Ficha Técnica da Série EL4XXA-G - Relés de Estado Sólido DIP 4 Pinos Forma A - 60-600V de Saída - Corrente de Carga 550-50mA - Sem Halogênio

1. Visão Geral do Produto

A série EL4XXA-G é composta por relés de estado sólido (SSRs) unipolares, normalmente abertos (Forma A), em encapsulamento DIP de 4 pinos. Estes dispositivos utilizam um LED infravermelho de AlGaAs opticamente acoplado a um circuito detector de saída de alta tensão, constituído por uma matriz de diodos fotovoltaicos e MOSFETs. Este projeto fornece um equivalente de estado sólido a um relé eletromecânico (EMR) 1 Forma A, oferecendo benefícios como maior vida útil, operação silenciosa e resistência a choques mecânicos e vibrações. A série está disponível em opções para montagem em superfície (SMD) e está em conformidade com os padrões sem halogênio e RoHS.

1.1 Vantagens Principais

• Alto Isolamento:Fornece 5000 Vrms de isolamento entre entrada e saída, aumentando a segurança e a imunidade a ruído em circuitos de controle.
• Baixa Corrente de Acionamento:Apresenta uma baixa corrente de ligação do LED (tipicamente 3-5mA), tornando-o compatível com saídas de microcontroladores de baixa potência.
• Ampla Faixa de Tensão:A série cobre tensões de bloqueio de saída de 60V (EL406A) a 600V (EL460A), sendo adequada para diversas aplicações de comutação de cargas CA/CC.
• Conformidade Robusta:Construção sem halogênio e conformidade com as principais normas internacionais de segurança, incluindo UL 1577, UL 508, VDE e CQC.
• Ampla Faixa de Temperatura:Opera de forma confiável de -40°C a +85°C, sendo adequada para ambientes industriais e severos.

1.2 Aplicações-Alvo

Estes SSRs são projetados para aplicações que requerem comutação isolada e confiável. Casos de uso típicos incluem:

• Equipamentos de Telecomunicações:Roteamento de sinal e comutação em placas de linha.
• Instrumentos de Teste e Medição:Comutação de sinal em equipamentos de teste automatizado (ATE).
• Automação Industrial (FA) e Automação de Escritório (OA):Controle de sensores, solenoides e pequenos motores.
• Sistemas de Controle Industrial:Módulos de saída de CLP, interfaces de controle de processos.
• Sistemas de Segurança:Comutação em centrais de alarme e controle de acesso.

2. Análise de Parâmetros Técnicos

2.1 Especificações Máximas Absolutas

A tabela a seguir resume os limites críticos que não devem ser excedidos para evitar danos permanentes ao dispositivo. Estes não são condições de operação.

• Entrada (Lado do LED):A corrente direta máxima (IF) é 50mA CC, com uma corrente direta de pico (IFP) de 1A em condições pulsadas (ciclo de trabalho de 0,1%). A tensão reversa máxima (VR) é 5V.
• Saída (Lado da Chave):A tensão de ruptura (VL) define a tensão máxima que os MOSFETs de saída podem bloquear. Varia conforme o modelo: EL406A (60V), EL425A (250V), EL440A (400V), EL460A (600V). A classificação de corrente de carga contínua (IL) diminui à medida que a tensão nominal aumenta, de 550mA para o EL406A a 50mA para o EL460A, refletindo o compromisso entre capacidade de tensão e resistência de condução.
• Isolamento e Térmico:A tensão de isolamento (Viso) é 5000 Vrms. O dispositivo pode ser armazenado de -40°C a +125°C e operado de -40°C a +85°C. A temperatura de soldagem é classificada em 260°C por 10 segundos.

2.2 Características Eletro-Ópticas

Estes parâmetros definem o desempenho do dispositivo em condições operacionais típicas (TA=25°C).

