Ficha Técnica da Série EL817-G de Fotocoplador - Embalagem DIP 4 Pinos - Isolamento 5000Vrms - CTR 50-600% - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

A série EL817-G representa uma família de fotocopladores baseados em fototransistor (optoacopladores) projetados para isolamento e transmissão de sinais entre circuitos de diferentes potenciais. Cada dispositivo integra um díodo emissor de infravermelhos acoplado opticamente a um detetor de fototransistor de silício, alojado numa embalagem compacta DIP (Dual In-line Package) de 4 pinos. A sua função principal é fornecer isolamento elétrico, impedindo que picos de tensão, loops de terra e ruído se propaguem entre os circuitos de entrada e saída, protegendo assim componentes sensíveis e garantindo a integridade do sinal.

A proposta de valor central desta série reside nas suas robustas capacidades de isolamento, verificadas por uma elevada tensão de isolamento nominal de 5000V_rms. Isto torna-a adequada para sistemas de controlo industrial e eletrodomésticos ligados à rede elétrica. Os dispositivos são fabricados sem halogéneos, cumprindo regulamentações ambientais (Br < 900 ppm, Cl < 900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). Possuem também aprovações das principais entidades internacionais de normas de segurança, incluindo UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO e CQC, sublinhando a sua fiabilidade para utilização em produtos finais certificados.

2. Análise Detalhada das Especificações Técnicas

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estes valores definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. Não é garantida a operação nestas condições.

• Entrada (Lado do LED):O díodo de infravermelhos tem uma corrente direta contínua máxima (I_F) de 60 mA. Pode suportar uma corrente de pulso muito curta de 1 μs (I_FP) até 1 A, útil para supressão de transitórios. A tensão reversa máxima (V_R) é de 6 V. A dissipação de potência de entrada (P_D) é de 100 mW a 25°C, com redução de 2.9 mW/°C acima dos 100°C de temperatura ambiente.
• Saída (Lado do Transistor):A corrente do coletor do fototransistor (I_C) está limitada a 50 mA. A tensão coletor-emissor (V_CEO) pode ser tão elevada quanto 80 V, enquanto a tensão emissor-coletor (V_ECO) está limitada a 7 V. A dissipação de potência de saída (P_C) é de 150 mW a 25°C, com redução de 5.8 mW/°C acima dos 100°C.
• Dispositivo Total:A dissipação de potência total para todo o pacote (P_TOT) não deve exceder 200 mW.
• Isolamento e Ambiente:A tensão de isolamento (V_ISO) entre entrada e saída é de 5000 V_rms(testada durante 1 minuto a 40-60% de humidade relativa). A faixa de temperatura de operação (T_OPR) é excecionalmente ampla, de -55°C a +110°C. A faixa de temperatura de armazenamento (T_STG) é de -55°C a +125°C. O dispositivo pode sobreviver à soldagem a 260°C durante até 10 segundos.

2.2 Características Eletro-Ópticas

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

• Características do Díodo de Entrada:A tensão direta (V_F) é tipicamente 1.2V com um máximo de 1.4V a I_F= 20 mA. A corrente reversa (I_R) é no máximo 10 μA a V_R= 4V. A capacitância de entrada (C_in) é tipicamente 30 pF.
• Características do Transistor de Saída:A corrente de escuro coletor-emissor (I_CEO), que é a corrente de fuga quando o LED está desligado, é no máximo 100 nA a V_CE= 20V. As tensões de ruptura são BV_CEO≥ 80V e BV_ECO≥ 7V.
• Características de Transferência (Críticas):
  • Taxa de Transferência de Corrente (CTR):Esta é a razão entre a corrente de coletor de saída (I_C) e a corrente direta do LED de entrada (I_F), expressa em percentagem. É o parâmetro chave que define a sensibilidade e o ganho do dispositivo. A série EL817-G é oferecida em múltiplos graus de CTR, medidos a I_F= 5mA e V_CE= 5V:
    • EL817: 50% a 600% (faixa ampla)
    • EL817A: 80% a 160%
    • EL817B: 130% a 260%
    • EL817C: 200% a 400%
    • EL817D: 300% a 600%
    • EL817X: 100% a 200%
    • EL817Y: 150% a 300%
    Esta gradação permite aos projetistas selecionar um dispositivo com o ganho apropriado para a sua aplicação, garantindo um desempenho de circuito consistente e evitando a necessidade de calibração posterior.
  • Tensão de Saturação:A tensão de saturação coletor-emissor (V_CE(sat)) é tipicamente 0.1V (máx. 0.2V) quando o dispositivo está totalmente ligado (I_F=20mA, I_C=1mA), indicando um bom desempenho de comutação.
  • Parâmetros de Isolamento:A resistência de isolamento (R_IO) é no mínimo 5×10¹⁰Ω. A capacitância de isolamento (C_IO) é tipicamente 0.6 pF, o que é muito baixo e ajuda a manter a rejeição de ruído de alta frequência.
  • Velocidade de Comutação:O tempo de subida (t_r) e o tempo de descida (t_f) são tipicamente 6 μs e 8 μs, respetivamente (máx. 18 μs cada), sob condições de teste especificadas (V_CE=2V, I_C=2mA, R_L=100Ω). A frequência de corte (f_c) é tipicamente 80 kHz. Estes parâmetros definem a frequência máxima de sinal digital que o acoplador pode processar eficazmente.

