Ficha Técnica da Série EL111X-G de Fototransistor Fotocoplador - Pacote SOP 5 Pinos - Distância de Fuga 8mm - Isolamento 5000Vrms - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

A série EL111X-G representa uma família de fotocopladores baseados em fototransistor (optoacopladores) projetados para aplicações que requerem isolamento elétrico robusto e transmissão de sinal entre circuitos de diferentes potenciais. A função principal deste dispositivo é transferir um sinal elétrico utilizando luz, fornecendo isolamento galvânico entre os lados de entrada (díodo emissor infravermelho) e saída (detetor fototransistor). Este isolamento é crucial para proteger circuitos sensíveis de altas tensões, ruído e malhas de terra.

A série caracteriza-se pelo seu compacto pacote SOP (Small Outline Package) de 5 pinos com um perfil baixo de 2,0 mm, tornando-o adequado para projetos de PCB com espaço limitado. Uma característica distintiva fundamental é a sua longa distância de fuga de 8mm, que aumenta a fiabilidade e segurança em ambientes de alta tensão ao aumentar a distância superficial entre partes condutoras ao longo do corpo do pacote. Os dispositivos são construídos utilizando materiais compostos livres de halogéneos (Bromo <900 ppm, Cloro <900 ppm, Br+Cl <1500 ppm) e trióxido de antimónio (Sb2O3), alinhando-se com regulamentações ambientais e de segurança.

2. Análise Profunda das Especificações Técnicas

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estes valores definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. A operação nestas condições não é garantida.

• Corrente Direta de Entrada (IF):60 mA (Contínua). A corrente direta de pico para um pulso de 1µs é significativamente maior, 1,5 A, permitindo condições breves de sobrecorrente durante a comutação.
• Tensão Reversa de Entrada (VR):6 V. Exceder esta tensão em polarização reversa pode danificar o LED de entrada.
• Tensão Coletor-Emissor de Saída (VCEO):80 V. Esta é a tensão máxima que pode ser aplicada através do transistor de saída quando a base está aberta.
• Corrente de Coletor de Saída (IC):50 mA.
• Dissipação de Potência Total (PTOT):250 mW. Esta é a dissipação de potência máxima combinada para os lados de entrada e saída.
• Tensão de Isolamento (VISO):5000 V_rmsdurante 1 minuto a 40-60% de humidade relativa. Este é um parâmetro de segurança crítico, testado com os pinos de entrada (1,2) em curto-circuito juntos e os pinos de saída (3,4,5) em curto-circuito juntos.
• Temperatura de Operação (TOPR):-55°C a +110°C.
• Temperatura de Soldadura (TSOL):260°C durante 10 segundos, compatível com perfis típicos de soldadura por refluxo.

2.2 Características Eletro-Ópticas

Estes parâmetros definem o desempenho do dispositivo em condições normais de operação (Ta=25°C salvo indicação em contrário).

2.2.1 Características de Entrada (LED Infravermelho)

• Tensão Direta (VF):Máximo 1,5 V a IF = 50 mA. Um valor típico seria mais baixo, cerca de 1,1-1,3V.
• Corrente Reversa (IR):Máximo 10 µA a VR = 6 V.
• Capacitância de Entrada (C_in):Típico 50 pF a 1 kHz. Isto afeta o desempenho de comutação em alta frequência.

2.2.2 Características de Saída (Fototransistor)

• Corrente de Escuridão Coletor-Emissor (I_CEO):Máximo 100 nA a V_CE= 20V, I_F= 0mA. Esta é a corrente de fuga quando o LED está desligado.
• Tensão de Ruptura Coletor-Emissor (BV_CEO):Mínimo 80 V a I_C= 0.1mA.
• Tensão de Saturação Coletor-Emissor (V_CE(sat)):Máximo 0,4 V a I_F= 10mA, I_C= 1mA. Uma baixa tensão de saturação é desejável para estágios de saída que acionam entradas de nível lógico.

2.2.3 Características de Transferência

Estes parâmetros descrevem a eficiência e velocidade de acoplamento entre entrada e saída.

