Ficha Técnica da Série EL253X de Fotocopladores - Pacote DIP 8 Pinos - Alta Velocidade 1Mbit/s - Isolamento 5000Vrms - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

A série EL253X compreende fotocopladores de transistor de alta velocidade e duplo canal. Cada dispositivo integra um díodo emissor de infravermelhos acoplado opticamente a um fototransistor de alta velocidade. Uma característica arquitetónica fundamental é a ligação separada para a polarização do fotodíodo e para o coletor do transistor de saída. Este projeto melhora significativamente a velocidade operacional ao reduzir a capacitância base-coletor do transistor de entrada, em comparação com os fotocopladores de fototransistor convencionais. Os dispositivos são fornecidos num pacote Dual In-line (DIP) padrão de 8 pinos e estão disponíveis com opções de espaçamento alargado entre terminais e configurações para montagem em superfície (SMD).

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

A vantagem principal da série EL253X é a sua combinação de capacidade de transmissão de dados de alta velocidade (até 1 Megabit por segundo) e robusto isolamento elétrico. Isto torna-a adequada para aplicações que requerem transferência de sinal fiável entre circuitos com diferentes potenciais de massa ou níveis de tensão. Características-chave que suportam isto incluem uma elevada imunidade a transientes de modo comum (CMTI) de 10kV/μs mínimo para a variante EL2611, garantindo operação estável em ambientes elétricos ruidosos, e uma alta tensão de isolamento de 5000 Vrms entre entrada e saída. Os dispositivos têm desempenho garantido numa ampla gama de temperaturas de -40°C a +85°C, atendendo a aplicações industriais e automotivas. A saída de porta lógica simplifica a interface com circuitos digitais. A conformidade com as diretivas sem chumbo e RoHS, juntamente com aprovações das principais agências de segurança internacionais (UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO), sublinha a sua fiabilidade e adequação para mercados globais. As aplicações-alvo incluem recetores de linha, equipamentos de telecomunicações, isolamento para transistores de potência em acionamentos de motores, malhas de realimentação em fontes de alimentação comutadas (SMPS), eletrodomésticos e como atualizações para fotocopladores de fototransistor de baixa velocidade.

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

Esta secção fornece uma interpretação objetiva e detalhada das características elétricas e de desempenho especificadas na ficha técnica.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estes valores definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. Não são condições de operação recomendadas. Os limites críticos incluem: uma corrente direta contínua (I_F) de 25mA, uma corrente direta de pico (I_FP) de 50mA (ciclo de trabalho de 50%, largura de pulso de 1ms), e uma corrente transitória de pico muito alta (I_Ftrans) de 1A para pulsos muito curtos (≤1μs). A saída pode suportar uma tensão (V_O) de -0.5V a 20V, e a tensão de alimentação (V_CC) pode variar de -0.5V a 30V. A tensão de isolamento (V_ISO) é classificada em 5000 Vrms durante um minuto, testada sob condições específicas de humidade. O dispositivo pode operar em temperaturas ambientes (T_OPR) de -40°C a +100°C e ser armazenado (T_STG) de -40°C a +125°C. A temperatura de soldadura (T_SOL) é especificada como 260°C durante 10 segundos, que é um perfil padrão de reflow sem chumbo.

2.2 Características Elétricas

Estes parâmetros definem o desempenho do dispositivo em condições normais de operação, tipicamente a 25°C, salvo indicação em contrário.

2.2.1 Características de Entrada

A tensão direta (V_F) é tipicamente 1.45V a uma corrente direta (I_F) de 16mA. Tem um coeficiente de temperatura negativo de aproximadamente -1.9 mV/°C, o que significa que V_F diminui ligeiramente à medida que a temperatura aumenta. A tensão reversa máxima (V_R) é de 5V. A capacitância de entrada (C_IN) é tipicamente 60pF, o que é um fator no desempenho de comutação de alta velocidade.

2.2.2 Características de Saída

A corrente de saída em nível lógico alto (I_OH) é muito baixa (tip. 0.001µA a V_CC=5.5V), indicando excelentes características de fuga de saída no estado desligado. A corrente de alimentação difere significativamente entre os estados lógicos: a corrente de alimentação em nível lógico baixo (I_CCL) é tipicamente 140µA quando o LED de entrada é acionado (I_F=16mA), enquanto a corrente de alimentação em nível lógico alto (I_CCH) é tipicamente apenas 0.01µA quando a entrada está desligada. Isto destaca o baixo consumo de energia no estado de repouso.

