Ficha Técnica do Optoacoplador Fotodarlington de Alta Tensão EL452-G Série 4-Pinos SOP - Pacote 4.4x7.4x2.0mm - VCEO 350V - CTR 1000% - Documentação Técnica em Português

1. Visão Geral do Produto

A série EL452-G é um optoacoplador fotodarlington de alta tensão projetado para transmissão confiável de sinais entre circuitos de diferentes potenciais. Ele integra um diodo emissor de infravermelho opticamente acoplado a um fototransistor darlington de alta tensão. O dispositivo é encapsulado em um pacote SOP (Small Outline Package) compacto de 4 pinos com um perfil baixo de 2.0mm, tornando-o adequado para aplicações de montagem em superfície com espaço limitado. Sua função principal é fornecer isolamento elétrico enquanto transmite sinais de controle ou dados, protegendo circuitos sensíveis de transientes de alta tensão e problemas de loop de terra.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

As principais vantagens deste componente incluem sua alta tensão nominal coletor-emissor de 350V (V_CEO), essencial para interface com circuitos alimentados pela rede elétrica ou acionamentos de motores. Ele oferece uma taxa de transferência de corrente (CTR) muito alta, com um mínimo de 1000% em condições de teste padrão, garantindo níveis de sinal de saída fortes a partir de uma corrente de entrada modesta. O dispositivo possui uma alta tensão de isolamento de 3750V_rmsentre seus lados de entrada e saída, atendendo a rigorosos padrões de segurança. Também é livre de halogênios e está em conformidade com as diretivas RoHS e livre de chumbo. Essas características o tornam ideal para aplicações em equipamentos de telecomunicações (telefones, centrais), controladores de sequência industrial, eletrodomésticos de sistema, instrumentos de medição e qualquer cenário que exija transmissão segura de sinais através de diferentes domínios de tensão.

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

Esta seção fornece uma interpretação objetiva e detalhada das especificações elétricas, ópticas e térmicas do dispositivo, conforme definido em suas especificações absolutas máximas e características eletro-ópticas.

2.1 Especificações Absolutas Máximas

As especificações absolutas máximas definem os limites de estresse além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. A corrente direta de entrada (I_F) é especificada em 60mA contínuos, com uma corrente direta de pico de curta duração (I_FM) de 1A por 10µs. A dissipação total de potência (P_TOT) não deve exceder 170mW. O parâmetro crítico de saída é a tensão coletor-emissor (V_CEO) de 350V, que é a tensão máxima que o transistor de saída pode bloquear quando o LED de entrada está desligado. A tensão de isolamento (V_ISO) de 3750V_rmspor um minuto especifica a rigidez dielétrica da barreira de isolamento interna. O dispositivo opera dentro de uma faixa de temperatura de -55°C a +110°C.

2.2 Características Eletro-Ópticas

As características eletro-ópticas definem o desempenho do dispositivo em condições normais de operação a 25°C.

2.2.1 Características de Entrada (Lado do LED)

A tensão direta (V_F) do LED infravermelho é tipicamente 1.2V com um máximo de 1.4V a uma corrente direta de 10mA. Esta baixa V_Fcontribui para um menor consumo de energia no lado da entrada. A corrente de fuga reversa (I_R) é no máximo 10µA com polarização reversa de 4V.

2.2.2 Características de Saída (Lado do Fototransistor)

A corrente de escuro coletor-emissor (I_CEO), que é a corrente de fuga quando o LED está desligado, é especificada no máximo de 100nA em V_CE=200V. A tensão de ruptura coletor-emissor (BV_CEO) é no mínimo 350V, confirmando a capacidade de alta tensão. A tensão de saturação coletor-emissor (V_CE(sat)) é tipicamente 1.2V (máx. 1.5V) quando o dispositivo está totalmente ligado (I_F=20mA, I_C=100mA), indicando a queda de tensão na saída no estado de condução.

2.2.3 Características de Transferência

A Taxa de Transferência de Corrente (CTR) é o parâmetro mais crítico, definida como a razão entre a corrente de coletor de saída e a corrente direta de entrada, expressa em porcentagem. Para o EL452-G, a CTR é no mínimo 1000%, tipicamente 2000%, em I_F=1mA e V_CE=2V. Esta CTR excepcionalmente alta é característica de uma configuração darlington, que fornece alto ganho de corrente, permitindo que pequenas correntes de entrada controlem efetivamente correntes de saída maiores. A velocidade de comutação é caracterizada pelo tempo de subida (t_r) tipicamente de 80µs (máx. 250µs) e tempo de descida (t_f) tipicamente de 10µs (máx. 100µs). Estes tempos são relativamente lentos devido à estrutura darlington e ao armazenamento de carga inerente em fototransistores, tornando o dispositivo adequado para comutação de baixa a média frequência e aplicações analógicas lineares, mas não para isolamento digital de alta velocidade. A frequência de corte (f_c) é tipicamente 7kHz. A resistência de isolamento (R_IO) é no mínimo 5×10¹⁰Ω, indicando excelente isolamento DC.

