Ficha Técnica de Fotodarlington Fotocoplador DIP 6 Pinos - Série TIL113, 4NXX, H11BX - Isolamento 5000Vrms

1. Visão Geral do Produto

As séries TIL113, 4NXX e H11BX são famílias de fotocopladores fotodarlington (optoisoladores). Cada dispositivo consiste num díodo emissor de luz (LED) infravermelho acoplado opticamente a um detetor de transistor fotodarlington. Esta configuração proporciona uma elevada taxa de transferência de corrente (CTR), tornando-os adequados para a interface de sinais de controlo de baixa corrente com cargas de corrente mais elevada. Os dispositivos são alojados num invólucro DIP (Dual In-line Package) compacto de 6 pinos, com opções para montagem furo passante padrão, espaçamento largo dos terminais e tecnologia de montagem em superfície (SMD). A vantagem central desta série é o elevado isolamento elétrico (5000 V_rms) entre os circuitos de entrada e saída, o que é crítico para a segurança e imunidade ao ruído em sistemas com diferentes potenciais de terra.

2. Características Principais e Certificações

A série oferece várias características significativas para operação robusta e fiável em aplicações exigentes. A elevada tensão de isolamento de 5000 V_rms e uma distância de fuga superior a 7,62 mm garantem operação segura em ambientes de alta tensão. Estes dispositivos são classificados para uma gama alargada de temperatura de funcionamento até +110°C. Além disso, a série de produtos cumpre as principais normas internacionais de segurança e ambiente, incluindo aprovações UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO e CQC. Os dispositivos também estão em conformidade com os regulamentos REACH da UE e estão disponíveis em versões compatíveis com RoHS.

3. Aplicações

Estes fotocopladores são projetados para uma vasta gama de aplicações onde é necessário isolamento elétrico e acoplamento de sinal. Usos típicos incluem:

• Interface de circuitos lógicos de baixa potência e deslocamento de nível.
• Equipamentos de telecomunicações para isolamento de sinal.
• Eletrónica portátil e alimentada por baterias.
• Sistemas de interface e acoplamento que operam a diferentes potenciais e impedâncias elétricas, como em sistemas de controlo industrial, fontes de alimentação e equipamentos de medição.

4. Configuração dos Pinos e Esquemático

Os dispositivos utilizam uma configuração DIP padrão de 6 pinos. A disposição dos pinos é a seguinte:

• Pino 1: Ânodo do LED de entrada.
• Pino 2: Cátodo do LED de entrada.
• Pino 3: Sem Ligação (NC).
• Pino 4: Emissor do transistor fotodarlington de saída.
• Pino 5: Coletor do transistor fotodarlington de saída.
• Pino 6: Base do transistor fotodarlington de saída (normalmente deixado aberto ou ligado para redes de aceleração).

O esquemático interno mostra o LED infravermelho ligado entre os pinos 1 e 2, e o transistor fotodarlington ligado entre os pinos 4 (Emissor), 5 (Coletor) e 6 (Base).

5. Especificações Máximas Absolutas

Tensões além destes limites podem causar danos permanentes no dispositivo. Todas as especificações são dadas a uma temperatura ambiente (T_a) de 25°C, salvo indicação em contrário.

• Entrada (LED):Corrente Direta (I_F): 60 mA; Corrente Direta de Pico (I_FP, pulso de 1µs): 1 A; Tensão Reversa (V_R): 6 V; Dissipação de Potência (P_D): 120 mW (requer redução acima de T_a= 100°C a 3,8 mW/°C).
• Saída (Transistor):Dissipação de Potência (P_C): 150 mW (requer redução acima de T_a= 80°C a 6,5 mW/°C); Tensão Coletor-Emissor (V_CEO): 55 V; Tensão Coletor-Base (V_CBO): 55 V; Tensão Emissor-Coletor (V_ECO): 7 V; Tensão Emissor-Base (V_EBO): 7 V.
• Dispositivo Total:Dissipação de Potência Total (P_TOT): 200 mW; Tensão de Isolamento (V_ISO): 5000 V_rms(AC durante 1 minuto, 40-60% HR).
• Temperatura:Temperatura de Funcionamento (T_OPR): -55°C a +100°C; Temperatura de Armazenamento (T_STG): -55°C a +125°C; Temperatura de Soldagem (T_SOL): 260°C (durante 10 segundos).