• Taxa de Transferência de Corrente (CTR):Esta é a razão entre a corrente de coletor de saída (I_C) e a corrente direta de entrada (I_F), expressa como uma percentagem. A série EL111X-G é oferecida em múltiplas classes (ranks) de CTR, cada uma com um intervalo mínimo/máximo especificado em condições de teste definidas. Isto permite aos projetistas selecionar um dispositivo com ganho consistente para a sua aplicação.
  • EL1110, EL1116, EL1117, EL1118, EL1119:Testado a I_F= 5mA, V_CE= 5V. Os intervalos variam de 50-600% (EL1110) a 200-400% (EL1119).
  • EL1112, EL1113, EL1114:Testado a I_F= 10mA, V_CE= 5V. Os intervalos são 63-125%, 100-200% e 160-320% respetivamente. Estas partes também têm valores mínimos de CTR especificados a I_F= 1mA.
• Resistência de Isolamento (R_IO):Mínimo 5 x 10¹⁰Ω a 500V DC. Isto indica a resistência DC extremamente alta entre os lados isolados.
• Capacitância Flutuante (C_IO):Máximo 1,0 pF a 1 MHz. Esta baixa capacitância ajuda a manter uma alta imunidade transitória de modo comum (CMTI) ao minimizar o acoplamento capacitivo de ruído.
• Tempos de Comutação:Medidos com V_CE= 5V, I_C= 5mA, R_L= 100Ω.
  • Tempo de Ligação (t_on):Típico 4 µs.
  • Tempo de Desligamento (t_off):Típico 3 µs.
  • Tempo de Subida (t_r):Típico 2 µs, Máximo 18 µs.
  • Tempo de Descida (t_f):Típico 3 µs, Máximo 18 µs.
  Estes tempos definem a capacidade do dispositivo de seguir sinais digitais. Os limites máximos garantem a funcionalidade em toda a gama de temperatura e produção.

3. Explicação do Sistema de Classificação

O sistema de classificação primário para a série EL111X-G baseia-se naTaxa de Transferência de Corrente (CTR). Diferentes números de parte (denotados pelo 'X' em EL111X) correspondem a intervalos específicos e garantidos de CTR medidos em condições padrão (I_F=5mA ou 10mA, V_CE=5V). Isto permite aos projetistas:

1. Garantir Estabilidade do Circuito:Selecionar um intervalo de CTR mais apertado (ex., EL1117: 80-160%) fornece uma corrente de saída mais previsível para uma dada corrente de entrada, reduzindo a necessidade de circuitos de polarização com tolerâncias amplas.
2. Otimizar o Consumo de Energia:Para uma corrente de saída requerida, um dispositivo com CTR mais alto (ex., EL1119) pode ser acionado com uma corrente de LED de entrada mais baixa, economizando energia no lado primário.
3. Corresponder aos Requisitos de Projeto:Diferentes aplicações podem requerer ganhos diferentes. Circuitos de interface lógica podem usar um dispositivo CTR padrão, enquanto a transmissão de sinal analógico pode beneficiar de uma parte CTR mais alta e mais linear.

A informação de encomenda define claramente esta classificação com o carácter 'X' (0, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9).

4. Análise das Curvas de Desempenho

Embora curvas gráficas específicas sejam referenciadas na ficha técnica ("Curvas Típicas de Características Eletro-Ópticas"), o seu comportamento típico pode ser descrito com base nos princípios do fotocoplador de fototransistor:

• CTR vs. Corrente Direta (I_F):A CTR não é constante. Tipicamente atinge um pico a uma corrente direta moderada (frequentemente cerca de 5-10mA para estes dispositivos) e pode diminuir a correntes muito baixas ou muito altas devido à eficiência do LED e efeitos de saturação do transistor.
• CTR vs. Temperatura:A CTR geralmente tem um coeficiente de temperatura negativo; diminui à medida que a temperatura da junção aumenta. Os projetistas devem considerar esta derating ao longo da gama de temperatura de operação.
• Corrente de Saída (I_C) vs. Tensão Coletor-Emissor (V_CE):O fototransistor comporta-se como uma fonte de corrente para uma corrente de LED fixa até entrar em saturação. A região de saturação é caracterizada por uma baixa V_CE(sat)conforme especificado.
• Tempo de Comutação vs. Resistência de Carga (R_L):Os tempos de comutação (t_r, t_f) são altamente dependentes do resistor de carga e de qualquer capacitância parasita. Um R_Lmenor geralmente fornece tempos de descida mais rápidos, mas reduz o swing de saída e aumenta a dissipação de potência.

