Hoja de Datos del Fotodarlington Fotocoplador DIP de 6 Pines - Series TIL113, 4NXX, H11BX - Aislamiento 5000Vrms

1. Descripción General del Producto

Las series TIL113, 4NXX y H11BX son familias de fotocopladores fotodarlington (optoaisladores). Cada dispositivo consta de un diodo emisor de luz infrarroja (LED) acoplado ópticamente a un detector de transistor fotodarlington. Esta configuración proporciona una alta relación de transferencia de corriente (CTR), haciéndolos adecuados para interconectar señales de control de baja corriente con cargas de mayor corriente. Los dispositivos se alojan en un encapsulado DIP (Dual In-line Package) compacto de 6 pines, con opciones para montaje estándar de orificio pasante, espaciado amplio de terminales y tecnología de montaje superficial (SMD). La ventaja principal de esta serie es el alto aislamiento eléctrico (5000 V_rms) entre los circuitos de entrada y salida, lo cual es crítico para la seguridad y la inmunidad al ruido en sistemas con diferentes potenciales de tierra.

2. Características Clave y Aprobaciones

La serie ofrece varias características significativas para un funcionamiento robusto y fiable en aplicaciones exigentes. El alto voltaje de aislamiento de 5000 V_rmsy una distancia de fuga superior a 7,62 mm garantizan una operación segura en entornos de alto voltaje. Estos dispositivos están clasificados para un rango extendido de temperatura de funcionamiento de hasta +110°C. Además, la serie de productos cumple con las principales normas internacionales de seguridad y medio ambiente, incluyendo aprobaciones UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO y CQC. Los dispositivos también cumplen con las regulaciones REACH de la UE y están disponibles en versiones compatibles con RoHS.

3. Aplicaciones

Estos fotocopladores están diseñados para una amplia gama de aplicaciones donde se requiere aislamiento eléctrico y acoplamiento de señales. Usos típicos incluyen:

• Interconexión de circuitos lógicos de baja potencia y cambio de nivel.
• Equipos de telecomunicaciones para aislamiento de señal.
• Electrónica portátil y alimentada por baterías.
• Sistemas de interfaz y acoplamiento que operan a diferentes potenciales e impedancias eléctricas, como en sistemas de control industrial, fuentes de alimentación y equipos de medición.

4. Configuración de Pines y Esquema

Los dispositivos utilizan una configuración DIP estándar de 6 pines. La asignación de pines es la siguiente:

• Pin 1: Ánodo del LED de entrada.
• Pin 2: Cátodo del LED de entrada.
• Pin 3: Sin Conexión (NC).
• Pin 4: Emisor del transistor fotodarlington de salida.
• Pin 5: Colector del transistor fotodarlington de salida.
• Pin 6: Base del transistor fotodarlington de salida (normalmente se deja abierta o se conecta para redes de aceleración).

El esquema interno muestra el LED infrarrojo conectado entre los pines 1 y 2, y el transistor fotodarlington conectado entre los pines 4 (Emisor), 5 (Colector) y 6 (Base).

5. Valores Máximos Absolutos

Tensiones más allá de estos límites pueden causar daños permanentes al dispositivo. Todas las especificaciones se dan a una temperatura ambiente (T_a) de 25°C a menos que se indique lo contrario.

• Entrada (LED):Corriente Directa (I_F): 60 mA; Corriente Directa de Pico (I_FP, pulso de 1µs): 1 A; Voltaje Inverso (V_R): 6 V; Disipación de Potencia (P_D): 120 mW (se requiere reducción por encima de T_a= 100°C a 3,8 mW/°C).
• Salida (Transistor):Disipación de Potencia (P_C): 150 mW (se requiere reducción por encima de T_a= 80°C a 6,5 mW/°C); Voltaje Colector-Emisor (V_CEO): 55 V; Voltaje Colector-Base (V_CBO): 55 V; Voltaje Emisor-Colector (V_ECO): 7 V; Voltaje Emisor-Base (V_EBO): 7 V.
• Dispositivo Total:Disipación de Potencia Total (P_TOT): 200 mW; Voltaje de Aislamiento (V_ISO): 5000 V_rms(CA durante 1 minuto, 40-60% HR).
• Temperatura:Temperatura de Funcionamiento (T_OPR): -55°C a +100°C; Temperatura de Almacenamiento (T_STG): -55°C a +125°C; Temperatura de Soldadura (T_SOL): 260°C (durante 10 segundos).

