Ficha Técnica da Série EL827 de Fotocoplador - Embalagem DIP de 8 Pinos - Isolamento 5000Vrms - CTR 50-600% - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

A série EL827 representa uma família de fotocopladores (optoacopladores) baseados em fototransistor, alojados na embalagem padrão do setor Dual In-line Package (DIP) de 8 pinos. Estes dispositivos são projetados para fornecer isolamento elétrico e transmissão de sinal entre circuitos que operam em potenciais ou impedâncias diferentes. A função principal é alcançada através de um díodo emissor de infravermelhos (IRED) acoplado opticamente a um detector de fototransistor de silício. Esta configuração permite que sinais de controle passem do lado de entrada para o lado de saída, mantendo um alto grau de isolamento elétrico, o que é crucial para segurança e imunidade a ruído em muitos sistemas eletrónicos.

A principal vantagem desta série reside na sua combinação de uma ampla faixa de taxa de transferência de corrente (CTR) e uma robusta classificação de tensão de isolamento. A compacta embalagem DIP está disponível em várias opções de formato de terminais, incluindo padrão, com espaçamento amplo e tipos para montagem em superfície, proporcionando flexibilidade para diferentes processos de montagem de PCB. Os dispositivos estão em conformidade com as principais normas internacionais de segurança e ambientais, tornando-os adequados para uma ampla gama de aplicações globais.

1.1 Características Principais e Aplicações-Alvo

A série EL827 é projetada com várias características-chave que definem o seu desempenho e adequação à aplicação. Uma alta Taxa de Transferência de Corrente (CTR), variando de 50% a 600% (em IF=5mA, VCE=5V), garante uma transferência de sinal eficiente com boa sensibilidade. A tensão de isolamento entre as secções de entrada e saída é classificada em 5000 Vrms, fornecendo uma forte barreira contra transitórios de alta tensão e melhorando a segurança do sistema.

O produto está em conformidade com as regulamentações RoHS e REACH da UE. Recebeu aprovações de segurança de várias agências internacionais renomadas, incluindo UL, cUL (arquivo E214129), VDE (arquivo 132249), SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO e CQC. Estas certificações são essenciais para produtos destinados a mercados com requisitos de segurança rigorosos.

Aplicações típicas para a série EL827 incluem:

• Controladores Lógicos Programáveis (CLPs) e sistemas de automação industrial.
• Aparelhos de sistema e instrumentos de medição de precisão que requerem aquisição de sinal livre de ruído.
• Equipamentos de telecomunicações para isolamento de sinal e proteção de interface.
• Eletrodomésticos, como aquecedores de ventoinha e outros sistemas de controlo.
• Transmissão de sinal de uso geral entre circuitos de potenciais e impedâncias diferentes, servindo como um componente de isolamento fundamental.

2. Especificações Técnicas e Interpretação Detalhada

Esta secção fornece uma análise detalhada dos parâmetros elétricos e óticos do dispositivo. Compreender estas especificações é crucial para um projeto de circuito adequado e para garantir uma operação confiável a longo prazo.

2.1 Especificações Máximas Absolutas

As Especificações Máximas Absolutas definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. A operação sob ou nestes limites não é garantida e deve ser evitada no uso normal. As classificações são especificadas a uma temperatura ambiente (Ta) de 25°C.

• Lado de Entrada (Díodo):A corrente direta contínua (IF) não deve exceder 60 mA. Um breve pico de corrente direta (IFP) de 1 A por 1 microssegundo é permitido. A tensão reversa máxima (VR) aplicada ao díodo é de 6 V. A dissipação de potência no lado de entrada (PD) é limitada a 100 mW.
• Lado de Saída (Transistor):A corrente de coletor máxima (IC) é de 50 mA. A tensão coletor-emissor (VCEO) pode chegar a 80 V, enquanto a tensão emissor-coletor (VECO) é limitada a 7 V. A dissipação de potência de saída (PC) é de 150 mW.
• Totais do Dispositivo e Ambientais:A dissipação de potência total do dispositivo (PTOT) é de 200 mW. A tensão de isolamento (VISO) entre as secções de entrada e saída é de 5000 Vrms (testada durante 1 minuto a 40-60% de humidade relativa). A faixa de temperatura de operação (TOPR) é de -55°C a +110°C, e a temperatura de armazenamento (TSTG) varia de -55°C a +125°C. A temperatura de soldadura (TSOL) não deve exceder 260°C durante 10 segundos na montagem.