5. Informações Mecânicas e de Pacote

O dispositivo utiliza um pacote SOP (Small Outline Package) de 5 pinos com uma altura de 2,0 mm. A configuração dos pinos é padronizada:

1. Ânodo (LED de Entrada +)
2. Cátodo (LED de Entrada -)
3. Emissor (Fototransistor)
4. Coletor (Fototransistor)
5. Base (Fototransistor, tipicamente deixada aberta ou conectada para técnicas de aceleração)

O pacote inclui umlayout de pads recomendadopara montagem em superfície, o que é crucial para obter juntas de soldadura fiáveis e estabilidade mecânica adequada durante o refluxo. Adistância de fuga longa de 8mmé uma característica de design físico do molde do pacote que aumenta a distância superficial entre os pinos de entrada e saída, contribuindo diretamente para a alta classificação de isolamento de 5000Vrms e conformidade com normas de segurança.

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

O dispositivo é classificado para uma temperatura máxima de soldadura de 260°C durante 10 segundos. Isto está alinhado com perfis padrão de soldadura por refluxo sem chumbo (IPC/JEDEC J-STD-020). Considerações-chave incluem:

• Utilizar o padrão de land PCB recomendado para evitar tombamento ou desalinhamento.
• Evitar pasta de solda excessiva que possa causar ponte entre os pinos próximos ou curto-circuitar o vão de fuga.
• Seguir os procedimentos padrão de manuseamento do nível de sensibilidade à humidade (MSL) para pacotes plásticos, tipicamente envolvendo secagem se o dispositivo foi exposto à humidade ambiente além da sua vida útil no chão de fábrica.
• A gama de temperatura de armazenamento é de -55°C a +125°C.

7. Embalagem e Informação de Encomenda

O produto está disponível em múltiplas opções de embalagem para se adequar a diferentes escalas de produção:

• Tubo:100 unidades por tubo (Standard ou com opção VDE).
• Fita e Bobina:3000 unidades por bobina. Duas opções de bobina (TA, TB) estão disponíveis, provavelmente diferindo na largura da fita ou orientação do componente. Ambas podem ser combinadas com a opção de aprovação de segurança VDE.

Aestrutura do número de parteé: EL111X(Y)-VG

• EL111:Número de parte base.
• X:Rank CTR (0,2,3,4,6,7,8,9).
• Y:Opção Fita & Bobina (TA, TB, ou vazio para tubo).
• V:Marcação opcional de aprovação de segurança VDE.
• G:Denota construção sem halogéneos.

A marcação do dispositivo no pacote inclui um código para o ano e semana de fabrico, juntamente com o número do dispositivo e indicador VDE opcional.

8. Recomendações de Aplicação

8.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Módulos de I/O de Controladores Lógicos Programáveis (PLC):Isolar sinais digitais de sensores/atuadores de campo da unidade central de processamento.
• Fontes de Alimentação Comutadas:Fornecer isolamento de realimentação em topologias de conversor flyback ou outras isoladas.
• Interfaces de Comunicação Industrial:Isolar linhas de barramento serial RS-485, CAN ou outras para prevenir malhas de terra e aumentar a imunidade ao ruído.
• Equipamento Médico:Isolar circuitos conectados ao paciente de secções alimentadas pela rede, onde o isolamento de segurança é primordial.
• Controlo de Eletrodomésticos:Isolar sinais de microcontrolador de baixa tensão de circuitos de motor AC ou aquecedor acionados por triac em eletrodomésticos como aquecedores de ventoinha.
• Instrumentos de Medição:Isolar estágios de condicionamento de sinal analógico de sistemas de aquisição de dados.

8.2 Considerações de Projeto

• Limitação de Corrente de Entrada:Utilizar sempre um resistor em série para limitar a corrente direta do LED (I_F) ao valor desejado, calculado como (Tensão de Alimentação - V_F) / I_F. Não exceder os valores máximos absolutos.
• Degradação da CTR:Estar ciente de que a CTR pode degradar ao longo da vida útil do dispositivo, especialmente se operado a altas temperaturas ou altas correntes de LED. Fazer derating do valor inicial de CTR em projetos críticos.
• Compromisso Velocidade vs. Corrente:Uma I_Fmais alta geralmente melhora a velocidade de comutação, mas aumenta a dissipação de potência e pode acelerar a degradação da CTR. O resistor de carga R_Ltambém afeta criticamente a velocidade de comutação e o swing de tensão de saída.
• Imunidade ao Ruído:A alta resistência de isolamento e baixa capacitância de acoplamento fornecem boa rejeição de modo comum. Para ambientes muito ruidosos, garantir um layout limpo com aterramento adequado e considerar adicionar capacitores de bypass perto dos pinos do dispositivo.
• Utilizar o Pino da Base (Pino 5):Deixar a base aberta é padrão. Conectar um resistor entre a base e o emissor pode reduzir o ganho do fototransistor, mas melhorar significativamente a sua velocidade de comutação (especialmente o tempo de desligamento) ao fornecer um caminho para remover carga armazenada.

