Ficha Técnica da Série EL050L de Fotocoplador - Pacote SOP de 8 Pinos - Dupla Alimentação 3.3V/5V - Velocidade de 1Mbit/s - Alto Isolamento - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

A série EL050L representa um fotocoplador (isolador óptico) transistor de alto desempenho e alta velocidade, projetado para aplicações que requerem isolamento elétrico robusto e transmissão rápida de sinais digitais. A função principal deste dispositivo é transferir sinais elétricos entre dois circuitos isolados usando luz, prevenindo assim loops de terra, bloqueando altas tensões e reduzindo a transmissão de ruído.

No seu núcleo, o dispositivo contém um díodo emissor de luz infravermelha (LED) que está opticamente acoplado a um fotodetector integrado de alta velocidade com uma saída de porta lógica. Esta configuração permite-lhe funcionar como um isolador digital. Está alojado num pacote SOP (Small Outline Package) compacto de 8 pinos, tornando-o adequado para processos de montagem modernos de tecnologia de montagem em superfície (SMT).

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

O EL050L foi projetado com várias vantagens-chave que definem a sua posição no mercado:

• Operação de Alta Velocidade:Capaz de taxas de dados até 1 Megabit por segundo (1Mbit/s), é adequado para interfaces de comunicação digital e sinais de controlo de comutação rápida.
• Isolamento Robusto:Fornece uma alta tensão de isolamento de 3750 V_rmsentre os seus lados de entrada e saída, garantindo segurança e fiabilidade em ambientes de alta tensão.
• Excelente Imunidade ao Ruído:Apresenta uma alta imunidade transitória de modo comum (CMTI) mínima de 15 kV/μs, permitindo-lhe rejeitar transientes de tensão rápidos que aparecem através da barreira de isolamento, o que é crítico em eletrónica de potência ruidosa como acionamentos de motores.
• Tensão de Alimentação Dupla:O lado de saída é compatível com sistemas lógicos de 3.3V e 5V, oferecendo flexibilidade de projeto.
• Conformidade Ambiental:O dispositivo é livre de halogéneos, livre de chumbo e está em conformidade com RoHS, REACH e vários padrões de segurança internacionais (UL, cUL, VDE, etc.).

Os mercados-alvo principais incluem automação industrial, circuitos de realimentação de fontes de alimentação, sistemas de acionamento de motores, isolamento de interface de comunicação e qualquer aplicação onde diferenças de potencial de terra ou ruído de alta tensão sejam uma preocupação.

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

Esta secção fornece uma interpretação detalhada e objetiva dos principais parâmetros elétricos e óticos especificados 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 se destinam à operação normal.

• Corrente Direta de Entrada (I_F):25 mA contínuos. Isto limita a corrente DC máxima através do LED de entrada.
• Corrente Direta de Pico (I_FP):50 mA para pulsos com um ciclo de trabalho de 50% e largura de pulso de 1ms. Isto permite correntes de acionamento instantâneas mais altas por breves períodos.
• Tensão Reversa (V_R):5 V. O LED de entrada não deve ser sujeito a uma polarização reversa que exceda este valor.
• Tensão de Saída (V_O) & Tensão de Alimentação (V_CC):-0.5V a +7V. O pino de saída e o pino de alimentação devem permanecer dentro desta gama de tensão em relação ao terra de saída (GND).
• Tensão de Isolamento (V_ISO):3750 V_rmsdurante 1 minuto. Esta é a tensão de teste hi-pot aplicada entre os pinos de entrada em curto (1-4) e os pinos de saída em curto (5-8) para verificar a integridade da barreira de isolamento.
• Temperatura de Operação (T_OPR):-40°C a +85°C. O dispositivo é garantido para cumprir as suas especificações elétricas dentro desta gama de temperatura ambiente.

2.2 Características Elétricas e de Transferência

Estes parâmetros são garantidos na gama de temperatura de operação de 0°C a 70°C, salvo indicação em contrário.

Características de Entrada:

• Tensão Direta (V_F):Tipicamente 1.45V, com um máximo de 1.8V a uma corrente direta (I_F) de 16 mA. Esta é a queda de tensão no LED quando está a conduzir.
• Coeficiente de Temperatura de V_F:Aproximadamente -1.9 mV/°C. A tensão direta do LED diminui à medida que a temperatura aumenta, o que é uma característica típica dos díodos semicondutores.

