Hoja de Datos de la Serie EL827 de Fotocoplador - Paquete DIP de 8 Pines - Aislamiento 5000Vrms - CTR 50-600% - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

La serie EL827 representa una familia de fotocopladores (optoacopladores) basados en fototransistores, alojados en un encapsulado DIP (Dual In-line Package) de 8 pines, estándar en la industria. Estos dispositivos están diseñados para proporcionar aislamiento eléctrico y transmisión de señales entre circuitos que operan a diferentes potenciales de voltaje o impedancias. La función principal se logra mediante un diodo emisor de infrarrojos (IRED) acoplado ópticamente a un detector de fototransistor de silicio. Esta configuración permite que las señales de control pasen del lado de entrada al lado de salida manteniendo un alto grado de aislamiento eléctrico, lo cual es crucial para la seguridad y la inmunidad al ruido en muchos sistemas electrónicos.

La ventaja principal de esta serie radica en su combinación de un amplio rango de relación de transferencia de corriente (CTR) y una robusta clasificación de voltaje de aislamiento. El compacto encapsulado DIP está disponible en varias opciones de forma de terminales, incluyendo estándar, con espaciado ancho y tipos para montaje superficial, ofreciendo flexibilidad para diferentes procesos de ensamblaje de PCB. Los dispositivos cumplen con las principales normas internacionales de seguridad y medio ambiente, lo que los hace adecuados para una amplia gama de aplicaciones globales.

1.1 Características Principales y Aplicaciones Objetivo

La serie EL827 está diseñada con varias características clave que definen su rango de rendimiento y idoneidad de aplicación. Una alta Relación de Transferencia de Corriente (CTR) que va del 50% al 600% (con IF=5mA, VCE=5V) garantiza una transferencia de señal eficiente con buena sensibilidad. El voltaje de aislamiento entre las secciones de entrada y salida está clasificado en 5000 Vrms, proporcionando una fuerte barrera contra transitorios de alto voltaje y mejorando la seguridad del sistema.

El producto cumple con las regulaciones RoHS y REACH de la UE. Ha recibido aprobaciones de seguridad de varias agencias internacionales reconocidas, incluyendo UL, cUL (archivo E214129), VDE (archivo 132249), SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO y CQC. Estas certificaciones son esenciales para productos destinados a mercados con estrictos requisitos de seguridad.

Las aplicaciones típicas para la serie EL827 incluyen:

• Controladores Lógicos Programables (PLC) y sistemas de automatización industrial.
• Electrodomésticos de sistema e instrumentos de medición de precisión que requieren adquisición de señal libre de ruido.
• Equipos de telecomunicaciones para aislamiento de señal y protección de interfaz.
• Electrodomésticos, como calefactores de ventilador y otros sistemas de control.
• Transmisión de señal de propósito general entre circuitos de diferentes potenciales e impedancias, sirviendo como un componente de aislamiento fundamental.

2. Especificaciones Técnicas e Interpretación en Profundidad

Esta sección proporciona un desglose detallado de los parámetros eléctricos y ópticos del dispositivo. Comprender estas especificaciones es crucial para un diseño de circuito adecuado y para garantizar una operación confiable a largo plazo.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Los Valores Máximos Absolutos definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente al dispositivo. No se garantiza la operación en o bajo estos límites y debe evitarse en uso normal. Los valores se especifican a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C.

• Lado de Entrada (Diodo):La corriente directa continua (IF) no debe exceder los 60 mA. Se permite un breve pico de corriente directa (IFP) de 1 A durante 1 microsegundo. El voltaje inverso máximo (VR) aplicado al diodo es de 6 V. La disipación de potencia en el lado de entrada (PD) está limitada a 100 mW.
• Lado de Salida (Transistor):La corriente de colector máxima (IC) es de 50 mA. El voltaje colector-emisor (VCEO) puede ser de hasta 80 V, mientras que el voltaje emisor-colector (VECO) está limitado a 7 V. La disipación de potencia de salida (PC) es de 150 mW.
• Totales del Dispositivo y Ambientales:La disipación de potencia total del dispositivo (PTOT) es de 200 mW. El voltaje de aislamiento (VISO) entre las secciones de entrada y salida es de 5000 Vrms (probado durante 1 minuto a 40-60% de humedad relativa). El rango de temperatura de operación (TOPR) es de -55°C a +110°C, y el rango de temperatura de almacenamiento (TSTG) es de -55°C a +125°C. La temperatura de soldadura (TSOL) no debe exceder los 260°C durante 10 segundos durante el ensamblaje.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros definen el rendimiento del dispositivo en condiciones normales de operación, típicamente a Ta=25°C. Son esenciales para calcular el rendimiento del circuito.

