinos 1, 3, 5, 7: Ânodo para os Canais 1-4 respetivamente.
• Pinos 2, 4, 6, 8: Cátodo para os Canais 1-4 respetivamente.
• Pinos 9, 11, 13, 15: Emissor para os Canais 1-4 respetivamente.

Pinos 10, 12, 14, 16: Coletor para os Canais 1-4 respetivamente.

Este arranjo agrupa todas as entradas num lado (pinos 1-8) e todas as saídas no lado oposto (pinos 9-16), reforçando fisicamente a barreira de isolamento.

4.3 Marcação do Dispositivo

Os dispositivos são marcados no topo com \"EL847\" (número do dispositivo), seguido por um código de 1 dígito para o ano (Y), um código de 2 dígitos para a semana (WW), e um sufixo opcional \"V\" que denota a aprovação VDE para essa unidade.

5. Diretrizes de Soldadura e Montagem

5.1 Perfil de Soldadura por Refluxo

• A ficha técnica fornece um perfil de refluxo detalhado conforme a IPC/JEDEC J-STD-020D para soldadura sem chumbo:Pré-aquecimento
• : 150°C a 200°C durante 60-120 segundos._LTempo Acima do Líquidus (TL=217°C)
• : 60-100 segundos._P)Temperatura de Pico (T
• P): 260°C máximo.Tempo dentro de 5°C do Pico
• : 30 segundos máximo.Taxa Máxima de Aquecimento_{: 3°C/segundo desde T}smax_p.
• até TP.
• Taxa Máxima de Arrefecimento: 6°C/segundo.
• Tempo Total do Ciclo: 8 minutos máximo desde 25°C até ao pico.

Número de Refluxos

: O dispositivo pode suportar até 3 ciclos de refluxo.

O cumprimento deste perfil é crítico para evitar fissuras na embalagem, delaminação ou danos no chip interno e ligações devido ao stress térmico.6. Embalamento e Informação de Encomenda.

• XA série EL847 é encomendada usando o formato de número de peça:
• VEL847X-V

: Opção de terminais. \"S\" para montagem em superfície, vazio (nenhum) para DIP padrão.: Sufixo opcional que indica que a aprovação de segurança VDE está incluída para essa unidade específica.

Embalamento

: Ambas as variantes são fornecidas em tubos contendo 20 unidades cada.

7. Sugestões de Aplicação

1. 7.1 Circuitos de Aplicação TípicosO EL847 é versátil e pode ser usado em várias configurações:
2. Isolamento de Sinal Digital: Ligue o LED de entrada em série com uma resistência limitadora de corrente a um pino GPIO de um microcontrolador. O coletor de saída pode ser ligado à tensão lógica do lado isolado através de uma resistência. O emissor é tipicamente ligado à terra. Isto proporciona uma transmissão imune ao ruído de sinais ON/OFF, como em módulos de I/O de PLCs.
3. Isolamento de Sinal Analógico (Modo Linear): Ao operar o fototransistor na sua região linear (não saturada), a corrente de saída pode ser feita aproximadamente proporcional à corrente do LED de entrada. Isto requer um polarização cuidadosa e está sujeito a variações de CTR e deriva térmica. É frequentemente usado para isolamento analógico de baixa largura de banda e baixa precisão.

Acionamento de Cargas Pequenas

• : A saída pode acionar diretamente pequenas cargas como relés, LEDs ou acionadores optotriac, desde que os valores nominais de corrente de coletor e tensão não sejam excedidos.7.2 Considerações de Projeto e Melhores Práticas_FSeleção de CTR e Projeto do Circuito_L: A ampla gama de CTR (50-600%) exige um projeto cuidadoso. Para comutação digital, escolha uma classe de CTR que garanta a saturação do transistor de saída no CTR mínimo especificado com o seu I_CF escolhido e a resistência de carga (R_{L). A condição I}C = CTR_Fmin_CC* I_LF deve ser maior que V
• CC /RL para garantir saturação._FCompromisso Velocidade vs. Corrente_r: Um I_fF mais alto geralmente melhora a velocidade de comutação (reduz t_Fr/t
• f) mas diminui o CTR ao longo do tempo devido ao envelhecimento do LED. Um projeto deve usar o IF mais baixo que satisfaça os requisitos de velocidade e imunidade ao ruído._IOImunidade ao Ruído e Desacoplamento
• : Para melhorar a imunidade a transientes de modo comum (CMTI), use um condensador de desacoplamento (ex., 0.1 μF) entre a alimentação e a terra em ambos os lados de entrada e saída, colocado o mais próximo possível dos pinos do dispositivo. Isto ajuda a contrariar os efeitos da capacitância de acoplamento interna (CIO)._TOTDissipação de Calor_F: Observe os limites de dissipação total de potência (P_FD = 200 mW). A potência é calculada como (I_CF * V_CEF) no lado da entrada mais (I

C * V

CE) no lado da saída.

• 8. Comparação Técnica e Vantagens Principais_{O EL847 diferencia-se no mercado através de várias características chave:})Alta Tensão de Isolamento (5000 V
• rms): Excede os requisitos de muitas aplicações de controlo industrial e fontes de alimentação, proporcionando uma margem de segurança significativa.
• Ampla Gama de Temperatura de Operação (-55°C a +110°C): Adequado para ambientes industriais e automóveis severos onde temperaturas extremas são comuns.
• Aprovações de Segurança Abrangentes: Aprovações UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO e CQC simplificam o processo de incorporação do dispositivo em produtos finais que requerem certificação para vários mercados globais.
• Quatro Canais num Único Pacote: Oferece economia de espaço na placa e eficiência de custos em comparação com o uso de quatro optocopladores de canal único para tarefas de isolamento de múltiplos sinais.

