Folha de Dados do Fotocoplador EL2514-G - Pacote DIP de 4 Pinos - Isolamento 5000Vrms - CTR 50-200% - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

A série EL2514-G representa uma família de fotocopladores de fototransistor de alto desempenho em pacote Dual In-line (DIP) de 4 pinos. Estes dispositivos são projetados para fornecer isolamento elétrico fiável e transmissão de sinal entre dois circuitos. O componente central é um díodo emissor de infravermelhos acoplado opticamente a um detetor de fototransistor de silício. Uma característica de projeto fundamental do EL2514-G é a sua otimização para velocidades de comutação relativamente altas, alcançáveis mesmo com resistências de carga na ordem dos quilo-ohms. Isto torna-o adequado para aplicações que requerem tanto isolamento como largura de banda moderada.

A série caracteriza-se pelo cumprimento de normas ambientais e de segurança rigorosas. É fabricada como um produto sem halogéneos, respeitando limites específicos para o conteúdo de bromo (Br) e cloro (Cl). Além disso, possui aprovações de importantes agências de segurança internacionais, incluindo UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO e CQC, garantindo a sua adequação para mercados globais e aplicações regulamentadas.

2. Análise Profunda dos Parâmetros Técnicos

2.1 Especificações Absolutas Máximas

O dispositivo é projetado para operar de forma fiável dentro de limites especificados. Exceder estas Especificações Absolutas Máximas pode causar danos permanentes. As especificações principais incluem: uma corrente direta contínua (I_F) de 50 mA para o LED de entrada, uma corrente direta de pico (I_FP) de 0,5 A para um pulso de 1µs, e uma tensão reversa (V_R) de 6 V. No lado da saída, a corrente do coletor (I_C) é especificada em 20 mA, com uma tensão coletor-emissor (V_CEO) de 40 V. A dissipação total de potência (P_TOT) do dispositivo é de 200 mW. Um parâmetro de segurança crítico é a tensão de isolamento (V_ISO) de 5000 V_rms, testada durante 1 minuto em condições específicas de humidade (40-60% RH) com os pinos de entrada e saída em curto-circuito separadamente. A gama de temperatura de operação é extensa, de -55°C a +110°C.

2.2 Características Eletro-Óticas

Estes parâmetros definem o desempenho do dispositivo em condições normais de operação a 25°C.

2.2.1 Características de Entrada (Lado do LED)

• Tensão Direta (V_F):Tipicamente 1,2 V, com um máximo de 1,4 V quando alimentado a I_F= 20 mA. Isto é crucial para projetar a fonte de tensão do circuito de acionamento.
• Corrente Reversa (I_R):Máximo de 10 µA a V_R= 4V, indicando boas características de díodo.
• Capacitância de Entrada (C_in):Varia de um típico de 30 pF a um máximo de 250 pF. Esta capacitância pode afetar a capacidade de acionamento em alta frequência.

2.2.2 Características de Saída (Lado do Fototransistor)

• Corrente de Escuridão Coletor-Emissor (I_CEO):Máximo de 100 nA a V_CE= 10V com o LED desligado. Esta baixa corrente de fuga é essencial para alcançar um bom estado "desligado".
• Tensão de Ruptura Coletor-Emissor (BV_CEO):Mínimo de 40 V, medido a I_C= 0,1 mA.
• Tensão de Ruptura Emissor-Coletor (BV_ECO):Mínimo de 0,45 V, que é relativamente baixa e indica a assimetria do fototransistor.

2.2.3 Características de Transferência

• Taxa de Transferência de Corrente (CTR):Esta é uma métrica de desempenho central, definida como (I_C/ I_F) * 100%. Para o EL2514-G, a CTR varia de 50% a 200% sob a condição de teste padrão de I_F= 5 mA e V_CE= 5V. Esta ampla gama exige um projeto de circuito adequado para acomodar a variação entre unidades.
• Tensão de Saturação Coletor-Emissor (V_CE(sat)):Máximo de 0,35 V a I_F= 5 mA e I_C= 0,4 mA. Uma baixa tensão de saturação é desejável para alcançar um nível de saída lógico-baixo forte.
• Resistência de Isolamento (R_IO):Mínimo de 5 x 10¹⁰Ω a 500 V_DC, garantindo um excelente isolamento DC.
• Capacitância Flutuante (C_IO):Tipicamente 0,6 pF, com um máximo de 1,0 pF. Esta baixa capacitância contribui para uma alta imunidade a transientes de modo comum.
• Tempos de Comutação:Tanto o tempo de ligação (t_on) como o tempo de desligamento (t_off) têm uma especificação máxima de 25 µs sob as condições de teste de V_CC= 5V, I_F= 5 mA, e R_L= 5 kΩ. Isto define a velocidade do dispositivo para transmissão de sinal digital.

