Folha de Dados do Acoplador Óptico com Transistor Foto-sensível EL101XH-G - Pacote SOP de 4 pinos - Distância de rastreamento de 8mm - Tensão de isolamento de 5000Vrms - Livre de Halogênio - Documento Técnico em Chinês Simplificado

1. Visão Geral do Produto

A série EL101XH-G é uma família de acopladores ópticos (optoisoladores) de transistor foto-sensível de alto desempenho, projetada para isolamento de sinal confiável em aplicações eletrônicas exigentes. Esses dispositivos visam fornecer uma barreira robusta de isolamento elétrico entre os circuitos de entrada e saída, impedindo a propagação de loops de terra, picos de tensão e ruído entre diferentes partes do sistema. Sua funcionalidade central é realizada através do acoplamento óptico de um diodo emissor de luz infravermelha com um detector de transistor foto-sensível de silício, todos encapsulados em um pacote compacto de pequeno perfil (SOP) de 4 pinos.

Uma característica distintiva fundamental desta série éDistância de rastreamento longa de 8 mm, o que aumenta significativamente a segurança e a confiabilidade em aplicações que exigem alta tensão de isolamento. Este design combina5000 V_{Valor eficaz}Tensão de isolamentoValores nominais, tornando esta série adequada para sistemas de controle industrial, fontes de alimentação e eletrodomésticos, onde a segurança do usuário e a proteção do equipamento são cruciais. O dispositivo também empregaSem halogênioFabricação de processos, limitando o teor de bromo (Br) e cloro (Cl) para cumprir as regulamentações ambientais.

A série EL101XH-G tem um mercado-alvo amplo, abrangendo automação industrial, telecomunicações, instrumentos de medição e eletrodomésticos. As aplicações típicas incluem isolamento em módulos de E/S de controladores lógicos programáveis (PLC), transmissão de sinais em equipamentos de telecomunicações, isolamento de interface em instrumentos de medição e isolamento de segurança em eletrodomésticos como aquecedores de ventoinha.

2. Detalhamento dos Parâmetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estes valores definem os limites de estresse que podem causar danos permanentes ao dispositivo. Não é garantida a operação nas condições destes limites ou além deles.

• Corrente de entrada direta (I_F)): 50 mA (contínuo). Esta é a corrente DC máxima que pode passar pelo LED infravermelho de entrada.
• Corrente direta de pico (I_FP)): 1 A (pulso de 1 µs). Esta classificação é crucial para suportar surtos de corrente breves durante eventos de comutação.
• Tensão de entrada reversa (V_R)): 6 V. Exceder esta tensão sob polarização reversa pode danificar o LED.
• Tensão coletor-emissor de saída (V_CEO)): 80 V. Esta é a tensão máxima que o coletor do fototransistor pode suportar em relação ao seu emissor quando a base (acionada pela luz) está em circuito aberto.
• Dissipação total de potência (P_TOT)): 250 mW. Esta é a potência total máxima que todo o dispositivo pode dissipar, limitando o produto da corrente/tensão de entrada pela corrente/tensão de saída.
• Tensão de isolamento (V_ISO)): 5000 V_{Valor eficaz}, com duração de 1 minuto. Este parâmetro crítico de segurança é testado com os pinos 1 e 2 em curto-circuito e os pinos 3 e 4 em curto-circuito, aplicando alta tensão entre estes dois conjuntos.
• Temperatura de operação (T_OPR)): -55°C a +125°C. Esta ampla faixa garante a funcionalidade em ambientes industriais e automotivos rigorosos.
• Temperatura de soldagem (T_SOL)): 260°C, mantida por 10 segundos. Isso orienta o processo de soldagem por refluxo.

2.2 Características Optoeletrônicas

Estes parâmetros definem o desempenho do dispositivo sob condições normais de operação (a menos que indicado, T_a= 25°C).

2.2.1 Características de Entrada (Lado do LED)

• Tensão direta (V_F)): Valor típico 1.2V, máximo de 1.4V em I_F= 10 mA. Isto é usado para calcular o resistor limitador de corrente necessário.
• Corrente reversa (I_R)): Em V_RMáximo de 10 µA em = 6V, indicando que o diodo possui boas características de fuga.
• Capacitância de entrada (C_in)): Valor típico de 50 pF. Isso afeta o desempenho de comutação em alta frequência no lado da entrada.

