Ficha Técnica da Série EL303X/304X/306X/308X de Fotocopladores Acionadores de Triac com Detecção de Passagem por Zero, encapsulamento DIP 6 pinos - Tensão 250V-800V - Isolamento 5000Vrms

1. Visão Geral do Produto

As séries EL303X, EL304X, EL306X e EL308X são famílias de fotocopladores em encapsulamento DIP (Dual In-line Package) de 6 pinos, projetados especificamente como acionadores de triac com detecção de passagem por zero. Estes dispositivos servem como uma interface crítica entre circuitos de controle lógico de baixa tensão e linhas de alimentação CA de alta tensão, permitindo a comutação segura e eficiente de cargas CA. A função principal é fornecer isolamento galvânico enquanto aciona um triac de potência externo no ponto de passagem por zero da forma de onda de tensão CA, minimizando assim a interferência eletromagnética (EMI) e a corrente de partida.

A série é diferenciada principalmente pela sua capacidade de tensão de bloqueio de pico, variando de 250V para o EL303X a 800V para o EL308X, tornando-a adequada para uma ampla gama de tensões de linha, desde 110VCA até 380VCA. Uma característica fundamental é o circuito integrado de detecção de passagem por zero, que garante que o triac de saída seja acionado apenas quando a tensão da linha CA estiver próxima de zero volts. Este dispositivo é comumente utilizado como componente central em Relés de Estado Sólido (SSRs), controladores de motores e vários controles de eletrodomésticos e industriais.

2. Interpretação Objetiva dos Parâmetros Técnicos

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Estas especificações definem os limites de estresse além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. A operação nestas condições não é garantida.

• Corrente Direta de Entrada (IF):A corrente contínua máxima através do LED infravermelho é de 60 mA. Exceder este valor pode degradar ou destruir o LED.
• Tensão Reversa de Entrada (VR):O LED pode suportar uma polarização reversa de até 6V.
• Dissipação de Potência de Entrada/Saída:O lado de entrada (PD) é classificado para 100 mW, e o lado de saída (PC) para 300 mW, com fatores de derating especificados acima de 85°C de temperatura ambiente. A dissipação total do dispositivo (PTOT) é de 330 mW.
• Tensão de Terminal de Saída em Estado Bloqueado (VDRM):Este é o parâmetro crítico de diferenciação. EL303X: 250V, EL304X: 400V, EL306X: 600V, EL308X: 800V. O dispositivo deve ser selecionado com uma classificação VDRM superior à tensão de pico da linha que ele irá bloquear.
• Tensão de Isolamento (VISO):5000 Vrms por 1 minuto. Especifica a rigidez dielétrica entre os lados de entrada e saída, garantindo segurança e conformidade com normas regulatórias.

2.2 Características Eletro-Ópticas

Estes parâmetros definem o desempenho do dispositivo em condições normais de operação a 25°C.

2.2.1 Características de Entrada

• Tensão Direta (VF):Máximo de 1,5V em IF=30mA. É utilizada para calcular o resistor limitador de corrente necessário para o circuito acionador do LED.
• Corrente de Fuga Reversa (IR):Máximo de 10 µA em VR=6V, indicando fuga muito baixa em polarização reversa.

2.2.2 Características de Saída

• Corrente de Bloqueio de Pico (IDRM):Corrente de fuga muito baixa (100-500 nA máx.) quando a saída está no estado bloqueado na VDRM nominal. Uma fuga menor é melhor para a eficiência energética.
• Tensão de Estado Ligado de Pico (VTM):Máximo de 3V quando o triac de saída está conduzindo uma corrente de pico de 100 mA. Isto representa a perda por condução.
• Taxa Crítica de Subida da Tensão em Estado Bloqueado (dv/dt):Mínimo de 600-1000 V/µs. Este parâmetro indica a imunidade do dispositivo a acionamentos falsos causados por transitórios de tensão rápidos na linha CA. Valores mais altos são melhores.
• Tensão de Inibição (VINH):Máximo de 20V. Se a tensão entre os terminais de saída exceder este valor, o circuito de passagem por zero impede o acionamento, mesmo que o LED esteja ligado.