6. Características Eletro-Ópticas

Estes parâmetros definem o desempenho elétrico e óptico em condições normais de funcionamento, tipicamente a T_a=25°C.

6.1 Características de Entrada (LED)

• Tensão Direta (V_F): Tipicamente 1,2V, Máximo 1,5V a I_F= 10mA (50mA para H11B3).
• Corrente Reversa (I_R): Máximo 10 µA a V_R= 6V.
• Capacitância de Entrada (C_in): Tipicamente 50 pF a V=0, f=1MHz.

6.2 Características de Saída (Fotodarlington)

• Corrente de Escuridão Coletor-Emissor (I_CEO): Máximo 100 nA a V_CE= 10V.
• Tensão de Ruptura Coletor-Emissor (BV_CEO): Mínimo 55 V a I_C=1mA.
• Tensão de Ruptura Coletor-Base (BV_CBO): Mínimo 55 V a I_C=0,1mA.
• Tensão de Ruptura Emissor-Coletor (BV_ECO): Mínimo 7 V a I_E=0,1mA.

6.3 Características de Transferência

Estes parâmetros definem a eficiência de acoplamento e o desempenho de comutação.

• Taxa de Transferência de Corrente (CTR):Esta é a razão entre a corrente de coletor de saída e a corrente direta do LED de entrada, expressa em percentagem. Varia conforme o número de peça:
  • 4N32, 4N33, H11B1: CTR ≥ 500% (a I_F=10mA, V_CE=10V ou I_F=1mA, V_CE=5V).
  • 4N29, 4N30: CTR ≥ 100%.
  • 4N31, H11B3, H11B255: CTR ≥ 100%.
  • H11B2: CTR ≥ 200%.
  • TIL113: CTR ≥ 300% (a I_F=10mA, V_CE=1V).
• Tensão de Saturação Coletor-Emissor (V_CE(sat)):Máximo 1,0V a 1,2V dependendo da série, sob I_Fe I_C conditions.
• especificados._IOResistência de Isolamento (R):¹¹Mínimo 10_IOΩ a V
• =500V DC._IOCapacitância Entrada-Saída (C):_IOTipicamente 0,8 pF a V
• =0, f=1MHz.Tempos de Comutação:_{Tempo de ligação (t}on_{) e tempo de desligamento (t}off_CC) são especificados para diferentes séries sob condições de teste específicas (V_F=10V, com I_Le resistor de carga R_{=100Ω especificados). Por exemplo, para a série H11Bx, t}on_{é tipicamente 25µs e t}off

é tipicamente 18µs. As séries 4Nxx e TIL113 têm ligação mais rápida (máx. 5µs) mas potencialmente desligamento mais lento (até 100µs para algumas variantes).

7. Curvas de Desempenho e Características de Comutação_rA ficha técnica inclui curvas de desempenho típicas (embora não detalhadas no texto fornecido). Estas curvas ilustram tipicamente a relação entre CTR e temperatura, corrente direta ou corrente de coletor. São essenciais para os projetistas entenderem os desvios de desempenho em condições não padrão. É definido um circuito de teste de tempo de comutação, mostrando o pulso de entrada a acionar o LED e o pulso de saída resultante no coletor. Parâmetros de temporização chave como tempo de subida (t_f), tempo de descida (t_{), atraso de ligação (t}on_{) e atraso de desligamento (t}off

) são medidos entre os pontos de 10% e 90% dos respetivos pulsos.

8. Informações Mecânicas e do Invólucro

• Os dispositivos são oferecidos em várias variantes de invólucro para se adequarem a diferentes processos de montagem.Tipo DIP Padrão:
• O clássico invólucro furo passante.Tipo Opção M:
• Apresenta uma curvatura larga dos terminais, proporcionando um espaçamento de 0,4 polegadas (aprox. 10,16mm) para aplicações que requerem maior distância de fuga ou inserção manual mais fácil.Tipo Opção S:
• Forma de terminal para montagem em superfície para soldagem por refluxo.Tipo Opção S1:

Uma variante de forma de terminal para montagem em superfície de baixo perfil.

