Ficha Técnica do Fotocoplador ELD3H7 ELQ3H7 - Pacote SSOP 8/16 Pinos - Tensão de Isolamento 3750Vrms - CTR 50-600% - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

Os ELD3H7 e ELQ3H7 são fotocopladores (optocopladores) baseados em fototransistor, projetados para o isolamento de sinais elétricos. Eles consistem num díodo emissor de luz infravermelha (LED) acoplado opticamente a um fototransistor de silício, tudo encapsulado num pacote de montagem em superfície compacto. A função principal é transmitir sinais elétricos entre dois circuitos, mantendo um elevado isolamento elétrico, impedindo a propagação de ruído, loops de terra e picos de tensão.

O ELD3H7 integra 2 canais de isolamento independentes num pacote SSOP (Shrink Small Outline Package) de 8 pinos. O ELQ3H7 integra 4 canais independentes num pacote SSOP de 16 pinos. Ambas as variantes apresentam um perfil ultrabaixo de 2,0 mm, tornando-as adequadas para aplicações com espaço limitado. Os dispositivos utilizam um composto de moldagem verde e sem halogéneos, estando em conformidade com as diretivas sem chumbo e RoHS.

2. Características Principais e Vantagens

• Alta Tensão de Isolamento:Classificada em 3750 V_rmsdurante 1 minuto, garantindo proteção robusta e segurança em ambientes de alta tensão.
• Ampla Taxa de Transferência de Corrente (CTR):Varia de 50% a 600% com I_F= 5mA, V_CE= 5V, oferecendo flexibilidade de projeto para diferentes necessidades de amplificação de sinal.
• Fator de Forma Compacto:O pacote SSOP com um perfil de 2,0 mm é ideal para projetos de PCB de alta densidade.
• Homologações de Segurança Abrangentes:Certificados pela UL (E214129), VDE (40028116), SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO e CQC, facilitando o uso em equipamentos regulamentados globalmente.
• Características de Comutação Rápida:Tempo de subida (t_r) típico de 5 µs e tempo de descida (t_f) típico de 3 µs sob condições de teste especificadas, adequados para transmissão de sinal digital.

3. Mercado-Alvo e Aplicações

Estes fotocopladores são projetados para aplicações que requerem isolamento de sinal fiável e imunidade ao ruído.

• Conversores DC-DC:Fornecendo isolamento do laço de realimentação em fontes de alimentação comutadas.
• Controladores Lógicos Programáveis (CLPs) e Automação Industrial:Isolando sinais digitais de I/O entre o controlador e os dispositivos de campo.
• Equipamentos de Telecomunicações:Isolando linhas de sinal em modems, interfaces e hardware de rede.
• Isolamento Geral de Circuitos:Transmitindo sinais entre circuitos com diferentes potenciais de terra ou níveis de impedância.

4. Análise Detalhada de Parâmetros Técnicos

4.1 Especificações Absolutas Máximas

Estes são limites de stress que não devem ser excedidos em nenhuma condição para evitar danos permanentes no dispositivo.

• Entrada (Lado do LED):Corrente direta (I_F) 60 mA; Corrente direta de pico (I_FP) 1 A por pulso de 1 µs; Tensão reversa (V_R) 6 V; Dissipação de potência (P_D) 70 mW.
• Saída (Lado do Transistor):Corrente do coletor (I_C) 50 mA; Tensão Coletor-Emissor (V_CEO) 80 V; Tensão Emissor-Coletor (V_ECO) 7 V; Dissipação de potência (P_C) 150 mW.
• Dispositivo Total:Dissipação de potência total (P_TOT) 200 mW; Tensão de isolamento (V_ISO) 3750 V_rms.
• Temperatura:Faixa de operação -55°C a +110°C; Faixa de armazenamento -55°C a +125°C; Temperatura de soldadura 260°C durante 10 segundos.

4.2 Características Elétricas e Optoeletrónicas

Parâmetros de desempenho típicos medidos a 25°C.

4.2.1 Características da Entrada (LED Infravermelho)

• Tensão Direta (V_F):Tipicamente 1,2V, máximo 1,4V com I_F=20mA. Este parâmetro é crucial para projetar o circuito de acionamento do LED.
• Corrente Reversa (I_R):Máximo 10 µA com V_R=4V, indicando boas características de bloqueio do díodo.
• Capacitância de Entrada (C_in):Tipicamente 30 pF, afetando o desempenho de comutação em alta frequência.

