Ficha Técnica do Fotocoplador de Transístor de Alta Velocidade 1Mbit/s em Invólucro DIP de 8 Pinos ELW135 ELW136 ELW4503 - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

Os modelos ELW135, ELW136 e ELW4503 são fotocopladores (optoisoladores) de saída em transístor de alta velocidade, projetados para aplicações que requerem isolamento rápido de sinal. Cada dispositivo integra um díodo emissor de infravermelhos acoplado opticamente a um fototransístor de alta velocidade. Uma característica arquitetónica fundamental é a ligação separada fornecida para a polarização do fotodíodo e para o coletor do transístor de saída. Este projeto melhora significativamente a velocidade de comutação ao reduzir a capacitância base-coletor do transístor de entrada, oferecendo um desempenho várias ordens de grandeza superior ao dos fotocopladores convencionais de fototransístor. Os dispositivos são alojados num invólucro DIP (Dual In-line Package) de 8 pinos com corpo largo, disponíveis em opções para montagem através de orifício (espaçamento largo dos terminais) e para montagem em superfície (SMD).

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

A principal vantagem desta família de produtos é a combinação de alta velocidade (taxa de dados de 1 Mbit/s) e isolamento robusto (5000 V_rms). Isto torna-os adequados para substituir fotocopladores de fototransístor mais lentos em sistemas digitais modernos. Foram projetados para operar de forma fiável numa ampla gama de temperaturas, desde -55°C até +100°C, com desempenho garantido entre 0°C e 70°C. As principais aplicações-alvo incluem recetores de linha em interfaces de comunicação, isolamento para transístores de potência em circuitos de acionamento de motores, malhas de realimentação em fontes de alimentação comutadas (SMPS), isolamento de terra em lógica de alta velocidade, equipamentos de telecomunicações e vários eletrodomésticos. Os dispositivos estão em conformidade com as diretivas sem chumbo e RoHS e possuem aprovações das principais agências de segurança internacionais, incluindo UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO e FIMKO.

2. Análise Detalhada dos Parâmetros Técnicos

Esta secção fornece uma análise objetiva dos parâmetros elétricos e de desempenho especificados na ficha técnica.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Os Valores Máximos Absolutos definem os limites de tensão/corrente além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. Estes não são condições de operação.

• Entrada (LED):A corrente direta contínua (I_F) tem um valor nominal de 25 mA. Para operação em pulsos, é permitida uma corrente direta de pico (I_FP) de 50 mA com um ciclo de trabalho de 50% e largura de pulso de 1ms. Uma corrente transitória de pico muito elevada (I_Ftrans) de 1A é permitida para pulsos muito curtos (≤1μs) a baixas taxas de repetição (300 pps), útil para testes de resistência a sobretensões. A tensão reversa máxima (V_R) no LED é de 5V.
• Saída (Fototransístor):Para o ELW135/136, a tensão reversa emissor-base (V_EBR) é de 5V, e a corrente de base (I_B) está limitada a 5 mA — relevante se o pino da base for utilizado externamente. A corrente de saída média (I_O(AVG)) é de 8 mA, com um pico (I_O(PK)) de 16 mA. A tensão de saída (V_O) pode variar de -0.5V a +20V em relação ao terra da saída.
• Sistema:A tensão de alimentação (V_CC) para o lado da saída pode variar de -0.5V a +30V. A tensão de isolamento (V_ISO) é de 5000 V_rmsaplicada durante um minuto entre os lados de entrada e saída (pinos 1-4 em curto-circuito vs. pinos 5-8 em curto-circuito). O dispositivo pode ser soldado a 260°C durante até 10 segundos.

2.2 Características Elétricas e de Transferência

Estes parâmetros são garantidos na gama de temperatura de operação (0°C a 70°C), salvo indicação em contrário, com valores típicos fornecidos a 25°C.

• LED de Entrada:A tensão direta (V_F) é tipicamente 1.45V a I_F=16mA, com um máximo de 1.8V. Tem um coeficiente de temperatura negativo de aproximadamente -1.9 mV/°C.
• Corrente de Escuridão da Saída:A corrente de saída em nível lógico alto (I_OH), essencialmente a corrente de fuga ou "de escuridão" do fototransístor, é muito baixa (máx. 1 µA a V_CC=15V, 25°C), garantindo um bom isolamento no estado DESLIGADO.
• Corrente de Alimentação:A corrente de alimentação em nível lógico baixo (I_CCL) é tipicamente 110 µA quando o LED está ligado (I_F=16mA), enquanto a corrente de alimentação em nível lógico alto (I_CCH) é tipicamente 0.01 µA quando o LED está desligado.
• Taxa de Transferência de Corrente (CTR):Este é um parâmetro crítico que define a eficiência do optocoplador. O ELW135 tem uma gama CTR de 7% a 50% (mín. a máx.), enquanto o ELW136 e o ELW4503 têm uma gama de 19% a 50%. A condição de teste é I_F=16mA, V_O=0.4V, V_CC=4.5V a 25°C. A ficha técnica também especifica valores mínimos de CTR de 5% para o ELW135 e 15% para o ELW136/ELW4503 numa condição ligeiramente diferente (V_O=0.5V), o que é importante para a margem de projeto.
• Tensão de Saída em Nível Lógico Baixo (V_OL):Especifica a tensão de saturação do transístor de saída. Para o ELW135 com I_O=1.1mA, V_OLé tipicamente 0.18V (máx. 0.4V). Para o ELW136/ELW4503 com I_O=3mA, V_OLé tipicamente 0.25V (máx. 0.4V). Estes valores baixos são cruciais para obter boas margens de ruído em interfaces de lógica digital.

