Hoja de Datos de la Serie EL253X de Fotocopladores - Paquete DIP de 8 Pines - Alta Velocidad 1Mbit/s - Aislamiento 5000Vrms - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

La serie EL253X comprende fotocopladores de transistor de alta velocidad de doble canal. Cada dispositivo integra un diodo emisor de infrarrojos acoplado ópticamente a un fototransistor detector de alta velocidad. Una característica arquitectónica clave es la conexión separada para la polarización del fotodiodo y el colector del transistor de salida. Este diseño mejora significativamente la velocidad de operación al reducir la capacitancia base-colector del transistor de entrada en comparación con los fotocopladores de fototransistor convencionales. Los dispositivos se ofrecen en un paquete Dual In-line (DIP) estándar de 8 pines y están disponibles con opciones de espaciado de patas ancho y configuraciones de montaje superficial.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

La ventaja principal de la serie EL253X es su combinación de capacidad de transmisión de datos de alta velocidad (hasta 1 Megabit por segundo) y aislamiento eléctrico robusto. Esto lo hace adecuado para aplicaciones que requieren transferencia de señal confiable entre circuitos con diferentes potenciales de tierra o niveles de voltaje. Las características clave que respaldan esto incluyen una alta inmunidad transitoria en modo común (CMTI) de 10kV/μs mínimo para la variante EL2611, asegurando operación estable en entornos eléctricos ruidosos, y un alto voltaje de aislamiento de 5000 Vrms entre entrada y salida. Los dispositivos garantizan un rendimiento en un amplio rango de temperatura de -40°C a +85°C, atendiendo a aplicaciones industriales y automotrices. La salida de puerta lógica simplifica la interfaz con circuitos digitales. El cumplimiento con las directivas libres de plomo y RoHS, junto con las aprobaciones de las principales agencias de seguridad internacionales (UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO), subraya su confiabilidad y idoneidad para mercados globales. Las aplicaciones objetivo incluyen receptores de línea, equipos de telecomunicaciones, aislamiento para transistores de potencia en accionamientos de motores, bucles de realimentación en fuentes de alimentación conmutadas (SMPS), electrodomésticos y como actualizaciones para fotocopladores de fototransistor de menor velocidad.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

Esta sección proporciona una interpretación objetiva y detallada de las características eléctricas y de rendimiento especificadas en la hoja de datos.

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los umbrales de estrés más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente al dispositivo. No son condiciones de operación recomendadas. Los límites críticos incluyen: una corriente directa continua (I_F) de 25mA, una corriente directa pico (I_FP) de 50mA (ciclo de trabajo del 50%, ancho de pulso de 1ms), y una corriente transitoria pico muy alta (I_Ftrans) de 1A para pulsos muy cortos (≤1μs). La salida puede soportar un voltaje (V_O) de -0.5V a 20V, y el voltaje de alimentación (V_CC) puede variar de -0.5V a 30V. El voltaje de aislamiento (V_ISO) está clasificado en 5000 Vrms durante un minuto, probado bajo condiciones específicas de humedad. El dispositivo puede operar en temperaturas ambientales (T_OPR) de -40°C a +100°C y almacenarse (T_STG) de -40°C a +125°C. La temperatura de soldadura (T_SOL) se especifica como 260°C durante 10 segundos, que es un perfil de reflujo sin plomo estándar.

2.2 Características Eléctricas

Estos parámetros definen el rendimiento del dispositivo en condiciones normales de operación, típicamente a 25°C a menos que se indique lo contrario.

2.2.1 Características de Entrada

El voltaje directo (V_F) es típicamente 1.45V a una corriente directa (I_F) de 16mA. Tiene un coeficiente de temperatura negativo de aproximadamente -1.9 mV/°C, lo que significa que V_F disminuye ligeramente al aumentar la temperatura. El voltaje inverso máximo (V_R) es 5V. La capacitancia de entrada (C_IN) es típicamente 60pF, lo cual es un factor en el rendimiento de conmutación de alta velocidad.

2.2.2 Características de Salida

La corriente de salida en estado alto lógico (I_OH) es muy baja (típ. 0.001µA a V_CC=5.5V), lo que indica excelentes características de fuga de salida en estado apagado. La corriente de alimentación difiere significativamente entre estados lógicos: la corriente de alimentación en estado bajo lógico (I_CCL) es típicamente 140µA cuando se activa el LED de entrada (I_F=16mA), mientras que la corriente de alimentación en estado alto lógico (I_CCH) es típicamente solo 0.01µA cuando la entrada está apagada. Esto destaca el bajo consumo de energía en estado inactivo.

