Hoja de Datos del Fotocoplador Serie EL817-G - Paquete DIP de 4 Pines - Aislamiento 5000Vrms - CTR 50-600% - Documento Técnico en Inglés

1. Descripción General del Producto

La serie EL817-G representa una familia de fotocopladores (optoacopladores) basados en fototransistores, diseñados para el aislamiento y transmisión de señales entre circuitos de diferentes potenciales. Cada dispositivo integra un diodo emisor de infrarrojos acoplado ópticamente a un detector de fototransistor de silicio, alojado en un encapsulado compacto DIP (Dual In-line Package) de 4 pines. Su función principal es proporcionar aislamiento eléctrico, evitando que picos de tensión, bucles de masa y ruido se propaguen entre los circuitos de entrada y salida, protegiendo así componentes sensibles y garantizando la integridad de la señal.

La propuesta de valor central de esta serie radica en sus robustas capacidades de aislamiento, verificadas por una alta tensión de aislamiento nominal de 5000V_rms. This makes it suitable for industrial control systems and mains-connected appliances. The devices are manufactured to be halogen-free, complying with environmental regulations (Br < 900 ppm, Cl < 900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm). They also carry approvals from major international safety standards bodies including UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO, and CQC, underscoring their reliability for use in certified end products.

2. Análisis Profundo de Especificaciones Técnicas

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estas especificaciones definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No se garantiza el funcionamiento bajo estas condiciones.

• Entrada (Lado LED): El diodo infrarrojo tiene una corriente directa continua máxima (I_F) de 60 mA. Puede soportar una corriente de pulso muy corta de 1 μs (I_FP) de hasta 1 A, útil para la supresión transitoria. El voltaje inverso máximo (V_R) es de 6 V. La disipación de potencia de entrada (P_D) tiene una potencia nominal de 100 mW a 25°C, reduciéndose en 2.9 mW/°C por encima de una temperatura ambiente de 100°C.
• Salida (Lado del Transistor): La corriente de colector del fototransistor (I_C) está limitada a 50 mA. El voltaje colector-emisor (V_CEO) puede alcanzar hasta 80 V, mientras que el voltaje emisor-colector (V_ECO) está limitado a 7 V. La disipación de potencia de salida (P_C) es de 150 mW a 25°C, reduciéndose en 5.8 mW/°C por encima de 100°C.
• Total del Dispositivo: La disipación de potencia total para todo el paquete (P_TOT) no debe exceder los 200 mW.
• Isolation & Environment: El voltaje de aislamiento (V_ISO) entre entrada y salida es de 5000 V_rms (probado durante 1 minuto a una HR del 40-60%). El rango de temperatura de funcionamiento (T_OPR) es excepcionalmente amplio, desde -55°C hasta +110°C. La temperatura de almacenamiento (T_STGEl rango de temperatura de funcionamiento es de -55°C a +125°C. El dispositivo puede soportar procesos de soldadura a 260°C durante hasta 10 segundos.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros definen el rendimiento del dispositivo en condiciones normales de funcionamiento (T_a = 25°C a menos que se indique lo contrario).

