Ficha Técnica da Série EL045X EL050X - Fotocoplador Transistor de Alta Velocidade 1Mbit/s em Pacote SO-8 - Tensão 5V/15V/30V - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

As séries EL045X e EL050X são fotocopladores (optoacopladores) de alta velocidade com saída transistor, projetados para isolamento de sinal em circuitos eletrónicos exigentes. Cada dispositivo integra um díodo emissor de luz infravermelha (LED) acoplado opticamente a um fototransistor de alta velocidade. Uma característica arquitetónica fundamental é a conexão separada fornecida para a polarização do fotodíodo e para o coletor do transistor de saída. Este projeto melhora significativamente a velocidade de comutação ao reduzir a capacitância base-coletor do transistor de entrada, em comparação com os fotocopladores de fototransistor convencionais. Os dispositivos são alojados num pacote SOP (Small Outline Package) compacto de 8 pinos, que segue o padrão SO-8, tornando-os adequados para aplicações com restrições de espaço.

A vantagem central desta série reside na sua combinação de capacidade de transmissão de dados de alta velocidade (até 1 Mbit/s) e robusto isolamento elétrico. Eles oferecem uma elevada imunidade a transientes de modo comum (CMTI), particularmente a variante EL0453 que garante um mínimo de 15 kV/µs, tornando-os ideais para ambientes ruidosos como acionamentos de motores e fontes de alimentação comutadas. A série caracteriza-se por uma ampla gama de temperaturas de operação, conformidade com normas internacionais de segurança e ambiente (UL, cUL, VDE, RoHS, Halogen Free, REACH), e está disponível em diferentes graus de taxa de transferência de corrente (CTR) para atender a diversas necessidades de aplicação.

2. Análise Detalhada dos Parâmetros Técnicos

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Estas especificações definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. Não é recomendado operar o dispositivo continuamente nestes limites ou próximo deles.

• Entrada (Lado do LED):A corrente direta contínua máxima (I_F) é de 25 mA. Pode suportar uma corrente direta de pico (I_FP) de 50 mA em condições pulsadas (ciclo de trabalho de 50%, largura de pulso de 1ms). Uma corrente transitória de pico muito alta (I_Ftrans) de 1A é permitida para pulsos muito curtos (≤ 1µs, 300 pps). A tensão reversa máxima (V_R) é de 5V.
• Saída (Lado do Detetor):A corrente de saída média (I_O(AVG)) não deve exceder 8 mA, com um limite de corrente de saída de pico (I_O(PK)) de 16 mA. A tensão de saída (V_O) pode variar de -0,5V a +20V, e a tensão de alimentação (V_CC) de -0,5V a +30V.
• Isolamento & Térmico:Os dispositivos fornecem uma alta tensão de isolamento (V_ISO) de 3750 V_rms(testado durante 1 minuto). A gama de temperatura de operação (T_OPR) é excecionalmente ampla, de -55°C a +100°C. A temperatura máxima de soldadura é de 260°C durante 10 segundos.

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:A tensão direta típica (V_F) do LED é de 1,45V a uma corrente direta (I_F) de 16 mA, com um máximo de 1,8V. A tensão direta tem um coeficiente de temperatura negativo de aproximadamente -1,9 mV/°C.
• Características de Saída:Parâmetros-chave incluem a Corrente de Saída em Nível Lógico Alto (I_OH), que é muito baixa (nível de fuga, tipicamente 0,001 µA a V_CC=5,5V), e as correntes de alimentação nos estados de nível lógico baixo (I_CCL, ~140 µA) e nível lógico alto (I_CCH, ~0,01 µA).
• Taxa de Transferência de Corrente (CTR):Este é um parâmetro crítico que define a eficiência do optoacoplador. A série é oferecida em diferentes graus de CTR:
  • EL0500:CTR mín. 7%, máx. 50% (teste típico: I_F=16mA, V_O=0,4V).
  • EL0501 / EL0452 / EL0453:CTR mín. 19%, máx. 50% (teste típico: I_F=16mA, V_O=0,4V).
  Um CTR mínimo garantido em condições específicas (ex.: 5% para EL0500, 15% para os outros a V_O=0,5V) também é especificado, garantindo funcionalidade em condições menos ideais.
• Tensão de Saída em Nível Lógico Baixo (V_OL):A tensão máxima na saída quando o dispositivo está no estado "LIGADO". É tipicamente 0,18V e garantida estar abaixo de 0,4V ou 0,5V dependendo da corrente de carga (I_O).