Características de Entrada (Diodo Emisor de Infrarrojos):

• Voltaje Directo (VF):Típicamente 1.2V, con un máximo de 1.4V cuando se aplica una corriente directa (IF) de 20 mA. Este parámetro se utiliza para dimensionar la resistencia limitadora de corriente para el lado de entrada.
• Corriente Inversa (IR):Máximo de 10 µA cuando se aplica un voltaje inverso (VR) de 4V, indicando la fuga del diodo en estado apagado.
• Capacitancia de Entrada (Cin):Típicamente 30 pF, con un máximo de 250 pF (medido a 0V, 1 kHz). Esto afecta el rendimiento de conmutación de alta frecuencia.

Características de Salida (Fototransistor):

• Corriente de Oscuridad Colector-Emisor (ICEO):Máximo de 100 nA cuando VCE=20V e IF=0mA. Esta es la corriente de fuga del fototransistor cuando no incide luz.
• Voltajes de Ruptura:El voltaje de ruptura colector-emisor (BVCEO) es un mínimo de 80V (IC=0.1mA). El voltaje de ruptura emisor-colector (BVECO) es un mínimo de 7V (IE=0.1mA).

Características de Transferencia (Rendimiento de Acoplamiento):

• Relación de Transferencia de Corriente (CTR):Este es el parámetro clave, definido como (IC / IF) * 100%. Para la serie EL827, varía desde un mínimo del 50% hasta un máximo del 600% bajo la condición de prueba estándar de IF=5mA y VCE=5V. Este amplio rango puede indicar diferentes grados o dispersión de producción. Los diseñadores deben tener en cuenta el CTR mínimo para garantizar que el transistor de salida se sature correctamente.
• Voltaje de Saturación Colector-Emisor (VCE(sat)):Típicamente 0.1V, con un máximo de 0.2V cuando IF=20mA e IC=1mA. Un VCE(sat) bajo es deseable para aplicaciones de conmutación de salida para minimizar la caída de voltaje.
• Resistencia de Aislamiento (RIO):Mínimo de 5 x 10^10 Ω cuando se aplican 500V DC entre los lados aislados. Esto indica un excelente aislamiento DC.
• Capacitancia Flotante (CIO):Típicamente 0.6 pF, máximo 1.0 pF (VIO=0V, f=1MHz). Esta pequeña capacitancia contribuye a una alta inmunidad a transitorios de modo común.
• Frecuencia de Corte (fc):Típicamente 80 kHz (VCE=5V, IC=2mA, RL=100Ω, punto -3dB). Esto define el ancho de banda de pequeña señal del dispositivo.
• Tiempos de Conmutación:El tiempo de subida (tr) es típicamente 3 µs (máx. 18 µs), y el tiempo de bajada (tf) es típicamente 4 µs (máx. 18 µs) bajo las condiciones de prueba especificadas (VCE=2V, IC=2mA, RL=100Ω). Estos tiempos determinan la velocidad máxima de conmutación digital.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a curvas típicas de características electro-ópticas. Aunque los gráficos específicos no se reproducen en el texto proporcionado, su propósito es ilustrar cómo varían los parámetros clave con las condiciones de operación. Los diseñadores deben consultar la hoja de datos completa para estos gráficos.

