Ficha Técnica de Relé de Estado Sólido (SSR) Tipo DIP 6 Pinos Forma A - Saída 60V a 600V - Corrente de Carga 50mA a 800mA - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

Este documento detalha uma série de relés de estado sólido (SSR) de uso geral em configuração DIP (Dual In-line Package) de 6 pinos. Estes dispositivos são relés unipolares, de contato único (Forma A), o que significa que fornecem um contato normalmente aberto (NA). São projetados para substituir relés eletromecânicos tradicionais (EMR) numa vasta gama de aplicações, oferecendo maior fiabilidade, vida útil mais longa e operação silenciosa devido à ausência de partes móveis.

A tecnologia central envolve um LED infravermelho de AlGaAs no lado da entrada, opticamente acoplado a um circuito detector de saída de alta tensão. Este detector consiste numa matriz de diodos fotovoltaicos e MOSFETs, permitindo o controlo de cargas CA e CC. O isolamento óptico proporciona uma alta tensão de isolamento (5000 Vrms) entre o circuito de controlo de baixa tensão e o circuito de carga de alta tensão, aumentando a segurança do sistema e a imunidade ao ruído.

2. Características e Vantagens Principais

• Configuração Normalmente Aberta (Forma A):Comutação simples, de canal único.
• Baixa Corrente de Operação:O LED de entrada requer uma corrente de acionamento mínima, sendo compatível com circuitos lógicos de baixa potência e microcontroladores.
• Ampla Gama de Tensão de Saída:Disponível em modelos com tensões de bloqueio de saída de 60V a 600V (EL606A, EL625A, EL640A, EL660A), atendendo a vários níveis de tensão de aplicação.
• Baixa Resistência de Condução (On-Resistance):A saída baseada em MOSFET proporciona baixas perdas por condução, melhorando a eficiência e reduzindo a geração de calor.
• Ampla Faixa de Temperatura de Operação:Operação fiável de -40°C a +85°C, adequada para ambientes industriais e severos.
• Alta Tensão de Isolamento:Isolamento de 5000 Vrms entre entrada e saída garante segurança e protege a eletrónica de controlo sensível.
• Aprovações da Indústria:Certificado segundo as normas UL 1577, UL 508, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO e CQC, garantindo conformidade com requisitos internacionais de segurança e desempenho.
• Opções de Encapsulamento:Disponível em variantes padrão DIP de orifício passante e de montagem em superfície (SMD).

3. Análise Detalhada das Especificações Técnicas

3.1 Limites Absolutos Máximos

Estes são os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. A operação deve sempre permanecer dentro destes limites.

• Entrada (Lado do LED):A corrente direta máxima (IF) é de 50 mA, com uma corrente direta de pico (IFP) de 1 A em condições pulsadas. A tensão reversa (VR) é limitada a 5 V.
• Saída (Lado do Interruptor):A tensão de ruptura (VL) define a tensão máxima que a saída pode bloquear, variando de 60V (EL606A) a 600V (EL660A). A corrente de carga contínua (IL) varia conforme o modelo e o tipo de conexão (A, B, C), de 50 mA a 800 mA. A corrente de carga de pico (ILPeak) também é especificada para surtos de curta duração.
• Isolamento:Suporta 5000 Vrms durante 1 minuto entre entrada e saída.
• Térmico:A faixa de temperatura de operação é de -40°C a +85°C. A temperatura de armazenamento estende-se a 125°C. A temperatura máxima de soldagem é de 260°C durante 10 segundos.

3.2 Características Eletro-Ópticas

Estes parâmetros definem o desempenho operacional do SSR a 25°C.

• Características de Entrada:A tensão direta típica (VF) para o LED é de 1,18V a 10mA. A corrente de fuga reversa (IR) é muito baixa (<1 µA).
• Características de Saída - Estado Desligado:A corrente de fuga (Ileak) quando o SSR está desligado é especificada como um máximo de 1 µA, indicando excelente capacidade de bloqueio.
• Características de Saída - Estado Ligado:O parâmetro chave é a Resistência de Condução (Rd(ON)). Esta varia significativamente entre modelos e tipos de conexão:
  • Conexão A:Maior capacidade de corrente, maior Rd(ON) (ex.: EL606A: 0,75Ω típ., 2,5Ω máx.).
  • Conexão B:Capacidade equilibrada, Rd(ON) média.
  • Conexão C:Menor capacidade de corrente, menor Rd(ON) (ex.: EL606A: 0,2Ω típ., 0,5Ω máx.).
  A escolha envolve um compromisso entre a corrente de carga máxima e a dissipação de potência (perda I²R).
• Capacitância de Saída (Cout):Varia de 30 pF a 85 pF. Uma capacitância mais baixa é benéfica para comutação de alta frequência, reduzindo perdas.
• Características de Transferência:Define a corrente de entrada necessária para ligar (IF(on), máx. 3 mA) e desligar (IF(off), mín. 0,4 mA) a saída de forma fiável. Isto garante limiares de comutação claros.
• Velocidade de Comutação:O tempo de ligação (Ton) é tipicamente entre 0,35 ms e 1,3 ms. O tempo de desligamento (Toff) é muito rápido, tipicamente 0,1 ms. Estes são mais lentos do que alguns SSRs, mas suficientes para muitas aplicações de controlo industrial.
• Parâmetros de Isolamento:A resistência de isolamento (RI-O) é extremamente alta (>5×10¹⁰ Ω), e a capacitância de isolamento (CI-O) é baixa (1,5 pF típ.).