Duas Opções de Embalagem

: Disponibilidade em formas através de furo (DIP) e de montagem em superfície (SMD) proporciona flexibilidade tanto para prototipagem como para montagem automatizada em grande volume.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)_{Q1: Como seleciono a resistência limitadora de corrente correta para o LED de entrada?}A1: Use a fórmula: R_limit= (V_Fsupply_F- V_FF) / I_FF. Use o V_FF máximo da ficha técnica (1.4V) para um projeto de pior caso para garantir que I

F não é excedida. Escolha I

F com base no CTR e velocidade necessários; 5-20 mA é típico._FQ2: O meu circuito não está a comutar completamente. A tensão de saída não desce o suficiente. O que está errado?_LA2: É provável que o fototransistor não esteja a entrar em saturação. Isto é geralmente um problema de CTR. Verifique se o seu projeto usa o CTR mínimo (50%) para os cálculos. Aumente I_CF ou aumente o valor da resistência de pull-up R_{L no coletor para reduzir o I}C necessário para saturação (I_CCC(sat)_L≈ V

CC /R

L).

Q3: Posso usar isto para isolar sinais analógicos como saídas de sensores?

A3: É possível mas desafiador. A linearidade do fototransistor é fraca, e o CTR varia significativamente com a temperatura e de dispositivo para dispositivo. Para isolamento analógico preciso, amplificadores de isolamento dedicados ou optocopladores lineares (que incluem realimentação para compensar não linearidades) são fortemente recomendados._{Q4: Qual é o significado da distância de rastreamento >7.62 mm?}.

A4: A distância de rastreamento é o caminho mais curto ao longo da superfície da embalagem isolante entre partes condutoras (ex., pino de entrada 1 e pino de saída 9). Uma distância de rastreamento mais longa evita o tracking superficial (arco através da superfície devido a contaminação ou humidade) e é um requisito obrigatório para certificações de segurança em altas tensões de isolamento como 5000 V

rms

1. .10. Estudo de Caso de Projeto Prático
2. Cenário: Isolar quatro sinais de controlo digital de um microcontrolador para um acionador de atuador industrial de 24V.:
   • Requisitos: Frequência do sinal < 1 kHz, alta imunidade ao ruído, isolamento para segurança e prevenção de malhas de terra.
   • Escolhas de ProjetoDispositivo_F: EL847 (DIP Padrão)._{Lado de Entrada}: GPIO do microcontrolador (3.3V, capaz de 20mA). Escolha I
   • F = 10 mA para boa velocidade e longevidade. Rlimit_L= (3.3V - 1.4V) / 0.01A = 190Ω. Use uma resistência padrão de 200Ω._{Lado de Saída}: O acionador do atuador espera um nível lógico alto de 24V, ligado à terra para ON. Ligue o coletor à alimentação de 24V através de uma resistência de pull-up. Escolha R_LL para garantir saturação no CTR mínimo. I_C(sat)necessário > 24V / R_FL. Com CTR_Cmin_L=50% e I_{F=10mA, I}C >= 5mA. Portanto, R
   • L deve ser < 24V / 0.005A = 4.8 kΩ. É escolhida uma resistência de 3.3 kΩ, dando IC(sat)
3. ≈ 7.3mA, que está bem dentro do valor nominal de 50mA do dispositivo e proporciona uma boa margem.Desacoplamento

: Adicione um condensador cerâmico de 0.1 μF entre o Pino 10 (Coletor 1) e o Pino 9 (Emissor 1), e similarmente para os outros canais, para melhorar a imunidade ao ruído.

Resultado_F: Uma interface robusta e eletricamente isolada, capaz de transmitir sinais de controlo de forma fiável num ambiente industrial eletricamente ruidoso._C11. Princípio de Funcionamento_CO funcionamento de um fotocoplador baseia-se na conversão eletro-ótica-elétrica. Quando uma corrente direta (I_FF) é aplicada ao díodo emissor de infravermelhos (IRED) de entrada, este emite fotões (luz) com um comprimento de onda tipicamente à volta de 940 nm. Esta luz atravessa um espaço isolante transparente (frequentemente feito de composto de moldagem ou ar) dentro da embalagem. A luz atinge a região da base do fototransistor de silício de saída. Os fotões absorvidos geram pares eletrão-lacuna, criando uma corrente de base que liga o transistor, permitindo que uma corrente de coletor (I

C) flua. O ponto chave é que a única ligação entre a entrada e a saída é o feixe de luz, proporcionando o isolamento galvânico. A razão I

C/I

• F é a Taxa de Transferência de Corrente (CTR), que depende da eficiência luminosa do LED, da sensibilidade do fototransistor e da eficiência do acoplamento ótico entre eles.12. Tendências e Contexto da Indústria
• Fotocopladores como o EL847 permanecem componentes fundamentais em eletrónica de potência, automação industrial e sistemas de energia renovável onde o isolamento de alta tensão é não negociável. A tendência neste setor é para:Maior Velocidade
• : Desenvolvimento de isoladores digitais baseados em tecnologias de acoplamento RF CMOS ou capacitivo, oferecendo taxas de dados na gama de Mbps a Gbps, muito superiores ao limite de ~100 kHz dos acopladores de fototransistor tradicionais.Maior Integração
• Combinando isolamento com outras funções como acionadores de porta, interfaces ADC ou isoladores USB/I2C/SPI em pacotes únicos.Fiabilidade e Vida Útil Melhoradas

: Foco na tecnologia LED com menor degradação ao longo do tempo e com a temperatura, levando a um CTR mais estável ao longo da vida útil do produto.