6. Características Electro-Ópticas

Estos parámetros definen el rendimiento eléctrico y óptico en condiciones normales de funcionamiento, típicamente a T_a=25°C.

6.1 Características de Entrada (LED)

• Voltaje Directo (V_F): Típicamente 1,2V, Máximo 1,5V a I_F= 10mA (50mA para H11B3).
• Corriente Inversa (I_R): Máximo 10 µA a V_R= 6V.
• Capacitancia de Entrada (C_in): Típicamente 50 pF a V=0, f=1MHz.

6.2 Características de Salida (Fotodarlington)

• Corriente de Oscuridad Colector-Emisor (I_CEO): Máximo 100 nA a V_CE= 10V.
• Voltaje de Ruptura Colector-Emisor (BV_CEO): Mínimo 55 V a I_C=1mA.
• Voltaje de Ruptura Colector-Base (BV_CBO): Mínimo 55 V a I_C=0,1mA.
• Voltaje de Ruptura Emisor-Colector (BV_ECO): Mínimo 7 V a I_E=0,1mA.

6.3 Características de Transferencia

Estos parámetros definen la eficiencia de acoplamiento y el rendimiento de conmutación.

• Relación de Transferencia de Corriente (CTR):Es la relación entre la corriente de colector de salida y la corriente directa del LED de entrada, expresada como porcentaje. Varía según el número de parte:
  • 4N32, 4N33, H11B1: CTR ≥ 500% (a I_F=10mA, V_CE=10V o I_F=1mA, V_CE=5V).
  • 4N29, 4N30: CTR ≥ 100%.
  • 4N31, H11B3, H11B255: CTR ≥ 100%.
  • H11B2: CTR ≥ 200%.
  • TIL113: CTR ≥ 300% (a I_F=10mA, V_CE=1V).
• Voltaje de Saturación Colector-Emisor (V_CE(sat)):Máximo 1,0V a 1,2V dependiendo de la serie, bajo I_Fe I_C conditions.
• especificados._IOResistencia de Aislamiento (R):¹¹Mínimo 10_IOΩ a V
• =500V DC._IOCapacitancia Entrada-Salida (C):_IOTípicamente 0,8 pF a V
• =0, f=1MHz.Tiempos de Conmutación:_{El tiempo de encendido (t}on_{) y el tiempo de apagado (t}off_CC) se especifican para diferentes series bajo condiciones de prueba específicas (V_F=10V, con I_Ly resistencia de carga R_{=100Ω especificadas). Por ejemplo, para la serie H11Bx, t}on_{es típicamente 25µs y t}off

es típicamente 18µs. Las series 4Nxx y TIL113 tienen un encendido más rápido (máx. 5µs) pero un apagado potencialmente más lento (hasta 100µs para algunas variantes).

7. Curvas de Rendimiento y Características de Conmutación_rLa hoja de datos incluye curvas de rendimiento típicas (aunque no se detallan en el texto proporcionado). Estas curvas suelen ilustrar la relación entre la CTR y la temperatura, la corriente directa o la corriente de colector. Son esenciales para que los diseñadores comprendan las desviaciones de rendimiento en condiciones no estándar. Se define un circuito de prueba de tiempo de conmutación, mostrando el pulso de entrada que excita el LED y el pulso de salida resultante en el colector. Parámetros clave de temporización como el tiempo de subida (t_f), tiempo de bajada (t_{), retardo de encendido (t}on_{) y retardo de apagado (t}off

) se miden entre los puntos del 10% y 90% de los pulsos respectivos.

8. Información Mecánica y del Encapsulado

• Los dispositivos se ofrecen en varias variantes de encapsulado para adaptarse a diferentes procesos de montaje.Tipo DIP Estándar:
• El encapsulado clásico de orificio pasante.Opción Tipo M:
• Presenta una curvatura amplia de los terminales, proporcionando un espaciado de 0,4 pulgadas (aprox. 10,16mm) para aplicaciones que requieren mayor distancia de fuga o una inserción manual más sencilla.Opción Tipo S:
• Forma de terminal para montaje superficial (SMD) para soldadura por reflujo.Opción Tipo S1:

Una variante de forma de terminal SMD de perfil bajo.

