Hoja de Datos de Relé de Estado Sólido de 2 Canales en Carcasa DIP de 8 Pines - Carcasa DIP de 8 Pines - Ruptura de 400V/600V - Carga de 120mA/50mA - Documentación Técnica en Español

1. Descripción General del Producto

Los EL840A y EL860A son relés de estado sólido (SSR) de propósito general y doble canal, encapsulados en un formato compacto DIP de 8 pines. Estos dispositivos utilizan un mecanismo de acoplamiento óptico, que presenta un LED infrarrojo de AlGaAs en el lado de entrada, aislado ópticamente de un circuito detector de salida de alto voltaje en el lado de salida. El detector de salida consiste en una matriz de diodos fotovoltaicos que accionan interruptores MOSFET. Esta configuración proporciona la funcionalidad eléctrica equivalente a dos relés electromecánicos independientes de tipo A (normalmente abiertos), ofreciendo una fiabilidad superior, mayor vida útil y conmutación más rápida en comparación con sus homólogos mecánicos.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Las principales ventajas de esta serie SSR derivan de su diseño de estado sólido. Los beneficios clave incluyen la ausencia total de partes móviles, lo que elimina el rebote de contactos, el arco eléctrico y el desgaste mecánico, conduciendo a una vida operativa excepcionalmente larga y alta fiabilidad. El aislamiento óptico entre entrada y salida proporciona un alto voltaje de aislamiento de 5000 Vrms, mejorando la seguridad del sistema y la inmunidad al ruido. Los dispositivos están diseñados para controlar señales analógicas de bajo nivel con alta sensibilidad y velocidad. Su huella compacta DIP de 8 pines los hace adecuados para diseños de PCB de alta densidad. Las aplicaciones objetivo incluyen automatización industrial, equipos de telecomunicaciones, periféricos informáticos y maquinaria de inspección de alta velocidad donde se requiere una conmutación fiable, rápida y aislada de señales o cargas de baja potencia.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

El rendimiento de los EL840A y EL860A está definido por un conjunto completo de parámetros eléctricos, ópticos y térmicos. Comprender estas especificaciones es crucial para un diseño de circuito adecuado y una operación fiable.

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los niveles de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente al dispositivo. No se garantiza la operación bajo estas condiciones.

• Entrada (Lado LED):La corriente directa continua máxima (I_F) es de 50 mA. Se puede aplicar un voltaje inverso (V_R) de hasta 5V. Se permite una corriente directa de pico (I_FP) de 1A en condiciones pulsadas (100Hz, ciclo de trabajo del 0.1%). La disipación de potencia de entrada (P_in) no debe exceder los 75 mW.
• Salida (Lado MOSFET):Una diferenciación crítica entre el EL840A y el EL860A son sus valores nominales de voltaje y corriente de salida. El EL840A tiene un voltaje de ruptura (V_L) de 400V y una corriente de carga continua (I_L) nominal de 120 mA. El EL860A está clasificado para un voltaje de ruptura más alto de 600V pero con una corriente continua más baja de 50 mA. Los diseñadores deben seleccionar el modelo en función de sus requisitos específicos de voltaje y corriente. La corriente de carga de pulso (I_LPeak) es de 300 mA para el EL840A y 150 mA para el EL860A durante una duración de 100ms. La disipación de potencia de salida (P_out) está limitada a 800 mW.
• Aislamiento y Térmico:El voltaje de aislamiento (V_iso) entre entrada y salida es de 5000 Vrms (probado durante 1 minuto). El dispositivo puede operar dentro de un rango de temperatura ambiente de -40°C a +85°C y puede almacenarse desde -40°C a +125°C. La temperatura de soldadura no debe exceder los 260°C durante más de 10 segundos en procesos de reflujo.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros, típicamente especificados a 25°C, definen el comportamiento operativo del SSR.