3. Análise das Curvas de Desempenho

Embora o PDF indique a presença de "Curvas Típicas de Características Eletro-Ópticas", os gráficos específicos não são fornecidos no conteúdo textual. Normalmente, estas fichas técnicas incluem curvas que ilustram as seguintes relações, cruciais para o projeto:

• CTR vs. Corrente Direta (I_F):Mostra como a taxa de transferência de corrente varia com a corrente de acionamento do LED. A CTR frequentemente diminui a I_Fmuito elevadas devido ao aquecimento e à queda de eficiência.
• CTR vs. Temperatura Ambiente (T_a):Ilustra a dependência do ganho do dispositivo com a temperatura. Os acopladores baseados em fototransistor exibem tipicamente um coeficiente de temperatura negativo para a CTR; o ganho diminui à medida que a temperatura aumenta.
• Tensão Direta (V_F) vs. Corrente Direta (I_F):A curva I-V padrão do díodo, importante para calcular o resistor limitador de corrente necessário para o lado da entrada.
• Corrente do Coletor (I_C) vs. Tensão Coletor-Emissor (V_CE):As curvas características do transistor de saída, mostrando a região de saturação e a região ativa para diferentes níveis de corrente do LED de entrada (I_F).
• Tempo de Comutação vs. Resistência de Carga (R_L):Demonstra como a escolha do resistor de pull-up no coletor afeta os tempos de subida e descida do sinal de saída.

Os projetistas devem consultar o PDF completo com gráficos para modelar com precisão o comportamento do dispositivo nas suas condições de operação pretendidas.

4. Informações Mecânicas e de Embalagem

4.1 Configuração dos Terminais

A pinagem padrão DIP de 4 pinos é a seguinte (vista de cima, com o entalhe ou ponto a indicar o pino 1):

1. Ânodo (do LED de entrada)
2. Cátodo (do LED de entrada)
3. Emissor (do fototransistor de saída)
4. Coletor (do fototransistor de saída)

Esta configuração é consistente em toda a série. A distância de rastreamento (a distância mais curta ao longo da superfície da embalagem isolante entre os terminais condutores) é especificada como superior a 7.62 mm, o que contribui para a elevada classificação de isolamento.

4.2 Desenhos das Dimensões da Embalagem

A série é oferecida em várias variantes de embalagem, embora as dimensões detalhadas em mm não estejam totalmente especificadas no texto fornecido. As opções incluem:

• Tipo DIP Padrão:A embalagem clássica de orifício passante.
• Tipo Opção M:Apresenta uma "dobra larga dos terminais" que proporciona um espaçamento de 0.4 polegadas (aprox. 10.16 mm) em vez do padrão de 0.3 polegadas (7.62 mm), útil para prototipagem ou layouts de PCB específicos que requerem mais folga.
• Tipos Opção S1 e S2:Formas de terminais para dispositivos de montagem em superfície (SMD). Estas são embalagens "de baixo perfil" projetadas para soldagem por refluxo. A ficha técnica inclui layouts de pastilhas recomendados para ambas as opções S1 e S2 para garantir uma soldagem adequada e estabilidade mecânica. As dimensões das pastilhas são sugeridas como referência e devem ser modificadas com base no processo específico de fabrico do PCB.

5. Diretrizes de Soldagem e Montagem

O dispositivo está classificado para uma temperatura máxima de soldagem (T_SOL) de 260°C durante 10 segundos. Isto está alinhado com os perfis comuns de soldagem por refluxo sem chumbo.

Para Embalagens de Orifício Passante (DIP, M):Podem ser utilizadas técnicas padrão de soldagem por onda ou soldagem manual. Deve-se ter cuidado para não exceder o limite de 10 segundos na junção do terminal para evitar danos térmicos no chip interno e na embalagem de epóxi.

Para Embalagens de Montagem em Superfície (S1, S2):São aplicáveis processos padrão de soldagem por refluxo por infravermelhos ou convecção. O layout de pastilhas recomendado fornecido na ficha técnica deve ser seguido para obter filetes de solda adequados e evitar o efeito "lápide". O design de baixo perfil ajuda na estabilidade durante o processo de refluxo. Como todos os dispositivos sensíveis à humidade, se a bobina tiver sido exposta à humidade ambiente por períodos prolongados, pode ser necessário um pré-aquecimento de acordo com as normas IPC/JEDEC antes do refluxo para evitar o "efeito pipoca".