2.3 Características de Transferência

Estes parâmetros definem a relação entre a corrente do LED de entrada e o acionamento do triac de saída.

• Corrente de Acionamento do LED (IFT):Esta é a corrente máxima necessária para garantir que o triac de saída ligue. A série é oferecida em três graus de sensibilidade: 15 mA (ELxx1), 10 mA (ELxx2) e 5 mA (ELxx3). Um IFT mais baixo permite o uso de um circuito acionador mais fraco.
• Corrente de Manutenção (IH):Valor típico é 280 µA. Uma vez acionado, o triac de saída permanecerá ligado enquanto a corrente através dele exceder este valor. Isto é importante para garantir o comportamento de travamento com cargas indutivas.

A corrente de operação recomendada para o LED situa-se entre o IFT máximo para o grau escolhido e o IF máximo absoluto de 60 mA. Operar acima do IFT garante acionamento confiável, mas abaixo de 60 mA garante confiabilidade a longo prazo.

3. Explicação do Sistema de Classificação

A família de produtos utiliza um sistema de classificação claro baseado em dois parâmetros-chave:

1. Tensão Nominal (Primeiro Dígito após 'EL'):Esta é a classificação primária.
   • EL303X:Tensão de bloqueio de 250V.
   • EL304X:Tensão de bloqueio de 400V.
   • EL306X:Tensão de bloqueio de 600V.
   • EL308X:Tensão de bloqueio de 800V.
2. Grau de Sensibilidade (Último Dígito do Número da Peça, 'X'):Define a corrente de acionamento do LED necessária.
   • Grau '1':Corrente de acionamento máxima (IFT) = 15 mA. Menos sensível.
   • Grau '2':Corrente de acionamento máxima (IFT) = 10 mA.
   • Grau '3':Corrente de acionamento máxima (IFT) = 5 mA. Mais sensível.

Por exemplo, um EL3062 é um fotocoplador com classificação de 600V e corrente de acionamento máxima de 10 mA.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica referencia curvas de desempenho típicas, essenciais para entender o comportamento do dispositivo em condições não padrão (ex.: variações de temperatura). Embora gráficos específicos não sejam detalhados no texto fornecido, curvas típicas para tais dispositivos incluem:

• Corrente Direta vs. Tensão Direta (IF-VF):Mostra a relação não linear do LED de entrada, crucial para o projeto do acionador.
• Corrente de Acionamento vs. Temperatura (IFT vs. Ta):A corrente de LED necessária para acionar a saída tipicamente aumenta com a diminuição da temperatura. Isto é crítico para projetar sistemas confiáveis que operam em ambientes frios.
• Tensão de Estado Ligado vs. Corrente de Estado Ligado (VTM-ITM):Ilustra as características de condução do triac de saída.

Os projetistas devem consultar os gráficos completos da ficha técnica para aplicar derating apropriado dos parâmetros para sua faixa específica de temperatura de operação.

5. Esquema e Configuração dos Terminais

O esquema interno mostra um LED infravermelho de GaAs opticamente acoplado a um chip de silício contendo o triac fotossensível e o circuito de detecção de passagem por zero.

Configuração dos Terminais (DIP 6 pinos):

1. Ânodo:Terminal positivo do LED de entrada.
2. Cátodo:Terminal negativo do LED de entrada.
3. Sem Conexão (NC):Este terminal não está conectado internamente.
4. Terminal Principal 2 (MT2):Um dos terminais principais do triac de saída.
5. Substrato:Conexão interna.Não conectar externamente.
6. Terminal Principal 1 (MT1):O outro terminal principal do triac de saída. Este é tipicamente o ponto de referência para o sinal de acionamento do gate.

A saída (pinos 4 e 6) é projetada para ser conectada em série com o gate de um triac externo de maior potência que realmente comuta a corrente da carga.

6. Metodologia de Medição: dv/dt Estático

A ficha técnica fornece um circuito de teste detalhado e procedimento para medir a Taxa Crítica de Subida da Tensão em Estado Bloqueado (dv/dt). Este teste é vital para quantificar a imunidade a ruído do dispositivo.