4.2.2 Características da Saída (Fototransistor)

• Corrente de Escuridão (I_CEO):Máximo 100 nA com V_CE=20V e I_F=0mA. Esta é a corrente de fuga quando o LED está desligado, afetando a integridade do sinal no estado OFF.
• Tensões de Ruptura: BV_CEO≥ 80V, BV_ECO≥ 7V, definindo as tensões máximas permitidas no transistor.
• Tensão de Saturação Coletor-Emissor (V_CE(sat)):Tipicamente 0,1V, máximo 0,2V com I_F=10mA, I_C=1mA. Um V_CE(sat)baixo é desejável para saída em nível lógico.

4.2.3 Características de Transferência

• Taxa de Transferência de Corrente (CTR):Definida como (I_C/ I_F) * 100%. A faixa especificada é de 50% a 600% com I_F=5mA, V_CE=5V. Esta ampla categorização permite a seleção com base no ganho necessário.
• Resistência de Isolamento (R_IO):Mínimo 5×10¹⁰Ω a 500V DC, garantindo excelente isolamento DC.
• Capacitância de Isolamento (C_IO):Tipicamente 0,3 pF, máximo 1,0 pF. Uma capacitância baixa minimiza o acoplamento capacitivo de ruído de alta frequência através da barreira de isolamento.
• Tempos de Comutação:Tempo de subida (t_r) tipicamente 5 µs, tempo de descida (t_f) tipicamente 3 µs sob condições de teste (V_CE=2V, I_C=2mA, R_L=100Ω). Estes valores determinam a taxa de dados máxima utilizável.

5. Informações Mecânicas e do Pacote

5.1 Dimensões do Pacote e Desenhos de Contorno

Os dispositivos são alojados em pacotes SSOP. O ELD3H7 (2 canais) usa um SSOP de 8 pinos, enquanto o ELQ3H7 (4 canais) usa um SSOP de 16 pinos. Ambos partilham uma altura de perfil baixo comum de 2,0 mm. Desenhos dimensionais detalhados com todas as medidas críticas (tamanho do corpo, passo dos terminais, distância de elevação) são fornecidos na ficha técnica para o projeto da pegada na PCB.

5.2 Configuração e Polaridade dos Pinos

Para ELD3H7 (8 pinos):

• Pinos 1, 3: Ânodo dos LEDs do Canal 1 e Canal 2, respetivamente.
• Pinos 2, 4: Cátodo dos LEDs do Canal 1 e Canal 2, respetivamente.
• Pinos 5, 7: Emissor dos fototransistores do Canal 1 e Canal 2, respetivamente.
• Pinos 6, 8: Coletor dos fototransistores do Canal 1 e Canal 2, respetivamente.

Para ELQ3H7 (16 pinos):

• Pinos 1, 3, 5, 7: Ânodo dos LEDs dos Canais 1 a 4.
• Pinos 2, 4, 6, 8: Cátodo dos LEDs dos Canais 1 a 4.
• Pinos 9, 11, 13, 15: Emissor dos fototransistores dos Canais 1 a 4.
• Pinos 10, 12, 14, 16: Coletor dos fototransistores dos Canais 1 a 4.

5.3 Layout Recomendado para as Ilhas de Solda na PCB

A ficha técnica inclui projetos sugeridos de padrão de ilhas para os pacotes SSOP de 8 e 16 pinos. Seguir estas recomendações garante a formação fiável das juntas de solda durante a soldadura por refluxo e a estabilidade mecânica adequada.

5.4 Marcação do Dispositivo

Os dispositivos são marcados na superfície superior. A marcação inclui:

• "EL": Identificador do fabricante.
• "D3H7" ou "Q3H7": Número do dispositivo para a variante de 2 ou 4 canais.
• "Y": Um código de um dígito para o ano.
• "WW": Um código de dois dígitos para a semana.
• "V": Marcação opcional que indica aprovação VDE.

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

Os dispositivos são adequados para montagem em superfície usando técnicas de soldadura por refluxo.

• Soldadura por Refluxo:A temperatura máxima permitida de soldadura é de 260°C, medida no corpo do pacote, por uma duração não superior a 10 segundos. Os perfis de refluxo padrão sem chumbo (IPC/JEDEC J-STD-020) são aplicáveis.
• Manuseamento:Devem ser observadas as precauções padrão contra ESD (Descarga Eletrostática), uma vez que o dispositivo contém semicondutores sensíveis à eletricidade estática.
• Limpeza:Seguir os procedimentos padrão de limpeza de PCB compatíveis com o composto de moldagem epóxi verde.
• Armazenamento:Armazenar num ambiente seco com temperatura entre -55°C e +125°C. Utilizar dentro de 12 meses a partir da data do código para uma soldabilidade ótima.