• Características de Entrada:A tensão direta (VF) é tipicamente 1,18V em IF=10mA, com um máximo de 1,5V. Esta baixa VF contribui para o baixo requisito de potência de acionamento.
• Características de Saída (Diferencial Principal):A resistência de condução (Rd(ON)) é um parâmetro crítico que afeta a dissipação de potência e a queda de tensão na chave. Varia significativamente ao longo da série:
  • EL406A: Tip. 0,7Ω, Máx. 2,5Ω
  • EL425A: Tip. 6,5Ω, Máx. 15Ω
  • EL440A: Tip. 20Ω, Máx. 30Ω
  • EL460A: Tip. 40Ω, Máx. 70Ω
  Este aumento do Rd(ON) com tensões nominais mais altas é uma característica fundamental do projeto do MOSFET, impactando a geração de calor em uma determinada corrente de carga.
• Velocidade de Comutação:O tempo de ligação (Ton) é relativamente lento (tipicamente 1,4ms máx. 3ms) devido ao mecanismo de carga fotovoltaica do gate. O tempo de desligamento (Toff) é muito rápido (tipicamente 0,05ms máx. 0,5ms). Esta assimetria é importante para aplicações sensíveis ao tempo.
• Características de Transferência:A corrente de ligação do LED (IF(on)) é a corrente mínima necessária para ligar completamente o MOSFET de saída, tipicamente 3-5mA. A corrente de desligamento (IF(off)) é a corrente máxima na qual a saída é garantidamente desligada, tipicamente 0,4mA. Isto define os limiares de lógica do controle de entrada.

3. Análise de Curvas de Desempenho

Embora dados gráficos específicos não sejam fornecidos no texto, a ficha técnica referencia curvas típicas de características eletro-ópticas. Com base nos parâmetros, relações-chave podem ser inferidas:

• Resistência de Condução vs. Temperatura:O Rd(ON) dos MOSFETs tem um coeficiente de temperatura positivo. Ele aumentará à medida que a temperatura da junção subir, levando a maiores perdas por condução em temperaturas elevadas. O projeto térmico adequado é essencial, especialmente para modelos com correntes nominais mais altas (EL406A).
• Tensão Direta do LED vs. Corrente:A curva VF vs. IF é padrão para um LED de AlGaAs. Acionar o LED com uma corrente constante (ex.: 10mA) é recomendado para operação estável em variações de temperatura.
• Corrente de Fuga de Saída vs. Tensão:A corrente de fuga no estado desligado (Ileak) é especificada com um máximo de 1μA na tensão nominal total. Este parâmetro é crucial para aplicações que requerem impedância de estado desligado muito alta.

4. Informações Mecânicas e de Embalagem

4.1 Dimensões e Tipos de Embalagem

A série oferece três opções principais de formato de terminais para acomodar diferentes processos de montagem em PCB:

1. Tipo DIP Padrão:Embalagem furo passante com espaçamento entre fileiras de 0,1 polegada (2,54mm) para soldagem convencional por onda ou manual.
2. Tipo Opção M:Embalagem furo passante com uma curvatura de terminal mais ampla, fornecendo espaçamento entre fileiras de 0,4 polegada (10,16mm) para aplicações que requerem maior distância de fuga ou necessidades específicas de layout de PCB.
3. Tipo Opção S1:Formato de terminal para dispositivo de montagem em superfície (SMD) com perfil baixo. Esta opção é essencial para montagem automatizada pick-and-place e projetos de PCB de alta densidade.

4.2 Identificação de Polaridade e Marcação

A configuração dos pinos é claramente definida:

• Pino 1: Ânodo do LED (+)
• Pino 2: Cátodo do LED (-)
• Pinos 3 e 4: Terminais Drain do MOSFET (chave de saída). Estes são tipicamente conectados juntos na PCB para lidar com a corrente de carga.

O dispositivo é marcado no topo com um código:EL [Número da Peça] G YWWV.
Exemplo: "EL 460A G YWWV" indica um EL460A, sem halogênio (G), com ano (Y) e semana (WW) de fabricação, e opção VDE (V).

4.3 Layout Recomendado para Terminais SMD

Para a opção S1 (montagem em superfície), um layout específico de terminal é recomendado para garantir soldagem confiável e resistência mecânica. As dimensões asseguram a formação adequada do filete de solda e alívio térmico durante o reflow.