Se proporcionan planos detallados con dimensiones para cada tipo de encapsulado, incluyendo largo, ancho y alto del cuerpo, paso de terminales y dimensiones de los mismos. También se incluye un diseño recomendado de almohadillas para las opciones SMD para garantizar la formación de juntas de soldadura fiables durante el montaje en PCB.

9. Directrices de Soldadura y Montaje

El valor máximo absoluto especifica una temperatura de soldadura de 260°C durante 10 segundos. Este es un parámetro crítico para los procesos de soldadura por reflujo u onda. Los diseñadores deben asegurarse de que el perfil térmico durante el montaje no exceda este límite para evitar daños en el chip semiconductor interno o en el encapsulado plástico. Para las variantes SMD, seguir el diseño de almohadillas recomendado es crucial para prevenir el efecto "tombstoning" o juntas de soldadura deficientes. Se deben mantener condiciones de almacenamiento adecuadas, según la especificación de temperatura de almacenamiento (-55°C a +125°C), para preservar la integridad del dispositivo antes de su uso.

10. Información de Embalaje y Pedido

El sistema de numeración de partes está estructurado para indicar la serie, el número de parte específico, la opción de forma de terminal, la opción de cinta y carrete, y la certificación de seguridad opcional.Formato del Número de Parte:

• [Serie][PartNo][LeadForm][TapeReel]-[Safety]
• Serie: 4NXX, H11BX o TIL113.
• PartNo: Para 4NXX: 29,30,31,32,33. Para H11BX: 1,2,3,255.
• LeadForm (Y): S (SMD), S1 (SMD de perfil bajo), M (Terminal ancho), o ninguno (DIP estándar).
• TapeReel (Z): TA, TB (para opciones SMD), o ninguno.

Safety (V): Certificación VDE opcional.

• Cantidades de Embalaje:
• Opciones DIP estándar y M: 65 unidades por tubo.

Opciones S y S1 con TA/TB: 1000 unidades por carrete.

11. Consideraciones de Diseño para la Aplicación_CEOAl diseñar con estos fotocopladores fotodarlington, se deben considerar varios factores. La alta CTR permite que el transistor de salida se sature con una corriente de LED relativamente baja, lo cual es beneficioso para la interfaz con microcontroladores. Sin embargo, la estructura fotodarlington tiene inherentemente velocidades de conmutación más lentas en comparación con los fotocopladores de fototransistor o CI foto, haciéndolos más adecuados para aplicaciones de baja frecuencia (típicamente hasta el rango de decenas de kHz dependiendo de las condiciones de carga). El pin de base (Pin 6) se puede usar para conectar una resistencia externa que desvíe parte de la corriente de base fotogenerada a tierra, lo que puede mejorar significativamente el tiempo de apagado a expensas de una CTR reducida. El diseñador debe asegurarse de que las especificaciones de voltaje del transistor de salida (V_CBO, V_F) no sean excedidas por el circuito de carga. Siempre se requiere una resistencia limitadora de corriente en serie con el LED de entrada. Su valor se calcula en función del voltaje de alimentación, la I_F.

deseada y la V

del LED.

12. Comparación Técnica y Guía de Selección

La principal diferenciación dentro de esta serie es la Relación de Transferencia de Corriente (CTR). Partes como la 4N32/33 y H11B1 ofrecen una sensibilidad muy alta (CTR ≥ 500%), lo que las hace ideales para aplicaciones donde la señal de control es muy débil. Las 4N29/30 y H11B2 ofrecen una sensibilidad media. La 4N31, H11B3 y H11B255 proporcionan una CTR estándar del 100%. La TIL113 ofrece un buen equilibrio al 300%. La elección entre encapsulados DIP y SMD depende del proceso de fabricación. La opción de terminal ancho (M) es beneficiosa para aplicaciones de alto voltaje que requieren una mayor distancia de fuga en el PCB. En comparación con los fotocopladores de fototransistor más simples, los fotodarlington proporcionan una ganancia mucho mayor pero son más lentos. Para un aislamiento digital de muy alta velocidad, otras tecnologías como aisladores digitales o fotocopladores más rápidos con salidas de puerta lógica serían más apropiados.