2.3 Características de Comutação

Medidas em condições padrão (I_F=16mA, V_CC=5V, T_A=0 a 70°C), estes parâmetros definem a velocidade do dispositivo.

• Atraso de Propagação:
  • EL0500:O tempo de atraso de propagação para nível lógico baixo (t_PHL) e para nível lógico alto (t_PLH) é no máximo 2,0 µs com uma resistência de carga (R_L) de 4,1 kΩ.
  • EL0501 / EL0452 / EL0453:Comutação mais rápida com t_PHLe t_PLHmáximo de 1,0 µs usando uma resistência de carga de 1,9 kΩ.
• Imunidade a Transientes de Modo Comum (CMTI):Isto mede a capacidade do dispositivo de rejeitar transientes de tensão rápidos entre as suas massas de entrada e saída. É um parâmetro crucial para imunidade ao ruído em sistemas isolados.
  • EL0453:Oferece desempenho superior com uma CMTImínimade 15.000 V/µs a uma tensão de modo comum (V_CM) de 1500V pico a pico.
  • EL0500 / EL0501 / EL0452:Têm uma CMTItípicade 1.000 V/µs a V_CM=10V p-p.
  A CMTI é especificada separadamente para a saída mantida em nível lógico alto (CM_H) e nível lógico baixo (CM_L).

3. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica referencia curvas características eletro-ópticas típicas. Embora os gráficos específicos não sejam fornecidos no texto, as curvas padrão para tais dispositivos incluem tipicamente:

• Taxa de Transferência de Corrente (CTR) vs. Corrente Direta (I_F):Mostra como a eficiência muda com a corrente de acionamento do LED, geralmente atingindo um pico num I_F.
• específico. CTR vs. Temperatura Ambiente (T_A):Ilustra a dependência da temperatura na eficiência de acoplamento, que geralmente diminui à medida que a temperatura aumenta.
• Atraso de Propagação vs. Resistência de Carga (R_L):Demonstra como a velocidade de comutação é afetada pela carga de saída.
• Tensão Direta (V_F) vs. Corrente Direta (I_F):A curva I-V padrão para o LED de entrada.
• Tensão de Saturação de Saída vs. Corrente de Saída:Mostra a relação entre a tensão coletor-emissor e a corrente quando o fototransistor está saturado.

Estas curvas são essenciais para os projetistas otimizarem o desempenho do circuito, selecionarem pontos de operação apropriados e compreenderem o comportamento do dispositivo em condições não padrão.

4. Informações Mecânicas e do Pacote

4.1 Configuração e Função dos Terminais

O dispositivo utiliza um pacote SOP de 8 pinos. Existem duas configurações primárias de pinagem correspondentes a diferentes números de peça:

• Para EL0500 / EL0501:
  1. 1. Sem Conexão
  2. 2. Ânodo (LED +)
  3. Cátodo (LED -)4. Sem Conexão5. Terra (GND)6. Saída (V_OUT)7. Tensão de Polarização (V_B) - Este terminal é chave para o aumento da velocidade.8. Tensão de Alimentação (V_CC)
• Para EL0452 / EL0453:
  1. 1. Sem Conexão
  2. 2. Ânodo (LED +)
  3. Cátodo (LED -)4. Sem Conexão5. Terra (GND)6. Saída (V_OUT)7. Sem Conexão8. Tensão de Alimentação (V_CC)

A presença do terminal V_B(Pino 7) nos EL0500/01 permite a polarização externa do fotodíodo, que é o mecanismo para alcançar maior velocidade. As variantes EL0452/43 provavelmente têm esta rede de polarização configurada internamente.

5. Diretrizes de Aplicação

5.1 Circuitos de Aplicação Típicos

A ficha técnica inclui circuitos de teste de referência para medir o tempo de comutação e a imunidade a transientes de modo comum (Figuras 8 & 9). Estes circuitos servem como guia para implementação:

• Circuito de Teste de Tempo de Comutação:Normalmente envolve acionar o LED de entrada com um gerador de pulsos através de uma resistência limitadora de corrente. A saída é conectada a V_CCvia uma resistência de pull-up (R_L= 4,1kΩ ou 1,9kΩ conforme especificado) e monitorizada com um osciloscópio. O atraso de propagação é medido entre os pontos de 50% das formas de onda de entrada e saída.
• Circuito de Teste de Imunidade a Transientes:Envolve aplicar um pulso de modo comum de alta tensão e subida rápida (V_CM) entre os pinos de entrada em curto (1-4) e os pinos de saída em curto (5-8). O estado da saída é monitorizado para garantir que não comuta falsamente devido ao transiente.