• Características del Diodo de Entrada: El voltaje directo (V_F) es típicamente de 1.2V con un máximo de 1.4V en I_F = 20 mA. La corriente inversa (I_R) es un máximo de 10 μA en V_R = 4V. La capacitancia de entrada (C_in) es típicamente 30 pF.
• Características del Transistor de Salida: La corriente oscura colector-emisor (I_CEO), que es la corriente de fuga cuando el LED está apagado, es un máximo de 100 nA a V_CE = 20V. Los voltajes de ruptura son BV_CEO ≥ 80V y BV_ECO ≥ 7 V.
• Características de Transferencia (Críticas):
  • Relación de Transferencia de Corriente (CTR): Esta es la relación entre la corriente de colector de salida (I_C) y la corriente directa del LED de entrada (I_F), expresada como un porcentaje. Es el parámetro clave que define la sensibilidad y ganancia del dispositivo. La serie EL817-G se ofrece en múltiples grados de CTR, medidos a I_F = 5mA y V_CE = 5V:
    • EL817: 50% a 600% (rango amplio)
    • EL817A: 80% a 160%
    • EL817B: 130% a 260%
    • EL817C: 200% a 400%
    • EL817D: 300% a 600%
    • EL817X: 100% a 200%
    • EL817Y: 150% a 300%
    Esta clasificación permite a los diseñadores seleccionar un dispositivo con la ganancia adecuada para su aplicación, garantizando un rendimiento consistente del circuito y evitando la necesidad de una calibración posterior.
  • Voltaje de Saturación: El voltaje de saturación colector-emisor (V_CE(sat)es típicamente de 0.1V (máx. 0.2V) cuando el dispositivo está completamente encendido (I_F=20mA, I_C=1mA), lo que indica un buen rendimiento de conmutación.
  • Parámetros de Aislamiento: La resistencia de aislamiento (R_IO) es un mínimo de 5×10¹⁰ Ω. La capacitancia de aislamiento (C_IO) es típicamente de 0.6 pF, la cual es muy baja y ayuda a mantener un alto rechazo de ruido de alta frecuencia.
  • Velocidad de Conmutación: El tiempo de subida (t_r) y el tiempo de bajada (t_f) son típicamente 6 μs y 8 μs, respectivamente (máx. 18 μs cada uno), bajo las condiciones de prueba especificadas (V_CE=2V, I_C=2mA, R_L=100Ω). La frecuencia de corte (f_c) es típicamente de 80 kHz. Estos parámetros definen la frecuencia máxima de la señal digital que el acoplador puede manejar de manera efectiva.

3. Análisis de la Curva de Rendimiento

Si bien el PDF indica la presencia de "Curvas Típicas de Características Electro-Ópticas", los gráficos específicos no se proporcionan en el contenido del texto. Típicamente, estas hojas de datos incluyen curvas que ilustran las siguientes relaciones, las cuales son cruciales para el diseño:

• CTR vs. Corriente Directa (I_F): Muestra cómo la relación de transferencia de corriente cambia con la corriente de excitación del LED. El CTR a menudo disminuye a valores de I_F muy altos debido al calentamiento y a la caída de eficiencia.
• CTR vs. Temperatura Ambiente (T_a): Ilustra la dependencia de la ganancia del dispositivo con la temperatura. Los acopladores basados en fototransistores suelen presentar un coeficiente de temperatura negativo para el CTR; la ganancia disminuye a medida que aumenta la temperatura.
• Voltaje Directo (V_F) vs. Corriente Directa (I_F): La curva I-V estándar del diodo, importante para calcular la resistencia limitadora de corriente necesaria en el lado de entrada.
• Corriente del Colector (I_C) frente a Tensión Colector-Emisor (V_CE): Las curvas características del transistor de salida, que muestran la región de saturación y la región activa para diferentes niveles de corriente de entrada del LED (I_F).
• Tiempo de Conmutación vs. Resistencia de Carga (R_L): Demuestra cómo la elección de la resistencia de pull-up en el colector afecta los tiempos de subida y bajada de la señal de salida.

Los diseñadores deben consultar el PDF completo con gráficos para modelar con precisión el comportamiento del dispositivo en sus condiciones de funcionamiento previstas.

4. Mechanical & Package Information

4.1 Configuración de Pines

La disposición estándar de pines DIP de 4 pines es la siguiente (vista desde arriba, con la muesca o punto que indica el pin 1):

1. Ánodo (del LED de entrada)
2. Cátodo (del LED de entrada)
3. Emisor (del fototransistor de salida)
4. Colector (del fototransistor de salida)

Esta configuración es consistente en toda la serie. La distancia de fuga (la distancia más corta a lo largo de la superficie del encapsulado aislante entre pines conductores) se especifica como mayor a 7.62 mm, lo que contribuye a la alta clasificación de aislamiento.