Armazenamento:Os dispositivos devem ser armazenados dentro da faixa de temperatura de armazenamento especificada de -55°C a +125°C, num ambiente seco para manter a soldabilidade e prevenir corrosão interna.

6. Informações de Encomenda e Embalamento

6.1 Sistema de Numeração de Peças

O número de peça segue o formato:EL817X(Y)(Z)-FVG

• X: Opção de forma do terminal. S1 ou S2 (SMD), M (DIP de terminal largo), ou nenhum (DIP padrão).
• Y: Grau de CTR. A, B, C, D, X, Y, ou nenhum (para a faixa ampla base EL817).
• Z: Opção de fita e bobina para peças SMD. TU ou TD (direção da fita), ou nenhum.
• F: Material do quadro de terminais. F para Ferro, nenhum para Cobre.
• V: Marcação opcional de aprovação de segurança VDE.
• G: Denota construção sem halogéneos.

Exemplo:EL817B-S1(TU)-G seria um dispositivo SMD (S1) com grau de CTR B (130-260%), embalado numa bobina de fita estilo TU, com construção sem halogéneos.

6.2 Quantidades de Embalamento

• Opções DIP padrão e M: 100 unidades por tubo.
• Opção S1 em fita e bobina: 1500 unidades por bobina.
• Opção S2 em fita e bobina: 2000 unidades por bobina.

6.3 Marcação do Dispositivo

A parte superior da embalagem está marcada com um código:EL 817FRYWWV

• EL: Identificador do fabricante.
• 817: Número do dispositivo.
• F: Código de fábrica/processo.
• R: Grau de CTR (A, B, C, D, X, Y).
• Y: Código de ano de 1 dígito.
• WW: Código de semana de 2 dígitos.
• V: Denota aprovação VDE, se presente.

7. Sugestões de Aplicação

7.1 Circuitos de Aplicação Típicos

O EL817-G é versátil e pode ser usado em aplicações digitais e lineares.

• Isolamento de Sinal Digital:A utilização mais comum. O LED de entrada é acionado por um sinal digital (frequentemente através de um resistor limitador de corrente). O fototransistor atua como um interruptor, puxando a linha de saída para terra quando o LED está ligado. É necessário um resistor de pull-up para V_CCno coletor. A velocidade de comutação (t_r, t_f) limita a taxa de dados máxima, tornando-o adequado para interfaces digitais de baixa velocidade como isolamento de GPIO, UART ou linhas de I/O em PLCs.
• Isolamento de Sinal Analógico (Modo Linear):Ao operar o fototransistor na sua região ativa (não saturada), o dispositivo pode transmitir sinais analógicos. A CTR não é perfeitamente linear, e a sua variação com a temperatura e corrente deve ser considerada. Este modo é frequentemente usado para realimentação isolada em fontes de alimentação comutadas, onde a não linearidade pode ser compensada dentro do loop de controlo.
• Isolamento de Módulos de Entrada/Saída (I/O):Em Controladores Lógicos Programáveis (PLCs) e sistemas de controlo industrial, estes acopladores isolam a CPU sensível de sinais de campo ruidosos ou de alta tensão (24V, 120VAC, etc.).

7.2 Considerações de Projeto e Melhores Práticas

• Seleção de CTR:Escolha um grau de CTR que forneça corrente de saída suficiente para a sua carga (por exemplo, para acionar uma porta lógica ou um driver opto-triac) sem exigir corrente de entrada excessiva. Usar um dispositivo com CTR mais elevada permite uma I_Fmais baixa, reduzindo o consumo de energia no lado da entrada. No entanto, certifique-se de que o CTR mínimo do grau escolhido atende aos requisitos do pior caso do circuito (por exemplo, alta temperatura, fim de vida útil).
• Limitação de Corrente de Entrada:Utilize sempre um resistor em série (R_in) com o LED de entrada para definir a corrente direta desejada (I_F). Calcule R_in= (V_fonte- V_F) / I_F. Não exceda o máximo absoluto I_Fde 60 mA continuamente.
• Resistor de Carga de Saída:O valor do resistor de pull-up (R_L) no coletor afeta tanto o nível lógico alto de saída como a velocidade de comutação. Um R_Lmenor proporciona tempos de descida mais rápidos (o transistor liga e puxa para terra mais rápido) mas tempos de subida mais lentos (a constante de tempo RC com a capacitância de saída do transistor é maior) e consome mais energia quando a saída está em nível baixo. Um R_Lmaior faz o oposto. Um valor típico está entre 1kΩ e 10kΩ.
• Imunidade ao Ruído:Para aplicações digitais, adicionar um pequeno capacitor (por exemplo, 1-10 nF) entre o coletor e o emissor (lado da saída) pode ajudar a filtrar ruído de alta frequência. No entanto, isto degradará ainda mais a velocidade de comutação.
• Efeitos da Temperatura:Lembre-se de que a CTR degrada-se com o aumento da temperatura. O projeto deve ser verificado em toda a faixa de temperatura de operação, utilizando o CTR mínimo esperado na temperatura máxima de operação.
• Layout de Isolamento:No PCB, mantenha as distâncias de rastreamento e de isolamento recomendadas (≥7.62mm) entre os circuitos de entrada e saída. Isto frequentemente significa deixar um slot ou espaço no PCB sob o corpo do acoplador e garantir que nenhum traço de cobre atravesse a barreira de isolamento demasiado próximo.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