• Características de Entrada:El voltaje directo (V_F) del LED de entrada es típicamente de 1.18V a una corriente de accionamiento de 10mA, con un máximo de 1.5V. La corriente de fuga inversa (I_R) es un máximo de 1 µA con un sesgo inverso de 5V.
• Características de Salida:La corriente de fuga en estado de apagado (I_leak) es excepcionalmente baja, con un máximo de 1 µA cuando el LED de entrada está apagado y la salida está a su voltaje nominal máximo. La resistencia en estado de encendido (R_d(ON)) es un parámetro clave que afecta la caída de voltaje y la pérdida de potencia. El EL840A tiene una R_d(ON)típica de 20Ω (máx. 30Ω), mientras que el EL860A tiene una típica de 40Ω (máx. 70Ω) cuando se acciona con una corriente de entrada de 10mA a carga máxima.
• Características de Transferencia:Esto define la relación entre entrada y salida. La corriente de encendido del LED (I_F(on)) requerida para activar completamente los MOSFETs de salida es un máximo de 5mA para ambos modelos (típico 3mA). La corriente de apagado del LED (I_F(off)) es un mínimo de 0.4mA, por debajo de la cual se garantiza que la salida esté apagada. Esto define la histéresis de la corriente de entrada.
• Velocidad de Conmutación:El tiempo de encendido (T_on) es el retraso desde que se aplica la corriente de entrada hasta que la salida alcanza el 90% de su valor en estado de encendido. Para el EL840A, es típicamente de 0.4ms (máx. 3ms), y para el EL860A, típicamente de 1.4ms (máx. 3ms). El tiempo de apagado (T_off) es típicamente de 0.05ms (máx. 0.5ms) para ambos modelos. Estos tiempos son relativamente rápidos para un SSR, adecuados para muchas aplicaciones de conmutación de señales.
• Parámetros de Aislamiento:La resistencia de aislamiento (R_I-O) es un mínimo de 5 x 10¹⁰Ω a 500V DC. La capacitancia de aislamiento (C_I-O) es un máximo de 1.5 pF, lo cual es importante para consideraciones de acoplamiento de ruido de alta frecuencia.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

Si bien se hace referencia a datos gráficos específicos en la hoja de datos (Curvas de Características Electro-Ópticas Típicas, diagramas de Tiempo de Encendido/Apagado), los datos textuales permiten analizar tendencias clave. La relación entre la corriente directa y el voltaje directo para el LED de entrada seguirá una curva exponencial de diodo estándar. La resistencia en estado de encendido se especifica en una condición específica; tendrá un coeficiente de temperatura positivo, lo que significa que aumentará a medida que aumente la temperatura de unión de los MOSFETs de salida. Los tiempos de conmutación dependen de la carga; los tiempos especificados son para una carga resistiva (R_L= 200Ω). Las cargas capacitivas o inductivas afectarán estos tiempos, pudiendo requerir redes de amortiguación (snubber) para protección y estabilidad de temporización.

4. Información Mecánica y de Carcasa

4.1 Configuración de Pines y Esquema

El dispositivo utiliza una asignación de pines DIP de 8 pines estándar. Los pines 1 y 3 son los ánodos para los dos LEDs de entrada independientes. Los pines 2 y 4 son los cátodos correspondientes. El lado de salida consiste en dos interruptores MOSFET independientes. Para cada canal, los terminales de drenador y fuente están conectados a los pines 5, 6, 7 y 8 según el esquema interno, permitiendo una conexión flexible como un interruptor SPST.

4.2 Dimensiones de la Carcasa y Opciones

El producto se ofrece en dos estilos de carcasa principales: unTipo DIP Estándarcon terminales de orificio pasante, y unTipo Opción S1que es un formato de terminal para montaje superficial (perfil bajo). Se proporcionan dibujos dimensionales detallados para ambos, incluyendo longitud, ancho y altura del cuerpo, paso de terminales (2.54mm estándar para DIP) y dimensiones de los terminales. Para la opción SMD, también se suministra un diseño de almohadilla recomendado para garantizar una soldadura fiable y resistencia mecánica.

4.3 Polaridad y Marcado del Dispositivo

El dispositivo está marcado en la superficie superior. El marcado sigue el formato: "EL" (identificador del fabricante), seguido del número de pieza (ej., 860A), un código de un dígito para el año (Y), un código de dos dígitos para la semana (WW) y una "V" opcional que denota versiones aprobadas por VDE. La identificación correcta del pin 1, típicamente marcado por un punto o muesca en el cuerpo de la carcasa, es esencial para la orientación adecuada.