2.2 Características Eletro-Óticas

Estes parâmetros definem o desempenho do dispositivo em condições normais de operação, tipicamente a Ta=25°C. São essenciais para calcular o desempenho do circuito.

Características de Entrada (Díodo Emissor de Infravermelhos):

• Tensão Direta (VF):Tipicamente 1,2V, com um máximo de 1,4V quando uma corrente direta (IF) de 20 mA é aplicada. Este parâmetro é usado para dimensionar o resistor limitador de corrente para o lado de entrada.
• Corrente Reversa (IR):Máximo de 10 µA quando uma tensão reversa (VR) de 4V é aplicada, indicando a fuga do díodo no estado desligado.
• Capacitância de Entrada (Cin):Tipicamente 30 pF, com um máximo de 250 pF (medida a 0V, 1 kHz). Isto afeta o desempenho de comutação de alta frequência.

Características de Saída (Fototransistor):

• Corrente de Escuridão Coletor-Emissor (ICEO):Máximo de 100 nA quando VCE=20V e IF=0mA. Esta é a corrente de fuga do fototransistor quando nenhuma luz incide.
• Tensões de Ruptura:A tensão de ruptura coletor-emissor (BVCEO) é um mínimo de 80V (IC=0,1mA). A tensão de ruptura emissor-coletor (BVECO) é um mínimo de 7V (IE=0,1mA).

Características de Transferência (Desempenho de Acoplamento):

• Taxa de Transferência de Corrente (CTR):Este é o parâmetro-chave, definido como (IC / IF) * 100%. Para a série EL827, varia de um mínimo de 50% a um máximo de 600% sob a condição de teste padrão de IF=5mA e VCE=5V. Esta ampla faixa pode indicar diferentes graus ou variações de produção. Os projetistas devem considerar o CTR mínimo para garantir que o transistor de saída sature corretamente.
• Tensão de Saturação Coletor-Emissor (VCE(sat)):Tipicamente 0,1V, com um máximo de 0,2V quando IF=20mA e IC=1mA. Um VCE(sat) baixo é desejável para aplicações de comutação de saída para minimizar a queda de tensão.
• Resistência de Isolamento (RIO):Mínimo de 5 x 10^10 Ω quando 500V DC são aplicados entre os lados isolados. Isto indica um excelente isolamento DC.
• Capacitância Flutuante (CIO):Tipicamente 0,6 pF, máximo 1,0 pF (VIO=0V, f=1MHz). Esta pequena capacitância contribui para uma alta imunidade a transitórios de modo comum.
• Frequência de Corte (fc):Tipicamente 80 kHz (VCE=5V, IC=2mA, RL=100Ω, ponto -3dB). Isto define a largura de banda de pequeno sinal do dispositivo.
• Tempos de Comutação:O tempo de subida (tr) é tipicamente 3 µs (máx. 18 µs), e o tempo de descida (tf) é tipicamente 4 µs (máx. 18 µs) sob as condições de teste especificadas (VCE=2V, IC=2mA, RL=100Ω). Estes tempos determinam a velocidade máxima de comutação digital.

3. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica referencia curvas típicas de características eletro-óticas. Embora os gráficos específicos não sejam reproduzidos no texto fornecido, o seu propósito é ilustrar como os parâmetros-chave variam com as condições de operação. Os projetistas devem consultar a ficha técnica completa para estes gráficos.