A série EL817-G compete num mercado saturado de fotocopladores de uso geral de 4 pinos. Os seus principais diferenciadores são:

• Classificação de Temperatura Elevada:Uma temperatura de operação até +110°C excede as classificações comuns de +85°C ou +100°C de muitos concorrentes, tornando-a adequada para ambientes severos como aplicações automóveis no compartimento do motor ou equipamento industrial perto de fontes de calor.
• Múltiplas Aprovações de Segurança:O conjunto abrangente de aprovações de segurança internacionais (UL, VDE, etc.) é uma vantagem significativa para produtos que requerem certificação para o mercado global.
• Conformidade Sem Halogéneos:Atende às regulamentações ambientais modernas, o que é cada vez mais um requisito em eletrónica de consumo e outros setores.
• Ampla Gradação de CTR:A disponibilidade de sete graus distintos de CTR (incluindo a faixa ampla EL817) proporciona aos projetistas um controlo refinado sobre a seleção de ganho para otimizar o desempenho e o custo do circuito.
• Variedade de Embalagens:Oferecer DIP padrão, DIP de terminal largo e dois perfis SMD proporciona flexibilidade para diferentes processos de montagem e restrições de espaço na placa.

9. Perguntas Frequentes (FAQ)

P1: Qual é o principal propósito da especificação da distância de rastreamento (>7.62 mm)?

R1: A distância de rastreamento é o caminho mais curto ao longo da superfície da embalagem isolante entre dois terminais condutores (por exemplo, pino 1 e pino 4). Uma distância de rastreamento mais longa previne correntes de fuga superficiais e arcos elétricos, especialmente em ambientes húmidos ou contaminados, e é um fator crítico para alcançar a elevada classificação de isolamento de 5000V_rms.

P2: Como escolho entre os diferentes graus de CTR (A, B, C, D, X, Y)?

R2: Selecione com base na sua corrente de saída necessária e na eficiência de corrente de entrada desejada. Para uma determinada necessidade de corrente de saída, um grau de CTR mais elevado (por exemplo, D: 300-600%) requer uma corrente de LED de entrada mais baixa, poupando energia. No entanto, dispositivos com CTR mais elevada podem ter coeficientes de temperatura ligeiramente diferentes ou custar mais. Os graus X e Y oferecem faixas intermédias e mais apertadas. Utilize o valor mínimo de CTR da ficha técnica para os seus cálculos de projeto de pior caso.

P3: Posso usar isto para isolar sinais da rede elétrica de 240VAC?

R3: A tensão de isolamento de 5000V_rmsé adequada para fornecer isolamento reforçado em muitas aplicações ligadas à rede. No entanto, o projeto final deve considerar normas de segurança a nível de sistema (por exemplo, IEC 62368-1, IEC 60747-5-5), que ditam distâncias e testes necessários além da classificação do componente. O acoplador é uma parte fundamental da solução, mas um layout adequado do PCB e um design da carcaça são igualmente críticos.

P4: Por que existem duas classificações diferentes de tensão coletor-emissor (V_CEO80V e BV_CEO80V)?

R4: V_CEO(80V) na tabela de Valores Máximos Absolutos é a tensão máxima que pode ser aplicada sem causar dano. BV_CEO(80V mín.) na tabela de Características é a tensão de ruptura, o ponto em que o dispositivo começa a conduzir significativamente mesmo com o LED desligado. Estão intimamente relacionados mas definidos de forma diferente. Na prática, deve projetar de modo que V_CEnunca se aproxime de 80V durante a operação, deixando uma margem de segurança.

P5: Qual é a diferença entre as opções SMD S1 e S2?

R5: A diferença principal é a pegada da embalagem e o número de unidades por bobina (1500 para S1, 2000 para S2). A embalagem S2 é provavelmente ligeiramente modificada para permitir mais dispositivos numa bobina padrão. A ficha técnica fornece layouts de pastilhas recomendados separados para cada um, por isso é essencial usar a pegada correta para a peça encomendada.

Terminologia de Especificação LED

Explicação completa dos termos técnicos LED