Circuito de Teste:Uma fonte de pulso de alta tensão é conectada à saída do Dispositivo Sob Teste (DUT) através de uma rede RC em série (RTEST, CTEST). O LED está desligado (IF=0).

Procedimento:Aplica-se um pulso com valor de pico (VPEAK) igual à VDRM nominal. A resistência RTEST é variada para alterar a constante de tempo (τ = R*C) da rede RC, o que por sua vez altera a inclinação (dv/dt) da rampa de tensão aplicada ao DUT. A inclinação é aumentada até que o DUT seja acionado falsamente. Em seguida, a inclinação é diminuída até que o acionamento pare. O valor dv/dt neste limiar é calculado como 0,632 * VPEAK / τRC.

Este valor medido deve atender ou exceder a especificação mínima de dv/dt (ex.: 600 V/µs para EL308X).

7. Sugestões de Aplicação

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Relés de Estado Sólido (SSRs):A aplicação principal, fornecendo isolamento e comutação por passagem por zero para cargas CA como aquecedores, lâmpadas e solenoides.
• Controles Industriais:Para interfacear saídas de PLCs com partidas de motores, contactores e atuadores de válvulas.
• Eletrodomésticos:Usado em tomadas inteligentes, dimmers e placas de controle de aparelhos para comutação segura de CA.
• Controles de Temperatura:Comutação de elementos de aquecimento em termostatos e fornos.

7.2 Considerações de Projeto

1. Seleção de Tensão:Escolha uma classificação VDRM com uma margem de segurança acima da tensão de pico da linha CA. Para uma linha de 240VCA (pico ~340V), um EL304X (400V) é o mínimo, mas um EL306X (600V) fornece uma margem melhor para transitórios.
2. Circuito Acionador do LED:Calcule o resistor em série: R = (Vcc - VF) / I_F_operating. Certifique-se de que I_F_operating está entre o IFT máximo (para o grau escolhido) e 60mA. Uma corrente de operação típica é de 10-20 mA para os graus 1 e 2.
3. Circuitos Snubber:Embora o fotocoplador em si tenha uma boa classificação dv/dt, o triac de potência externo pode exigir uma rede RC snubber entre seus terminais para suprimir picos de tensão de cargas indutivas, prevenindo acionamento falso ou danos.
4. Dissipação de Calor:Aderir às curvas de derating de potência. A dissipação de potência de saída (PC) vem principalmente da tensão de estado ligado (VTM) multiplicada pela corrente de gate do triac externo. Certifique-se de que a dissipação total do dispositivo (PTOT) esteja dentro dos limites na temperatura ambiente máxima.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

As principais vantagens desta série de fotocopladores acionadores de triac com passagem por zero, comparadas com tipos sem passagem por zero ou opto-triacs básicos, são:

• EMI Reduzido:Ao comutar no ponto de passagem por zero, a mudança súbita de corrente (di/dt) é minimizada, reduzindo drasticamente a interferência eletromagnética conduzida e irradiada.
• Corrente de Partida Mais Baixa:Previne altas correntes de partida ao comutar cargas resistivas como lâmpadas incandescentes ou elementos de aquecimento, estendendo sua vida útil.
• Solução Integrada:Combina as funções de isolamento, detecção e acionamento em um pacote confiável de 6 pinos, simplificando o projeto em comparação com circuitos discretos de passagem por zero.
• Faixa de Tensão:A ampla gama de tensões de bloqueio (250V a 800V) cobre a maioria das aplicações de rede CA globais em uma única família de produtos.
• Conformidade Regulatória:Os dispositivos possuem aprovações das principais agências de segurança internacionais (UL, cUL, VDE, etc.), simplificando a certificação do produto final.

9. Perguntas Frequentes Baseadas em Parâmetros Técnicos

1. P: Posso usar o EL303X (250V) em uma linha de 120VCA?
   
   R: Sim. A tensão de pico de 120VCA é ~170V, que está abaixo da classificação de 250V. No entanto, para confiabilidade contra surtos de linha, uma peça com classificação mais alta como o EL304X é frequentemente recomendada.
2. P: Qual é o propósito do terminal "Substrato (não conectar)"?
   