As Curvas Típicas incluiriam:

• CTR vs. Corrente Direta (IF):Mostra como a taxa de transferência de corrente muda com a corrente do díodo de entrada. A CTR geralmente atinge um pico num IF específico e pode diminuir em correntes muito altas devido ao aquecimento ou outros efeitos.
• CTR vs. Temperatura Ambiente (Ta):Ilustra a dependência da temperatura da eficiência de acoplamento. A CTR tipicamente diminui à medida que a temperatura aumenta.
• Corrente de Saída (IC) vs. Tensão Coletor-Emissor (VCE):Família de curvas com IF como parâmetro, semelhante às características de saída de um transistor padrão. Isto mostra as regiões de operação (saturação, ativa).
• Tensão de Saturação (VCE(sat)) vs. Corrente Direta (IF):Mostra a relação entre a excitação de entrada e a saturação do transistor de saída.

3.1 Circuito de Teste de Tempo de Comutação

A Figura 10 na ficha técnica detalha o circuito de teste padrão e as definições de forma de onda para medir os tempos de comutação (ton, toff, tr, tf). O teste é realizado com uma corrente de entrada pulsada a acionar o IRED. A saída é monitorizada através de um resistor de carga (RL) conectado entre o coletor e uma tensão de alimentação (VCC). O tempo de subida (tr) é medido de 10% a 90% do valor final do pulso de saída, e o tempo de descida (tf) é medido de 90% a 10%. Compreender esta configuração de teste ajuda os projetistas a replicar condições se precisarem de caracterizar o dispositivo no seu circuito de aplicação específico.

4. Informações Mecânicas e de Embalagem

O EL827 é oferecido numa embalagem DIP de 8 pinos com várias opções de formato de terminais para acomodar diferentes projetos de PCB e métodos de montagem.

4.1 Configuração dos Pinos e Esquemático

O esquemático interno mostra um díodo emissor de infravermelhos conectado entre os pinos 1/3 (ânodo) e 2/4 (cátodo). O emissor do fototransistor está conectado aos pinos 5/7, e o seu coletor está conectado aos pinos 6/8. Os pinos com a mesma função estão internamente conectados para fornecer resistência mecânica e potencialmente menor indutância dos terminais. A conexão padrão é usar um pino de cada par.

Atribuição dos Pinos:

• Pino 1, 3: Ânodo (A)
• Pino 2, 4: Cátodo (K)
• Pino 5, 7: Emissor (E)
• Pino 6, 8: Coletor (C)

4.2 Dimensões da Embalagem e Opções

Desenhos mecânicos detalhados são fornecidos para cada variante de embalagem:

• Tipo DIP Padrão:A embalagem convencional de orifício passante.
• Tipo Opção M:Apresenta uma \"dobra de terminal larga\" proporcionando um espaçamento de terminal de 0,4 polegadas (aprox. 10,16mm), o que pode ser útil para prototipagem ou requisitos de layout específicos.
• Tipo Opção S:Formato de terminal para montagem em superfície para soldadura por refluxo.
• Tipo Opção S1:Um formato de terminal para montagem em superfície \"de baixo perfil\", provavelmente com uma altura reduzida em comparação com a opção S.

A ficha técnica também inclui um layout recomendado para as almofadas das opções de montagem em superfície (S e S1), o que é crítico para obter juntas de soldadura confiáveis e um alinhamento mecânico adequado durante a soldadura por refluxo.

4.3 Marcação do Dispositivo

Os dispositivos são marcados no topo com \"EL827\" denotando a série, seguido por um código de um dígito para o ano (Y), um código de duas semanas (WW) e um sufixo opcional \"V\" se a unidade for aprovada pela VDE. Esta marcação permite a rastreabilidade da data de fabrico e da variante.

5. Diretrizes de Soldadura e Montagem

5.1 Condições de Soldadura

A ficha técnica fornece informações críticas para o processo de montagem, particularmente para as variantes de montagem em superfície. A temperatura máxima permitida do corpo durante a soldadura é definida por um perfil de refluxo referenciado à norma IPC/JEDEC J-STD-020D. Os parâmetros-chave deste perfil incluem:

• Temperatura de Pré-aquecimento:Mínima (Tsmin) 150°C, Máxima (Tsmax) 200°C.
• Tempo em Pré-aquecimento:O perfil mostra um tempo específico (ts) nesta faixa de temperatura para aquecer gradualmente o componente e a placa, minimizando o choque térmico.
• Temperatura de Pico & Tempo:O perfil não deve exceder a temperatura máxima de soldadura (TSOL) de 260°C, e o tempo acima de 260°C deve ser limitado (tipicamente a 10 segundos, conforme observado nas Especificações Máximas Absolutas).