2.3 Características de Transferência

Isto define a relação entre entrada e saída.

2.3.1 Taxa de Transferência de Corrente (CTR)

A CTR, um parâmetro chave para fotocopladores, é a razão entre a corrente de coletor de saída e a corrente do LED de entrada, expressa em percentagem. O EL2530 tem uma gama CTR de 7% a 50%, enquanto o EL2531 tem uma gama mais alta de 19% a 50% (ambos a I_F=16mA, V_O=0.4V, V_CC=4.5V, 25°C). Portanto, o EL2531 é a variante de ganho mais elevado. Os valores mínimos de CTR são garantidos em 5% para o EL2530 e 15% para o EL2531 sob condições ligeiramente diferentes (V_O=0.5V).

2.3.2 Tensão de Saída em Nível Lógico Baixo (V_OL)

Esta é a tensão na saída quando o dispositivo está no estado 'ligado' ou baixo. Para o EL2530, V_OL é tipicamente 0.18V com uma corrente de saída (I_O) de 1.1mA. Para o EL2531, é tipicamente 0.25V com I_O=3mA. O V_OL máximo para ambos é 0.5V nas suas respetivas condições de teste, garantindo níveis sólidos de lógica baixa para interface.

2.4 Características de Comutação

Estes parâmetros são críticos para aplicações de alta velocidade. Os testes são realizados a I_F=16mA e V_CC=5V.

2.4.1 Atraso de Propagação

São medidos o atraso de propagação para lógica baixa (t_PHL) e para lógica alta (t_PLH). Para o EL2530 com uma resistência de carga (R_L) de 4.1kΩ, t_PHL é tipicamente 0.35µs (máx. 2.0µs) e t_PLH é tipicamente 0.5µs (máx. 2.0µs). Para o EL2531 com uma R_L de 1.9kΩ, ambos os atrasos são tipicamente 0.35µs e 0.3µs respetivamente (máx. 1.0µs). O EL2531 demonstra tempos de comutação mais rápidos, em parte devido à sua CTR mais elevada, que permite o uso de uma resistência de pull-up menor.

2.4.2 Imunidade a Transientes de Modo Comum (CMTI)

A CMTI mede a capacidade do dispositivo de rejeitar transientes de tensão rápidos entre as massas de entrada e saída. É especificada em Volts por microssegundo (V/µs). Tanto o EL2530 como o EL2531 têm uma CMTI mínima de 1000 V/µs e um valor típico de 10.000 V/µs para ambos os estados de lógica alta (CM_H) e lógica baixa (CM_L). As condições de teste diferem: o EL2530 usa um pulso de modo comum de 10V p-p, enquanto o EL2531 usa um pulso de 1000V p-p, indicando testes potencialmente mais robustos para esta última variante neste aspeto.

3. Análise de Curvas de Desempenho

A ficha técnica referencia curvas típicas de características eletro-ópticas. Embora os gráficos específicos não sejam reproduzidos no texto fornecido, eles normalmente incluem gráficos da Taxa de Transferência de Corrente (CTR) vs. Corrente Direta (I_F), CTR vs. Temperatura Ambiente (T_A), Atraso de Propagação vs. Resistência de Carga (R_L), e Tensão Direta (V_F) vs. I_F. Estas curvas são essenciais para os projetistas entenderem como os parâmetros se alteram em condições não ideais ou variáveis, como correntes de acionamento mais baixas, temperaturas mais altas ou diferentes configurações de carga, permitindo um projeto de circuito robusto em toda a gama de operação especificada.

4. Informação Mecânica e de Pacote

O dispositivo utiliza um pacote DIP de 8 pinos. A configuração dos pinos é a seguinte: Pino 1: Ânodo (Canal 1), Pino 2: Cátodo (Canal 1), Pino 3: Cátodo (Canal 2), Pino 4: Ânodo (Canal 2), Pino 5: Massa (GND), Pino 6: Saída 2 (V_OUT2), Pino 7: Saída 1 (V_OUT1), Pino 8: Tensão de Alimentação (V_CC). O pacote está disponível em várias opções de forma dos terminais: DIP padrão, terminais alargados e curvados (espaçamento de 0.4 polegadas, opção 'M'), e formas de terminais para montagem em superfície (opções 'S' e 'S1' de perfil baixo).