   R: Este terminal é uma conexão interna para o chip de silício. Deixá-lo desconectado externamente é crucial. Conectá-lo poderia curto-circuitar circuitos internos e destruir o dispositivo.
3. P: Como escolho entre os graus de sensibilidade 1, 2 e 3?
   
   R: O Grau 3 (5mA) permite o uso de um resistor limitador de corrente de valor mais alto ou um CI acionador mais fraco (ex.: de um microcontrolador), economizando energia e reduzindo o estresse no componente acionador. O Grau 1 (15mA) pode ser escolhido se o circuito acionador for robusto e o custo do acionador for menos preocupante, ou para aplicações que exigem maior imunidade a ruído no lado de entrada.
4. P: A classificação de corrente de saída (IT(RMS)) é de apenas 100mA. Ele pode comutar uma carga de 10A?
   
   R: Não. Este dispositivo é umacionador. A saída de 100mA é projetada para acionar o gate de um triac ou tiristor de potência externo muito maior (ex.: um TRIAC de 10A ou 40A). O componente externo lida com a corrente total da carga.

10. Caso Prático de Projeto

Cenário:Projetar um relé de estado sólido para comutar um elemento de aquecimento resistivo de 240VCA, 5A a partir de um microcontrolador de 5V.

1. Seleção do Fotocoplador:Escolha EL3062. Classificação de 600V fornece boa margem sobre o pico de 340V. Grau 2 (IFT 10mA) é um bom equilíbrio entre sensibilidade e capacidade do acionador.
2. Acionador do LED:Pino do microcontrolador (5V, 20mA máx.) aciona o LED. VF ~1,3V. R = (5V - 1,3V) / 0,015A = ~247 Ohms. Use um resistor de 220 Ohm, resultando em IF ~17mA, bem acima do IFT de 10mA e abaixo do máximo de 60mA.
3. Triac de Potência Externo:Selecione um triac de 600V, 10A+ (ex.: BTA16-600). Conecte seu Gate ao pino 6 (MT1) do fotocoplador. Conecte o pino 4 (MT2) do fotocoplador em série com um resistor de 100-200 Ohm à linha CA (via carga). Este resistor limita a corrente de gate do triac de potência.
4. Snubber:Adicione um resistor de 100 Ohm e um capacitor de 0,1µF em série através dos terminais principais (A1/A2) do triac BTA16.
5. Isolamento:O isolamento de 5000Vrms do fotocoplador separa com segurança o circuito de baixa tensão do microcontrolador da perigosa rede CA.

11. Princípio de Funcionamento

O dispositivo opera com base no princípio do acoplamento óptico. Quando uma corrente flui através do Diodo Emissor de Luz Infravermelha (IR LED) de entrada, ele emite fótons. Estes fótons atravessam uma lacuna de isolamento e atingem um chip de silício fotossensível no lado da saída. Este chip contém um triac ativado por luz e um circuito de detecção de passagem por zero. O circuito de detecção monitora a tensão entre os terminais de saída (MT1-MT2). Somente quando esta tensão estiver abaixo de um certo limiar (tipicamente em torno de 20V, a tensão de inibição VINH)eo LED estiver iluminado, o circuito permitirá que o triac interno seja acionado. Isto garante que a condução comece muito próximo ao ponto onde a onda senoidal CA cruza zero volts. Uma vez acionado, o triac permanece travado ligado enquanto a corrente da carga exceder sua corrente de manutenção (IH), até a próxima passagem por zero da corrente.

12. Informações para Pedido

O número da peça segue o formato: EL30XY(Z)-V

• X:Série de tensão (3,4,6,8).
• Y:Grau de sensibilidade (1,2,3).
• Opção de Formato dos Terminais:
  • Nenhum/M:DIP furo passante, embalagem em tubo.
  • S / S1:Formato de terminais para montagem em superfície. S1 é uma versão de baixo perfil.
• Opção de Fita e Carretel (Z):TA ou TB para peças SMD, especificando o tipo de carretel.
• V:Indica que a aprovação de segurança VDE está incluída.

Exemplo: EL3062S-TA-V é um dispositivo de montagem em superfície de 600V, Grau 2, em fita e carretel TA, com aprovação VDE.