Características de Saída:

• Corrente de Saída em Nível Lógico Alto (I_OH):Corrente de fuga muito baixa (máx. 0.5 µA) quando a entrada está desligada (I_F=0). Isto indica um bom estado "desligado".
• Correntes de Alimentação: I_CCL(estado lógico baixo, entrada ligada) é tipicamente 100 µA, enquanto I_CCH(estado lógico alto, entrada desligada) é muito menor, tipicamente 0.01 µA. Estes valores determinam o consumo de potência em repouso do estágio de saída.

Características de Transferência:

• Taxa de Transferência de Corrente (CTR):Para o EL050L, a CTR é especificada entre 7% e 50% sob condições de teste padrão (I_F=16mA, V_O=0.4V, V_CC=3.3V, T_A=25°C). CTR é a razão entre a corrente do coletor do transistor de saída e a corrente direta do LED de entrada. Uma CTR mínima de 5% é garantida sob condições ligeiramente diferentes (V_O=0.5V). Este parâmetro é crucial para garantir que a saída pode drenar corrente suficiente para puxar a tensão de saída para baixo.
• Tensão de Saída em Nível Lógico Baixo (V_OL):Tipicamente 0.12V, com um máximo de 0.4V quando I_F=16mA e a saída está a drenar 3 mA. Esta baixa tensão de saturação é essencial para um sinal lógico baixo limpo.

2.3 Características de Comutação

Estes parâmetros definem o desempenho dinâmico do fotocoplador, crítico para aplicações de alta velocidade. Os testes são realizados a I_F=16mA e V_CC=3.3V.

• Tempos de Atraso de Propagação:
  • T_PHL(para Nível Lógico Baixo):Máximo 2.0 µs com uma resistência de carga de 4.1kΩ (R_L). Uma comutação mais rápida (máx. 0.9 µs) é alcançada com uma carga menor de 1.9kΩ. Este é o atraso desde que o LED de entrada liga até a tensão de saída cair para um nível lógico baixo.
  • T_PLH(para Nível Lógico Alto):Similarmente, máximo 2.0 µs (4.1kΩ) e 0.9 µs (1.9kΩ). Este é o atraso desde que o LED de entrada desliga até a tensão de saída subir para um nível lógico alto.
• Imunidade Transitória de Modo Comum (CMTI):Uma métrica de robustez chave. O dispositivo é testado para suportar um mínimo de 1000 V/μs (típico) de taxa de variação de tensão de modo comum (dV_CM/dt) enquanto mantém o estado lógico de saída correto, tanto alto como baixo. O teste usa um pulso de modo comum de 10V pico a pico. A alta CMTI evita o disparo falso de picos de ruído através da barreira de isolamento.

3. Configuração dos Pinos e Descrição Funcional

O dispositivo usa um pacote SOP de 8 pinos. A pinagem é a seguinte:

• Pino 1, 4:Sem Ligação (NC). Estes pinos não estão internamente ligados e podem ser deixados flutuantes ou ligados à terra para blindagem no layout do PCB.
• Pino 2:Ânodo do LED infravermelho de entrada.
• Pino 3:Cátodo do LED infravermelho de entrada.
• Pino 5:Terra (GND) para o circuito do lado de saída.
• Pino 6:Tensão de Saída (V_OUT). Esta é a saída de coletor aberto do fotodetector. É necessária uma resistência de pull-up externa para V_CC.
• Pino 7:Tensão de Strobe ou Bias (V_B). Baseado na descrição ("saída com strobe"), este pino provavelmente fornece um meio para ativar ou desativar o estágio de saída para redução de ruído ou multiplexagem de múltiplos dispositivos. A ficha técnica não fornece informação detalhada de aplicação para este pino; recomenda-se consultar as notas de aplicação do fabricante.
• Pino 8:Tensão de Alimentação (V_CC) para o lado de saída. Aceita 3.3V ou 5V.

