Hoja de Datos de la Serie EL4XXA-G - Relés de Estado Sólido (SSR) Forma A de 4 Pines DIP - Salida 60-600V - Corriente de Carga 550-50mA - Libre de Halógenos - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

La serie EL4XXA-G son relés de estado sólido (SSR) unipolares, normalmente abiertos (Forma A), en un encapsulado DIP de 4 pines. Estos dispositivos utilizan un LED infrarrojo de AlGaAs acoplado ópticamente a un circuito detector de salida de alta tensión que consta de una matriz de diodos fotovoltaicos y MOSFETs. Este diseño proporciona un equivalente de estado sólido a un relé electromecánico (EMR) 1 Forma A, ofreciendo beneficios como mayor vida útil, funcionamiento silencioso y resistencia a golpes y vibraciones mecánicas. La serie está disponible en opciones de montaje superficial (SMD) y cumple con los estándares libres de halógenos y RoHS.

1.1 Ventajas Principales

• Alto Aislamiento:Proporciona 5000 Vrms de aislamiento entre entrada y salida, mejorando la seguridad y la inmunidad al ruido en circuitos de control.
• Baja Corriente de Activación:Presenta una baja corriente de encendido del LED (típicamente 3-5mA), haciéndolo compatible con salidas de microcontroladores de baja potencia.
• Amplio Rango de Tensión:La serie cubre tensiones de bloqueo de salida desde 60V (EL406A) hasta 600V (EL460A), adecuada para diversas aplicaciones de conmutación de cargas AC/DC.
• Robusto Cumplimiento Normativo:Construcción libre de halógenos y cumplimiento con las principales normas de seguridad internacionales, incluyendo UL 1577, UL 508, VDE y CQC.
• Amplio Rango de Temperatura:Funciona de manera confiable desde -40°C hasta +85°C, apto para entornos industriales y severos.

1.2 Aplicaciones Objetivo

Estos SSR están diseñados para aplicaciones que requieren conmutación aislada y fiable. Casos de uso típicos incluyen:

• Equipos de Telecomunicaciones:Enrutamiento de señales y conmutación en tarjetas de línea.
• Instrumentos de Prueba y Medición:Conmutación de señales en equipos de prueba automatizados (ATE).
• Automatización de Fábrica (FA) y de Oficina (OA):Control de sensores, solenoides y pequeños motores.
• Sistemas de Control Industrial:Módulos de salida de PLC, interfaces de control de procesos.
• Sistemas de Seguridad:Conmutación en paneles de alarma y control de acceso.

2. Análisis de Parámetros Técnicos

2.1 Límites Absolutos Máximos

La siguiente tabla resume los límites críticos que no deben excederse para evitar daños permanentes en el dispositivo. Estos no son condiciones de operación.

• Entrada (Lado del LED):La corriente directa máxima (IF) es de 50mA DC, con una corriente directa de pico (IFP) de 1A en condiciones pulsadas (ciclo de trabajo del 0.1%). La tensión inversa máxima (VR) es de 5V.
• Salida (Lado del Interruptor):La tensión de ruptura (VL) define la tensión máxima que los MOSFETs de salida pueden bloquear. Varía según el modelo: EL406A (60V), EL425A (250V), EL440A (400V), EL460A (600V). La corriente de carga continua (IL) disminuye a medida que aumenta la tensión nominal, desde 550mA para el EL406A hasta 50mA para el EL460A, reflejando la compensación entre capacidad de tensión y resistencia en conducción.
• Aislamiento y Térmico:La tensión de aislamiento (Viso) es de 5000 Vrms. El dispositivo puede almacenarse de -40°C a +125°C y operar de -40°C a +85°C. La temperatura de soldadura está clasificada a 260°C durante 10 segundos.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros definen el rendimiento del dispositivo en condiciones típicas de operación (TA=25°C).