5. Diretrizes de Soldadura e Montagem

O valor máximo absoluto para a temperatura de soldadura é de 260°C durante 10 segundos. Isto está alinhado com perfis típicos de soldadura por reflow sem chumbo. Para soldadura por onda ou soldadura manual, devem ser seguidas as práticas padrão para componentes de orifício passante ou SMD, respeitando os limites máximos de temperatura e tempo para evitar danos no pacote ou degradação dos materiais internos. Os dispositivos devem ser armazenados em condições dentro da gama de temperatura de armazenamento (-40°C a +125°C) e em embalagem sensível à humidade, se aplicável para variantes SMD, para evitar o efeito 'popcorn' durante o reflow.

6. Embalagem e Informação de Encomenda

O número de peça segue o formato: EL253XY(Z)-V. 'X' denota o número da peça (0 para EL2530, 1 para EL2531). 'Y' indica a opção de forma dos terminais: em branco para DIP padrão, 'M' para terminais alargados curvados, 'S' para montagem em superfície, 'S1' para montagem em superfície de perfil baixo. 'Z' especifica a opção de fita e bobina: 'TA' ou 'TB' (diferentes tipos de bobina), ou em branco para embalagem em tubo. 'V' é um sufixo opcional para aprovação VDE. As quantidades de embalagem são de 45 unidades por tubo para versões de orifício passante e 1000 unidades por bobina para versões SMD em fita e bobina.

7. Recomendações de Aplicação

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Recetores de Linha:Isolar linhas de comunicação digital (ex., RS-485, RS-422) para evitar loops de massa e ruído.
• Isolamento de Acionamento de Motor:Fornecer sinais de acionamento de porta para transistores de potência (IGBTs, MOSFETs) em acionamentos de frequência variável, isolando a lógica de controlo de baixa tensão do estágio de potência de alta tensão.
• Realimentação de Fonte de Alimentação Comutada (SMPS):Isolar o sinal de erro de realimentação do lado secundário (saída) para o controlador do lado primário (entrada), um requisito crítico de segurança e funcionalidade.
• Isolamento de Massa Lógica:Separar as massas entre subsistemas digitais ruidosos (ex., entre um microcontrolador e um CI de acionamento de motor) para evitar acoplamento de ruído.
• Equipamentos de Telecomunicações:Isolamento de sinal em circuitos de toque, interfaces de linha ou proteção de linhas de dados.

7.2 Considerações de Projeto

• Resistência Limitadora de Corrente:Uma resistência externa deve ser usada em série com o LED de entrada para definir a corrente direta (I_F), tipicamente para os recomendados 16mA para velocidade e CTR ótimos.
• Resistência de Pull-Up:A saída requer uma resistência de pull-up (R_L) para V_CC. O seu valor afeta a velocidade de comutação e o consumo de energia. A ficha técnica especifica condições de teste com 4.1kΩ para EL2530 e 1.9kΩ para EL2531.
• Desacoplamento da Fonte de Alimentação:Coloque um condensador de desacoplamento (ex., 0.1µF) próximo do pino V_CC (Pino 8) e da massa para garantir operação estável e minimizar o ruído de comutação.
• Layout para Alta CMTI:Para manter a alta CMTI, minimize a capacitância parasita entre as secções de entrada e saída do layout da PCB. Forneça distâncias de rastreamento e de isolamento adequadas de acordo com as normas de segurança.
• Escolher EL2530 vs. EL2531:Selecione EL2531 para aplicações que requerem velocidades de comutação mais rápidas ou onde uma resistência de pull-up de valor mais baixo é aceitável. O EL2530 pode ser escolhido para aplicações com requisitos de velocidade menos rigorosos ou onde uma corrente de alimentação mais baixa no estado ligado (devido a R_L mais alta) é uma prioridade.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

A série EL253X diferencia-se dos fotocopladores de fototransistor padrão principalmente pela sua alta velocidade (1Mbit/s vs. tipicamente <100kbit/s para tipos padrão). A ligação separada de polarização do fotodíodo é a principal diferença arquitetónica que permite isto. Comparado com outros optoacopladores de alta velocidade (como aqueles com portas lógicas integradas ou isoladores digitais de velocidade mais alta), o EL253X oferece uma saída de transistor simples e robusta, o que pode ser vantajoso em certas aplicações analógicas ou de mudança de nível, e tipicamente tem um custo mais baixo. A sua configuração de duplo canal num único pacote de 8 pinos economiza espaço na placa em comparação com o uso de dois dispositivos de canal único.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P: Qual é a principal diferença entre o EL2530 e o EL2531?