São fornecidos desenhos dimensionados detalhados para cada tipo de invólucro, incluindo comprimento, largura, altura do corpo, passo dos terminais e dimensões dos terminais. Também é incluído um layout recomendado de pastilhas para as opções de montagem em superfície, para garantir a formação de uma junta de solda fiável durante a montagem da PCB.

9. Diretrizes de Soldagem e Montagem

A especificação máxima absoluta define uma temperatura de soldagem de 260°C durante 10 segundos. Este é um parâmetro crítico para processos de soldagem por refluxo ou por onda. Os projetistas devem garantir que o perfil térmico durante a montagem não excede este limite para evitar danos no chip semicondutor interno ou no invólucro de plástico. Para as variantes de montagem em superfície, seguir o layout recomendado de pastilhas é crucial para evitar o efeito "tombstone" ou juntas de solda deficientes. Devem ser mantidas condições de armazenamento adequadas, de acordo com a classificação de temperatura de armazenamento (-55°C a +125°C), para preservar a integridade do dispositivo antes da utilização.

10. Embalagem e Informações de Pedido

O sistema de numeração de peças é estruturado para indicar a série, o número de peça específico, a opção de forma de terminal, a opção de fita e bobina e a certificação de segurança opcional.Formato do Número de Peça:

• [Série][PartNo][LeadForm][TapeReel]-[Safety]
• Série: 4NXX, H11BX ou TIL113.
• PartNo: Para 4NXX: 29,30,31,32,33. Para H11BX: 1,2,3,255.
• LeadForm (Y): S (SMD), S1 (SMD de baixo perfil), M (Terminal largo) ou nenhum (DIP padrão).
• TapeReel (Z): TA, TB (para opções SMD) ou nenhum.

Safety (V): Certificação VDE opcional.

• Quantidades de Embalagem:
• Opções DIP padrão e M: 65 unidades por tubo.

Opções S e S1 com TA/TB: 1000 unidades por bobina.

11. Considerações de Projeto para Aplicação_CEOAo projetar com estes fotocopladores fotodarlington, vários fatores devem ser considerados. A elevada CTR permite que o transistor de saída seja levado à saturação com uma corrente de LED relativamente baixa, o que é benéfico para a interface com microcontroladores. No entanto, a estrutura fotodarlington tem inerentemente velocidades de comutação mais lentas em comparação com fotocopladores de fototransistor ou foto-IC, tornando-os mais adequados para aplicações de baixa frequência (tipicamente até a gama de dezenas de kHz, dependendo das condições de carga). O pino da base (Pino 6) pode ser usado para ligar um resistor externo para desviar parte da corrente de base fotogerada para terra, o que pode melhorar significativamente o tempo de desligamento à custa de uma CTR reduzida. O projetista deve garantir que as classificações de tensão do transistor de saída (V_CBO, V_F) não são excedidas pelo circuito de carga. É sempre necessário um resistor limitador de corrente em série com o LED de entrada. O seu valor é calculado com base na tensão de alimentação, na I_F.

desejada e na V

do LED.

12. Comparação Técnica e Guia de Seleção

A principal diferenciação dentro desta série é a Taxa de Transferência de Corrente (CTR). Peças como a 4N32/33 e H11B1 oferecem sensibilidade muito alta (CTR ≥ 500%), tornando-as ideais para aplicações onde o sinal de acionamento é muito fraco. A 4N29/30 e H11B2 oferecem sensibilidade média. A 4N31, H11B3 e H11B255 fornecem uma CTR padrão de 100%. A TIL113 oferece um bom equilíbrio a 300%. A escolha entre invólucros DIP e SMD depende do processo de fabrico. A opção de terminal largo (M) é benéfica para aplicações de alta tensão que requerem maior distância de fuga na PCB. Em comparação com fotocopladores de fototransistor mais simples, os fotodarlington proporcionam um ganho muito maior, mas são mais lentos. Para isolamento digital de velocidade muito alta, outras tecnologias como isoladores digitais ou fotocopladores mais rápidos com saídas de porta lógica seriam mais apropriados.