• Características de Entrada:La tensión directa (VF) es típicamente de 1.18V a IF=10mA, con un máximo de 1.5V. Esta baja VF contribuye al bajo requerimiento de potencia de activación.
• Características de Salida (Diferenciador Clave):La resistencia en conducción (Rd(ON)) es un parámetro crítico que afecta la disipación de potencia y la caída de tensión en el interruptor. Varía significativamente en la serie:
  • EL406A: Típ. 0.7Ω, Máx. 2.5Ω
  • EL425A: Típ. 6.5Ω, Máx. 15Ω
  • EL440A: Típ. 20Ω, Máx. 30Ω
  • EL460A: Típ. 40Ω, Máx. 70Ω
  Este aumento de Rd(ON) con mayores tensiones nominales es una característica fundamental del diseño MOSFET, impactando la generación de calor a una corriente de carga dada.
• Velocidad de Conmutación:El tiempo de encendido (Ton) es relativamente lento (típicamente 1.4ms máx. 3ms) debido al mecanismo de carga fotovoltaica de la puerta. El tiempo de apagado (Toff) es muy rápido (típicamente 0.05ms máx. 0.5ms). Esta asimetría es importante para aplicaciones sensibles al tiempo.
• Características de Transferencia:La corriente de encendido del LED (IF(on)) es la corriente mínima requerida para encender completamente el MOSFET de salida, típicamente 3-5mA. La corriente de apagado (IF(off)) es la corriente máxima a la que se garantiza que la salida esté apagada, típicamente 0.4mA. Esto define los umbrales de lógica de control de entrada.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

Aunque no se proporcionan datos gráficos específicos en el texto, la hoja de datos hace referencia a curvas típicas de características electro-ópticas. Basándose en los parámetros, se pueden inferir relaciones clave:

• Resistencia en Conducción vs. Temperatura:La Rd(ON) de los MOSFETs tiene un coeficiente de temperatura positivo. Aumentará a medida que suba la temperatura de unión, lo que lleva a mayores pérdidas por conducción a temperaturas elevadas. Un diseño térmico adecuado es esencial, especialmente para modelos con mayores corrientes nominales (EL406A).
• Tensión Directa del LED vs. Corriente:La curva VF vs. IF es estándar para un LED de AlGaAs. Se recomienda excitar el LED con una corriente constante (ej. 10mA) para un funcionamiento estable frente a variaciones de temperatura.
• Corriente de Fuga de Salida vs. Tensión:La corriente de fuga en estado de apagado (Ileak) se especifica con un máximo de 1μA a la tensión nominal completa. Este parámetro es crucial para aplicaciones que requieren una impedancia de estado apagado muy alta.

4. Información Mecánica y de Empaquetado

4.1 Dimensiones y Tipos de Empaquetado

La serie ofrece tres opciones principales de forma de terminales para adaptarse a diferentes procesos de montaje en PCB:

1. Tipo DIP Estándar:Encapsulado de orificio pasante con espaciado entre filas de 0.1 pulgadas (2.54mm) para soldadura por ola o manual convencional.
2. Tipo Opción M:Encapsulado de orificio pasante con una curvatura de terminal más ancha, proporcionando un espaciado entre filas de 0.4 pulgadas (10.16mm) para aplicaciones que requieren mayor distancia de fuga o necesidades específicas de diseño de PCB.
3. Tipo Opción S1:Forma de terminal para dispositivo de montaje superficial (SMD) con perfil bajo. Esta opción es esencial para el montaje automatizado pick-and-place y diseños de PCB de alta densidad.

4.2 Identificación de Polaridad y Marcado

La configuración de pines está claramente definida:

• Pin 1: Ánodo del LED (+)
• Pin 2: Cátodo del LED (-)
• Pines 3 y 4: Terminales Drenador del MOSFET (interruptor de salida). Estos normalmente se conectan juntos en el PCB para manejar la corriente de carga.

El dispositivo está marcado en la parte superior con un código:EL [Número de Parte] G YWWV.
Ejemplo: "EL 460A G YWWV" indica un EL460A, libre de halógenos (G), con año (Y) y semana (WW) de fabricación, y opción VDE (V).

4.3 Diseño Recomendado de Pads para SMD

Para la opción S1 (montaje superficial), se recomienda un diseño específico de pads para garantizar una soldadura fiable y resistencia mecánica. Las dimensiones aseguran la formación adecuada del filete de soldadura y el alivio térmico durante el reflow.