13. Preguntas Frecuentes (FAQ)

P: ¿Cuál es la principal ventaja de un fotodarlington sobre un fototransistor estándar?

R: La ventaja principal es una relación de transferencia de corriente (CTR) mucho mayor, a menudo por un factor de 10 a 100. Esto significa que una corriente de LED de entrada muy pequeña puede controlar una corriente de salida mucho mayor, simplificando el circuito de excitación.

P: ¿Por qué los tiempos de conmutación son más lentos en los fotodarlington?

R: La configuración de par Darlington tiene una etapa de transistor adicional, lo que aumenta el almacenamiento de carga y reduce la velocidad de conmutación, particularmente durante el apagado.

P: ¿Cómo puedo mejorar el tiempo de apagado del fotodarlington?_{R: Conectando una resistencia externa (típicamente en el rango de 10kΩ a 100kΩ) entre el pin de base (6) y el pin de emisor (4) se proporcionará una ruta para descargar la carga almacenada, reduciendo significativamente el tiempo de apagado.}P: ¿Qué significa para mi diseño la clasificación de aislamiento de 5000 V

rms

?

R: Esta clasificación certifica que el dispositivo puede soportar una diferencia de potencial de CA de 5000 Voltios entre los lados de entrada y salida durante un minuto sin sufrir ruptura. Define la barrera de seguridad para su sistema, protegiendo a los usuarios y a los circuitos de baja tensión de fallos de alta tensión.

P: ¿Puedo usar estos dispositivos para señales de entrada de CA?

R: La entrada es un LED, que es un diodo. Solo conducirá durante el semiciclo positivo de una señal de CA. Para una detección verdadera de entrada de CA, se requiere un puente rectificador o un fotocoplador de entrada de CA dedicado.14. Ejemplos de Diseño y Uso_FEjemplo 1: Controlador de Relé para Microcontrolador:

Un uso común es aislar un microcontrolador de 3,3V o 5V de una bobina de relé de 12V o 24V. El pin GPIO del microcontrolador, a través de una resistencia limitadora de corriente (por ejemplo, 220Ω para alimentación de 5V y ~10mA I), excita el lado del LED. El colector del fotodarlington se conecta a la bobina del relé, y el emisor a tierra. Se debe colocar un diodo de rueda libre en paralelo con la bobina del relé. La alta CTR garantiza que el relé se energice completamente incluso si el pin del microcontrolador solo puede suministrar una corriente moderada.

Ejemplo 2: Detección de Cruce por Cero de Tensión de Red:Aunque no es para conexión directa a la red, estos acopladores pueden usarse en la ruta de realimentación aislada de una fuente de alimentación conmutada o en un circuito de detección de cruce por cero donde una señal aislada de mayor voltaje necesita comunicarse a un circuito lógico de bajo voltaje. El alto voltaje de aislamiento es crítico aquí.

Ejemplo 3: Módulo de Entrada Digital Industrial:

En un módulo de entrada de un PLC, estos optoacopladores pueden aislar las señales de sensores de campo (por ejemplo, interruptores de proximidad de 24V CC) del circuito lógico interno, proporcionando inmunidad al ruido y protegiendo al controlador central de transitorios de voltaje en el lado de campo._F15. Principio de Funcionamiento_CEl principio fundamental es la conversión electro-óptica-eléctrica. Cuando se aplica una corriente directa (I

) al LED infrarrojo de entrada, éste emite fotones (luz). Esta luz viaja a través de un espacio aislante transparente dentro del encapsulado e incide en la región de base del transistor fotodarlington de silicio de salida. Los fotones absorbidos generan pares electrón-hueco, creando una fotocorriente que actúa como corriente de base para el primer transistor del par Darlington. Esta pequeña fotocorriente es amplificada por la alta ganancia de los dos transistores, resultando en una corriente de colector (I

) mucho mayor que puede conmutar una carga externa. La clave es que la única conexión entre la entrada y la salida es el haz de luz, proporcionando el aislamiento eléctrico.