Las Curvas Típicas incluirían:

• CTR vs. Corriente Directa (IF):Muestra cómo cambia la relación de transferencia de corriente con la corriente del diodo de entrada. El CTR a menudo alcanza un pico en un IF específico y puede disminuir a corrientes muy altas debido al calentamiento u otros efectos.
• CTR vs. Temperatura Ambiente (Ta):Ilustra la dependencia de la temperatura de la eficiencia de acoplamiento. El CTR típicamente disminuye a medida que aumenta la temperatura.
• Corriente de Salida (IC) vs. Voltaje Colector-Emisor (VCE):Familia de curvas con IF como parámetro, similar a las características de salida de un transistor estándar. Esto muestra las regiones de operación (saturación, activa).
• Voltaje de Saturación (VCE(sat)) vs. Corriente Directa (IF):Muestra la relación entre la excitación de entrada y la saturación del transistor de salida.

3.1 Circuito de Prueba de Tiempos de Conmutación

La Figura 10 en la hoja de datos detalla el circuito de prueba estándar y las definiciones de forma de onda para medir los tiempos de conmutación (ton, toff, tr, tf). La prueba se realiza con una corriente de entrada pulsada que excita el IRED. La salida se monitorea a través de una resistencia de carga (RL) conectada entre el colector y un voltaje de alimentación (VCC). El tiempo de subida (tr) se mide del 10% al 90% del valor final del pulso de salida, y el tiempo de bajada (tf) se mide del 90% al 10%. Comprender esta configuración de prueba ayuda a los diseñadores a replicar condiciones si necesitan caracterizar el dispositivo en su circuito de aplicación específico.

4. Información Mecánica y del Encapsulado

El EL827 se ofrece en un encapsulado DIP de 8 pines con varias opciones de forma de terminales para adaptarse a diferentes diseños de PCB y métodos de ensamblaje.

4.1 Configuración de Pines y Esquema

El esquema interno muestra un diodo emisor de infrarrojos conectado entre los pines 1/3 (ánodo) y 2/4 (cátodo). El emisor del fototransistor está conectado a los pines 5/7, y su colector está conectado a los pines 6/8. Los pines con la misma función están conectados internamente para proporcionar resistencia mecánica y potencialmente una menor inductancia de terminal. La conexión estándar es usar un pin de cada par.

Asignación de Pines:

• Pin 1, 3: Ánodo (A)
• Pin 2, 4: Cátodo (K)
• Pin 5, 7: Emisor (E)
• Pin 6, 8: Colector (C)

4.2 Dimensiones del Encapsulado y Opciones

Se proporcionan dibujos mecánicos detallados para cada variante de encapsulado:

• Tipo DIP Estándar:El encapsulado convencional de orificio pasante.
• Opción Tipo M:Presenta una \"curva de terminal ancha\" que proporciona un espaciado de terminales de 0.4 pulgadas (aprox. 10.16mm), lo que puede ser útil para prototipos o requisitos de diseño específicos.
• Opción Tipo S:Forma de terminal para montaje superficial para soldadura por reflujo.
• Opción Tipo S1:Una forma de terminal para montaje superficial \"de perfil bajo\", probablemente con una altura reducida en comparación con la opción S.

La hoja de datos también incluye un diseño de almohadilla recomendado para las opciones de montaje superficial (S y S1), lo cual es crítico para lograr uniones de soldadura confiables y una alineación mecánica adecuada durante la soldadura por reflujo.

4.3 Marcado del Dispositivo

Los dispositivos están marcados en la parte superior con \"EL827\" que denota la serie, seguido de un código de un dígito para el año (Y), un código de dos dígitos para la semana (WW), y un sufijo opcional \"V\" si la unidad está aprobada por VDE. Este marcado permite la trazabilidad de la fecha de fabricación y la variante.

5. Guías de Soldadura y Ensamblaje

5.1 Condiciones de Soldadura

La hoja de datos proporciona información crítica para el proceso de ensamblaje, particularmente para las variantes de montaje superficial. La temperatura máxima permitida del cuerpo durante la soldadura está definida por un perfil de reflujo referenciado a IPC/JEDEC J-STD-020D. Los parámetros clave de este perfil incluyen:

• Temperatura de Precalentamiento:Mínima (Tsmin) 150°C, Máxima (Tsmax) 200°C.
• Tiempo en Precalentamiento:El perfil muestra un tiempo específico (ts) en este rango de temperatura para calentar gradualmente el componente y la placa, minimizando el choque térmico.
• Temperatura Pico y Tiempo:El perfil no debe exceder la temperatura máxima de soldadura (TSOL) de 260°C, y el tiempo por encima de 260°C debe ser limitado (típicamente a 10 segundos como se indica en los Valores Máximos Absolutos).