5.2 Considerações de Projeto

• Limitação de Corrente do LED:Uma resistência externa deve ser usada em série com o LED de entrada para definir a corrente direta (I_F). O valor é calculado com base na tensão de alimentação, na tensão direta do LED (V_F), e na I_Fdesejada (frequentemente 16 mA para velocidade/CTR ótimos).
• Resistência de Carga de Saída (R_L):A escolha da resistência de pull-up afeta a velocidade de comutação, o consumo de energia e os níveis lógicos. Um R_Lmenor proporciona tempos de subida mais rápidos, mas aumenta a dissipação de potência quando a saída está baixa. A ficha técnica especifica condições de teste com R_L=4,1kΩ para EL0500 e 1,9kΩ para os outros.
• Imunidade ao Ruído:Para aplicações em ambientes eletricamente ruidosos (acionamentos de motores, controlos industriais), selecionar a variante EL0453 pela sua alta CMTI garantida é crítico. Um layout de PCB adequado, com trilhas curtas e condensadores de desacoplamento próximos aos terminais do dispositivo, também é essencial.
• Degradação da CTR:Como todos os optoacopladores, a CTR destes dispositivos diminuirá gradualmente ao longo do tempo, especialmente quando operados a altas temperaturas e altas correntes de LED. O projeto deve incluir margem suficiente para garantir a funcionalidade do circuito ao longo da vida útil pretendida do produto.

6. Comparativo Técnico e Guia de Seleção

As séries EL045X/EL050X oferecem uma gama de opções adaptadas a diferentes necessidades:

• EL0500 vs. EL0501 / EL0452 / EL0453:A principal diferença é a Taxa de Transferência de Corrente (CTR). O EL0500 tem uma CTR mínima mais baixa (7% vs. 19%), tornando-o adequado para aplicações onde a corrente de acionamento de entrada pode ser maior. Os outros oferecem maior sensibilidade.
• EL0453 vs. Outros:O EL0453 destaca-se devido à sua Imunidade a Transientes de Modo Comummínima garantidade 15 kV/µs. Isto torna-o a escolha preferencial para aplicações de isolamento de alto ruído, como malhas de realimentação de fontes de alimentação comutadas ou acionamentos de porta de inversores para motores, onde picos de tensão são comuns. As outras variantes especificam uma CMTI típica de 1000 V/µs.
• Configuração dos Terminais:Os EL0500/01 têm um terminal V_Bativo (7), enquanto os EL0452/43 têm-no como NC. Isto reflete diferenças arquitetónicas internas para otimização da velocidade.

Resumo da Seleção:Escolha EL0453 para a maior imunidade ao ruído. Escolha EL0501/EL0452 para maior sensibilidade e velocidade padrão. Escolha EL0500 para aplicações sensíveis ao custo onde uma CTR mais baixa é aceitável e a corrente de acionamento não é uma restrição.

7. Informações de Embalagem e Codificação

Os dispositivos estão disponíveis em diferentes opções de embalagem para atender às necessidades de produção.

• Embalagem Padrão:100 unidades por tubo.
• Opções de Fita e Bobina:Disponível nos tipos de bobina TA ou TB, contendo 2000 unidades por bobina. Isto é adequado para montagem automática de superfície.
• Opção VDE:As peças podem ser encomendadas com certificação VDE (indicada pelo sufixo "-V").
• Numeração da Peça:O número da peça segue o formato: EL050X(Z)-V ou EL045X(Z)-V, onde:
  • X = Número do dispositivo (0,1 para EL050x; 2,3 para EL045x).
  • Z = Opção de fita e bobina (TA, TB, ou vazio para tubo).
  • -V = Certificação VDE opcional.
  Exemplo: EL0453(TA)-V denota um dispositivo EL0453 em embalagem de fita e bobina TA com aprovação VDE.