5. Guías de Soldadura y Montaje

• Soldadura por Reflow (Opción S1):El dispositivo está clasificado para una temperatura máxima de soldadura de 260°C durante 10 segundos. Son aplicables los perfiles estándar de reflow sin plomo (IPC/JEDEC J-STD-020). Asegúrese de que el perfil no exceda la temperatura máxima ni el tiempo en la temperatura pico.
• Soldadura por Ola (Opciones DIP y M):Se pueden utilizar procesos estándar de soldadura por ola. Se recomienda precalentamiento para minimizar el choque térmico.
• Soldadura Manual:Utilice un soldador con control de temperatura. Limite el tiempo de contacto para evitar una transferencia de calor excesiva al encapsulado.
• Limpieza:Compatible con la mayoría de los procesos de limpieza de flux comunes. Verifique la compatibilidad si utiliza disolventes agresivos.
• Almacenamiento:Almacene en un entorno seco y antiestático dentro del rango de temperatura especificado (-40°C a +125°C). Para almacenamiento prolongado, siga las pautas del nivel de sensibilidad a la humedad (MSL), típicamente utilizando empaquetado seco para piezas SMD.

6. Información de Empaquetado y Pedido

6.1 Sistema de Numeración de Modelos

El número de parte sigue el formato:EL4XXA(Y)(Z)-VG

• XX:Número de parte (06, 25, 40, 60) que define la tensión/corriente nominal de salida.
• Y:Opción de forma de terminal (S1 para montaje superficial, o en blanco para DIP estándar).
• Z:Opción de cinta y carrete (TA, TB, TU, TD, o en blanco para tubo).
• V:Indica la opción de aprobación de seguridad VDE.
• G:Denota construcción Libre de Halógenos.

6.2 Especificaciones de Empaquetado

• Empaquetado en Tubo:Los tipos DIP estándar y Opción M se suministran en tubos de 100 unidades.
• Cinta y Carrete (Opción S1):Disponible en diferentes tipos de carrete:
  • TA, TB: 1000 unidades por carrete.
  • TU, TD: 1500 unidades por carrete.
  Se proporcionan dimensiones detalladas de la cinta (tamaño de bolsillo A0, B, paso P0, P1, etc.) para compatibilidad con los alimentadores de equipos de montaje automatizado.

7. Consideraciones de Diseño para la Aplicación

7.1 Diseño del Circuito de Entrada

Excite el LED de entrada con una fuente de corriente constante o una fuente de tensión con una resistencia limitadora de corriente en serie. Calcule el valor de la resistencia usando: R = (Vcc - VF) / IF, donde VF es típicamente 1.18V-1.5V y IF se elige entre 5mA y 20mA para una velocidad y fiabilidad óptimas. Asegúrese de que el circuito de excitación pueda suministrar al menos la IF(on) mínima (5mA máx.) para garantizar el encendido completo de la salida. Un diodo de protección inversa en paralelo con el LED no es estrictamente necesario debido a la tensión inversa incorporada de 5V, pero puede añadirse para robustez en entornos ruidosos.

7.2 Diseño del Circuito de Salida

Selección de Tensión:Elija el modelo (EL406A, 425A, 440A, 460A) basándose en la tensión pico (DC o AC) de su carga, incluyendo cualquier transitorio o sobretensión. Se recomienda una reducción de seguridad del 20-30%.
Corriente y Disipación de Potencia:La restricción clave de diseño es la disipación de potencia y el calor. La potencia disipada en el SSR (Pdiss) se calcula como: Pdiss = (IL^2 * Rd(ON)) + (IF * VF). El primer término es dominante. Por ejemplo, operar un EL406A a su carga máxima de 550mA con una Rd(ON) típica de 0.7Ω genera ~212mW de calor. Asegúrese de no exceder la disipación de potencia total (Pout máx. 500mW) y que el PCB proporcione un alivio térmico adecuado, especialmente para los modelos de mayor corriente.
Cargas Inductivas/Capacitivas:Al conmutar cargas inductivas (relés, solenoides, motores), utilice un circuito amortiguador (red RC) o un diodo de retorno en paralelo con la carga para suprimir picos de tensión que podrían exceder la clasificación VL del dispositivo. Para cargas capacitivas, considere la limitación de corriente de irrupción.

7.3 Gestión Térmica

El SSR no tiene disipador de calor interno. El calor se disipa a través de los terminales. Utilice suficiente área de cobre en los pads del PCB, especialmente para los pines 3 y 4 (salida), para actuar como disipador de calor. Para altas temperaturas ambientales o operación continua de alta corriente, monitoree la temperatura del dispositivo para asegurarse de que permanezca dentro del rango de operación. La resistencia en conducción aumentará con la temperatura, creando un efecto de autolimitación pero también reduciendo el rendimiento.