Aderir a este perfil é essencial para evitar danos à embalagem plástica, às ligações internas dos fios ou ao próprio chip semicondutor. Para peças de orifício passante, a soldadura por onda ou soldadura manual também deve respeitar o limite de 260°C durante 10 segundos.

6. Embalagem e Informações de Pedido

6.1 Estrutura do Número de Peça para Pedido

O número de peça segue o formato: EL827X(Z)-V

• X:Opção de formato de terminal: Nenhuma (DIP padrão), M (Dobra larga), S (Montagem em superfície), S1 (Montagem em superfície de baixo perfil).
• Z:Opção de fita e carretel: Nenhuma (embalado em tubo), TA, ou TB (diferentes direções de alimentação da fita).
• V:Marcação opcional de aprovação de segurança VDE.

6.2 Quantidades de Embalagem

• DIP Padrão e Opção M: 45 unidades por tubo.
• Opções S(TA), S(TB), S1(TA), S1(TB): 1000 unidades por carretel.

6.3 Especificações da Fita e Carretel

Dimensões detalhadas para a fita transportadora são fornecidas para as opções S e S1 (TA e TB). Os parâmetros incluem dimensões do bolso (A, B, Do, D1), passo da fita (Po, P1), espessura da fita (t) e largura total da fita (W). As opções TA e TB diferem na direção de alimentação do carretel, que deve ser configurada corretamente na máquina pick-and-place. Os diagramas mostram a orientação do dispositivo dentro do bolso da fita.

7. Sugestões de Aplicação e Considerações de Projeto

Ao projetar com o fotocoplador EL827, vários fatores devem ser considerados para garantir desempenho e confiabilidade ideais.

Projeto do Circuito de Entrada:Um resistor limitador de corrente deve ser colocado em série com o IRED de entrada. O seu valor é calculado com base na tensão de alimentação (Vcc_in), na corrente direta desejada (IF) e na tensão direta do díodo (VF): R_in = (Vcc_in - VF) / IF. A IF escolhida afeta a CTR, a velocidade de comutação e a longevidade do dispositivo. Operar no ou abaixo do valor recomendado de 20mA para operação contínua é aconselhável.

Projeto do Circuito de Saída:O fototransistor pode ser usado em modo de comutação (saturação) ou modo linear (ativo). Para comutação digital, um resistor de pull-up (RL) é conectado entre o coletor e a tensão de alimentação do lado de saída (Vcc_out). O valor de RL influencia a velocidade de comutação (RL mais baixo = mais rápido, mas IC mais alto) e o consumo de corrente. Certifique-se de que a corrente de saída (IC) não excede o máximo de 50mA. Para aplicações lineares, o dispositivo opera na sua região ativa, mas a não linearidade da CTR e a dependência da temperatura devem ser cuidadosamente consideradas.

Isolamento e Layout:Para manter a alta classificação de isolamento, mantenha distâncias de rastreamento e de ar adequadas no PCB entre os traços de cobre do lado de entrada e saída, de acordo com as normas de segurança relevantes (ex.: IEC 60950-1, IEC 62368-1). Coloque o fotocoplador atravessando a barreira de isolamento no layout.

Desacoplamento e Ruído:Para aplicações sensíveis a ruído ou para melhorar a estabilidade em circuitos de comutação, considere colocar um pequeno capacitor de desacoplamento (ex.: 0,1 µF) próximo aos pinos de alimentação nos lados de entrada e saída do dispositivo.

8. Comparação Técnica e Perguntas Comuns

8.1 Diferenciação de Outros Fotocopladores

Os principais diferenciadores do EL827 são a sua alta tensão de isolamento de 5000Vrms e a ampla faixa de CTR (50-600%). Comparado com fotocopladores básicos de 4 pinos, o DIP de 8 pinos oferece pinos duplos para cada terminal, o que pode melhorar a retenção mecânica na placa e potencialmente oferecer um desempenho térmico ligeiramente melhor. A disponibilidade de opções de montagem em superfície (S, S1) e de terminal largo (M) proporciona mais flexibilidade do que muitas ofertas de embalagem única. O conjunto abrangente de aprovações de segurança internacionais (UL, VDE, etc.) é uma vantagem significativa para produtos comerciais e industriais que requerem certificação.