3. Análise das Curvas de Desempenho

A folha de dados referencia curvas típicas de características eletro-óticas. Embora os gráficos específicos não sejam detalhados no texto fornecido, tais curvas tipicamente ilustram a relação entre parâmetros-chave. Os projetistas devem esperar ver curvas que descrevem:

• CTR vs. Corrente Direta (I_F):Mostra como a taxa de transferência de corrente muda com diferentes correntes de acionamento do LED.
• CTR vs. Temperatura Ambiente (T_A):Ilustra a dependência da CTR com a temperatura, que tipicamente diminui à medida que a temperatura aumenta.
• Corrente do Coletor (I_C) vs. Tensão Coletor-Emissor (V_CE):Família de curvas para diferentes correntes do LED, mostrando as características de saída do fototransistor.
• Formas de Onda de Comutação:Um circuito de teste e as formas de onda associadas são fornecidos (Figura 7) para definir as condições para medir t_one t_off. Isto tipicamente envolve um gerador de pulsos a acionar o LED e um osciloscópio a monitorizar a saída do fototransistor através da resistência de carga.

Analisar estas curvas é essencial para otimizar o desempenho do circuito ao longo das gamas pretendidas de temperatura e corrente de operação.

4. Informações Mecânicas e de Embalagem

4.1 Opções de Pacote e Dimensões

O EL2514-G é oferecido em várias variantes de pacote DIP de 4 pinos para se adequar a diferentes processos de montagem:

• DIP Padrão:O pacote clássico de orifício passante.
• Opção M:Apresenta uma "dobra larga dos terminais" proporcionando um espaçamento de 0,4 polegadas (aprox. 10,16mm), o que pode ser útil para layouts de PCB específicos ou requisitos de distância de fuga.
• Opção S1:Uma forma de terminal para montagem em superfície (SMD) com perfil baixo. É oferecida com duas opções de fita e carretel (TU, TD), embalando 1500 unidades por carretel.
• Opção S2:Outra forma de terminal para montagem em superfície, também de perfil baixo, com opções de fita e carretel embalando 2000 unidades por carretel.

Desenhos dimensionados detalhados são fornecidos para cada tipo de pacote, incluindo medições críticas como tamanho do corpo, comprimento dos terminais, espaçamento dos terminais e altura de afastamento. A distância de fuga entre os lados de entrada e saída é especificada como superior a 7,62 mm, contribuindo para a alta classificação de isolamento.

4.2 Configuração e Polaridade dos Pinos

O dispositivo utiliza uma pinagem padrão DIP de 4 pinos:

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

A orientação correta é crítica. A marcação do dispositivo inclui o código "EL2514GYWWV", onde EL representa o fabricante, 2514 é o número do dispositivo, G denota sem halogéneos, Y é um código de um dígito para o ano, WW é um código de dois dígitos para a semana, e V indica aprovação VDE opcional.

4.3 Layout Recomendado para as Pistas do PCB

Para as opções de montagem em superfície (S1 e S2), a folha de dados fornece layouts sugeridos para as pistas. Estes são projetos de referência destinados a garantir soldadura fiável e estabilidade mecânica. A documentação nota explicitamente que estas dimensões devem ser modificadas com base nos processos e requisitos individuais de fabrico, como volume de pasta de solda e considerações de alívio térmico.

5. Diretrizes de Soldadura e Montagem

O dispositivo é classificado para uma temperatura de soldadura (T_SOL) de 260°C por um máximo de 10 segundos. Isto é consistente com perfis típicos de soldadura por refluxo sem chumbo. Para soldadura por onda de pacotes de orifício passante, devem ser seguidas as práticas padrão da indústria, tendo o cuidado de não exceder a temperatura máxima do corpo do pacote. A gama de temperatura de armazenamento é de -55°C a +125°C. Recomenda-se armazenar os dispositivos em embalagem sensível à humidade se destinados a montagem SMD e seguir procedimentos de cozedura apropriados se o nível de exposição à humidade for excedido.

6. Informações de Embalagem e Encomenda

O código de encomenda segue o padrão: EL2514X(Y)-VG.

• X:Opção de forma do terminal (S1, S2, M, ou nenhuma para DIP Padrão).
• Y:Opção de fita e carretel (TU, TD, ou nenhuma para embalagem em tubo).
• V:Denota aprovação de segurança VDE (opcional).
• G:Indica construção sem halogéneos.