4. Curvas de Desempenho e Dados Gráficos

A ficha técnica inclui curvas características típicas (embora não detalhadas no texto fornecido). Estas normalmente ilustrariam:

• Tensão Direta vs. Corrente Direta (Vf-If):Para o LED de entrada, mostrando o seu comportamento semelhante a um díodo.
• Resistência de Condução vs. Corrente de Carga (Rd(ON)-IL):Mostrando como a Rd(ON) pode mudar com a quantidade de corrente sendo comutada.
• Resistência de Condução vs. Temperatura Ambiente (Rd(ON)-Ta):Crítico para o projeto térmico, pois a Rd(ON) tipicamente aumenta com a temperatura, levando a perdas maiores.
• Gráfico das Características de Transferência:Traçando o estado da saída (ligado/desligado) versus a corrente do LED de entrada, definindo visualmente os limiares de ligação/desligação e a histerese.

Estas curvas são essenciais para os projetistas compreenderem o comportamento do dispositivo em condições não padrão ou variáveis, além dos valores típicos a 25°C.

5. Informações Mecânicas, de Encapsulamento e Montagem

5.1 Configuração dos Pinos e Esquemático

O DIP de 6 pinos tem uma pinagem padrão:

• Pino 1: Ânodo do LED (+)
• Pino 2: Cátodo do LED (-)
• Pinos 4, 6: Dreno do MOSFET (Terminais de saída, tipicamente intercambiáveis para CC)
• Pino 5: Fonte do MOSFET (Terminal de saída comum)
• Pino 3: Não conectado (NC) internamente, pode ser usado para estabilidade mecânica.

O esquemático interno mostra o LED acionando uma matriz fotovoltaica que gera uma tensão para ligar o estágio de saída com MOSFET de canal N.

5.2 Dimensões do Encapsulamento e Montagem

Desenhos mecânicos detalhados são fornecidos para:

• Tipo DIP Padrão:Para montagem em PCB com orifícios passantes.
• Tipo Opção S1 (Montagem em Superfície de Baixo Perfil):Para montagem SMD.
• Layout Recomendado para as Ilhas de Solda:Para a versão SMD, garantindo a formação adequada das juntas de solda durante o reflow.

As dimensões incluem tamanho do corpo, espaçamento dos pinos (passo de 2,54mm típico para DIP), comprimento dos terminais e altura de elevação.

5.3 Marcação do Dispositivo

Os dispositivos são marcados no topo com um código: prefixo "EL", número da peça (ex.: 660A), um código de um dígito para o ano (Y), um código de duas semanas (WW) e um código de opção VDE (V). Isto permite a rastreabilidade.

5.4 Diretrizes de Soldagem e Manuseio

Com base nos Limites Absolutos Máximos:

• Soldagem por Reflow (SMD):A temperatura de pico não deve exceder 260°C, e o tempo acima de 260°C deve ser limitado a 10 segundos para evitar danos.
• Soldagem por Onda/Manual (DIP):Aplicam-se práticas padrão, mas o stress térmico deve ser minimizado.
• Precauções contra ESD:Embora baseado em MOSFET, a saída é protegida pelo acionamento fotovoltaico. Recomenda-se o manuseio padrão contra ESD para componentes sensíveis.
• Armazenamento:Armazenar em condições secas e antiestáticas, dentro da faixa de temperatura de -40°C a +125°C.

6. Informações de Embalagem e Pedido

6.1 Sistema de Numeração de Modelos

O número da peça segue o formato:EL6XXA(Y)(Z)-V

• XX:Número da peça que define a tensão/corrente de saída (06, 25, 40, 60).
• Y:Opção de formato dos terminais. 'S1' denota montagem em superfície de baixo perfil. Em branco denota DIP padrão.
• Z:Opção de fita e carretel para peças SMD (TA, TB, TU, TD). Em branco para embalagem em tubo.
• V:Denota a opção aprovada pela VDE para segurança.