5. Diretrizes de Soldagem e Montagem

• Soldagem por Reflow (Opção S1):O dispositivo é classificado para uma temperatura de soldagem de pico de 260°C por 10 segundos. Perfis padrão de reflow sem chumbo (IPC/JEDEC J-STD-020) são aplicáveis. Certifique-se de que o perfil não exceda a temperatura máxima ou o tempo na temperatura de pico.
• Soldagem por Onda (Opções DIP e M):Processos padrão de soldagem por onda podem ser usados. O pré-aquecimento é recomendado para minimizar o choque térmico.
• Soldagem Manual:Use um ferro de solda com controle de temperatura. Limite o tempo de contato para evitar transferência excessiva de calor para o encapsulamento.
• Limpeza:Compatível com a maioria dos processos comuns de limpeza de fluxo. Verifique a compatibilidade se usar solventes agressivos.
• Armazenamento:Armazene em ambiente seco e antiestático dentro da faixa de temperatura especificada (-40°C a +125°C). Para armazenamento prolongado, siga as diretrizes do nível de sensibilidade à umidade (MSL), tipicamente usando embalagem a seco para peças SMD.

6. Informações de Embalagem e Pedido

6.1 Sistema de Numeração de Modelos

O número da peça segue o formato:EL4XXA(Y)(Z)-VG

• XX:Número da peça (06, 25, 40, 60) que define a tensão/corrente nominal de saída.
• Y:Opção de formato de terminal (S1 para montagem em superfície, ou vazio para DIP padrão).
• Z:Opção de fita e carretel (TA, TB, TU, TD, ou vazio para tubo).
• V:Indica opção de aprovação de segurança VDE.
• G:Denota construção sem halogênio.

6.2 Especificações de Embalagem

• Embalagem em Tubo:Os tipos DIP padrão e Opção M são fornecidos em tubos de 100 unidades.
• Fita e Carretel (Opção S1):Disponível em diferentes tipos de carretel:
  • TA, TB: 1000 unidades por carretel.
  • TU, TD: 1500 unidades por carretel.
  Dimensões detalhadas da fita (tamanho do bolso A0, B, passo P0, P1, etc.) são fornecidas para compatibilidade com alimentadores de equipamentos de montagem automatizada.

7. Considerações para Projeto de Aplicação

7.1 Projeto do Circuito de Entrada

Acione o LED de entrada com uma fonte de corrente constante ou uma fonte de tensão com um resistor limitador de corrente em série. Calcule o valor do resistor usando: R = (Vcc - VF) / IF, onde VF é tipicamente 1,18V-1,5V e IF é escolhido entre 5mA e 20mA para velocidade e confiabilidade ideais. Certifique-se de que o circuito de acionamento possa fornecer pelo menos o mínimo IF(on) (5mA máx.) para garantir o ligamento total da saída. Um diodo de proteção reversa em paralelo com o LED não é estritamente necessário devido à classificação de tensão reversa embutida de 5V, mas pode ser adicionado para robustez em ambientes ruidosos.

7.2 Projeto do Circuito de Saída

Seleção de Tensão:Escolha o modelo (EL406A, 425A, 440A, 460A) com base na tensão de pico (CC ou CA) da sua carga, incluindo quaisquer transitórios ou surtos. Uma derating de segurança de 20-30% é recomendada.
Corrente e Dissipação de Potência:A principal restrição de projeto é a dissipação de potência e o calor. A potência dissipada no SSR (Pdiss) é calculada como: Pdiss = (IL^2 * Rd(ON)) + (IF * VF). O primeiro termo domina. Por exemplo, operar um EL406A na sua carga máxima de 550mA com um Rd(ON) típico de 0,7Ω gera ~212mW de calor. Certifique-se de que a dissipação de potência total (Pout máx. 500mW) não seja excedida e que a PCB forneça alívio térmico adequado, especialmente para os modelos de corrente mais alta.
Cargas Indutivas/Capacitivas:Ao comutar cargas indutivas (relés, solenoides, motores), use um circuito snubber (rede RC) ou um diodo de retorno em paralelo com a carga para suprimir picos de tensão que poderiam exceder a classificação VL do dispositivo. Para cargas capacitivas, considere a limitação da corrente de inrush.

7.3 Gerenciamento Térmico

O SSR não possui dissipador de calor interno. O calor é conduzido para fora através dos terminais. Use área de cobre suficiente nas trilhas da PCB, especialmente para os pinos 3 e 4 (saída), para atuar como dissipador de calor. Para altas temperaturas ambientes ou operação contínua de alta corrente, monitore a temperatura do dispositivo para garantir que permaneça dentro da faixa operacional. A resistência de condução aumentará com a temperatura, criando um efeito de autolimitação, mas também reduzindo o desempenho.