As quantidades de embalagem variam: 100 unidades por tubo para opções de orifício passante, e 1500 ou 2000 unidades por carretel para as opções SMD de fita e carretel. Especificações detalhadas da fita e carretel, incluindo dimensões dos bolsos (A0, B0), largura da fita (W), passo (P0) e diâmetro do núcleo do carretel, são fornecidas para programação de máquinas pick-and-place automatizadas.

7. Sugestões de Aplicação

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

O EL2514-G é bem adequado para aplicações que requerem isolamento galvânico, imunidade ao ruído ou deslocamento de nível. Aplicações específicas mencionadas incluem:

• Controladores Lógicos Programáveis (PLCs):Para isolar módulos de I/O digitais da unidade central de processamento e dispositivos de campo.
• Eletrodomésticos de Sistema e Instrumentos de Medição:Isolamento de sinais de sensores ou linhas de comunicação em equipamento industrial.
• Contadores de Eletricidade Eletrónicos:Fornecendo isolamento em circuitos de medição para segurança e rejeição de ruído.
• Equipamento de Telecomunicações:Isolamento de sinal em linhas de dados ou malhas de realimentação de fontes de alimentação.
• Fontes de Alimentação:Comumente usado em malhas de realimentação de fontes de alimentação comutadas (SMPS) para isolar o sinal de realimentação do lado secundário do controlador do lado primário, melhorando a segurança e estabilidade.

7.2 Considerações de Projeto

• Variação da CTR:Projete o circuito recetor (ex.: limiares de comparador, valores de resistência de pull-up) para funcionar de forma fiável em toda a gama de CTR de 50-200%.
• Velocidade vs. Carga:A velocidade de comutação é especificada com uma carga de 5 kΩ. Usar uma resistência de carga menor geralmente melhora a velocidade de comutação, mas reduz o balanço da saída e aumenta o consumo de energia. Uma resistência maior retarda a resposta, particularmente o tempo de desligamento, devido ao tempo de armazenamento do fototransistor.
• Limitação de Corrente do LED:Use sempre uma resistência em série para limitar a corrente direta (I_F) à gama de operação recomendada (5-7 mA típico) ou abaixo do máximo absoluto. Isto garante fiabilidade a longo prazo e CTR estável.
• Imunidade ao Ruído:Embora os fotocopladores forneçam excelente rejeição de modo comum, garanta um layout de PCB adequado mantendo os traços de entrada e saída separados e usando capacitores de desacoplamento perto dos pinos do dispositivo para suprimir ruído de alta frequência.

8. Comparação e Posicionamento Técnico

O EL2514-G diferencia-se no mercado através de uma combinação de atributos-chave. A sua alta tensão de isolamento (5000 Vrms) e longa distância de fuga tornam-no um forte candidato para aplicações com requisitos de segurança rigorosos. A construção sem halogéneos aborda regulamentações ambientais e preferências dos clientes por eletrónica "verde". O amplo portfólio de aprovações (UL, VDE, etc.) reduz barreiras de qualificação para produtos finais destinados a mercados globais. Embora a sua velocidade de comutação (25 µs) seja adequada para muitas aplicações de isolamento digital e realimentação de fontes de alimentação, não está posicionado como um acoplador ultrarrápido para comunicação de dados; essas aplicações exigiriam dispositivos com tempos de comutação na ordem dos nanossegundos. Portanto, o EL2514-G é melhor visto como um fotocoplador robusto e de uso geral, otimizado para fiabilidade, conformidade de segurança e desempenho moderado.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P: O que significa a gama de CTR de 50-200% para o meu projeto de circuito?

R: Significa que a corrente de saída pode ser tão baixa quanto metade da corrente de entrada ou tão alta quanto o dobro dela. O seu circuito deve funcionar corretamente em ambos os extremos. Para uma interface digital, isto afeta a escolha da resistência de pull-up e o limiar de entrada da porta ou microcontrolador seguinte.

P: Posso acionar o LED diretamente com uma fonte de tensão?

R: Não. Um LED é um dispositivo acionado por corrente. Deve sempre usar uma resistência limitadora de corrente em série com o LED para definir a I_Fdesejada e prevenir danos por sobrecorrente, mesmo que a sua tensão de alimentação corresponda à V_F.

típica.

P: A tensão de isolamento é de 5000 Vrms. Isto significa que posso aplicar 5000V entre a entrada e a saída continuamente?

R: Não. Esta é uma tensão de suporte testada durante um minuto em condições controladas. A tensão de trabalho contínua numa aplicação deve ser significativamente mais baixa, conforme definido pelas normas de segurança relevantes para o equipamento final.

P: Qual é a diferença entre as Opções S1 e S2?