2.2.2 Características de Saída (Lado do Fototransistor)

• Corrente de Escuro Coletor-Emissor (I_CEO)): Em V_CE= 48V, I_F= 0mA, máximo de 200 nA. Esta é a corrente de fuga quando o LED está desligado, importante para a integridade do sinal no estado desligado.
• Tensão de ruptura coletor-emissor (BV_CEO)): Em I_C= 0.1mA, mínimo de 80V, confirmando a capacidade de alta tensão.
• Tensão de saturação coletor-emissor (V_CE(sat))): Em I_F= 10mA, I_C= 1mA, máxima de 0.3V. Uma baixa tensão de saturação é desejável quando a saída é usada como um chave no estado "ligado".

2.2.3 Características de Transmissão

Esses parâmetros definem a eficiência e a velocidade do acoplamento entre a entrada e a saída.

• Current Transfer Ratio (CTR): Este é o indicador de desempenho central, definido como (I_C=5V, I_F=5mA) sob condições especificadas (V_CE/ I_F) * 100%. A série EL101XH-G oferece múltiplos níveis de CTR:
  • EL1010H: 50% a 600% (faixa ampla)
  • EL1011H: 100% a 200%
  • EL1017H: 80% a 160%
  • EL1018H: 130% a 260%
  • EL1019H: 200% a 400%
  Um nível de CTR mais elevado permite a utilização de uma corrente de entrada do LED mais baixa para obter a mesma corrente de saída, melhorando assim a eficiência da fonte de alimentação.
• Resistência de isolamento (R_IO)): Mínimo de 5 x 10¹⁰Ω. Este valor de resistência extremamente elevado confirma a qualidade do material isolante interno.
• Capacitância flutuante (C_IO)): Máximo 1,0 pF. Esta baixa capacitância entre pacotes é crucial para alcançar alta imunidade transitória de modo comum (CMTI) em ambientes ruidosos.
• Tempo de comutação: Condições de teste: V_CE=5V, I_C=5mA, R_L=100Ω.
  • Tempo de ativação (t_on): Valor típico 12 µs.
  • Tempo de desligamento (t_off): Valor típico 10 µs.
  • Tempo de subida (t_r) e tempo de descida (t_f): máximo de 18 µs cada.
  Essas velocidades são adequadas para isolamento de sinais digitais de frequência média (dezenas de kHz).

3. Descrição do Sistema de Classificação

A série EL101XH-G empregaSistema de classificação baseado em CTR, esta é a principal diferença entre os diferentes modelos. O modelo EL101XO "X" em H-G indica o grau CTR (0, 1, 7, 8, 9). Cada grau corresponde a uma faixa mínima e típica específica de CTR, conforme detalhado na Seção 2.2.3. Isso permite que os projetistas selecionem um dispositivo com o ganho exato necessário para sua aplicação. Escolher um grau CTR mais alto (por exemplo, EL1019H) pode reduzir a corrente de acionamento necessária para o LED de entrada, diminuindo assim o consumo de energia e o calor gerado. Por outro lado, para aplicações com corrente de acionamento suficiente, um grau CTR mais baixo pode ser adequado.

4. Análise da Curva de Desempenho

Embora o PDF indique a existência de uma "Curva de Características Fotoelétricas Típicas", o conteúdo textual não fornece um gráfico específico. Normalmente, este tipo de folha de dados inclui curvas que mostram as seguintes relações:

• CTR versus Corrente Direta (I_F)): Esta curva mostra como a Taxa de Transmissão de Corrente (CTR) varia com a corrente de acionamento do LED. O CTR normalmente diminui em correntes I muito altas_Fdevido ao aquecimento e à queda de eficiência.
• CTR versus Temperatura Ambiente (T_a)): Esta é uma curva crucial para o projeto térmico. O CTR de um acoplador fototransistor geralmente possui um coeficiente de temperatura negativo, o que significa que ele diminui com o aumento da temperatura. Os projetistas devem considerar essa derating ao longo da faixa completa de temperatura de operação.
• Corrente do Coletor versus Tensão Coletor-Emissor (I_C-V_CE)): Estas curvas características de saída, traçadas para diferentes correntes de entrada (I_F), mostram as regiões de operação do fototransistor (região de saturação, região ativa).
• Tensão direta versus Corrente direta (V_F-I_F)): Curva I-V padrão de LED, útil para o gerenciamento térmico do lado de entrada.