2.3 Características de Transferencia

Esto define la relación entre entrada y salida.

2.3.1 Relación de Transferencia de Corriente (CTR)

La CTR, un parámetro clave para fotocopladores, es la relación entre la corriente de colector de salida y la corriente del LED de entrada, expresada como porcentaje. El EL2530 tiene un rango de CTR del 7% al 50%, mientras que el EL2531 tiene un rango más alto del 19% al 50% (ambos a I_F=16mA, V_O=0.4V, V_CC=4.5V, 25°C). Por lo tanto, el EL2531 es la variante de mayor ganancia. Los valores mínimos de CTR están garantizados en 5% para EL2530 y 15% para EL2531 bajo condiciones ligeramente diferentes (V_O=0.5V).

2.3.2 Voltaje de Salida en Estado Bajo Lógico (V_OL)

Este es el voltaje en la salida cuando el dispositivo está en estado 'encendido' o bajo. Para el EL2530, V_OL es típicamente 0.18V con una corriente de salida (I_O) de 1.1mA. Para el EL2531, es típicamente 0.25V con I_O=3mA. El V_OL máximo para ambos es 0.5V bajo sus respectivas condiciones de prueba, asegurando niveles lógicos bajos sólidos para la interfaz.

2.4 Características de Conmutación

Estos parámetros son críticos para aplicaciones de alta velocidad. Las pruebas se realizan a I_F=16mA y V_CC=5V.

2.4.1 Retardo de Propagación

Se miden el retardo de propagación a estado bajo lógico (t_PHL) y a estado alto lógico (t_PLH). Para el EL2530 con una resistencia de carga (R_L) de 4.1kΩ, t_PHL es típicamente 0.35µs (máx. 2.0µs) y t_PLH es típicamente 0.5µs (máx. 2.0µs). Para el EL2531 con una R_L de 1.9kΩ, ambos retardos son típicamente 0.35µs y 0.3µs respectivamente (máx. 1.0µs). El EL2531 demuestra tiempos de conmutación más rápidos, en parte debido a su mayor CTR que permite el uso de una resistencia de pull-up más pequeña.

2.4.2 Inmunidad Transitoria en Modo Común (CMTI)

La CMTI mide la capacidad del dispositivo para rechazar transitorios de voltaje rápidos entre las tierras de entrada y salida. Se especifica en Voltios por microsegundo (V/µs). Tanto EL2530 como EL2531 tienen una CMTI mínima de 1000 V/µs y un valor típico de 10,000 V/µs para ambos estados, alto lógico (CM_H) y bajo lógico (CM_L). Las condiciones de prueba difieren: EL2530 usa un pulso en modo común de 10V p-p, mientras que EL2531 usa un pulso de 1000V p-p, lo que indica una prueba potencialmente más robusta para esta última variante en este aspecto.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a curvas características electro-ópticas típicas. Aunque los gráficos específicos no se reproducen en el texto proporcionado, típicamente incluyen gráficos de la Relación de Transferencia de Corriente (CTR) vs. Corriente Directa (I_F), CTR vs. Temperatura Ambiental (T_A), Retardo de Propagación vs. Resistencia de Carga (R_L), y Voltaje Directo (V_F) vs. I_F. Estas curvas son esenciales para que los diseñadores comprendan cómo cambian los parámetros en condiciones no ideales o variables, como corrientes de accionamiento más bajas, temperaturas más altas o diferentes configuraciones de carga, permitiendo un diseño de circuito robusto en todo el rango de operación especificado.

4. Información Mecánica y del Paquete

El dispositivo utiliza un paquete DIP de 8 pines. La configuración de pines es la siguiente: Pin 1: Ánodo (Canal 1), Pin 2: Cátodo (Canal 1), Pin 3: Cátodo (Canal 2), Pin 4: Ánodo (Canal 2), Pin 5: Tierra (GND), Pin 6: Salida 2 (V_OUT2), Pin 7: Salida 1 (V_OUT1), Pin 8: Voltaje de Alimentación (V_CC). El paquete está disponible en varias opciones de forma de patas: DIP estándar, patas dobladas de espaciado ancho (0.4 pulgadas, opción 'M'), y formas de patas para montaje superficial (opciones 'S' y perfil bajo 'S1').