2.3 Características de Comutação

O desempenho de comutação é medido com I_F=16mA e V_CC=5V. O valor da resistência de carga (R_L) difere entre os modelos para corresponder à sua CTR e capacidade de acionamento da saída.

• Atraso de Propagação:
  • ELW135:O tempo de atraso de propagação para nível lógico baixo (t_PHL) é tipicamente 0.36 µs (máx. 2.0 µs) com R_L=4.1 kΩ. O tempo de atraso de propagação para nível lógico alto (t_PLH) é tipicamente 0.45 µs (máx. 2.0 µs).
  • ELW136 / ELW4503:Estas variantes mais rápidas têm t_PHLtipicamente 0.32 µs (máx. 1.0 µs) e t_PLHtipicamente 0.25 µs (máx. 1.0 µs) com R_L=1.9 kΩ.
• Imunidade Transitória de Modo Comum (CMTI):Esta medida avalia a capacidade do dispositivo de rejeitar transientes de tensão rápidos entre os terras de entrada e saída. É especificada em V/µs.
  • ELW135/136:Ambos têm um CMTI mínimo de 1000 V/µs para ambos os estados de saída (alto e baixo), testados com um pulso de modo comum de 10V_p-p.
  • ELW4503:Este modelo oferece uma imunidade ao ruído superior com um CMTI mínimo de 15.000 V/µs, testado com um pulso muito maior de 1500V_p-p. Isto torna-o particularmente adequado para ambientes com elevado ruído, como acionamentos de motores.

3. Configuração dos Pinos e Diferenças Funcionais

O invólucro DIP de 8 pinos tem uma pinagem padronizada com uma variação fundamental entre os tipos de dispositivo.

• Pinos 1 & 4:Sem Ligação (NC) em todos os modelos.
• Pinos 2 & 3:Ânodo e Cátodo do LED de entrada, respetivamente.
• Pino 5:Terra (GND) para o lado da saída.
• Pino 6:Tensão de saída (V_OUT), o coletor do fototransístor.
• Pino 7:Este pino difere. Para os modelosELW135 e ELW136, é a tensão de polarização do fotodíodo (V_B). Ligar este pino é essencial para alcançar a operação de alta velocidade. Para o modeloELW4503, o Pino 7 é Sem Ligação (NC). A polarização de alta velocidade é provavelmente tratada internamente no ELW4503.
• Pino 8:Tensão de alimentação (V_CC) para o lado da saída.

Os diagramas esquemáticos mostram a ligação interna: o fotodíodo (que aciona a base do transístor) está ligado entre o Pino 7 (V_B) e o Pino 6 (V_OUT/Coletor). O emissor do fototransístor está ligado ao Pino 5 (GND).

4. Sugestões de Aplicação

4.1 Circuitos de Aplicação Típicos

Estes fotocopladores são ideais para isolamento de sinal digital. Um circuito típico envolve ligar o LED de entrada em série com uma resistência limitadora de corrente à saída de um microcontrolador ou porta lógica. No lado da saída, uma resistência de pull-up (R_L) é ligada entre V_CC(Pino 8) e V_OUT(Pino 6). O valor de R_Ldeve ser escolhido com base na velocidade de comutação desejada, na corrente de saída e na CTR do dispositivo, conforme especificado nas tabelas da ficha técnica (ex.: 4.1 kΩ para ELW135, 1.9 kΩ para ELW136/4503 para os testes de comutação). Para o ELW135/136, o Pino 7 (V_B) deve ser ligado, frequentemente a V_CCatravés de uma resistência ou diretamente, dependendo da polarização desejada para velocidade vs. sensibilidade.

4.2 Considerações e Notas de Projeto

• Compromisso Velocidade vs. CTR:A ligação separada da base (Pino 7) permite trocar alguma CTR por maior velocidade, ajustando a polarização do fotodíodo. As especificações de comutação da ficha técnica são dadas para uma condição específica.
• Seleção do Modelo:Escolha o ELW135 para aplicações gerais de 1Mbit/s sensíveis ao custo. O ELW136 oferece uma CTR mínima mais elevada para uma melhor margem em projetos que requerem mais corrente de acionamento na saída. O ELW4503 é a escolha premium para ambientes com ruído elétrico extremamente elevado (ex.: controlos industriais de motores, inversores de potência) devido à sua excecional classificação CMTI (>15 kV/µs vs. 1 kV/µs).
• Dissipação de Potência:Certifique-se de que a potência de entrada (I_F* V_F) não excede 45 mW e a potência de saída não excede 100 mW, considerando a temperatura ambiente.
• Layout para Isolamento:Para manter a elevada classificação de isolamento, garanta distâncias de rastreio e de ar adequadas na PCB entre os trilhos do lado de entrada (pinos 1-4) e os trilhos do lado de saída (pinos 5-8). É frequentemente recomendado um slot ou barreira na PCB sob o dispositivo.

