Ficha Técnica de Relé de Estado Sólido 2 Canais em Pacote DIP 8 Pinos - Pacote DIP 8 Pinos - Ruptura 400V/600V - Carga 120mA/50mA - Documentação Técnica em Português

1. Visão Geral do Produto

Os modelos EL840A e EL860A são relés de estado sólido (SSR) de uso geral e duplo canal, encapsulados no compacto formato DIP de 8 pinos. Estes dispositivos utilizam um mecanismo de acoplamento óptico, apresentando um LED infravermelho de AlGaAs no lado da entrada que está opticamente isolado de um circuito detector de saída de alta tensão no lado de saída. O detector de saída consiste numa matriz de diodos fotovoltaicos que aciona interruptores MOSFET. Esta configuração fornece a funcionalidade elétrica equivalente a dois relés eletromecânicos independentes do tipo Forma A (normalmente aberto), oferecendo confiabilidade superior, vida útil mais longa e comutação mais rápida em comparação com os seus equivalentes mecânicos.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

As principais vantagens desta série de SSR derivam do seu design de estado sólido. Os benefícios-chave incluem a completa ausência de partes móveis, o que elimina o rebote de contato, arcos elétricos e desgaste mecânico, levando a uma vida operacional excepcionalmente longa e alta confiabilidade. O isolamento óptico entre entrada e saída proporciona uma alta tensão de isolamento de 5000 Vrms, melhorando a segurança do sistema e a imunidade a ruídos. Os dispositivos são projetados para controlar sinais analógicos de baixo nível com alta sensibilidade e velocidade. A sua pegada compacta DIP de 8 pinos torna-os adequados para layouts de PCB de alta densidade. As aplicações-alvo incluem automação industrial, equipamentos de telecomunicações, periféricos de computador e máquinas de inspeção de alta velocidade, onde é necessária uma comutação confiável, rápida e isolada de sinais ou cargas de baixa potência.

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

O desempenho dos EL840A e EL860A é definido por um conjunto abrangente de parâmetros elétricos, ópticos e térmicos. Compreender estas especificações é crucial para um projeto de circuito adequado e operação confiável.

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Estas especificações definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. A operação nestas condições não é garantida.

• Entrada (Lado do LED):A corrente contínua direta máxima (I_F) é de 50 mA. Uma tensão reversa (V_R) de até 5V pode ser aplicada. Uma corrente direta de pico (I_FP) de 1A é permitida em condições pulsadas (100Hz, ciclo de trabalho de 0,1%). A dissipação de potência de entrada (P_in) não deve exceder 75 mW.
• Saída (Lado MOSFET):Uma diferenciação crítica entre o EL840A e o EL860A são as suas especificações de tensão e corrente de saída. O EL840A tem uma tensão de ruptura (V_L) de 400V e uma corrente de carga contínua (I_L) nominal de 120 mA. O EL860A é classificado para uma tensão de ruptura mais alta de 600V, mas com uma corrente contínua mais baixa de 50 mA. Os projetistas devem selecionar o modelo com base nos seus requisitos específicos de tensão e corrente. A corrente de carga de pulso (I_LPeak) é de 300 mA para o EL840A e 150 mA para o EL860A, com duração de 100ms. A dissipação de potência de saída (P_out) é limitada a 800 mW.
• Isolamento & Térmico:A tensão de isolamento (V_iso) entre entrada e saída é de 5000 Vrms (testada por 1 minuto). O dispositivo pode operar numa faixa de temperatura ambiente de -40°C a +85°C e pode ser armazenado de -40°C a +125°C. A temperatura de soldagem não deve exceder 260°C por mais de 10 segundos durante os processos de refluxo.

2.2 Características Eletro-Ópticas

Estes parâmetros, tipicamente especificados a 25°C, definem o comportamento operacional do SSR.