Os projetistas devem consultar o datasheet oficial com gráficos para simular com precisão o comportamento do dispositivo em condições não padronizadas.

5. Informações Mecânicas e de Encapsulamento

5.1 Configuração de Pinos

O encapsulamento SOP de 4 pinos possui o seguinte arranjo de pinos:

1. do LED infravermelho de entradaÂnodo
2. 。do LED infravermelho de entrada
3. Cátodo。
4. Saída do fototransistorEmissor

。

Saída do fototransistor

Coletor

。

Esta é a configuração padrão para o acoplador óptico com transistor foto-sensível.5.2 Dimensões do Pacote e Layout do PadO dispositivo é descrito como "um SOP compacto de 4 pinos com 2,2 mm de altura". O PDF contém um desenho das "Dimensões do Encapsulamento" e o "Layout Recomendado dos Terminais para Montagem em Superfície". A recomendação do layout dos terminais é apenas para referência, e o datasheet aconselha explicitamente que os projetistas modifiquem as dimensões dos terminais de acordo com seus processos específicos de fabricação de PCB e requisitos térmicos. Um projeto correto dos terminais é crucial para uma soldagem confiável e resistência mecânica.

6. Guia de soldagem e montagem

Os parâmetros-chave fornecidos são

Temperatura de Soldagem260°C por 10 segundos. Isto está em conformidade com o perfil típico de soldagem por refluxo sem chumbo (IPC/JEDEC J-STD-020). Projetistas e fabricantes devem garantir que o perfil do forno de refluxo não exceda esta duração de temperatura para evitar danos ao composto de moldagem epóxi interno e à ligação por fios. Os procedimentos padrão de manuseio para dispositivos sensíveis à umidade (classificação MSL, não especificada no texto fornecido, mas deve ser verificada no datasheet completo) devem ser seguidos, incluindo o cozimento se a embalagem for exposta a umidade ambiental acima de seu nível classificado.

• 7. Informações de embalagem e pedido7.1 Regras de Nomenclatura de Modelos
• XO número do modelo segue o formato:
• HEL101X H(Y)- VG
• EL101: Modelo básico.
• V: Classificação CTR (0, 1, 7, 8, 9).
• G: Indica capacidade de operação em alta temperatura.

(Y)

: Opção de embalagem em fita. Pode ser TA, TB ou nenhuma (indicando embalagem em tubo).

: Sufixo opcional, indica certificação de segurança VDE.

• : Indica estrutura livre de halogênio.Exemplo: EL1018H-VG é uma versão livre de halogênio com classificação CTR 8 e certificação VDE.
• 7.2 Especificações de EmbalagemEste dispositivo possui duas formas principais de embalagem:

Em tubo

: 100 unidades por tubo. Opções disponíveis: versão padrão ou versão com certificação VDE.Embalagem em fita enrolada

• EL: 3000 unidades por rolo. Oferece duas opções de direção de alimentação (TA e TB). O datasheet fornece dimensões detalhadas da fita (Ao, Bo, Po, P, etc.) para programação da máquina de montagem automática.
• 7.3 Identificação do DispositivoO topo do pacote SOP é marcado com o código:
• HEL 101X H Y WW V
• YCódigo do fabricante.
• WW101X
• VNúmero do dispositivo (X indica o nível de CTR).

Identificação de trabalho em alta temperatura.

Código de ano de 1 dígito.

Código de semana de 2 dígitos.

1. Marcação opcional para a versão certificada VDE.8. Recomendações de Aplicação_CC8.1 Circuito de Aplicação Típico
2. Os acopladores ópticos podem ser usados em dois modos principais:Chaveamento digital/Isolamento

: O LED de entrada é acionado por um sinal digital (por exemplo, de um GPIO de um microcontrolador). A saída do fototransistor atua como uma chave, puxando a linha para o terra ou V através de um resistor de pull-up.