9. Comparação Técnica e Vantagens

A série EL111X-G diferencia-se no mercado de fotocopladores através de várias características-chave:

• Pacote SOP com Fuga Longa:A fuga de 8mm numa pegada SOP padrão oferece uma classificação de isolamento superior (5000Vrms) comparada com muitos fotocopladores SOP padrão, frequentemente classificados para 2500Vrms ou 3750Vrms. Isto fornece uma margem de segurança e atende a requisitos de isolamento mais rigorosos sem mudar para pacotes maiores.
• Aprovações de Segurança Abrangentes:A série possui aprovações das principais agências de segurança internacionais (UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO, CQC), simplificando a conformidade para produtos globais.
• Conformidade Ambiental:Construção sem halogéneos e compatível com RoHS atende a regulamentações ambientais e requisitos da cadeia de fornecimento.
• Ampla Seleção de CTR:As múltiplas classes de CTR claramente definidas oferecem flexibilidade aos projetistas para otimizar ganho, potência ou custo.

10. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

1. P: Qual é o propósito da longa distância de fuga?
   R: A fuga é a distância mais curta entre duas partes condutoras ao longo da superfície do pacote isolante. Uma distância de fuga de 8mm aumenta significativamente o caminho de ruptura para contaminação superficial (poeira, humidade), o que é essencial para alcançar e manter a alta classificação de tensão de isolamento de 5000Vrms, especialmente em ambientes húmidos ou poluídos.
2. P: Como escolho a classe de CTR correta?
   R: Selecione com base na corrente de saída requerida pelo seu circuito e capacidade de acionamento de entrada. Se o pino GPIO do seu microcontrolador só pode fornecer 5mA, escolha uma classe de CTR mais alta (ex., EL1119) para obter corrente de saída suficiente. Se precisa de ganho consistente e previsível para sensoriamento analógico, escolha uma classe com um intervalo mais apertado (ex., EL1117). Consulte sempre os valores mín/máx no seu ponto de operação específico.
3. P: Posso usar isto para transmissão de sinal analógico?
   R: Sim, mas com ressalvas. A resposta do fototransistor não é perfeitamente linear, e a CTR varia com temperatura e corrente. É mais adequado para sinais analógicos de baixa frequência ou representados digitalmente (como PWM). Para isolamento analógico de precisão, optoacopladores lineares dedicados ou amplificadores de isolamento são mais apropriados.
4. P: Qual é a diferença entre as opções de fita e bobina TA e TB?
   R: A ficha técnica mostra dois desenhos de dimensões de fita diferentes. A diferença-chave é provavelmente a orientação do componente dentro do bolso da fita ("Direção de alimentação da bobina") e possivelmente a largura da fita. A opção TB tem uma dimensão Ko de 2,25mm. Consulte o fabricante ou as especificações detalhadas da fita para compatibilidade com a sua máquina pick-and-place.
5. P: Como a temperatura afeta o desempenho?
   R: A temperatura afeta principalmente a CTR (diminui com o aumento da temperatura) e a tensão direta V_Fdo LED de entrada (também diminui). As velocidades de comutação também podem variar. Projetos destinados à gama completa de -55°C a +110°C devem considerar estas variações, especialmente a derating da CTR.

11. Exemplo Prático de Projeto

Cenário:Isolar um sinal GPIO de microcontrolador de 3,3V para controlar um relé de 12V no lado isolado. A bobina do relé requer 30mA para ativar.