• Características de Entrada:A tensão direta (V_F) do LED de entrada é tipicamente 1,18V a uma corrente de acionamento de 10mA, com um máximo de 1,5V. A corrente de fuga reversa (I_R) é no máximo 1 µA com polarização reversa de 5V.
• Características de Saída:A corrente de fuga em estado desligado (I_leak) é excecionalmente baixa, com um máximo de 1 µA quando o LED de entrada está desligado e a saída está na sua tensão nominal máxima. A resistência de condução (R_d(ON)) é um parâmetro chave que afeta a queda de tensão e a perda de potência. O EL840A tem uma R_d(ON)típica de 20Ω (máx. 30Ω), enquanto o EL860A tem uma típica de 40Ω (máx. 70Ω) quando acionado com uma corrente de entrada de 10mA na carga máxima.
• Características de Transferência:Isto define a relação entre entrada e saída. A corrente de ativação do LED (I_F(on)) necessária para ativar completamente os MOSFETs de saída é no máximo 5mA para ambos os modelos (típico 3mA). A corrente de desativação do LED (I_F(off)) é no mínimo 0,4mA, abaixo da qual a saída é garantidamente desligada. Isto define a histerese da corrente de entrada.
• Velocidade de Comutação:O tempo de ativação (T_on) é o atraso desde a aplicação da corrente de entrada até a saída atingir 90% do seu valor em estado ligado. Para o EL840A, é tipicamente 0,4ms (máx. 3ms), e para o EL860A, tipicamente 1,4ms (máx. 3ms). O tempo de desativação (T_off) é tipicamente 0,05ms (máx. 0,5ms) para ambos os modelos. Estes são relativamente rápidos para um SSR, adequados para muitas aplicações de comutação de sinais.
• Parâmetros de Isolamento:A resistência de isolamento (R_I-O) é no mínimo 5 x 10¹⁰Ω a 500V DC. A capacitância de isolamento (C_I-O) é no máximo 1,5 pF, o que é importante para considerações de acoplamento de ruído de alta frequência.

3. Análise de Curvas de Desempenho

Embora dados gráficos específicos sejam referenciados na ficha técnica (Curvas Típicas de Características Eletro-Ópticas, diagramas de Tempo de Ativação/Desativação), os dados textuais permitem analisar tendências-chave. A relação entre corrente direta e tensão direta para o LED de entrada seguirá uma curva exponencial padrão de diodo. A resistência de condução é especificada numa condição específica; terá um coeficiente de temperatura positivo, o que significa que aumentará à medida que a temperatura da junção dos MOSFETs de saída aumenta. Os tempos de comutação dependem da carga; os tempos especificados são para uma carga resistiva (R_L= 200Ω). Cargas capacitivas ou indutivas afetarão estes tempos, potencialmente exigindo redes "snubber" para proteção e estabilidade de temporização.

4. Informações Mecânicas e de Embalagem

4.1 Configuração dos Terminais e Esquemático

O dispositivo utiliza um pinagem padrão DIP de 8 pinos. Os pinos 1 e 3 são os ânodos para os dois LEDs de entrada independentes. Os pinos 2 e 4 são os cátodos correspondentes. O lado de saída consiste em dois interruptores MOSFET independentes. Para cada canal, os terminais de dreno e fonte estão conectados aos pinos 5, 6, 7 e 8 conforme o esquemático interno, permitindo uma conexão flexível como um interruptor SPST.

4.2 Dimensões da Embalagem e Opções

O produto é oferecido em dois estilos de embalagem principais: umTipo DIP Padrãocom terminais de montagem em orifício, e umTipo Opção S1que é um formato de terminal para montagem em superfície (baixo perfil). Desenhos dimensionais detalhados são fornecidos para ambos, incluindo comprimento, largura e altura do corpo, passo dos terminais (2,54mm padrão para DIP) e dimensões dos terminais. Para a opção SMD, um layout de pastilhas recomendado também é fornecido para garantir soldagem confiável e resistência mecânica.

4.3 Polaridade e Marcação do Dispositivo

O dispositivo é marcado na superfície superior. A marcação segue o formato: "EL" (identificador do fabricante), seguido do número da peça (ex.: 860A), um código de um dígito para o ano (Y), um código de duas semanas (WW) e um "V" opcional que denota versões aprovadas pela VDE. A identificação correta do pino 1, tipicamente marcado por um ponto ou entalhe no corpo do encapsulamento, é essencial para a orientação adequada.

5. Diretrizes de Soldagem e Montagem

5.1 Perfil de Soldagem por Refluxo

Para montagens em superfície, um perfil de temperatura de refluxo específico deve ser seguido para evitar danos. O perfil está em conformidade com a IPC/JEDEC J-STD-020D. Os parâmetros-chave incluem: uma fase de pré-aquecimento de 150°C a 200°C durante 60-120 segundos, uma taxa máxima de aquecimento de 3°C/segundo, um tempo acima do líquido (217°C) de 60-100 segundos e uma temperatura máxima do corpo do pacote de 260°C por no máximo 30 segundos. Estas condições garantem a formação adequada da junta de solda sem expor as junções semicondutoras internas a stress térmico excessivo.

5.2 Precauções de Uso

Várias considerações importantes de projeto são destacadas. As especificações máximas absolutas para tensão, corrente e potência nunca devem ser excedidas. Os MOSFETs de saída não são inerentemente protegidos contra transientes de tensão ou "kickback" indutivo; componentes de proteção externos como "snubbers" ou diodos TVS podem ser necessários em ambientes elétricos agressivos. A baixa massa térmica do pacote significa que deve ser dada atenção à dissipação de potência e à área de cobre adequada na PCB para dissipação de calor, especialmente quando operando perto das correntes de carga máxima ou em altas temperaturas ambientes.