8. Comparativo Técnico e Guia de Seleção

A série EL4XXA-G oferece uma matriz clara de compromissos:

• EL406A (60V, 550mA):Melhor escolha para comutação CC de baixa tensão e maior corrente (ex.: sistemas 12V/24V, dispositivos alimentados por bateria) onde baixa queda de tensão e perda de potência são críticas. Possui o menor Rd(ON).
• EL425A (250V, 150mA) e EL440A (400V, 120mA):Ideais para aplicações principais de tensão de linha CA (120VCA, 240VCA) comutando pequenas cargas como indicadores, pequenos solenoides ou como dispositivos piloto para contatores maiores. O EL440A fornece margem extra para sistemas de 240VCA.
• EL460A (600V, 50mA):Projetado para aplicações industriais de alta tensão ou situações com transitórios de tensão significativos. Adequado para comutação de sinais ou cargas de muito baixa potência em ambientes de alta tensão.

Comparado a Relés Eletromecânicos (EMRs):Estes SSRs não possuem partes móveis, portanto, não têm rebote de contato, arco ou mecanismos de desgaste relacionados à contagem de ciclos. Operam silenciosamente e são imunes a vibrações. No entanto, possuem resistência de condução inerente, levando à geração de calor e queda de tensão, e tipicamente têm classificações de corrente mais baixas e custo por ampère mais alto do que EMRs comparáveis.

Comparado a outros SSRs:O esquema de acoplamento fotovoltaico MOSFET fornece isolamento muito alto e comutação limpa sem a necessidade de uma fonte de polarização externa no lado da saída (diferente de acopladores fototransistor ou fototriac). A velocidade de ligação é mais lenta do que alguns outros opto-MOSFETs, mas é suficiente para a maioria das aplicações de controle.

9. Perguntas Frequentes (FAQ)

P1: Posso usar este SSR para comutar cargas CA diretamente?
R1: Sim, mas com ressalvas importantes. A saída é um par de MOSFETs. A maioria dos MOSFETs possui um diodo de corpo inerente. Em uma configuração padrão, este SSR pode bloquear tensão de qualquer polaridade quando desligado, mas só pode conduzir corrente em uma direção quando ligado (como um diodo). Para comutação verdadeira de carga CA, dois dispositivos precisariam ser configurados em série inversa (back-to-back). Alguns SSRs têm esta configuração internamente, mas a ficha técnica do EL4XXA-G mostra um esquema de um único MOSFET, indicando que é para comutação CC ou unidirecional. Verifique a capacidade do modelo específico para sua aplicação CA.

P2: Por que o tempo de ligação é muito mais lento que o tempo de desligamento?
R2: O tempo de ligação é limitado pela velocidade com que a matriz de diodos fotovoltaicos pode gerar corrente suficiente para carregar a capacitância do gate do MOSFET de saída até sua tensão de limiar. Este é um processo relativamente lento, limitado por corrente. O desligamento é rápido porque requer apenas descarregar o gate através do circuito interno, o que pode ser feito rapidamente.

P3: Como interpreto a classificação "Corrente de Carga de Pulso"?
R3: A corrente de carga de pulso (ILPeak) é uma corrente mais alta que pode ser suportada por uma duração muito curta (100ms, pulso único). Isto é útil para lidar com correntes de inrush de lâmpadas ou motores. Não use esta classificação para operação contínua ou pulsada repetitiva. Para pulsos repetitivos, a dissipação de potência média deve permanecer dentro do limite Pout.

P4: É necessário um dissipador de calor externo?
R4: Tipicamente não para o encapsulamento DIP em suas condições nominais. O dissipador de calor principal é o cobre da PCB. Para operação contínua na corrente de carga máxima, especialmente para o EL406A, certifique-se de que a PCB tenha área de cobre adequada (ex.: vários centímetros quadrados) conectada aos pinos de saída para dissipar calor. Em espaços confinados ou altas temperaturas ambientes, a análise térmica é recomendada.