Passos do Projeto:

1. Escolher Classe CTR:A I_Crequerida é 30mA. O microcontrolador pode fornecer ~10mA. CTR requerida = (30mA / 10mA) * 100% = 300%. A I_F=10mA, o EL1114 tem um intervalo CTR de 160-320%. Selecionamos EL1114, reconhecendo que no CTR mínimo (160%), I_Cseria 16mA, o que pode não ser suficiente. Podemos precisar de acionar o LED com mais força ou escolher uma classe/dispositivo diferente.
2. Recalcular com EL1119:O EL1119 é classificado a I_F=5mA. O intervalo CTR é 200-400%. Se o acionarmos a I_F=7,5mA (dentro da classificação), usando a CTR típica, podemos esperar I_Ccerca de 22,5-30mA. Isto é limite. Uma solução melhor é usar um transistor na saída para acionar o relé, usando o fotocoplador apenas como isolador de nível lógico.
3. Cálculo do Resistor de Entrada (usando EL1114 a I_F=10mA):Assumir V_F~ 1,2V. A tensão do microcontrolador é 3,3V. R_limit= (3,3V - 1,2V) / 0,01A = 210 Ω. Usar um resistor padrão de 200 Ω.
4. Lado de Saída:Conectar o coletor do fototransistor à alimentação de 12V através da bobina do relé. O emissor conecta-se ao terra. Colocar um díodo de retorno inversamente através da bobina do relé. O fototransistor saturará quando ligado, com V_CE(sat)< 0,4V, aplicando quase toda a tensão de 12V através do relé.
5. Consideração de Velocidade:O relé é lento, portanto o tempo de ligação de ~4µs do fotocoplador é irrelevante. Nenhum resistor de base é necessário para aceleração.

Este exemplo destaca o processo iterativo de corresponder parâmetros do dispositivo aos requisitos da aplicação.

12. Princípio de Funcionamento

Um fotocoplador, ou optoacoplador, é um dispositivo que transfere sinais elétricos entre dois circuitos isolados usando luz. Na série EL111X-G:

1. Uma corrente elétrica é aplicada aos pinos de entrada (1-Ânodo, 2-Cátodo), polarizando diretamente odíodo emissor de luz infravermelha (IRED).
2. interno.
3. O IRED emite luz infravermelha proporcional à corrente direta.Esta luz viaja através de um vão isolante transparente (tipicamente plástico moldado) e atinge a região da base de umfototransistor de silício
4. no lado de saída.
5. A luz incidente gera pares eletrão-lacuna na base, atuando efetivamente como uma corrente de base. Isto faz com que o fototransistor conduza entre o seu coletor (pino 4) e emissor (pino 3)._CA corrente de coletor de saída resultante (I_F) é aproximadamente proporcional à corrente de LED de entrada (I
6. ), sendo a constante de proporcionalidade a Taxa de Transferência de Corrente (CTR).

O ponto-chave é que a única ligação entre entrada e saída é o feixe de luz; não há um caminho condutor elétrico. Isto fornece o isolamento galvânico, bloqueando altas tensões, diferenças de potencial de terra e ruído.

13. Tendências Tecnológicas

• A tecnologia de fotocopladores continua a evoluir juntamente com as exigências dos sistemas:Maior Velocidade:
• A procura por isolamento digital mais rápido em acionamentos de motores, comunicações e ADCs impulsiona o desenvolvimento de fotocopladores com tempos de comutação mais rápidos (gama de nanossegundos) e maior imunidade transitória de modo comum (CMTI).Integração:
• Existe uma tendência para integrar funcionalidade adicional, como acionadores de porta para IGBTs/MOSFETs, amplificadores de erro para fontes de alimentação, ou mesmo isoladores digitais com múltiplos canais num único pacote.Fiabilidade e Vida Útil Melhoradas:
• Foco em materiais e design para reduzir a degradação de CTR a longo prazo, especialmente para aplicações automotivas e industriais de alta temperatura.Miniaturização:
• Enquanto mantêm ou melhoram as classificações de isolamento, os pacotes continuam a encolher (ex., SOP ultra-miniatura, embalagem ao nível da pastilha) para economizar espaço na placa.Tecnologias Alternativas:

Os fotocopladores enfrentam concorrência de outras tecnologias de isolamento como isoladores capacitivos (usando barreiras de SiO2) e isoladores magnéticos (baseados em transformadores), que podem oferecer maior velocidade, menor potência e melhor integração. No entanto, os fotocopladores permanecem dominantes em muitas aplicações devido à sua simplicidade, capacidade de alta tensão, fiabilidade bem compreendida e custo-eficácia para requisitos de velocidade padrão.