7. Informações de Embalagem e Encomenda

7.1 Sistema de Numeração de Modelos

O número de parte segue o formato:EL[D3H7/Q3H7](Z)-V

• EL:Prefixo da série.
• D3H7 / Q3H7:Denota o dispositivo de 2 ou 4 canais.
• (Z):Opção de embalagem em fita e bobina. "TA" indica fita e bobina, enquanto a sua ausência indica embalagem em tubo.
• V:Sufixo opcional que indica aprovação VDE.

7.2 Especificações de Embalagem

• ELD3H7 (Tubo):80 unidades por tubo.
• ELD3H7 (Fita e Bobina):1000 unidades por bobina.
• ELQ3H7 (Tubo):40 unidades por tubo.
• ELQ3H7 (Fita e Bobina):1000 unidades por bobina.

As especificações da fita e bobina, incluindo largura da fita de transporte, dimensões dos compartimentos e diâmetro da bobina, são detalhadas para configuração da máquina pick-and-place automatizada.

8. Considerações para o Projeto de Aplicação

8.1 Circuitos de Aplicação Típicos

A aplicação mais comum é o isolamento de sinal digital. Um resistor limitador de corrente em série deve ser ligado ao ânodo do LED para definir a corrente direta desejada (I_F). O valor é calculado como R_limit= (V_{CC_input}- V_F) / I_F. No lado da saída, um resistor de pull-up (R_L) é ligado entre o coletor e a tensão de alimentação do lado da saída (V_{CC_output}) para definir os níveis lógicos de saída e limitar a corrente do coletor do fototransistor.

8.2 Notas de Projeto e Melhores Práticas

• Seleção de CTR:Escolha um bin de CTR apropriado para a sua corrente de acionamento e corrente de saída necessária. Um CTR mais elevado permite usar um I_Fmais baixo para a mesma saída, reduzindo a potência de entrada.
• Compromisso Velocidade vs. Corrente:A velocidade de comutação (t_r, t_f) geralmente melhora com um I_Fmais elevado e um R_Lmais baixo, mas isto aumenta o consumo de energia. O circuito de teste (I_Fpulse, V_CE=2V, I_C=2mA, R_L=100Ω) fornece uma referência para o desempenho esperado.
• Imunidade ao Ruído:A alta resistência de isolamento (R_IO) e a baixa capacitância de isolamento (C_IO) são fundamentais para rejeitar ruído de modo comum. Garanta um layout de PCB adequado para evitar problemas de distância de fuga e de ar que possam comprometer a tensão de isolamento nominal.
• Considerações Térmicas:Não exceda a dissipação de potência total do dispositivo (P_TOT= 200 mW). A potência é a soma da potência do LED de entrada (I_F*V_F) e da potência do transistor de saída (I_C*V_CE).

9. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparados com fotocopladores padrão DIP-4 ou DIP-6, a série ELD3H7/ELQ3H7 oferece vantagens significativas:

• Redução de Tamanho:O pacote SSOP ocupa menos de 25% da área da placa de um pacote DIP-8 padrão para um dispositivo de 2 canais, permitindo a miniaturização.
• Integração Multi-Canal:A disponibilidade de 2 e 4 canais em pacotes únicos reduz a contagem de componentes e economiza espaço na placa em aplicações de multi-isolamento.
• Perfil:A altura de 2,0 mm é crítica para projetos ultra finos.
• Desempenho:Mantém alta tensão de isolamento e uma ampla faixa de CTR apesar do tamanho pequeno, um diferencial chave em relação a muitas alternativas miniaturizadas.

10. Perguntas Frequentes (FAQs)

10.1 Qual é a taxa de dados máxima alcançável com estes fotocopladores?

Com base nos tempos típicos de subida/descida de 5 µs e 3 µs, a taxa de dados prática máxima para um sinal digital limpo é aproximadamente 1/(t_r+t_f) ≈ 125 kHz. Para operação fiável, recomenda-se um objetivo de projeto conservador de 50-100 kHz.

10.2 Como seleciono o bin de CTR correto para a minha aplicação?

Se o seu projeto requer uma corrente de saída mínima garantida (I_C) com uma corrente de entrada específica (I_F), calcule o CTR mínimo necessário: CTR_{min_req}= (I_C/ I_F) * 100%. Selecione um dispositivo cujo CTR mínimo garantido (ex., 50%) atinja ou exceda este valor. Usar um bin de CTR mais elevado fornece mais margem de projeto.