10. Exemplo de Estudo de Caso de Projeto

Cenário:Projetando um módulo de E/S digital para um CLP que precisa comutar cargas indutivas de 24VCC (pequenas válvulas solenoides) com uma corrente em regime permanente de 200mA. O ambiente é industrialmente ruidoso.

Seleção de Componentes:O EL406A é escolhido por sua classificação de 60V (bem acima de 24VCC) e baixa resistência de condução. A 200mA, a queda de tensão típica é de apenas 200mA * 0,7Ω = 0,14V, e a dissipação de potência é (0,2^2)*0,7 = 0,028W, o que é insignificante.

Circuito de Entrada:A saída digital do CLP é 24VCC. Um resistor em série é calculado: R = (24V - 1,3V) / 0,01A = 2270Ω. Um resistor padrão de 2,2kΩ é selecionado, fornecendo IF ≈ 10,3mA, seguramente acima do máximo IF(on) de 5mA.

Circuito de Saída:Um diodo de retorno (1N4007) é colocado diretamente em paralelo com a bobina do solenoide para limitar a tensão de contra-eletromotriz indutiva e proteger a saída do EL406A. O cátodo do diodo conecta-se ao positivo da fonte, o ânodo à conexão de saída do SSR/carga.

Layout da PCB:Os pinos 3 e 4 são conectados a uma grande área de cobre na PCB para auxiliar na dissipação de calor, embora o calor gerado seja mínimo neste caso. As trilhas de entrada e saída são mantidas separadas para manter um bom isolamento.

Este projeto fornece uma solução de comutação robusta, de longa vida e silenciosa em comparação com um pequeno relé eletromecânico.

11. Princípio de Funcionamento

O EL4XXA-G opera no princípio do isolamento óptico e acionamento fotovoltaico. Quando uma corrente direta é aplicada ao LED infravermelho de AlGaAs de entrada, ele emite luz. Esta luz é detectada por uma matriz de diodos fotovoltaicos no lado da saída. Esta matriz gera uma pequena tensão (efeito fotovoltaico) quando iluminada. Esta tensão gerada é aplicada diretamente ao gate de um ou mais MOSFETs de potência, ligando-os e criando um caminho de baixa resistência entre os pinos de saída (3 e 4). Quando a corrente do LED é removida, a luz para, a tensão fotovoltaica cai e o gate do MOSFET descarrega, desligando a saída. Este mecanismo fornece isolamento galvânico completo entre o circuito de controle de baixa tensão e o circuito de carga de alta tensão, pois apenas a luz atravessa a barreira de isolamento.

12. Tendências Tecnológicas

Os relés de estado sólido continuam a evoluir em várias direções-chave relevantes para a tecnologia do EL4XXA-G:

• Menor Resistência de Condução (Rd(ON)):Avanços na tecnologia de MOSFET e encapsulamento estão reduzindo constantemente o Rd(ON) para uma dada tensão nominal e tamanho de encapsulamento, permitindo comutação de corrente mais alta em pegadas menores e com perdas mais baixas.
• Maior Integração:As tendências incluem integrar drivers do lado da entrada (fontes de corrente constante, tradutores de nível lógico) e recursos de proteção do lado da saída (limitadores de sobretensão, desligamento por sobretemperatura) no encapsulamento do SSR, simplificando o circuito externo.
• Desempenho Térmico Aprimorado:Novos projetos de encapsulamento com pastilhas térmicas expostas (ex.: encapsulamentos DIP com uma pastilha na base) permitem transferência de calor muito mais eficiente para a PCB, aumentando significativamente a classificação de corrente contínua para o mesmo silício.
• Faixas de Tensão Mais Ampla:Dispositivos capazes de bloquear tensões mais altas (1kV+) estão se tornando mais comuns em encapsulamentos compactos, impulsionados por aplicações em energia renovável e veículos elétricos.
• Foco em Segurança e Conformidade:Como com o EL4XXA-G, há uma ênfase crescente em atender às mais recentes normas internacionais de segurança (UL, VDE, CQC), regulamentações ambientais (sem halogênio, RoHS) e qualificações de grau automotivo para confiabilidade.

A série EL4XXA-G representa uma implementação madura e confiável da tecnologia SSR fotovoltaica MOSFET, bem adequada para uma ampla gama de aplicações de controle industriais e comerciais que requerem comutação segura, isolada e confiável de baixa a média potência.