6. Embalagem e Informações de Pedido

6.1 Sistema de Numeração de Modelos

O número da peça segue a estrutura: EL8XXA(Y)(Z)-V.

• XX:Denota o número da peça, seja 40 (EL840A) ou 60 (EL860A), definindo a especificação de tensão/corrente.
• Y:Opção de formato de terminal. "S1" denota o formato de terminal para montagem em superfície. A omissão indica o DIP padrão de montagem em orifício.
• Z:Opção de fita e carretel para montagem automatizada (TA, TB, TU, TD). A omissão indica embalagem em tubo.
• V:Sufixo que indica a opção aprovada pela VDE.

6.2 Especificações de Embalagem

A versão DIP padrão é fornecida em tubos com 45 unidades. As opções de montagem em superfície (S1 com fita TA ou TB) são fornecidas em carretéis de 1000 unidades cada. Dimensões detalhadas da fita são fornecidas, incluindo tamanho do bolso (A, B), profundidade do bolso (D0, D1), passo do furo de alimentação (P0) e largura do carretel (W), que são críticas para compatibilidade com equipamentos automáticos de pick-and-place.

7. Notas de Aplicação e Considerações de Projeto

7.1 Circuitos de Aplicação Típicos

O SSR pode ser usado em duas configurações principais: como dois interruptores independentes de polo único e contato único (SPST) ou, conectando as saídas adequadamente, como um único comutador do tipo Forma A ou outra configuração. O LED de entrada é tipicamente acionado por uma porta lógica digital ou um transistor, com um resistor limitador de corrente calculado com base na tensão de alimentação e na corrente desejada do LED (ex.: 10-20 mA para ativação total da saída). A saída pode comutar cargas CC ou CA dentro das suas especificações de tensão e corrente. Para cargas CA, os diodos internos do MOSFET conduzirão durante os semiciclos, portanto o dispositivo é essencialmente um interruptor bidirecional.

7.2 Considerações de Projeto

• Gestão Térmica:Calcule a dissipação de potência como P_diss= I_L²* R_d(ON). Certifique-se de que a dissipação total do dispositivo (P_T= 850mW máx.) não é excedida. Use área de cobre suficiente na PCB como dissipador de calor.
• Compatibilidade da Carga:O SSR é ideal para cargas resistivas. Para cargas capacitivas, a corrente de entrada (inrush) pode exceder I_LPeak. Para cargas indutivas, use uma rede "snubber" (RC em paralelo com a carga ou um supressor de tensão transiente) para limitar os picos de tensão gerados ao desligar.
• Acionamento da Entrada:Certifique-se de que a corrente de entrada excede I_F(on)para uma ativação confiável e fica abaixo de I_F(off)para uma desativação confiável. Evite bordas lentas do sinal de entrada perto das correntes de limiar.
• Integridade do Isolamento:Mantenha distâncias adequadas de rastreamento e de ar na PCB entre os circuitos de entrada e saída para preservar a alta classificação de isolamento.

8. Comparação Técnica e Guia de Seleção

O diferencial-chave dentro desta série é o compromisso entre capacidade de tensão e corrente. OEL840Aé otimizado para aplicações que requerem corrente contínua mais alta (até 120mA) mas a uma tensão mais baixa (400V). Apresenta uma resistência de condução mais baixa, resultando em menor queda de tensão e perda de potência. OEL860Aé projetado para aplicações que requerem uma tensão de bloqueio mais alta (600V) mas com uma corrente contínua mais baixa (50mA). A sua resistência de condução é maior. A seleção deve ser baseada na tensão de pico e na corrente em regime permanente da carga. Para cargas com corrente de entrada significativa (como lâmpadas ou capacitores), a especificação de corrente de pulso mais alta do EL840A (300mA vs. 150mA) também pode ser um fator decisivo.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

9.1 Este SSR pode comutar cargas CA?

Sim. A estrutura do MOSFET de saída, com o seu diodo interno inerente, permite o fluxo de corrente bidirecional. Portanto, pode comutar tensões CA dentro da sua especificação de tensão de ruptura (V_L). A especificação de corrente aplica-se tanto à CC quanto ao valor de pico da CA.

9.2 Qual é a finalidade da matriz de diodos fotovoltaicos no detector de saída?

A matriz fotovoltaica gera uma tensão quando iluminada pelo LED infravermelho do lado da entrada. Esta tensão é usada para acionar as portas dos MOSFETs de saída, ligando-os. Este método fornece o isolamento galvânico completo, pois nenhuma conexão elétrica é necessária para polarizar as portas dos MOSFETs.