R: A diferença principal está na pegada do pacote e nas dimensões da fita. O S2 é ligeiramente maior na largura do corpo (dimensão B0) e usa uma fita mais larga (24mm vs. 16mm para S1), permitindo mais unidades por carretel (2000 vs. 1500). A escolha depende das restrições de espaço no seu PCB e da compatibilidade do alimentador da linha de montagem.

10. Caso Prático de Projeto

Cenário: Isolar um Sinal Digital de um Microcontrolador para uma Seção de Alta Tensão.



Um microcontrolador (lógica de 3,3V) precisa enviar um sinal LIGA/DESLIGA para um circuito operando a um potencial de alta tensão diferente e ruidoso. Um EL2514-G pode ser usado para isolamento.

1. Passos do Projeto:Lado de Entrada:_{Conecte o pino GPIO do microcontrolador ao ânodo do fotocoplador através de uma resistência limitadora de corrente (R}limit_{). Calcule R}limit_{= (V}CC_MCU_F- V_F) / I_{. Para V}CC_MCU_F=3,3V, V_F~1,2V, e visando I_{=5mA, R}limit
2. = (3,3-1,2)/0,005 = 420Ω. Use uma resistência padrão de 470Ω. Conecte o cátodo ao terra.Lado de Saída:_LConecte o coletor a uma resistência de pull-up (R_L) na fonte de alimentação de alta tensão isolada (ex.: 12V). O emissor conecta-se ao terra isolado. O valor de R
3. afeta a velocidade e a corrente. Usar a condição de teste da folha de dados de 5kΩ fornece o tempo de comutação especificado. O sinal do nó do coletor pode então acionar uma porta MOSFET ou outra entrada lógica no lado isolado.Layout:

Separe fisicamente as secções de entrada e saída no PCB. Mantenha a distância de fuga >7,62 mm conforme a capacidade do pacote. Coloque um pequeno capacitor de desacoplamento (ex.: 0,1µF) entre a alimentação e o terra em ambos os lados do acoplador, próximo aos pinos do dispositivo.

Esta configuração previne malhas de terra, bloqueia ruído e protege o microcontrolador de transientes de tensão no lado de alta tensão.

11. Princípio de Funcionamento_CUm fotocoplador, ou optoacoplador, é um dispositivo que transfere um sinal elétrico entre dois circuitos isolados usando luz. No EL2514-G, uma corrente elétrica aplicada aos pinos de entrada (1 e 2) faz com que o Díodo Emissor de Luz (LED) infravermelho emita fotões. Estes fotões viajam através de um espaço isolante transparente (tipicamente feito de composto de moldagem) e atingem a região da base do fototransistor de silício no lado de saída (pinos 3 e 4). A luz incidente gera pares eletrão-lacuna na base, atuando efetivamente como uma corrente de base. Esta corrente de base fotogerada é então amplificada pelo ganho do transistor, resultando numa corrente de coletor (I_F) que é proporcional à corrente do LED de entrada (I_C). A razão I_F/I

é a Taxa de Transferência de Corrente (CTR). O aspeto fundamental é que a única ligação entre a entrada e a saída é o feixe de luz, fornecendo o isolamento galvânico.

12. Tendências Tecnológicas

• O mercado de fotocopladores continua a evoluir. Tendências que influenciam dispositivos como o EL2514-G incluem:Maior Integração:
• Combinar múltiplos canais de isolamento ou integrar funções adicionais como drivers de porta ou amplificadores de erro num único pacote.Maior Velocidade:
• Desenvolvimento de acopladores usando detetores mais rápidos como fotodíodos com amplificadores integrados para suportar protocolos de comunicação digital (USB, CAN, RS-485) a taxas de dados de Mbps.Fiabilidade e Vida Útil Melhoradas:
• Foco na melhoria da estabilidade a longo prazo da CTR, que pode degradar-se ao longo do tempo devido ao envelhecimento do LED, especialmente a altas temperaturas e correntes.Conformidade Ambiental Mais Rigorosa:
• Para além de RoHS e sem halogéneos, há uma atenção crescente a substâncias como PFAS e métricas de sustentabilidade mais amplas na cadeia de abastecimento.Tecnologias de Isolamento Alternativas:₂Embora os fotocopladores permaneçam dominantes em muitas aplicações, tecnologias como isolamento capacitivo (usando barreiras de SiO

) e isolamento magnético (usando transformadores) competem em áreas que requerem velocidade muito alta, baixo consumo de energia ou alta densidade de integração. Os fotocopladores mantêm vantagens em simplicidade, alta imunidade a transientes de modo comum (CMTI) e certificações de segurança bem estabelecidas.