8.2 Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros)

P: O que significa uma faixa de CTR de 50-600% para o meu projeto?

R: Indica variação de produção. Deve projetar o seu circuito para funcionar de forma confiável com omínimoCTR garantido (50% neste caso) para garantir que a saída comute corretamente em todas as condições. Se o seu projeto requer uma sensibilidade específica, pode precisar de selecionar dispositivos com base no CTR medido (binning) ou usar um circuito que compense a variação.

P: Posso usar isto para isolamento de sinal analógico?

R: Embora possível (usando-o em modo linear), não é ideal devido à não linearidade da CTR em relação ao IF e à sua forte dependência da temperatura. Para isolamento analógico de precisão, são recomendados optoacopladores lineares dedicados ou amplificadores de isolamento.

P: Como escolho entre as opções de montagem em superfície S e S1?

R: A opção S1 \"de baixo perfil\" é projetada para aplicações com restrições rigorosas de altura na montagem do PCB. Consulte os desenhos de dimensões da embalagem na ficha técnica para comparar a altura de suporte e as dimensões gerais. As características elétricas são idênticas.

P: Os tempos de comutação parecem lentos (até 18µs). Isto é adequado para a minha comunicação digital de alta velocidade?

R: Para isolamento de I/O digital padrão em CLPs ou interfaces de microcontrolador, estas velocidades são tipicamente suficientes. Para comunicação serial de alta velocidade (ex.: isolamento de USB, RS-485), devem ser considerados isoladores digitais muito mais rápidos (baseados em acoplamento capacitivo ou magnético) ou optoacopladores de alta velocidade especificamente projetados para taxas de dados na faixa de Mbps.

9. Princípios Operacionais e Tendências

9.1 Princípio Básico de Operação

Um fotocoplador opera convertendo um sinal elétrico em luz, transmitindo essa luz através de uma lacuna eletricamente isolante e, em seguida, convertendo a luz de volta num sinal elétrico. No EL827, uma corrente elétrica aplicada ao Díodo Emissor de Infravermelhos (IRED) de entrada faz com que ele emita fotões (luz) num comprimento de onda infravermelho. Esta luz viaja através de um composto de moldagem isolante transparente e atinge a região da base do fototransistor de silício no lado de saída. A luz incidente gera pares eletrão-lacuna na base, atuando efetivamente como uma corrente de base, o que permite que uma corrente de coletor muito maior flua. Esta corrente de coletor é proporcional à intensidade da luz incidente, que por sua vez é proporcional à corrente do díodo de entrada, estabelecendo a taxa de transferência de corrente (CTR). O ponto-chave é que a única conexão entre a entrada e a saída é o feixe de luz, fornecendo o isolamento elétrico.

9.2 Tendências da Indústria

O mercado de optoacopladores continua a evoluir. As tendências-chave incluem um impulso para taxas de dados mais altas para acomodar protocolos de comunicação industrial mais rápidos e controlo de fontes de alimentação digitais. Há também uma procura por maior integração, como combinar múltiplos canais de isolamento num único pacote ou integrar funções adicionais como drivers de porta para IGBTs/MOSFETs. Além disso, a necessidade de confiabilidade aprimorada, particularmente em aplicações automotivas e industriais, impulsiona melhorias no desempenho em alta temperatura e na estabilidade a longo prazo da CTR. Embora os acopladores tradicionais baseados em fototransistor, como o EL827, permaneçam cavalos de batalha para isolamento básico devido à sua simplicidade, custo-efetividade e capacidade de alta tensão, tecnologias mais recentes como isoladores capacitivos e magnéticos (magnetorresistência gigante) estão a ganhar quota em aplicações que requerem velocidade muito alta, baixo consumo de energia e robusta imunidade a ruído.