8. Princípio de Funcionamento

O dispositivo opera com base no princípio do acoplamento óptico para isolamento elétrico. Um sinal elétrico aplicado ao lado de entrada faz com que o LED infravermelho emita luz proporcional à corrente. Esta luz atravessa um espaço isolante (tipicamente um dielétrico transparente) e atinge o fotodetetor no lado de saída. Nesta série, o detetor é um fotodíodo sensível conectado à base de um transistor de alta velocidade. O terminal de polarização separado (V_Bem algumas variantes) permite pré-polarizar o fotodíodo, o que minimiza a sua capacitância de junção. Quando a luz atinge o fotodíodo, gera uma corrente que aciona diretamente a base do transistor, ligando-o. Este projeto evita a grande capacitância Miller associada à junção base-coletor de um fototransistor padrão, permitindo velocidades de comutação muito mais rápidas — até 1 Mbit/s. O caminho óptico fornece isolamento galvânico, bloqueando altas tensões (até 3750 V_rms) e rejeitando ruído de modo comum entre os circuitos de entrada e saída.

9. Cenários de Aplicação

• Malhas de Realimentação de Fontes de Alimentação Comutadas (SMPS):Fornecer realimentação de tensão isolada do lado secundário para o controlador do lado primário, exigindo tanto velocidade para estabilidade da malha como alta CMTI para suportar o ruído de comutação.
• Isolamento de Inversor para Acionamento de Motores:Isolar sinais de acionamento de porta para IGBTs ou MOSFETs em acionamentos de frequência variável. A alta CMTI do EL0453 é essencial aqui para evitar disparos falsos devido a transientes de alta dv/dt.
• Interfaces de Comunicação Industrial:Atuar como recetores de linha para redes isoladas RS-485, CAN ou Profibus, protegendo circuitos lógicos sensíveis de malhas de terra e sobretensões.
• Equipamentos de Telecomunicações:Fornecer isolamento de sinal em placas de linha ou módulos de interface.
• Substituição para Fotocopladores de Fototransistor de Baixa Velocidade:Atualizar projetos existentes para alcançar taxas de dados mais altas sem alterar a pegada da placa (compatível com SO-8).
• Controlo de Eletrodomésticos:Isolar microcontroladores da interface do utilizador das secções de comutação de potência (ex.: em máquinas de lavar, ar condicionado).

10. Perguntas Frequentes (FAQ)

P1: Qual é a principal diferença entre o EL0500 e o EL0501?

R1: A principal diferença é a Taxa de Transferência de Corrente (CTR) mínima garantida. O EL0500 tem uma CTR mínima mais baixa (7% em condições especificadas) em comparação com o EL0501 (19%). Isto significa que o EL0501 é mais sensível e pode operar com uma corrente de LED de entrada ligeiramente menor para alcançar a mesma saída, mas o EL0500 pode ser suficiente e mais económico em circuitos projetados para correntes de acionamento mais altas.

P2: Quando devo escolher especificamente a variante EL0453?

R2: Deve escolher o EL0453 quando a sua aplicação opera num ambiente com ruído elétrico muito alto e transientes de tensão rápidos entre as massas isoladas. A sua Imunidade a Transientes de Modo Comummínima garantidade 15 kV/µs torna-o essencial para operação fiável em acionamentos de motores, fontes de alimentação comutadas de alta potência ou sistemas de controlo industrial onde outras variantes poderiam sofrer comutação falsa.

P3: Como seleciono o valor para a resistência limitadora de corrente do LED (R_série)?

R3: Use a Lei de Ohm: R_série= (V_{alimentação}- V_F) / I_F. V_Fé a tensão direta do LED (use 1,8V máx. para margem de projeto). I_Fé a sua corrente de operação desejada (16 mA é uma condição de teste comum para desempenho ótimo). Para uma alimentação de 5V: R_série≈ (5V - 1,8V) / 0,016A ≈ 200 Ω. Verifique sempre a dissipação de potência na resistência.

P4: Posso usar estes fotocopladores para isolamento de sinal analógico?

R4: Embora seja possível, eles são principalmente projetados para isolamento de sinal digital (ligado/desligado) devido à sua saída transistor e características de CTR não lineares. Para isolamento analógico linear, um optoacoplador linear dedicado ou um amplificador de isolamento seria uma escolha mais apropriada.

P5: Qual é a finalidade do terminal V_Bno EL0500/01?

R5: O terminal V_Bé usado para aplicar uma tensão de polarização ao fotodíodo interno. Polarizar adequadamente o fotodíodo reduz a sua capacitância de junção, que é um fator principal limitante da velocidade. Esta rede de polarização externa é o que permite o desempenho de alta velocidade (1 Mbit/s) destes dispositivos em comparação com fotocopladores de fototransistor simples.