4. Diretrizes de Aplicação e Considerações de Projeto

4.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Isolamento de Acionamento de Porta em Acionadores de Motores/Inversores:Isolar os sinais PWM do microcontrolador de baixa tensão dos circuitos de acionamento de porta de alta tensão e ruidosos para IGBTs ou MOSFETs. A alta CMTI é essencial aqui.
• Isolamento do Ciclo de Realimentação em Fontes de Alimentação Comutadas (SMPS):Fornecer realimentação isolada de tensão/corrente do lado secundário (saída) para o controlador do lado primário, garantindo segurança e regulação.
• Isolamento de Interface de Comunicação:Isolar linhas de dados seriais (ex., RS-485, CAN, UART) para quebrar loops de terra e proteger a lógica sensível de transientes.
• Tradução de Nível Lógico e Separação de Terra:Interface entre sistemas com diferentes potenciais de terra ou níveis de tensão lógica (ex., LVTTL de 3.3V para CMOS de 5V).
• Substituição para Transformadores de Pulso ou Fotocopladores de Fototransistor Mais Lentos:Oferecendo uma solução mais pequena, mais integrada e potencialmente mais fiável com velocidade comparável ou melhor.

4.2 Considerações de Projeto Críticas

• Resistência Limitadora de Corrente de Entrada:Uma resistência em série deve ser sempre usada com o LED de entrada para limitar a corrente direta (I_F) a um valor seguro, tipicamente entre 5mA e 16mA de acordo com as condições de teste da ficha técnica. O valor da resistência é calculado como R_limit= (V_drive- V_F) / I_F.
• Resistência de Pull-Up de Saída:A saída de coletor aberto no Pino 6 requer uma resistência de pull-up externa para V_CC. O valor desta resistência (R_L) é um compromisso crítico:
  • R_Lmenor (ex., 1.9kΩ):Fornece tempos de subida mais rápidos (menor T_PLH) e pull-up mais forte, mas aumenta a dissipação de potência quando a saída está baixa (I_OL= V_CC/R_L). Certifique-se de que a capacidade de drenagem de corrente da saída não é excedida.
  • R_Lmaior (ex., 4.1kΩ ou 10kΩ):Reduz o consumo de energia, mas resulta em tempos de subida mais lentos e pode ser mais suscetível à captação de ruído.
• Desacoplamento da Fonte de Alimentação:Coloque um condensador cerâmico de 0.1µF próximo dos pinos 8 (V_CC) e 5 (GND) para fornecer uma fonte local de baixa impedância de corrente para comutação de alta velocidade e filtrar ruído.
• Layout do PCB para Alta CMTI:Para manter a alta imunidade transitória de modo comum, minimize a capacitância parasita através da barreira de isolamento. Isto significa manter os traços de entrada e saída fisicamente separados no PCB, evitar percursos paralelos e seguir as distâncias de rastreamento e de ar recomendadas especificadas nos padrões de segurança.
• Uso do Pino Strobe (V_B):Se a funcionalidade de strobe não for necessária, este pino deve ser ligado de acordo com a recomendação do fabricante, que é frequentemente a V_CCou deixado flutuante. A ficha técnica carece de orientação explícita, pelo que é necessária verificação.

5. Informações Mecânicas, de Embalagem e Montagem

5.1 Dimensões do Pacote e Montagem

O dispositivo está alojado num pacote SOP (Small Outline Package) de 8 pinos. A ficha técnica inclui um desenho do pacote com dimensões críticas (comprimento, largura, altura, passo dos terminais, etc.). Os projetistas devem aderir a estas dimensões para a criação da pegada no PCB.

Um layout de pastilha recomendado para montagem em superfície é tipicamente fornecido para garantir a formação de uma junta de soldadura fiável durante a soldadura por refluxo. Este layout considera o alívio térmico e filetes de soldadura adequados.

5.2 Soldadura e Manuseamento

• Soldadura por Refluxo:O dispositivo pode suportar uma temperatura máxima de soldadura (T_SOL) de 260°C durante 10 segundos. Os perfis de refluxo sem chumbo padrão (IPC/JEDEC J-STD-020) são geralmente aplicáveis.
• Sensibilidade à Humidade:Os pacotes SOP são tipicamente sensíveis à humidade. Se o dispositivo for fornecido numa embalagem seca, deve ser cozido de acordo com as instruções do fabricante se o limite de tempo de exposição for excedido antes da soldadura.
• Condições de Armazenamento:A gama de temperatura máxima absoluta de armazenamento é de -40°C a +125°C. Armazene num ambiente seco e antiestático.

6. Informação de Encomenda e Diferenciação de Modelos

O número de peça segue o formato:EL050L(Z)-V

• EL050L:Número de peça base da série.
• (Z):Opção de fita e bobina.
  • Nenhum: Embalado em tubos de 100 unidades.
  • (TA): Fita e bobina tipo TA, 2000 unidades por bobina.
  • (TB): Fita e bobina tipo TB, 2000 unidades por bobina.
• -V:Sufixo opcional indicando que o dispositivo está certificado para padrões VDE. Se omitido, o dispositivo tem aprovações padrão (UL, cUL, etc.).