Adherirse a este perfil es esencial para prevenir daños al encapsulado plástico, a las uniones de alambre internas o al propio chip semiconductor. Para las partes de orificio pasante, la soldadura por ola o la soldadura manual también deben respetar el límite de 260°C durante 10 segundos.

6. Embalaje e Información de Pedido

6.1 Estructura del Número de Parte para Pedido

El número de parte sigue el formato: EL827X(Z)-V

• X:Opción de forma de terminal: Ninguna (DIP Estándar), M (Curva ancha), S (Montaje superficial), S1 (Montaje superficial de perfil bajo).
• Z:Opción de cinta y carrete: Ninguna (empaquetado en tubo), TA, o TB (diferentes direcciones de alimentación de cinta).
• V:Marcado opcional de aprobación de seguridad VDE.

6.2 Cantidades de Embalaje

• DIP Estándar y Opción M: 45 unidades por tubo.
• Opciones S(TA), S(TB), S1(TA), S1(TB): 1000 unidades por carrete.

6.3 Especificaciones de Cinta y Carrete

Se proporcionan dimensiones detalladas para la cinta portadora para las opciones S y S1 (TA y TB). Los parámetros incluyen dimensiones del bolsillo (A, B, Do, D1), paso de la cinta (Po, P1), grosor de la cinta (t) y ancho total de la cinta (W). Las opciones TA y TB difieren en la dirección de alimentación desde el carrete, lo que debe configurarse correctamente en la máquina pick-and-place. Los diagramas muestran la orientación del dispositivo dentro del bolsillo de la cinta.

7. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

Al diseñar con el fotocoplador EL827, se deben considerar varios factores para garantizar un rendimiento y fiabilidad óptimos.

Diseño del Circuito de Entrada:Se debe colocar una resistencia limitadora de corriente en serie con el IRED de entrada. Su valor se calcula en base al voltaje de alimentación (Vcc_in), la corriente directa deseada (IF) y el voltaje directo del diodo (VF): R_in = (Vcc_in - VF) / IF. La IF elegida afecta al CTR, la velocidad de conmutación y la longevidad del dispositivo. Es recomendable operar en o por debajo de los 20mA recomendados para operación continua.

Diseño del Circuito de Salida:El fototransistor puede usarse en modo de conmutación (saturación) o en modo lineal (activo). Para conmutación digital, una resistencia de pull-up (RL) se conecta entre el colector y el voltaje de alimentación del lado de salida (Vcc_out). El valor de RL influye en la velocidad de conmutación (RL más baja = más rápido, pero IC más alta) y el consumo de corriente. Asegúrese de que la corriente de salida (IC) no exceda el máximo de 50mA. Para aplicaciones lineales, el dispositivo opera en su región activa, pero la no linealidad del CTR y su dependencia de la temperatura deben tenerse en cuenta cuidadosamente.

Aislamiento y Diseño de Placa:Para mantener la alta clasificación de aislamiento, mantenga distancias de fuga y de separación adecuadas en el PCB entre las trazas de cobre del lado de entrada y salida, de acuerdo con las normas de seguridad relevantes (por ejemplo, IEC 60950-1, IEC 62368-1). Coloque el fotocoplador atravesando la barrera de aislamiento en el diseño de la placa.

Desacoplamiento y Ruido:Para aplicaciones sensibles al ruido o para mejorar la estabilidad en circuitos de conmutación, considere colocar un pequeño condensador de desacoplamiento (por ejemplo, 0.1 µF) cerca de los pines de alimentación tanto en el lado de entrada como en el de salida del dispositivo.

8. Comparación Técnica y Preguntas Comunes

8.1 Diferenciación de Otros Fotocopladores

Los diferenciadores principales del EL827 son su alto voltaje de aislamiento de 5000Vrms y su amplio rango de CTR (50-600%). En comparación con los fotocopladores básicos de 4 pines, el DIP de 8 pines ofrece pines dobles para cada terminal, lo que puede mejorar la retención mecánica en la placa y potencialmente ofrecer un rendimiento térmico ligeramente mejor. La disponibilidad de opciones de montaje superficial (S, S1) y de terminal ancho (M) proporciona más flexibilidad que muchas ofertas de un solo encapsulado. El conjunto completo de aprobaciones de seguridad internacionales (UL, VDE, etc.) es una ventaja significativa para productos comerciales e industriales que requieren certificación.