Exemplo: EL660AS1(TA)-V é um SSR de 600V, 50-80mA em encapsulamento SMD em fita e carretel TA, aprovado pela VDE.

6.2 Especificações de Embalagem

• DIP Padrão:Embalado em tubos, 65 unidades por tubo.
• Montagem em Superfície (S1):Embalado em fita e carretel, 1000 unidades por carretel. São fornecidas dimensões detalhadas da fita (tamanho do bolso A, B, furo Do, D1, passo E, F) e especificações do carretel para configuração de máquinas pick-and-place automáticas.

7. Diretrizes de Aplicação e Considerações de Projeto

7.1 Aplicações Alvo

Estes SSRs são adequados para um amplo espectro de aplicações que requerem comutação isolada e fiável:

• Equipamentos de Telecomunicações e Centrais Telefónicas:Encaminhamento de sinal, interfaces de placas de linha.
• Equipamentos de Teste e Medição:Comutação de entradas de sensores, multiplexação de sinais.
• Automação Industrial (FA) e Automação de Escritório (OA):Controlo de solenoides, pequenos motores, lâmpadas e aquecedores.
• Sistemas de Controlo Industrial (ICS):Módulos de saída de PLC, interface entre circuitos lógicos e de potência.
• Sistemas de Segurança:Comutação de alarmes, fechaduras de porta ou alimentação de câmaras.

7.2 Considerações Críticas de Projeto

1. Circuito de Acionamento da Entrada:Utilize um resistor limitador de corrente em série com o LED. Calcule o valor do resistor com base na tensão de alimentação (ex.: 3,3V, 5V, 12V), na corrente desejada para o LED (5-10mA típico para ligação garantida) e na VF do LED. Garanta que o circuito de acionamento pode fornecer pelo menos a IF(on) máxima (3mA) e pode reduzir abaixo da IF(off) (0,4mA) para garantir o desligamento.
2. Considerações sobre a Carga de Saída:
   • Tensão Nominal:Selecione um modelo (EL606A/625A/640A/660A) onde a tensão máxima da carga (incluindo transitórios) esteja abaixo da classificação VL do dispositivo. A subutilização (ex.: usar uma peça de 400V para uma linha de 240VCA) é uma boa prática.
   • Corrente Nominal:Escolha com base na corrente de carga contínua RMS ou CC. Considere o compromisso do tipo de conexão (A/B/C). A corrente de carga não deve exceder a IL especificada para a conexão e modelo escolhidos nas piores condições de temperatura.
   • Cargas Indutivas:Ao comutar cargas indutivas (relés, solenoides, motores), um circuito "snubber" (rede RC) ou um díodo de retorno (para CC) através da carga éessencialpara suprimir picos de tensão que podem exceder a tensão de ruptura do SSR.
   • Corrente de Inrush:Para cargas como lâmpadas ou cargas capacitivas com alta corrente de partida, garanta que a corrente de surto de pico esteja dentro da classificação ILPeak. Pode ser necessário um termístor NTC (coeficiente de temperatura negativo) ou outro limitador de inrush.
3. Gestão Térmica:A dissipação de potência (Pout) no SSR é calculada como I_carga² * Rds(on). Na corrente máxima e temperatura elevada, isto pode ser significativo. Garanta que o layout da PCB forneça área de cobre adequada para dissipação de calor, especialmente para a versão SMD. Não exceda a temperatura máxima da junção, que está ligada à temperatura ambiente (Ta) e à resistência térmica.
4. Layout da PCB:Mantenha distâncias de rastreamento e de isolamento na PCB entre os traços de entrada e saída de acordo com as normas de segurança (ex.: IEC 61010-1). Mantenha os traços de saída de alta corrente curtos e largos.

8. Comparativo Técnico e Guia de Seleção

Os quatro modelos desta série formam uma hierarquia clara baseada na capacidade de tensão e corrente:

• EL606A (60V):Para aplicações CC de baixa tensão. Oferece a maior corrente contínua (até 800mA na Conexão C) e a menor resistência de condução.
• EL625A (250V):Adequado para aplicações com tensão de linha de 120VCA (com subutilização) ou sistemas CC de média tensão. Bom equilíbrio entre corrente (até 300mA) e tensão.
• EL640A (400V):Ideal para aplicações com tensão de linha de 240VCA. Corrente nominal até 150mA.
• EL660A (600V):Para CC de alta tensão ou linhas CA industriais exigentes com transitórios significativos. Corrente nominal até 80mA.

Comparado com Relés Eletromecânicos (EMR):Estes SSRs não apresentam "bounce" de contato, têm uma vida útil muito mais longa (bilhões de ciclos), operação silenciosa e melhor resistência a choques e vibrações. Geralmente são mais lentos, têm um custo inicial mais elevado e possuem uma resistência de condução não nula que leva à dissipação de calor.