9.3 Como faço a interface da entrada com um microcontrolador de 5V?

Use um simples resistor em série. Por exemplo, com um pino GPIO do microcontrolador a 5V, um V_Fdo LED de ~1,2V, e uma I_Fdesejada de 10mA, o valor do resistor R = (5V - 1,2V) / 0,01A = 380Ω. Um resistor padrão de 390Ω seria adequado. Certifique-se de que o microcontrolador pode fornecer a corrente necessária.

9.4 Por que o tempo de ativação do EL860A é maior que o do EL840A?

O tempo de ativação típico mais longo (1,4ms vs. 0,4ms) provavelmente está relacionado com o design interno dos MOSFETs de alta tensão no EL860A, que podem ter capacitância de porta diferente ou características do circuito acionador fotovoltaico otimizado para o processo de 600V.

10. Princípio de Funcionamento

O dispositivo opera com base no princípio do isolamento óptico e acionamento fotovoltaico. Quando uma corrente direta é aplicada ao LED infravermelho de entrada de AlGaAs, ele emite luz. Esta luz atravessa uma lacuna de isolamento e atinge uma matriz de diodos fotovoltaicos no lado de saída. A matriz converte a energia luminosa em energia elétrica, gerando uma tensão suficiente para polarizar as portas dos MOSFETs de canal N para condução. Isto cria um caminho de baixa resistência entre os terminais de dreno e fonte, fechando o "contato" do relé. Quando a corrente de entrada é removida, a emissão de luz para, a tensão fotovoltaica decai e as portas dos MOSFETs descarregam, desligando os dispositivos e abrindo o circuito. Todo o processo não envolve contato físico ou acoplamento magnético, garantindo longa vida útil e alta imunidade a ruídos.

11. Estudo de Caso Prático de Projeto

Cenário:Isolar um sinal de sensor de 24V CC, 80mA da entrada analógica de um sistema de aquisição de dados.

Um EL840A é selecionado pela sua especificação de corrente de 120mA (fornecendo margem) e especificação de tensão de 400V (muito superior a 24V). A saída do sensor aciona a entrada do SSR através de um resistor de 330Ω a partir de uma linha de 5V, fornecendo ~11mA ao LED, bem acima do máximo de 5mA de IF(on)_{. A saída do SSR é conectada entre o sinal do sensor de 24V e a entrada de aquisição de dados. Um resistor de pull-down de 10kΩ é colocado na entrada de aquisição para definir o estado lógico baixo quando o SSR está desligado. A baixa corrente de fuga (1µA máx.) garante uma tensão de erro mínima através do resistor de pull-down quando o SSR está desligado. A alta velocidade de comutação (0,4ms típico) permite uma amostragem rápida, se necessário. O isolamento de 5000 Vrms protege o circuito sensível de aquisição de malhas de terra ou transientes no ambiente do sensor.}12. Tendências e Contexto Tecnológico

Os relés de estado sólido representam uma tecnologia madura mas em constante evolução. A tendência central é em direção a maior integração, pacotes menores e métricas de desempenho melhoradas. Embora este dispositivo use um acionador MOSFET fotovoltaico, outras tecnologias existem, como as que usam acionadores fototriac para comutação CA ou designs mais avançados baseados em CI com recursos de proteção integrados (sobrecorrente, sobretemperatura). A mudança para pacotes de montagem em superfície (como a opção S1) alinha-se com a tendência geral da indústria para montagem automatizada e redução do espaço na placa. A alta tensão de isolamento e as múltiplas aprovações de segurança internacionais (UL, VDE, etc.) refletem a importância crescente da segurança e confiabilidade do sistema nos mercados globais, particularmente em equipamentos industriais e médicos. Desenvolvimentos futuros podem focar-se em reduzir ainda mais a resistência de condução, aumentar as velocidades de comutação para aplicações de alta frequência e integrar mais funções de controlo e monitorização inteligentes dentro do mesmo pacote isolado.

Solid-state relays represent a mature but continuously evolving technology. The core trend is towards higher integration, smaller packages, and improved performance metrics. While this device uses a photovoltaic MOSFET driver, other technologies exist, such as those using phototriac drivers for AC switching or more advanced IC-based designs with integrated protection features (overcurrent, overtemperature). The move towards surface-mount packages (like the S1 option) aligns with the industry-wide trend for automated assembly and reduced board space. The high isolation voltage and multiple international safety approvals (UL, VDE, etc.) reflect the increasing importance of system safety and reliability in global markets, particularly in industrial and medical equipment. Future developments may focus on reducing on-resistance further, increasing switching speeds for high-frequency applications, and integrating more intelligent control and monitoring functions within the same isolated package.