10.3 Estes dispositivos podem ser usados para isolar sinais analógicos?

Embora projetados principalmente para isolamento digital, podem ser usados em aplicações analógicas de baixa frequência e baixa precisão (ex., realimentação em fontes de alimentação isoladas). No entanto, o CTR tem uma forte dependência da temperatura e não linearidade com I_F, o que os torna inadequados para transmissão de sinal analógico de precisão sem circuitos extensivos de calibração ou compensação. Optocopladores lineares especializados são mais adequados para isolamento analógico.

10.4 Qual é o propósito da classificação de tensão de isolamento e como é testada?

A classificação de 3750 V_rms(durante 1 minuto) é uma especificação de segurança que indica a rigidez dielétrica do isolamento entre os lados de entrada e saída. Durante o teste, todos os pinos do lado do LED são curto-circuitados juntos, e todos os pinos do lado do transistor são curto-circuitados juntos. Uma alta tensão AC é aplicada entre estes dois grupos. Esta classificação garante proteção contra transitórios de alta tensão que podem ocorrer em equipamentos industriais ou ligados à rede elétrica.

11. Exemplo Prático de Projeto

Cenário:Isolar um sinal digital de 3,3V de um microcontrolador para um sistema de 5V.

• Lado da Entrada: V_{CC_input}= 3,3V. Objetivo I_F= 5 mA para boa velocidade e CTR. Assumindo V_F≈ 1,2V, R_limit= (3,3V - 1,2V) / 0,005A = 420Ω. Usar um resistor padrão de 430Ω.
• Lado da Saída: V_{CC_output}= 5V. Escolher R_Lpara limitar I_Ce definir os níveis lógicos. Para um CTR de 100% com I_F=5mA, I_C≈ 5mA. Quando o transistor está LIGADO (saturado), V_CE≈ 0,1V, então a saída é baixa (~0,1V). Quando DESLIGADO, a saída é puxada para alta a 5V. A potência em R_Lquando LIGADO é (5V - 0,1V) * 5mA ≈ 24,5 mW, bem dentro das classificações. Um resistor padrão de 1 kΩ daria I_C≈ (5V - 0,1V)/1kΩ = 4,9mA, o que também é aceitável.
• Layout:Colocar o dispositivo próximo à barreira de isolamento na PCB. Manter as distâncias recomendadas de fuga e de ar (consultar normas de segurança como a IEC 60950-1) entre os traços de cobre de entrada e saída, especialmente para a alta classificação de tensão de isolamento.

12. Princípio de Funcionamento

Um fotocoplador funciona convertendo um sinal elétrico em luz, transmitindo-o através de uma lacuna eletricamente isolante e depois convertendo a luz novamente num sinal elétrico. No ELD3H7/ELQ3H7:

1. Uma corrente elétrica (I_F) flui através do LED infravermelho, fazendo-o emitir fotões.
2. Estes fotões viajam através de um dielétrico isolante transparente (o composto de moldagem) e atingem a região da base do fototransistor de silício.
3. A energia dos fotões gera pares eletrão-lacuna na base, criando efetivamente uma corrente de base que liga o transistor.
4. O transistor conduz uma corrente de coletor (I_C) que é proporcional à intensidade da luz recebida e, portanto, à I_Fde entrada. A constante de proporcionalidade é o CTR.

O ponto chave é que a única ligação entre a entrada e a saída é ótica, fornecendo o isolamento elétrico.

13. Tendências e Desenvolvimento da Indústria

A tendência na tecnologia de optocopladores é impulsionada pela procura de maior velocidade, tamanho menor, menor consumo de energia e integração de funcionalidades adicionais. Embora os fotocopladores tradicionais de fototransistor como o ELD3H7/ELQ3H7 se destaquem em relação custo-eficácia, robustez e alta tensão de isolamento, novas tecnologias estão a emergir:

• Copladores Digitais de Alta Velocidade:Utilizam tecnologia CMOS e LEDs integrados para atingir taxas de dados na ordem das dezenas ou centenas de Mbps, muito superiores aos dispositivos baseados em fototransistor.
• Funções Isoladas Integradas:Dispositivos que combinam isolamento com funções como drivers de porta isolados, ADCs isolados ou fornecimento de energia isolado (isoPower).
• Segurança e Fiabilidade Aprimoradas:O desenvolvimento contínuo foca-se em melhorar a durabilidade do material de isolamento, imunidade a surtos e atingir classificações de tensão de trabalho mais elevadas em pacotes menores para atender às normas de segurança internacionais em evolução.

Os fotocopladores de fototransistor permanecem uma solução fundamental e amplamente utilizada para isolamento de uso geral e sensível ao custo, onde velocidade moderada e alta fiabilidade são primordiais.