Exemplos:

• EL050L:Peça padrão em tubo.
• EL050L-V:Peça certificada VDE em tubo.
• EL050L(TA)-V:Peça certificada VDE em fita e bobina tipo TA.

7. Comparação Técnica e Perguntas Frequentes

7.1 Comparação com Outros Tipos de Isoladores

• vs. Fotocopladores de Fototransistor Tradicionais:O EL050L é significativamente mais rápido (1Mbit/s vs. frequentemente <100kbit/s) devido ao seu estágio de saída de porta lógica integrada, que aciona ativamente a saída em vez de depender de um fototransistor passivo.
• vs. Isoladores Digitais (baseados em CMOS):Os isoladores digitais usam acoplamento RF ou capacitivo e podem alcançar velocidades muito mais altas (ex., 100Mbit/s+) e menor consumo de energia. No entanto, fotocopladores como o EL050L geralmente oferecem maior tensão de isolamento inerente e fiabilidade a longo prazo devido ao seu isolamento ótico galvânico, que é imune a campos magnéticos.
• vs. Transformadores de Pulso:O EL050L fornece uma tradução de nível DC estático, enquanto os transformadores apenas passam sinais AC. Também é mais pequeno e não requer circuitos de acionamento complexos para moldagem de sinal.

7.2 Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros)

P: Posso acionar o LED de entrada diretamente a partir de um pino de microcontrolador de 5V?

R: Não. Deve usar uma resistência limitadora de corrente. Para um pino de MCU de 5V, V_drive=5V. Assumindo V_F≈1.5V e I_Fdesejada=10mA, R_limit= (5V - 1.5V) / 0.01A = 350Ω. Uma resistência de 330Ω ou 360Ω seria adequada.

P: Que valor de resistência de pull-up (R_L) devo usar na saída?

R: Depende dos seus requisitos de velocidade e potência. Para velocidade máxima, use 1.9kΩ (se V_CC=3.3V, I_OL≈1.7mA). Para menor potência e velocidade moderada, 4.7kΩ ou 10kΩ é comum. Verifique se o limiar de entrada de nível lógico baixo da sua carga (V_IL) está seguramente acima do V_OLdo fotocoplador no seu I_OL.

escolhido.

P: A CTR tem uma gama ampla (7% a 50%). Como isto afeta o meu projeto?_FR: Deve projetar para o pior caso de CTR mínima (5% sob a condição específica da ficha técnica) para garantir que a saída pode sempre drenar corrente suficiente para alcançar uma tensão de nível lógico baixo válida. Se a sua margem de projeto for insuficiente com a CTR mínima, pode precisar de aumentar a corrente do LED de entrada (I

).

P: A classificação de isolamento de 3750Vrms é suficiente para a minha aplicação industrial?

R: 3750Vrms é uma classificação padrão para isolamento funcional em muitos sistemas de controlo industrial. Para isolamento reforçado ou aplicações com tensões da rede mais altas (ex., 480VAC trifásico), deve verificar os padrões de segurança específicos (IEC/UL 60747-5-5) para garantir que as classificações do dispositivo cumprem os critérios de tensão de trabalho, grau de poluição e grupo de material exigidos.

8. Princípio de Funcionamento e Tendências Tecnológicas

8.1 Princípio de Funcionamento

O EL050L opera no princípio fundamental da conversão optoeletrónica. Quando uma corrente direta é aplicada ao LED infravermelho do lado de entrada (pinos 2-3), este emite fotões. Estes fotões viajam através de uma barreira de isolamento transparente (tipicamente um composto de silicone ou plástico moldado) e atingem a área fotossensível do detetor integrado no lado de saída. O circuito do detetor, que inclui um fotodíodo e um estágio de ganho (provavelmente um amplificador de transimpedância e um comparador/porta lógica), converte o sinal de luz de volta num sinal elétrico. A funcionalidade "strobable" no pino 7 sugere uma entrada de controlo adicional para este estágio de saída, possivelmente a controlar a saída para reduzir a potência ou permitir partilha de barramento. A vantagem chave é a completa ausência de ligação galvânica (elétrica) entre os dois lados, fornecendo alto isolamento de tensão e imunidade ao ruído.

8.2 Tendências da Indústria