8. Comparación Técnica y Guía de Selección

La serie EL4XXA-G ofrece una matriz clara de compensaciones:

• EL406A (60V, 550mA):La mejor opción para conmutación DC de baja tensión y mayor corriente (ej. sistemas 12V/24V, dispositivos a batería) donde la baja caída de tensión y pérdida de potencia son críticas. Tiene la Rd(ON) más baja.
• EL425A (250V, 150mA) y EL440A (400V, 120mA):Ideales para aplicaciones de tensión de línea AC convencionales (120VAC, 240VAC) conmutando pequeñas cargas como indicadores, pequeños solenoides o como dispositivos piloto para contactores más grandes. El EL440A proporciona un margen extra para sistemas de 240VAC.
• EL460A (600V, 50mA):Diseñado para aplicaciones industriales de alta tensión o situaciones con transitorios de tensión significativos. Adecuado para conmutar señales o cargas de muy baja potencia en entornos de alta tensión.

Comparado con Relés Electromecánicos (EMR):Estos SSR no tienen partes móviles, por lo tanto, no presentan rebote de contactos, arco eléctrico o mecanismos de desgaste relacionados con el número de ciclos. Operan en silencio y son inmunes a la vibración. Sin embargo, tienen una resistencia en conducción inherente que genera calor y caída de tensión, y típicamente tienen corrientes nominales más bajas y un mayor costo por amperio que los EMR comparables.

Comparado con otros SSR:El esquema de acoplamiento MOSFET fotovoltaico proporciona un aislamiento muy alto y una conmutación limpia sin necesidad de una fuente de polarización externa en el lado de salida (a diferencia de los acopladores fototransistor o fototriac). La velocidad de encendido es más lenta que la de algunos otros opto-MOSFETs pero es suficiente para la mayoría de las aplicaciones de control.

9. Preguntas Frecuentes (FAQ)

P1: ¿Puedo usar este SSR para conmutar cargas AC directamente?
R1: Sí, pero con importantes advertencias. La salida es un par de MOSFETs. La mayoría de los MOSFETs tienen un diodo de cuerpo inherente. En una configuración estándar, este SSR puede bloquear tensión de cualquier polaridad cuando está apagado, pero solo puede conducir corriente en una dirección cuando está encendido (como un diodo). Para una verdadera conmutación de carga AC, se necesitarían dos dispositivos configurados en serie inversa (back-to-back). Algunos SSR tienen esta configuración internamente, pero la hoja de datos del EL4XXA-G muestra un esquema de un solo MOSFET, indicando que es para conmutación DC o unidireccional. Verifique la capacidad del modelo específico para su aplicación AC.

P2: ¿Por qué el tiempo de encendido es mucho más lento que el tiempo de apagado?
R2: El tiempo de encendido está limitado por la velocidad a la que la matriz de diodos fotovoltaicos puede generar suficiente corriente para cargar la capacitancia de puerta del MOSFET de salida hasta su tensión umbral. Este es un proceso relativamente lento y limitado por corriente. El apagado es rápido porque solo requiere descargar la puerta a través del circuito interno, lo que se puede hacer rápidamente.

P3: ¿Cómo interpreto la clasificación de "Corriente de Carga en Pulso"?
R3: La corriente de carga en pulso (ILPeak) es una corriente más alta que puede manejarse durante una duración muy corta (100ms, pulso único). Esto es útil para manejar corrientes de irrupción de lámparas o motores. No utilice esta clasificación para operación continua o pulsada repetitiva. Para pulsos repetitivos, la disipación de potencia promedio debe permanecer dentro del límite Pout.

P4: ¿Se requiere un disipador de calor externo?
R4: Típicamente no para el encapsulado DIP bajo sus condiciones nominales. El disipador de calor principal es el cobre del PCB. Para operación continua a la corriente de carga máxima, especialmente para el EL406A, asegúrese de que el PCB tenga un área de cobre adecuada (ej. varios centímetros cuadrados) conectada a los pines de salida para disipar el calor. En espacios confinados o altas temperaturas ambientales, se recomienda un análisis térmico.