4.2 Dibujos de Dimensiones del Paquete

La serie se ofrece en varias variantes de paquete, aunque las dimensiones detalladas en mm no están completamente especificadas en el texto proporcionado. Las opciones incluyen:

• Tipo DIP Estándar: El encapsulado clásico de orificio pasante.
• Tipo Opción M: Presenta una "curva de terminal ancha" que proporciona un espaciado entre terminales de 0.4 pulgadas (aprox. 10.16 mm) en lugar del estándar de 0.3 pulgadas (7.62 mm), útil para protoboards o diseños de PCB específicos que requieren mayor separación.
• Option S1 & S2 Types: Formas de terminal para dispositivos de montaje superficial (SMD). Son encapsulados de "perfil bajo" diseñados para soldadura por reflujo. La hoja de datos incluye diseños recomendados de almohadillas para ambas opciones, S1 y S2, para garantizar una soldadura adecuada y estabilidad mecánica. Las dimensiones de las almohadillas se sugieren como referencia y deben modificarse según el proceso específico de fabricación de PCB.

5. Soldering & Assembly Guidelines

El dispositivo está clasificado para una temperatura máxima de soldadura (T_SOL) de 260°C durante 10 segundos. Esto se alinea con los perfiles comunes de soldadura por reflujo sin plomo.

Para Paquetes de Agujero Pasante (DIP, M): Se pueden utilizar técnicas estándar de soldadura por ola o soldadura manual. Se debe tener cuidado de no exceder el límite de 10 segundos en la unión del pin para evitar daños térmicos al dado interno y al encapsulado epóxico.

Para Paquetes de Montaje Superficial (S1, S2): Son aplicables los procesos estándar de soldadura por reflujo infrarrojo o por convección. Se debe seguir el diseño de pistas recomendado proporcionado en la hoja de datos para lograr filetes de soldadura adecuados y evitar el efecto "tombstoning". El diseño de bajo perfil contribuye a la estabilidad durante el proceso de reflujo. Como con todos los dispositivos sensibles a la humedad, si el carrete ha estado expuesto a la humedad ambiental durante períodos prolongados, puede ser necesario un horneado según los estándares IPC/JEDEC antes del reflujo para prevenir el "efecto palomita de maíz".

Almacenamiento: Los dispositivos deben almacenarse dentro del rango de temperatura de almacenamiento especificado de -55°C a +125°C, en un ambiente seco para mantener la soldabilidad y prevenir la corrosión interna.

6. Ordering Information & Packaging

6.1 Sistema de Numeración de Piezas

El número de pieza sigue el formato: EL817X(Y)(Z)-FVG

• XOpción de formato de terminales. S1 o S2 (SMD), M (DIP de terminales anchos), o ninguno (DIP estándar).
• YRango CTR. A, B, C, D, X, Y, o ninguno (para la gama amplia base EL817).
• ZOpción de cinta y carrete para componentes SMD. TU o TD (dirección de la cinta), o ninguno.
• FMaterial del marco de terminales. F para Hierro, ninguno para Cobre.
• VMarcado opcional de aprobación de seguridad VDE.
• GIndica construcción libre de halógenos.

Ejemplo: EL817B-S1(TU)-G sería un dispositivo SMD (S1) con rango CTR B (130-260%), empaquetado en una cinta y carrete estilo TU, con construcción libre de halógenos.

6.2 Cantidades de Embalaje

• Opciones estándar DIP y M: 100 unidades por tubo.
• S1 option on tape & reel: 1500 units per reel.
• S2 option on tape & reel: 2000 units per reel.

6.3 Marcado del Dispositivo

La parte superior del paquete está marcada con un código: EL 817FRYWWV

• EL: Identificador del fabricante.
• 817: Número de dispositivo.
• F: Código de fábrica/proceso.
• R: CTR Rank (A, B, C, D, X, Y).
• Y: Código de año de 1 dígito.
• WW: Código de semana de 2 dígitos.
• V: Denota la aprobación VDE si está presente.

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Circuitos de Aplicación Típicos

El EL817-G es versátil y puede utilizarse tanto en aplicaciones digitales como lineales.