5. Pautas de Soldadura y Montaje

El límite absoluto máximo para la temperatura de soldadura es 260°C durante 10 segundos. Esto se alinea con los perfiles típicos de soldadura por reflujo sin plomo. Para soldadura por ola o soldadura manual, se deben seguir las prácticas estándar para componentes de orificio pasante o SMD, respetando los límites máximos de temperatura y tiempo para evitar daños en el paquete o degradación de los materiales internos. Los dispositivos deben almacenarse en condiciones dentro del rango de temperatura de almacenamiento (-40°C a +125°C) y en embalaje sensible a la humedad si corresponde para variantes SMD para prevenir el efecto 'palomita de maíz' durante el reflujo.

6. Información de Embalaje y Pedido

El número de parte sigue el formato: EL253XY(Z)-V. 'X' denota el número de parte (0 para EL2530, 1 para EL2531). 'Y' indica la opción de forma de patas: en blanco para DIP estándar, 'M' para patas dobladas anchas, 'S' para montaje superficial, 'S1' para montaje superficial de perfil bajo. 'Z' especifica la opción de cinta y carrete: 'TA' o 'TB' (diferentes tipos de carrete), o en blanco para embalaje en tubo. 'V' es un sufijo opcional para aprobación VDE. Las cantidades de embalaje son 45 unidades por tubo para versiones de orificio pasante y 1000 unidades por carrete para versiones SMD en cinta y carrete.

7. Recomendaciones de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Receptores de Línea:Aislando líneas de comunicación digital (ej., RS-485, RS-422) para prevenir bucles de tierra y ruido.
• Aislamiento de Accionamiento de Motor:Proporcionando señales de accionamiento de puerta a transistores de potencia (IGBTs, MOSFETs) en accionamientos de frecuencia variable, aislando la lógica de control de bajo voltaje de la etapa de potencia de alto voltaje.
• Realimentación de Fuente de Alimentación Conmutada (SMPS):Aislando la señal de error de realimentación del lado secundario (salida) al controlador del lado primario (entrada), un requisito crítico de seguridad y funcionalidad.
• Aislamiento de Tierra Lógica:Separando tierras entre subsistemas digitales ruidosos (ej., entre un microcontrolador y un CI controlador de motor) para prevenir acoplamiento de ruido.
• Equipos de Telecomunicaciones:Aislamiento de señal en circuitos de timbre, interfaces de línea o protección de líneas de datos.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Resistencia Limitadora de Corriente:Se debe usar una resistencia externa en serie con el LED de entrada para establecer la corriente directa (I_F), típicamente al valor recomendado de 16mA para una velocidad y CTR óptimas.
• Resistencia de Pull-Up:La salida requiere una resistencia de pull-up (R_L) a V_CC. Su valor afecta la velocidad de conmutación y el consumo de energía. La hoja de datos especifica condiciones de prueba con 4.1kΩ para EL2530 y 1.9kΩ para EL2531.
• Desacoplamiento de la Fuente de Alimentación:Coloque un condensador de desacoplamiento (ej., 0.1µF) cerca del pin V_CC (Pin 8) y tierra para asegurar una operación estable y minimizar el ruido de conmutación.
• Diseño de Placa para Alta CMTI:Para mantener la alta CMTI, minimice la capacitancia parásita entre las secciones de entrada y salida en el diseño de la PCB. Proporcione distancias de fuga y separación adecuadas según los estándares de seguridad.
• Elección entre EL2530 y EL2531:Seleccione EL2531 para aplicaciones que requieran velocidades de conmutación más rápidas o donde sea aceptable una resistencia de pull-up de valor más bajo. EL2530 puede elegirse para aplicaciones con requisitos de velocidad menos estrictos o donde una corriente de alimentación más baja en estado encendido (debido a una R_L más alta) sea una prioridad.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

La serie EL253X se diferencia de los fotocopladores de fototransistor estándar principalmente por su alta velocidad (1Mbit/s vs. típicamente <100kbit/s para tipos estándar). La conexión separada de polarización del fotodiodo es la diferencia arquitectónica clave que lo permite. En comparación con otros optoacopladores de alta velocidad (como aquellos con puertas lógicas integradas o aisladores digitales de mayor velocidad), el EL253X ofrece una salida de transistor simple y robusta, lo que puede ser ventajoso en ciertas aplicaciones analógicas o de cambio de nivel, y típicamente tiene un costo menor. Su configuración de doble canal en un solo paquete de 8 pines ahorra espacio en la placa en comparación con el uso de dos dispositivos de un solo canal.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Cuál es la principal diferencia entre EL2530 y EL2531?