10. Ejemplo de Caso de Estudio de Diseño

Escenario:Diseñar un módulo de E/S digital para un PLC que necesita conmutar cargas inductivas de 24VDC (pequeñas válvulas solenoides) con una corriente en estado estable de 200mA. El entorno es industrialmente ruidoso.

Selección de Componentes:Se elige el EL406A por su clasificación de 60V (muy por encima de 24VDC) y su baja resistencia en conducción. A 200mA, la caída de tensión típica es solo 200mA * 0.7Ω = 0.14V, y la disipación de potencia es (0.2^2)*0.7 = 0.028W, lo cual es despreciable.

Circuito de Entrada:La salida digital del PLC es de 24VDC. Se calcula una resistencia en serie: R = (24V - 1.3V) / 0.01A = 2270Ω. Se selecciona una resistencia estándar de 2.2kΩ, proporcionando IF ≈ 10.3mA, muy por encima de la IF(on) máxima de 5mA.

Circuito de Salida:Se coloca un diodo de retorno (1N4007) directamente en paralelo con la bobina del solenoide para limitar la tensión de contraelectromotriz inductiva y proteger la salida del EL406A. El cátodo del diodo se conecta al suministro positivo, el ánodo a la conexión de salida del SSR/carga.

Diseño del PCB:Los pines 3 y 4 se conectan a una gran área de cobre en el PCB para ayudar a la disipación de calor, aunque en este caso el calor generado es mínimo. Las trazas de entrada y salida se mantienen separadas para mantener un buen aislamiento.

Este diseño proporciona una solución de conmutación robusta, de larga vida útil y silenciosa en comparación con un pequeño relé electromecánico.

11. Principio de Funcionamiento

El EL4XXA-G funciona según el principio de aislamiento óptico y excitación fotovoltaica. Cuando se aplica una corriente directa al LED infrarrojo de AlGaAs de entrada, éste emite luz. Esta luz es detectada por una matriz de diodos fotovoltaicos en el lado de salida. Esta matriz genera una pequeña tensión (efecto fotovoltaico) cuando es iluminada. Esta tensión generada se aplica directamente a la puerta de uno o más MOSFETs de potencia, encendiéndolos y creando un camino de baja resistencia entre los pines de salida (3 y 4). Cuando se elimina la corriente del LED, la luz se detiene, la tensión fotovoltaica colapsa y la puerta del MOSFET se descarga, apagando la salida. Este mecanismo proporciona un aislamiento galvánico completo entre el circuito de control de baja tensión y el circuito de carga de alta tensión, ya que solo la luz cruza la barrera de aislamiento.

12. Tendencias Tecnológicas

Los relés de estado sólido continúan evolucionando en varias direcciones clave relevantes para la tecnología del EL4XXA-G:

• Menor Resistencia en Conducción (Rd(ON)):Los avances en tecnología MOSFET y de empaquetado están reduciendo constantemente la Rd(ON) para una tensión nominal y tamaño de encapsulado dados, permitiendo una conmutación de mayor corriente en huellas más pequeñas y con menores pérdidas.
• Mayor Integración:Las tendencias incluyen integrar drivers del lado de entrada (fuentes de corriente constante, traductores de nivel lógico) y características de protección del lado de salida (limitadores de sobretensión, apagado por sobrecalentamiento) en el encapsulado del SSR, simplificando el circuito externo.
• Mejor Rendimiento Térmico:Nuevos diseños de encapsulado con pads térmicos expuestos (ej. encapsulados DIP con un pad inferior) permiten una transferencia de calor al PCB mucho más eficiente, aumentando significativamente la corriente continua nominal para el mismo silicio.
• Rangos de Tensión Más Amplios:Los dispositivos capaces de bloquear tensiones más altas (1kV+) se están volviendo más comunes en encapsulados compactos, impulsados por aplicaciones en energías renovables y vehículos eléctricos.
• Enfoque en Seguridad y Cumplimiento Normativo:Al igual que con el EL4XXA-G, hay un énfasis creciente en cumplir las últimas normas de seguridad internacionales (UL, VDE, CQC), regulaciones ambientales (libre de halógenos, RoHS) y calificaciones de grado automotriz para fiabilidad.

La serie EL4XXA-G representa una implementación madura y fiable de la tecnología SSR MOSFET fotovoltaica, muy adecuada para una amplia gama de aplicaciones de control industriales y comerciales que requieren conmutación segura, aislada y fiable de baja a media potencia.