3. Análise das Curvas de Desempenho

Embora o PDF indique a presença de curvas eletro-ópticas típicas, os gráficos específicos (ex.: CTR vs. Corrente Direta, CTR vs. Temperatura, Corrente de Coletor vs. Tensão Coletor-Emissor) não são fornecidos no conteúdo textual. Em uma ficha técnica completa, essas curvas são cruciais para o projeto. Elas normalmente mostram como a CTR se degrada com o aumento da temperatura, como a corrente de saída satura em altas correntes de entrada ou baixas tensões coletor-emissor, e a relação entre tensão direta e corrente para o LED. Os projetistas devem consultar esses gráficos para entender o comportamento do dispositivo em toda a faixa de operação, não apenas no ponto típico de 25°C.

4. Informações Mecânicas e de Embalagem

4.1 Dimensões do Pacote e Configuração dos Terminais

O dispositivo utiliza um pacote SOP de 4 pinos. As dimensões do corpo do pacote são aproximadamente 4.4mm de comprimento e 7.4mm de largura, com um perfil de altura de 2.0mm. A configuração dos pinos é padrão para tais optoacopladores: Pino 1 é o Ânodo do LED, Pino 2 é o Cátodo do LED, Pino 3 é o Emissor do Fototransistor e Pino 4 é o Coletor do Fototransistor. Um layout recomendado de pastilhas para montagem em superfície é fornecido para garantir soldagem confiável e estabilidade mecânica.

4.2 Marcação do Dispositivo

O dispositivo é marcado na superfície superior com um código. A marcação inclui "EL" (código do fabricante), "452" (número da peça), um código de um dígito para o ano, um código de dois dígitos para a semana e um "V" opcional para denotar aprovação VDE. Esta marcação permite a rastreabilidade da data de fabricação e conformidade.

5. Diretrizes de Soldagem e Montagem

5.1 Condições de Soldagem por Refluxo

A ficha técnica fornece especificações detalhadas do perfil de soldagem por refluxo para evitar danos térmicos. O perfil está em conformidade com IPC/JEDEC J-STD-020D. Os parâmetros-chave incluem: um estágio de pré-aquecimento de 150°C a 200°C ao longo de 60-120 segundos, uma temperatura máxima do corpo (T_p) não excedendo 260°C, e um tempo acima do líquido (217°C) entre 60-100 segundos. O dispositivo pode suportar no máximo três ciclos de refluxo. A adesão a este perfil é crítica para manter a integridade do encapsulamento epóxi interno e das ligações dos fios.

6. Informações de Embalagem e Pedido

6.1 Sistema de Número de Peça para Pedido

O número da peça segue o formato: EL452(Y)-VG. A posição "Y" indica a opção de fita e bobina (TA, TB, ou nenhuma para embalagem em tubo). O "V" denota que a unidade possui aprovação de segurança VDE. O sufixo "G" indica que o produto é livre de halogênios. Por exemplo, EL452TA-VG refere-se ao dispositivo fornecido em fita e bobina de orientação TA, com aprovação VDE e livre de halogênios.

6.2 Especificações da Fita e da Bobina

O dispositivo está disponível em fita transportadora embutida padrão para montagem automatizada. Duas direções de alimentação estão disponíveis: Opção TA e Opção TB. A largura da fita (W) é 16.0mm, o passo do compartimento (P₀) é 4.0mm, e a bobina normalmente contém 3000 unidades. Dimensões detalhadas da fita (A, B, D₀, etc.) são fornecidas para configuração do alimentador.

7. Recomendações de Aplicação

7.1 Circuitos de Aplicação Típicos

O EL452-G é muito adequado para acionar triacs, tiristores ou MOSFETs em circuitos de controle de rede CA (ex.: relés de estado sólido) devido à sua alta V_CEO. Pode ser usado para mudança de nível de tensão em interfaces de microcontrolador, fornecendo isolamento para sinais de sensores analógicos e criando loops de realimentação isolados em fontes de alimentação chaveadas. Sua alta CTR permite que seja acionado diretamente a partir de pinos GPIO de microcontrolador (com um resistor limitador de corrente adequado) sem precisar de um transistor driver adicional para o LED.