R: La diferencia principal es la Relación de Transferencia de Corriente (CTR) mínima garantizada. EL2531 tiene una CTR mínima más alta (15-19% dependiendo de la condición de prueba) en comparación con EL2530 (5-7%). Esto generalmente permite que el EL2531 conmute más rápido con una resistencia de carga dada o que use una resistencia de pull-up más grande para la misma velocidad, afectando el consumo de energía y la capacidad de accionamiento.

P: ¿Puedo accionar el LED de entrada directamente con una fuente de voltaje?

R: No. El LED debe ser accionado con una fuente limitada en corriente, típicamente implementada con una resistencia en serie desde una fuente de voltaje. La hoja de datos proporciona características de voltaje directo (V_F) para ayudar a calcular el valor de resistencia apropiado para la I_F deseada (ej., 16mA).

P: ¿Qué significa una Inmunidad Transitoria en Modo Común (CMTI) de 10kV/µs?

R: Significa que el estado de salida permanecerá correcto (no cambiará erróneamente) incluso si la diferencia de voltaje entre las tierras del circuito de entrada y salida cambia a una tasa tan alta como 10,000 voltios por microsegundo. Esto es crucial en accionamientos de motor o fuentes de alimentación donde la conmutación de alto voltaje rápida crea grandes transitorios de tierra.

P: ¿Se requiere un disipador de calor?

R: Bajo condiciones normales de operación dentro de los límites absolutos máximos de disipación de potencia (P_IN=45mW, P_O=35mW), no se requiere un disipador de calor. La potencia disipada es relativamente baja. Un diseño de PCB adecuado para disipación térmica suele ser suficiente.

10. Ejemplos Prácticos de Diseño y Uso

Caso 1: Expansor de GPIO Aislado.Un microcontrolador necesita monitorear interruptores de límite de 12V en un panel industrial. Usando seis canales EL2531, los GPIOs de 3.3V del microcontrolador pueden accionar los LEDs a través de resistencias limitadoras de corriente. Las salidas, conectadas en pull-up a 12V, proporcionan una señal lógica limpia a los interruptores. El aislamiento de 5000Vrms protege al microcontrolador de posibles transitorios en las líneas industriales de 12V.

Caso 2: Controlador de Puerta para un MOSFET de Medio Puente.En un controlador de motor DC de baja potencia, un solo canal EL2531 puede usarse para accionar el MOSFET del lado alto. La entrada es accionada por la señal PWM del controlador. La salida, conectada a la puerta del MOSFET a través de una resistencia de puerta adecuada y conectada en pull-up a una fuente de alimentación bootstrap, proporciona el accionamiento de puerta aislado. La alta CMTI asegura que la señal de puerta permanezca estable durante la conmutación rápida del medio puente.

11. Principio de Funcionamiento

El principio fundamental es la conversión optoelectrónica. Una corriente eléctrica aplicada al Diodo Emisor de Infrarrojos (IRED) de entrada hace que emita luz. Esta luz atraviesa una barrera ópticamente transparente pero eléctricamente aislante (típicamente silicona o material similar). La luz incide en el fotodiodo del detector integrado, generando una fotocorriente. En el EL253X, esta fotocorriente polariza directamente la base del transistor NPN de salida, encendiéndolo y llevando el pin de salida (colector) a bajo. La conexión separada para el fotodiodo permite que la fotocorriente se use de manera más eficiente para la conmutación, en lugar de ser parcialmente derivada por la capacitancia base-colector del transistor, que es el factor limitante de velocidad en los fototransistores tradicionales.

12. Tendencias Tecnológicas

El campo del aislamiento de señales está evolucionando. Si bien los fotocopladores con salida de transistor como el EL253X siguen siendo muy relevantes por su simplicidad, robustez y rentabilidad, se observan varias tendencias notables. Hay un movimiento hacia una mayor integración, como dispositivos con controladores integrados para IGBTs/FETs de GaN. Los aisladores digitales basados en tecnología CMOS y acoplamiento RF o capacitivo ofrecen velocidades de datos significativamente más altas (decenas a cientos de Mbps), menor consumo de energía y mayor confiabilidad (sin envejecimiento del LED). Sin embargo, los fotocopladores mantienen ventajas en ciertas áreas: capacidad de aislamiento de voltaje muy alta, excelente inmunidad transitoria en modo común e inmunidad inherente a campos magnéticos. El enfoque de desarrollo para fotocopladores incluye mejorar aún más la velocidad, reducir el tamaño del paquete (especialmente para SMD), mejorar el rendimiento a alta temperatura y aumentar métricas de confiabilidad como la estabilidad de la CTR a largo plazo.