• . As especificações de tempo de chaveamento determinam a taxa de dados máxima.Isolamento de sinal linearAo operar o fototransistor na região ativa (não saturada), ele pode ser usado para transmitir sinais analógicos. No entanto, a não linearidade do CTR e sua variação com a temperatura tornam isso desafiador sem circuitos de compensação adicionais. Para tais tarefas, é mais comum usar optoacopladores lineares dedicados.8.2 Considerações de Projeto_FLimitação de corrente de entrada_：Sempre_{É necessário um resistor externo em série com o LED de entrada para definir a corrente direta (I}). Calcule R_Flimit_F= (V_Fdrive
• - V) / I
• Garantir que I_L)não exceda 50 mA DC._LCTR derating com a temperatura_L: Considere a queda do CTR em altas temperaturas. Projete o circuito para que ele funcione corretamente na temperatura máxima de operação, mesmo quando utilizando o CTR mínimo do grau selecionado.
• Resistência de carga de saída (R): O valor da resistência de pull-up no coletor afeta a velocidade de comutação, o consumo de energia e a imunidade ao ruído. Um R

menor fornece velocidade de comutação mais rápida, mas com maior consumo de corrente. R

= 100Ω é a condição de teste usada para caracterização; os valores práticos geralmente variam entre 1kΩ e 10kΩ.

• Imunidade a Ruído：低耦合电容（<1pF）提供了良好的共模抑制。对于非常嘈杂的环境，确保布局干净，接地良好，并考虑在输出侧电源轨之间添加一个小旁路电容（例如0.1µF）。
• 9. Comparação Técnica e Vantagens_{A série EL101XH-G se destaca no mercado por meio de várias características-chave:})Longa distância de rastreamento (8mm)
• Em comparação com os acopladores ópticos SOP padrão, esta distância de rastreamento estendida é uma vantagem significativa para aplicações que requerem isolamento reforçado ou operam em ambientes contaminados, pois reduz o risco de rastreamento superficial.Alta tensão de isolamento (5000V
• Valor eficaz): Este é um valor de isolamento robusto, adequado para equipamentos conectados à rede industrial (por exemplo, sistemas de 240V/480V).
• Conforme com o padrão livre de halogênio.: Atende aos requisitos ambientais e regulatórios para redução do teor de halogênio, o que é cada vez mais importante em produtos eletrônicos verdes.

Amplo intervalo de temperatura de operação (-55°C a +125°C)

Excede o intervalo comercial típico (0°C a 70°C), tornando-o adequado para aplicações industriais, automotivas e de grau militar.
Certificações de segurança pendentes

O datasheet lista as certificações UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO e CQC como "pendentes". Isso indica que o dispositivo foi projetado para atender a esses rigorosos padrões internacionais de segurança.
10. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

Q1: Qual é o propósito de uma longa distância de rastreamento?
A1: A distância de rastreamento é o caminho mais curto ao longo da superfície do encapsulamento isolante entre duas partes condutoras (pinos de entrada e saída). A distância de 8 mm aumenta a proteção contra arco de alta tensão ou rastreamento ao longo da superfície do encapsulamento, especialmente em ambientes úmidos ou contaminados, melhorando assim a confiabilidade e segurança a longo prazo.

Q2: Como escolher o nível de CTR correto?
A2: Escolha com base na corrente de acionamento disponível e na corrente de saída necessária. Se o seu microcontrolador só puder fornecer 5mA, selecione um nível de CTR alto (por exemplo, EL1019H) para obter corrente de saída suficiente. Se você tiver corrente de acionamento abundante, um nível mais baixo pode ser mais econômico. Projete sempre para o pior caso (CTR mínimo na temperatura mais alta)._{Q3: Isso pode ser usado para isolamento de sinal AC?}Q4: Qual é a diferença entre a tensão de isolamento e a classificação de tensão coletor-emissor?A4: A tensão de isolamento (5000VValor eficaz) é do pacoteEntre o lado de entrada e o lado de saída.

A rigidez dielétrica. A tensão coletor-emissor (80V) é durante a operação normal.