• Aislamiento de Señal Digital: El uso más común. El LED de entrada es activado por una señal digital (a menudo a través de una resistencia limitadora de corriente). El fototransistor actúa como un interruptor, llevando la línea de salida a tierra cuando el LED está encendido. Una resistencia de pull-up a V_CC es necesario en el colector. La velocidad de conmutación (t_r, t_f) limita la velocidad de datos máxima, lo que lo hace adecuado para interfaces digitales de menor velocidad, como aislamiento de GPIO, UART o líneas de E/S en PLCs.
• Aislamiento de Señales Analógicas (Modo Lineal): Al operar el fototransistor en su región activa (no saturada), el dispositivo puede transmitir señales analógicas. El CTR no es perfectamente lineal, y su variación con la temperatura y la corriente debe tenerse en cuenta. Este modo se utiliza a menudo para la retroalimentación aislada en fuentes de alimentación conmutadas, donde la no linealidad puede compensarse dentro del bucle de control.
• Aislamiento de Módulos de Entrada/Salida (E/S): En los Controladores Lógicos Programables (PLCs) y sistemas de control industrial, estos acopladores aíslan la CPU sensible de las señales de campo ruidosas o de alto voltaje (24V, 120VAC, etc.).

7.2 Consideraciones de Diseño & Best Practices

• Selección de CTR: Elija un grado de CTR que proporcione suficiente corriente de salida para su carga (por ejemplo, para excitar una puerta lógica o un driver opto-triac) sin requerir una corriente de entrada excesiva. Utilizar un dispositivo con un CTR más alto permite una I_Fmás baja, reduciendo el consumo de energía en el lado de entrada. Sin embargo, asegúrese de que el CTR mínimo del grado elegido cumpla con los requisitos del peor caso del circuito (por ejemplo, alta temperatura, fin de vida útil).
• Limitación de Corriente de Entrada: Utilice siempre una resistencia en serie (R_in) con el LED de entrada para establecer la corriente directa deseada (I_F). Calcule R_in = (V_source - V_F) / I_F. No exceder la corriente máxima absoluta I_F de 60 mA de forma continua.
• Resistor de Carga de Salida: El valor de la resistencia de pull-up (R_L) en el colector afecta tanto al nivel lógico alto de salida como a la velocidad de conmutación. Una R_L más pequeña proporciona tiempos de caída más rápidos (el transistor al encenderse baja más rápido) pero tiempos de subida más lentos (la constante de tiempo RC con la capacitancia de salida del transistor es mayor) y consume más potencia cuando la salida está en bajo. Una R_L más grande produce el efecto contrario. Un valor típico está entre 1kΩ y 10kΩ.
• Inmunidad al Ruido: Para aplicaciones digitales, agregar un pequeño capacitor (por ejemplo, 1-10 nF) entre el colector y el emisor (lado de salida) puede ayudar a filtrar el ruido de alta frecuencia. Sin embargo, esto degradará aún más la velocidad de conmutación.
• Efectos de la Temperatura: Recuerde que el CTR se degrada con el aumento de la temperatura. El diseño debe verificarse en todo el rango de temperatura de funcionamiento, utilizando el CTR mínimo esperado a la temperatura máxima de operación.
• Diseño de Aislamiento: En el PCB, mantenga las distancias de fuga y de aislamiento recomendadas (≥7.62mm) entre los circuitos de entrada y salida. Esto a menudo significa dejar una ranura o espacio en el PCB bajo el cuerpo del acoplador y asegurarse de que ninguna traza de cobre cruce la barrera de aislamiento demasiado cerca.

8. Technical Comparison & Differentiation

La serie EL817-G compite en un mercado saturado de fotocopladores de propósito general de 4 pines. Sus principales diferenciadores son:

• Clasificación de Alta Temperatura: Una temperatura de funcionamiento de hasta +110°C supera las clasificaciones comunes de +85°C o +100°C de muchos competidores, lo que la hace adecuada para entornos hostiles como aplicaciones automotrices en el compartimiento del motor o equipos industriales cerca de fuentes de calor.
• Múltiples Aprobaciones de Seguridad: El conjunto integral de aprobaciones de seguridad internacionales (UL, VDE, etc.) es una ventaja significativa para productos que requieren certificación en el mercado global.
• Cumplimiento Libre de Halógenos: Cumple con las normativas medioambientales modernas, lo cual es cada vez más un requisito en la electrónica de consumo y otros sectores.
• Amplia Clasificación de CTR: La disponibilidad de siete grados distintos de CTR (incluyendo el amplio EL817) proporciona a los diseñadores un control detallado sobre la selección de ganancia para optimizar el rendimiento y el costo del circuito.
• Variedad de Paquetes: Ofrecer DIP estándar, DIP de pines anchos y dos perfiles SMD proporciona flexibilidad para diferentes procesos de montaje y restricciones de espacio en la placa.

9. Preguntas Frecuentes (FAQ)

Q1: What is the main purpose of the creepage distance specification (>7.62 mm)?
R1: La distancia de fuga es la trayectoria más corta a lo largo de la superficie del encapsulado aislante entre dos terminales conductores (por ejemplo, el pin 1 y el pin 4). Una distancia de fuga más larga evita corrientes de fuga superficiales y arcos eléctricos, especialmente en entornos húmedos o contaminados, y es un factor crítico para lograr la alta clasificación de aislamiento de 5000V._rms R1: La distancia de fuga es la trayectoria más corta a lo largo de la superficie del encapsulado aislante entre dos terminales conductores (por ejemplo, el pin 1 y el pin 4). Una distancia de fuga más larga evita corrientes de fuga superficiales y arcos eléctricos, especialmente en entornos húmedos o contaminados, y es un factor crítico para lograr la alta clasificación de aislamiento de 5000V.

P2: ¿Cómo elijo entre los diferentes grados de CTR (A, B, C, D, X, Y)?
A2: Seleccione según la corriente de salida requerida y la eficiencia de corriente de entrada deseada. Para una necesidad de corriente de salida dada, un grado de CTR más alto (por ejemplo, D: 300-600%) requiere una corriente de LED de entrada más baja, ahorrando energía. Sin embargo, los dispositivos con CTR más alto pueden tener coeficientes de temperatura ligeramente diferentes o un costo mayor. Los grados X e Y ofrecen rangos intermedios y más estrechos. Utilice el valor mínimo de CTR de la hoja de datos para sus cálculos de diseño en el peor de los casos.

Q3: ¿Puedo usar esto para aislar señales de red de 240VAC?
A3: The 5000V_rms El voltaje de aislamiento es adecuado para proporcionar aislamiento reforzado en muchas aplicaciones conectadas a la red eléctrica. Sin embargo, el diseño final debe considerar los estándares de seguridad a nivel de sistema (por ejemplo, IEC 62368-1, IEC 60747-5-5), que dictan las distancias y pruebas requeridas más allá de la especificación del componente. El acoplador es una parte clave de la solución, pero el diseño adecuado del diseño de la PCB y de la carcasa son igualmente críticos.

P4: ¿Por qué hay dos especificaciones diferentes de voltaje colector-emisor (V_CEO 80V y BV_CEO 80V)?
A4: V_CEO (80V) en la tabla de Especificaciones Máximas Absolutas es la tensión máxima que se puede aplicar sin causar daños. BV_CEO (80V min) en la tabla de Características es la tensión de ruptura, el punto en el que el dispositivo comienza a conducir significativamente incluso con el LED apagado. Están estrechamente relacionados pero se definen de manera diferente. En la práctica, debe diseñar de modo que V_CE Nunca se aproxima a 80V durante el funcionamiento, dejando un margen de seguridad.

P5: ¿Cuál es la diferencia entre las opciones SMD S1 y S2?
R5: La diferencia principal es la huella del encapsulado y el número de unidades por carrete (1500 para S1, 2000 para S2). Es probable que el encapsulado S2 esté ligeramente modificado para permitir más dispositivos en un carrete estándar. La hoja de datos proporciona diseños de pads recomendados separados para cada uno, por lo que es esencial utilizar la huella correcta para la pieza pedida.

Terminología de Especificación de LED

Explicación completa de términos técnicos de LED