Comparado com outros SSRs:O acoplamento fotovoltaico MOSFET proporciona fuga de saída muito baixa e resistência de condução estável. É diferente dos SSRs baseados em triac usados para comutação CA, pois estes relés baseados em MOSFET podem comutar CC.

9. Perguntas Frequentes (FAQ)

9.1 Este SSR pode comutar cargas CA?

Yes.A saída MOSFET é bidirecional quando desligada. No entanto, o díodo de corpo de um único MOSFET torna-a unidirecional quando ligada. Para uma verdadeira comutação CA, frequentemente são usados dois MOSFETs "back-to-back". A ficha técnica afirma "permite conexões de saída CA/CC e apenas CC". O esquemático e os diagramas de conexão (A, B, C) mostram um único MOSFET. Portanto, para comutação CA, é implícito que é necessário circuito externo ou uma configuração de conexão específica (provavelmente envolvendo ambos os pinos de dreno 4 e 6) para bloquear a corrente em ambas as direções quando ligado. O projetista deve consultar os diagramas de conexão detalhados para implementar a comutação CA corretamente.

9.2 Qual é a diferença entre as Conexões A, B e C?

Estas são diferentes configurações de fiação interna ou externa da matriz fotovoltaica e do(s) MOSFET(s) que trocam a corrente de carga máxima (IL) por uma resistência de condução mais baixa (Rd(ON)).A Conexão Aprioriza a alta capacidade de corrente.A Conexão Cprioriza a menor perda por condução possível (menor Rd(ON)).A Conexão Boferece um meio-termo. A escolha depende se o seu projeto é limitado pela capacidade de corrente ou pela dissipação de potência/queda de tensão.

9.3 Como calcular a dissipação de potência e o calor gerado?

A potência dissipada no SSR (P_ssr) é quase inteiramente do MOSFET de saída:P_ssr = I_carga² * Rds(on). Use a Rds(on) máxima da ficha técnica na sua temperatura de junção operacional esperada para uma estimativa conservadora. Por exemplo, um EL606A na Conexão C (Rds(on)_máx = 0,5Ω) comutando 500mA CC dissipa P = (0,5)² * 0,5 = 0,125W. Este calor deve ser conduzido para fora através dos pinos e do cobre da PCB para manter a temperatura da junção dentro dos limites.

9.4 É necessário um dissipador de calor?

Para o encapsulamento SMD em correntes mais elevadas, sim. A necessidade depende da dissipação de potência calculada, da resistência térmica junção-ambiente (RθJA) para o seu layout de PCB e da temperatura ambiente máxima. Se a temperatura da junção calculada (Tj = Ta + (P_ssr * RθJA)) se aproximar ou exceder 85°C, é necessário melhorar a dissipação de calor (mais cobre, vias térmicas, dissipador externo).

10. Princípio de Funcionamento

O SSR opera com base no princípio do isolamento óptico e da geração de tensão fotovoltaica. Quando uma corrente flui através do LED infravermelho de AlGaAs da entrada, este emite luz. Esta luz é detetada por uma matriz de diodos fotovoltaicos no lado da saída. Esta matriz gera uma tensão de circuito aberto suficiente para polarizar totalmente a porta do(s) MOSFET(s) de canal N no estágio de saída. Isto liga o MOSFET, criando um caminho de baixa resistência entre os seus terminais de dreno e fonte, fechando assim o "interruptor". Quando a corrente do LED é removida, a tensão fotovoltaica colapsa, a porta do MOSFET descarrega e o dispositivo desliga. O caminho óptico fornece o alto isolamento elétrico.

11. Contexto e Tendências da Indústria

Os relés de estado sólido continuam a ganhar quota de mercado em relação aos relés eletromecânicos em muitas aplicações devido à procura por maior fiabilidade, maior vida útil e miniaturização. As tendências que impulsionam o desenvolvimento dos SSRs incluem:

• Maior Densidade de Potência:Desenvolvimento de SSRs com Rds(on) mais baixa para lidar com mais corrente em encapsulamentos menores, reduzindo o espaço na placa.
• Integração:Incorporação de funcionalidades de proteção, como deteção de sobrecorrente, desligamento térmico e feedback de estado, no encapsulamento do SSR.
• Faixas de Tensão Mais Amplas:Existe procura por dispositivos tanto para baixa tensão (ex.: 12V/24V automotivo/industrial) como para aplicações de tensão da rede.
• Materiais de Isolamento Melhorados:Melhoria das classificações de segurança e fiabilidade através de compostos de moldagem avançados e construção interna.

A família de dispositivos descrita nesta ficha técnica representa uma solução madura e bem caracterizada para necessidades gerais de comutação isolada em múltiplas indústrias.