8.2 Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros)

P: ¿Qué significa un rango de CTR de 50-600% para mi diseño?

R: Indica variación de producción. Debe diseñar su circuito para que funcione de manera confiable con elmínimoCTR garantizado (50% en este caso) para asegurar que la salida conmute correctamente bajo todas las condiciones. Si su diseño requiere una sensibilidad específica, puede necesitar seleccionar dispositivos basados en CTR medido (clasificación) o usar un circuito que compense la variación.

P: ¿Puedo usar esto para aislamiento de señal analógica?

R: Aunque es posible (usándolo en modo lineal), no es ideal debido a la no linealidad del CTR con respecto a IF y su fuerte dependencia de la temperatura. Para aislamiento analógico de precisión, se recomiendan optoacopladores lineales dedicados o amplificadores de aislamiento.

P: ¿Cómo elijo entre las opciones de montaje superficial S y S1?

R: La opción S1 \"de perfil bajo\" está diseñada para aplicaciones con restricciones estrictas de altura en el ensamblaje del PCB. Consulte los dibujos de dimensiones del encapsulado en la hoja de datos para comparar la altura de separación y las dimensiones generales. Las características eléctricas son idénticas.

P: Los tiempos de conmutación parecen lentos (hasta 18µs). ¿Es esto adecuado para mi comunicación digital de alta velocidad?

R: Para aislamiento de E/S digital estándar en PLCs o interfaces de microcontrolador, estas velocidades son típicamente suficientes. Para comunicación serial de alta velocidad (por ejemplo, aislamiento de USB, RS-485), se deben considerar aisladores digitales mucho más rápidos (basados en acoplamiento capacitivo o magnético) u optoacopladores de alta velocidad diseñados específicamente para velocidades de datos en el rango de Mbps.

9. Principios Operativos y Tendencias

9.1 Principio Operativo Básico

Un fotocoplador opera convirtiendo una señal eléctrica en luz, transmitiendo esa luz a través de un espacio eléctricamente aislante, y luego convirtiendo la luz nuevamente en una señal eléctrica. En el EL827, una corriente eléctrica aplicada al Diodo Emisor de Infrarrojos (IRED) de entrada hace que emita fotones (luz) a una longitud de onda infrarroja. Esta luz viaja a través de un compuesto de moldeo aislante transparente e incide en la región de la base del fototransistor de silicio en el lado de salida. La luz incidente genera pares electrón-hueco en la base, actuando efectivamente como una corriente de base, lo que permite que fluya una corriente de colector mucho mayor. Esta corriente de colector es proporcional a la intensidad de la luz incidente, que a su vez es proporcional a la corriente del diodo de entrada, estableciendo la relación de transferencia de corriente (CTR). El punto clave es que la única conexión entre la entrada y la salida es el haz de luz, proporcionando el aislamiento eléctrico.

9.2 Tendencias de la Industria

El mercado de los optoacopladores continúa evolucionando. Las tendencias clave incluyen un impulso hacia velocidades de datos más altas para acomodar protocolos de comunicación industrial más rápidos y control de fuentes de alimentación digital. También existe una demanda de mayor integración, como combinar múltiples canales de aislamiento en un solo encapsulado o integrar funciones adicionales como drivers de puerta para IGBTs/MOSFETs. Además, la necesidad de una fiabilidad mejorada, particularmente en aplicaciones automotrices e industriales, impulsa mejoras en el rendimiento a alta temperatura y la estabilidad a largo plazo del CTR. Si bien los acopladores tradicionales basados en fototransistor como el EL827 siguen siendo caballos de batalla para el aislamiento básico debido a su simplicidad, rentabilidad y capacidad de alto voltaje, tecnologías más nuevas como los aisladores capacitivos y magnéticos (de magnetorresistencia gigante) están ganando participación en aplicaciones que requieren velocidad muy alta, bajo consumo de energía y robusta inmunidad al ruido.