Pode ser aplicada através do próprio transistor de saída.A tensão máxima. São parâmetros completamente diferentes.

11. Estudo de Caso de Design Prático

1. Cenário:Em um módulo PLC industrial, isolar um sinal GPIO de microcontrolador de 3.3V para controlar a bobina de um relé de 24V em um domínio de alimentação independente._FEtapas de Projeto:_FLado de Entrada:_{O GPIO do MCU é de 3.3V. Supondo que o I desejado}seja 5mA, o V típico
2. seja 1.2V, calcule Rlimit_F= (3.3V - 1.2V) / 0.005A = 420Ω. Use um resistor padrão de 430Ω.
3. Seleção de CTR:A base do transistor que aciona a bobina do relé requer aproximadamente 5mA. Em I_L=5mA, o CTR mínimo necessário = (5mA / 5mA)*100% = 100%. Para garantir operação a 125°C (onde o CTR é mais baixo), selecione um grau com margem suficiente. O EL1018H (CTR mínimo de 130%) é uma boa escolha.
4. Lado da saída:Conecte o coletor do fototransistor à fonte de 24V através de um resistor de pull-up (R

). O emissor é conectado à base do transistor de acionamento do relé (um BJT NPN ou o gate de um MOSFET de canal N). Quando a saída do MCU está em nível alto, o LED conduz, o fototransistor satura, puxando a base para um potencial próximo ao terra, desligando assim o acionador. Quando a saída do MCU está em nível baixo, o LED desliga, o fototransistor corta, e um resistor de polarização separado puxa a base do acionador para alto, ativando o relé. Um diodo de roda livre é necessário através da bobina do relé.

Layout:

Mantenha as trilhas de entrada e saída fisicamente separadas na PCB. Posicione os capacitores de bypass próximos aos terminais do dispositivo. Siga o layout de terminais recomendado para uma soldagem confiável.

1. Este projeto fornece um isolamento robusto, protegendo o microcontrolador sensível contra transientes gerados pelas bobinas indutivas dos relés.12. Princípio de FuncionamentoO acoplador óptico (ou optoacoplador) é um dispositivo que utiliza luz para transmitir sinais elétricos entre dois circuitos isolados. Na série EL101XH-G:Aplicado aos pinos de entrada (ânodo e cátodo)
2. a corrente faz com que o diodo emissor de luz
3. infravermelho (LED) integrado emita luz.Emitir fótons.Esses fótons se propagam através do material isolante transparente dentro do encapsulamento (geralmente resina epóxi moldada).Os fótons incidem sobre.
4. Lado de saída的 pins.
5. Fototransistor de silício_Cda região da base._FA energia luminosa gera pares elétron-lacuna na região da base, atuando efetivamente como corrente de base, o que faz com que o transistor opere em seu

Coletor e emissor

Condução entre eles.

A magnitude da corrente de coletor de saída (I

• ) é proporcional à corrente de entrada do LED (I), com a constante de proporcionalidade sendo a Taxa de Transferência de Corrente (CTR).
• O ponto crucial é que a única conexão entre a entrada e a saída é um feixe de luz, proporcionando um excelente isolamento elétrico determinado pelas características da barreira isolante e pela distância interna entre o chip do LED e o transistor fotossensível.13. Tendências do Setor
• O mercado de componentes de isolamento, como acopladores ópticos, está evoluindo impulsionado por várias tendências-chave:Maior velocidade e largura de banda:
• A crescente demanda por isoladores digitais e acopladores ópticos de alta velocidade capazes de suportar protocolos de comunicação como USB, CAN FD e Ethernet em redes isoladas está elevando as taxas de dados para dezenas e centenas de Mbps.Integração:
• A tendência é integrar múltiplos canais de isolamento em um único encapsulamento, ou combinar o isolamento com outras funções, como drivers de porta para MOSFETs/IGBTs de potência.Padrões aprimorados de segurança e confiabilidade:

Regulamentações cada vez mais rigorosas nos setores industrial, automotivo (ISO 26262) e de dispositivos médicos exigem componentes com classificações de isolamento certificadas mais altas, maiores distâncias de rastreamento/folgas elétricas e dados de confiabilidade comprovados.