7.2 Considerações e Precauções de Projeto

Lado de Entrada:Um resistor em série deve sempre ser usado com o LED para limitar a corrente direta a um valor seguro, tipicamente entre 1mA e 20mA dependendo da CTR e velocidade necessárias. O LED é sensível à tensão reversa; se o circuito de acionamento puder impor uma polarização reversa, recomenda-se um diodo de proteção em paralelo com o LED.
Lado de Saída:O fotodarlington pode drenar uma corrente significativa (até 150mA). Um resistor de carga deve ser conectado entre o coletor e o trilho positivo da fonte para definir a excursão da tensão de saída e limitar a dissipação de potência. Devido à configuração darlington, a tensão de saturação (V_CE(sat)) é maior do que para um transistor único, o que reduz a excursão da tensão de saída em aplicações de comutação. Os projetistas devem considerar a degradação da CTR com a temperatura e ao longo da vida útil; uma margem de projeto de 20-50% é aconselhável. As velocidades de comutação relativamente lentas impedem seu uso em PWM de alta frequência ou comunicação de dados acima de alguns quilohertz.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

O EL452-G se diferencia no mercado através da combinação de alta tensão (350V), CTR muito alta (1000% mín.) e pacote SOP compacto. Comparado aos optoacopladores fototransistores padrão (que podem ter CTRs de 50-600%), a configuração darlington fornece sensibilidade muito maior. Comparado a alguns outros fotodarlingtons, sua classificação de isolamento de 3750Vrms e múltiplas aprovações de segurança internacionais (UL, CUL, VDE, SEMKO, etc.) o tornam uma escolha robusta para aplicações críticas de segurança e industriais. A conformidade sem halogênios e RoHS está alinhada com as regulamentações ambientais modernas.

9. Perguntas Frequentes (FAQ)

P: Posso acionar o LED diretamente a partir de uma saída lógica de 5V?
R: Sim, mas você deve calcular o resistor em série. Por exemplo, com uma V_Ftípica de 1.2V e uma I_Fdesejada de 5mA a partir de uma fonte de 5V: R = (5V - 1.2V) / 0.005A = 760Ω. Use um resistor padrão de 750Ω.

P: Qual é a frequência máxima de comutação?
R: A frequência de comutação prática é limitada pelos tempos de subida e descida. Uma estimativa conservadora para uma onda quadrada é 1/(t_r+t_f) ≈ 1/(250µs+100µs) ≈ 2.9kHz. Para operação confiável, projete para frequências abaixo de 1kHz.

P: Como a temperatura afeta o desempenho?
R: A CTR tipicamente diminui com o aumento da temperatura. A corrente de escuro (I_CEO) aumenta com a temperatura. A tensão direta do LED diminui com a temperatura. Estes efeitos devem ser considerados para operação estável em toda a faixa de temperatura.

P: Há uma conexão de base externa disponível para aceleração?
R: Não. Este é um fotodarlington padrão sem terminal de base externo. A velocidade de comutação não pode ser melhorada por componentes externos.

10. Estudo de Caso Prático de Projeto

Cenário:Isolar um sinal de microcontrolador de 3.3V para controlar uma bobina de relé DC de 24V.
Implementação:O pino GPIO do microcontrolador (3.3V) aciona o LED via um resistor de 470Ω, definindo I_F≈ (3.3V - 1.2V)/470Ω ≈ 4.5mA. A bobina do relé (24V, 50Ω ≈ 480mA) é conectada entre uma fonte de 24V e o coletor do EL452-G. O emissor é conectado ao terra. Um diodo de retorno deve ser colocado através da bobina do relé para suprimir picos de tensão quando o fotodarlington desliga. Com 4.5mA de entrada, a CTR garante uma saída saturada capaz de drenar a corrente do relé, com V_CE(sat)causando uma pequena queda de tensão. A V_CEOde 350V fornece ampla margem contra a fonte de 24V e quaisquer picos indutivos.

11. Princípio de Funcionamento

O dispositivo opera com base no princípio do acoplamento óptico. Quando a corrente flui através do diodo emissor de luz (LED) infravermelho de entrada, ele emite fótons. Estes fótons viajam através de uma lacuna isolante transparente e atingem a região da base do par de fototransistores darlington de saída. Os fótons absorvidos geram pares elétron-lacuna, criando uma corrente de base que liga o par de transistores darlington. Isso permite que uma corrente muito maior flua do coletor para o emissor, proporcional à corrente do LED (definida pela CTR). O ponto chave é que o sinal é transmitido por luz, fornecendo isolamento galvânico completo entre os circuitos de entrada e saída, pois não há conexão elétrica—apenas um caminho óptico através de um material isolante.

12. Tendências e Desenvolvimentos da Indústria

O mercado de optoacopladores continua a evoluir. As tendências incluem o desenvolvimento de isoladores digitais de alta velocidade baseados em tecnologia CMOS e RF, que oferecem velocidade, consumo de energia e imunidade a ruído superiores em comparação com optoacopladores tradicionais. No entanto, optoacopladores fotodarlington e fototransistores como o EL452-G mantêm posições fortes em aplicações que exigem capacidade de alta tensão, saída de alta corrente, simplicidade, robustez e custo-benefício para isolamento de baixa a média frequência. Há também um impulso contínuo para miniaturização, maior integração (ex.: combinação de múltiplos canais), confiabilidade aprimorada e certificações de segurança reforçadas para atender aos padrões globais em evolução. A mudança para materiais livres de halogênios e ambientalmente amigáveis, como visto no EL452-G, é um requisito padrão da indústria.