13. Perguntas Frequentes (FAQ)

P: Qual é a principal vantagem de um fotodarlington em relação a um fototransistor padrão?

R: A principal vantagem é uma taxa de transferência de corrente (CTR) muito mais elevada, frequentemente por um fator de 10 a 100. Isto significa que uma corrente de LED de entrada muito pequena pode controlar uma corrente de saída muito maior, simplificando o circuito de acionamento.

P: Por que razão os tempos de comutação são mais lentos para fotodarlington?

R: A configuração de par Darlington tem um estágio de transistor extra, o que aumenta o armazenamento de carga e reduz a velocidade de comutação, particularmente durante o desligamento.

P: Como posso melhorar o tempo de desligamento do fotodarlington?_{R: Ligar um resistor externo (tipicamente na gama de 10kΩ a 100kΩ) entre o pino da base (6) e o pino do emissor (4) proporcionará um caminho para descarregar a carga armazenada, reduzindo significativamente o tempo de desligamento.}P: O que significa a classificação de isolamento de 5000 V

rms

para o meu projeto?

R: Esta classificação certifica que o dispositivo pode suportar uma diferença de potencial AC de 5000 Volts entre os lados de entrada e saída durante um minuto sem ruptura. Define a barreira de segurança para o seu sistema, protegendo os utilizadores e os circuitos de baixa tensão de falhas de alta tensão.

P: Posso usar estes para sinais de entrada AC?

R: A entrada é um LED, que é um díodo. Só conduzirá durante o semiciclo positivo de um sinal AC. Para deteção verdadeira de entrada AC, é necessário um retificador de ponte ou um fotocoplador de entrada AC dedicado.14. Exemplos de Projeto e Utilização_FExemplo 1: Acionador de Relé com Microcontrolador:

Um uso comum é isolar um microcontrolador de 3,3V ou 5V de uma bobina de relé de 12V ou 24V. O pino GPIO do microcontrolador, através de um resistor limitador de corrente (ex.: 220Ω para alimentação de 5V e I~10mA), aciona o lado do LED. O coletor do fotodarlington é ligado à bobina do relé e o emissor à terra. Um díodo de retorno deve ser colocado em paralelo com a bobina do relé. A elevada CTR garante que o relé é totalmente energizado mesmo que o pino do microcontrolador só possa fornecer uma corrente modesta.

Exemplo 2: Deteção de Passagem por Zero de Tensão da Rede:Embora não seja para ligação direta à rede, estes acopladores podem ser usados no caminho de feedback isolado de uma fonte de alimentação comutada ou num circuito de deteção de passagem por zero onde um sinal isolado de tensão mais elevada precisa de ser comunicado a um circuito lógico de baixa tensão. A elevada tensão de isolamento é crítica aqui.

Exemplo 3: Módulo de Entrada Digital Industrial:

Num módulo de entrada de um PLC, estes optocopladores podem isolar sinais de sensores de campo (ex.: interruptores de proximidade 24V DC) do circuito lógico interno, proporcionando imunidade ao ruído e protegendo o controlador central de transientes de tensão no lado do campo._F15. Princípio de Funcionamento_CO princípio fundamental é a conversão eletro-óptica-elétrica. Quando uma corrente direta (I

) é aplicada ao LED infravermelho de entrada, este emite fotões (luz). Esta luz atravessa uma lacuna isolante transparente dentro do invólucro e atinge a região da base do transistor de silício fotodarlington de saída. Os fotões absorvidos geram pares eletrão-lacuna, criando uma fotocorrente que atua como a corrente de base para o primeiro transistor do par Darlington. Esta pequena fotocorrente é amplificada pelo elevado ganho dos dois transistores, resultando numa corrente de coletor muito maior (I

) que pode comutar uma carga externa. A chave é que a única ligação entre a entrada e a saída é o feixe de luz, proporcionando o isolamento elétrico.