R: A diferença principal é a Taxa de Transferência de Corrente (CTR) mínima garantida. O EL2531 tem uma CTR mínima mais elevada (15-19% dependendo da condição de teste) em comparação com o EL2530 (5-7%). Isto geralmente permite que o EL2531 comute mais rapidamente com uma dada resistência de carga ou use uma resistência de pull-up maior para a mesma velocidade, afetando o consumo de energia e a capacidade de acionamento.

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

R: Não. O LED deve ser acionado com uma fonte limitada de corrente, tipicamente implementada com uma resistência em série a partir de uma fonte de tensão. A ficha técnica fornece características de tensão direta (V_F) para ajudar a calcular o valor de resistência apropriado para a I_F desejada (ex., 16mA).

P: O que significa uma Imunidade a Transientes de Modo Comum (CMTI) de 10kV/µs?

R: Significa que o estado de saída permanecerá correto (não mudará falsamente) mesmo que a diferença de tensão entre as massas do circuito de entrada e saída mude a uma taxa tão alta quanto 10.000 volts por microssegundo. Isto é crucial em acionamentos de motor ou fontes de alimentação onde a comutação rápida de alta tensão cria grandes transientes de massa.

P: É necessário um dissipador de calor?

R: Sob condições normais de operação dentro dos valores máximos absolutos de dissipação de potência (P_IN=45mW, P_O=35mW), um dissipador de calor não é necessário. A potência dissipada é relativamente baixa. Um layout de PCB adequado para dissipação térmica é geralmente suficiente.

10. Exemplos Práticos de Projeto e Utilização

Caso 1: Expansor de GPIO Isolado.Um microcontrolador precisa de monitorizar interruptores de limite de 12V num painel industrial. Usando seis canais EL2531, os GPIOs de 3.3V do microcontrolador podem acionar os LEDs através de resistências limitadoras de corrente. As saídas, ligadas em pull-up a 12V, fornecem um sinal lógico limpo para os interruptores. O isolamento de 5000Vrms protege o microcontrolador de potenciais transientes nas linhas industriais de 12V.

Caso 2: Acionador de Porta para um MOSFET de Meia-Ponte.Num controlador de motor DC de baixa potência, um único canal EL2531 pode ser usado para acionar o MOSFET do lado alto. A entrada é acionada pelo sinal PWM do controlador. A saída, ligada à porta do MOSFET através de uma resistência de porta adequada e ligada em pull-up a uma alimentação bootstrap, fornece o acionamento de porta isolado. A alta CMTI garante que o sinal de porta permaneça estável durante a comutação rápida da meia-ponte.

11. Princípio de Funcionamento

O princípio fundamental é a conversão optoeletrónica. Uma corrente elétrica aplicada ao Díodo Emissor de Infravermelhos (IRED) de entrada faz com que ele emita luz. Esta luz atravessa uma barreira opticamente transparente mas eletricamente isolante (tipicamente silicone ou material similar). A luz atinge o fotodíodo do detetor integrado, gerando uma fotocorrente. No EL253X, esta fotocorrente polariza diretamente a base do transistor NPN de saída, ligando-o e puxando o pino de saída (coletor) para baixo. A ligação separada para o fotodíodo permite que a fotocorrente seja usada de forma mais eficiente para comutação, em vez de ser parcialmente desviada pela capacitância base-coletor do transistor, que é o fator limitante de velocidade nos fototransistores tradicionais.

12. Tendências Tecnológicas

O campo do isolamento de sinal está em evolução. Embora os fotocopladores com saída de transistor como a série EL253X permaneçam altamente relevantes pela sua simplicidade, robustez e custo-efetividade, várias tendências são notáveis. Existe uma movimentação para maior integração, como dispositivos com acionadores integrados para IGBTs/FETs de GaN. Isoladores digitais baseados em tecnologia CMOS e acoplamento RF ou capacitivo oferecem taxas de dados significativamente mais altas (dezenas a centenas de Mbps), menor consumo de energia e maior fiabilidade (sem envelhecimento do LED). No entanto, os fotocopladores mantêm vantagens em certas áreas: capacidade de isolamento de tensão muito alta, excelente imunidade a transientes de modo comum e imunidade inerente a campos magnéticos. O foco de desenvolvimento para fotocopladores inclui melhorar ainda mais a velocidade, reduzir o tamanho do pacote (especialmente para SMD), melhorar o desempenho em alta temperatura e aumentar métricas de fiabilidade como a estabilidade da CTR a longo prazo.