5. Informações de Embalagem e Encomenda

Os dispositivos estão disponíveis em diferentes opções de embalagem, denotadas por um sufixo no número de peça.

Formato do Número de Peça:ELW13XY(Z)-Vou ELW4503Y(Z)-V

• X= Identificador do número de peça (5 para ELW135, 6 para ELW136).
• Y= Opção de forma dos terminais: 'S' para terminais de montagem em superfície, em branco para DIP padrão.
• Z= Opção de fita e bobina: 'TA' ou 'TB', em branco para embalagem em tubo.
• V= Marcação opcional de aprovação VDE.

Quantidades de Embalagem:Os invólucros DIP-8 padrão são fornecidos em tubos contendo 40 unidades. A opção de montagem em superfície com fita e bobina ('S(TA)') é fornecida em bobinas contendo 500 unidades.

6. Comparação Técnica e Perguntas Frequentes

6.1 Diferenciação Entre Modelos

Os principais diferenciadores são a Taxa de Transferência de Corrente (CTR) e a Imunidade Transitória de Modo Comum (CMTI). O ELW135 tem a CTR garantida mais baixa (7-50%), o ELW136 tem uma CTR mínima mais elevada (19-50%), e o ELW4503 corresponde à CTR do ELW136 mas adiciona uma classificação CMTI vastamente superior (>15 kV/µs vs. 1 kV/µs). O ELW4503 também tem o Pino 7 como NC, simplificando o circuito externo em comparação com o ELW135/136 que requerem uma ligação ao Pino 7.

6.2 Perguntas Frequentes Baseadas em Parâmetros

• P: Qual é a taxa de dados máxima alcançável?R: Os dispositivos são caracterizados para operação a 1 Mbit/s com base nas especificações de atraso de propagação. A taxa máxima real depende do projeto específico do circuito, incluindo R_Le as condições de acionamento da entrada.
• P: Posso usar uma V_CC?de 3.3V? R: As características elétricas são testadas com V_CC=4.5V e 5V. Embora o valor máximo absoluto permita descer até -0.5V, a operação a 3.3V pode ser possível, mas o desempenho (como V_OLe tempos de comutação) deve ser verificado na condição real de V_CCmais baixa, uma vez que não está totalmente caracterizado na ficha técnica fornecida.
• P: Por que é o Pino 7 (V_B) importante para o ELW135/136? R: Ligar o Pino 7 fornece um caminho de baixa impedância para remover a carga da junção fotodíodo/base, reduzindo drasticamente o efeito da capacitância de Miller e permitindo a comutação de alta velocidade. Deixá-lo desligado resultará num desempenho semelhante ao de um fotocoplador convencional lento de fototransístor.P: Como posso garantir o isolamento de 5000V
• rms_{no meu projeto? R: O próprio componente está classificado para isso. O projetista do sistema deve garantir que o layout da PCB mantém rastreio/distância de ar suficientes (ex.: >8mm para isolamento reforçado a este nível de tensão, de acordo com normas de segurança) entre todos os circuitos de entrada e saída, inclusive sob o corpo do componente.}7. Princípio de FuncionamentoO princípio fundamental é o isolamento optoeletrónico. Um sinal elétrico aplicado ao LED de entrada faz com que este emita luz infravermelha. Esta luz atravessa uma barreira opticamente transparente mas eletricamente isolante (tipicamente um composto de moldagem ou um entreferro) dentro do invólucro. A luz é detetada por um fotodíodo no lado da saída, que gera uma fotocorrente. Nestes dispositivos de alta velocidade, esta fotocorrente modula diretamente a base de um transístor bipolar integrado. A chave para a alta velocidade é o acesso separado ao fotodíodo (Pino 7 no ELW135/136), que permite que a capacitância do fotodíodo seja carregada/descarregada rapidamente, minimizando o tempo de armazenamento no transístor e, assim, reduzindo o atraso de propagação e os tempos de subida/descida.

. Operating Principle

The fundamental principle is optoelectronic isolation. An electrical signal applied to the input LED causes it to emit infrared light. This light traverses an optically transparent but electrically insulating barrier (typically a mold compound or air gap) within the package. The light is detected by a photodiode on the output side, which generates a photocurrent. In these high-speed devices, this photocurrent directly modulates the base of an integrated bipolar transistor. The key to high speed is the separate access to the photodiode (Pin 7 on ELW135/136), which allows the photodiode capacitance to be charged/discharged quickly, minimizing the storage time in the transistor and thus reducing propagation delay and rise/fall times.