5. Directrices de Soldadura y Montaje

5.1 Perfil de Soldadura por Reflujo

Para ensamblajes de montaje superficial, se debe seguir un perfil de temperatura de reflujo específico para evitar daños. El perfil cumple con IPC/JEDEC J-STD-020D. Los parámetros clave incluyen: una etapa de precalentamiento de 150°C a 200°C durante 60-120 segundos, una tasa máxima de calentamiento de 3°C/segundo, un tiempo por encima del líquido (217°C) de 60-100 segundos, y una temperatura máxima del cuerpo de la carcasa de 260°C durante un máximo de 30 segundos. Estas condiciones aseguran la formación adecuada de la junta de soldadura sin exponer las uniones semiconductoras internas a un estrés térmico excesivo.

5.2 Precauciones de Uso

Se destacan varias consideraciones de diseño importantes. Los límites absolutos máximos de voltaje, corriente y potencia nunca deben excederse. Los MOSFETs de salida no están inherentemente protegidos contra transitorios de voltaje o contravoltajes inductivos; pueden ser necesarios componentes de protección externos como amortiguadores (snubbers) o diodos TVS en entornos eléctricos hostiles. La baja masa térmica de la carcasa significa que se debe prestar atención a la disipación de potencia y al área de cobre adecuada en el PCB para disipación de calor, especialmente cuando se opera cerca de las corrientes de carga máximas o a altas temperaturas ambiente.

6. Información de Empaquetado y Pedido

6.1 Sistema de Numeración de Modelos

El número de pieza sigue la estructura: EL8XXA(Y)(Z)-V.

• XX:Denota el número de pieza, ya sea 40 (EL840A) o 60 (EL860A), definiendo la clasificación de voltaje/corriente.
• Y:Opción de formato de terminal. "S1" denota el formato de terminal para montaje superficial. La omisión indica el DIP estándar de orificio pasante.
• Z:Opción de cinta y carrete para montaje automatizado (TA, TB, TU, TD). La omisión indica empaquetado en tubo.
• V:Sufijo que indica la opción aprobada por seguridad VDE.

6.2 Especificaciones de Empaquetado

La versión DIP estándar se suministra en tubos que contienen 45 unidades. Las opciones de montaje superficial (S1 con cinta TA o TB) se suministran en carretes de 1000 unidades cada uno. Se proporcionan dimensiones detalladas de la cinta, incluyendo tamaño del bolsillo (A, B), profundidad del bolsillo (D0, D1), paso del orificio de avance (P0) y ancho del carrete (W), que son críticos para la compatibilidad con equipos de colocación automática (pick-and-place).

7. Notas de Aplicación y Consideraciones de Diseño

7.1 Circuitos de Aplicación Típicos

El SSR se puede utilizar en dos configuraciones principales: como dos interruptores independientes de un polo y un tiro (SPST) o, conectando las salidas apropiadamente, como un solo conmutador de tipo A u otra configuración. El LED de entrada es típicamente accionado por una puerta lógica digital o un transistor, con una resistencia limitadora de corriente calculada en base al voltaje de alimentación y la corriente deseada del LED (ej., 10-20 mA para la activación completa de la salida). La salida puede conmutar cargas de CC o CA dentro de sus valores nominales de voltaje y corriente. Para cargas de CA, los diodos internos del MOSFET conducirán durante los semiciclos, por lo que el dispositivo es esencialmente un interruptor bidireccional.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Gestión Térmica:Calcule la disipación de potencia como P_diss= I_L²* R_d(ON). Asegúrese de que no se exceda la disipación total del dispositivo (P_T= 850mW máx.). Utilice un área de cobre suficiente en el PCB como disipador de calor.
• Compatibilidad de Carga:El SSR es ideal para cargas resistivas. Para cargas capacitivas, la corriente de irrupción (inrush) puede exceder I_LPeak. Para cargas inductivas, utilice una red de amortiguación (RC en paralelo con la carga o un supresor de voltaje transitorio) para limitar los picos de voltaje generados al desconectar.
• Accionamiento de Entrada:Asegúrese de que la corriente de entrada exceda I_F(on)para un encendido fiable y caiga por debajo de I_F(off)para un apagado fiable. Evite flancos de señal de entrada lentos cerca de las corrientes umbral.
• Integridad del Aislamiento:Mantenga distancias de fuga y de aislamiento adecuadas en el PCB entre los circuitos de entrada y salida para preservar la alta clasificación de aislamiento.

8. Comparativa Técnica y Guía de Selección

El diferenciador clave dentro de esta serie es la compensación entre capacidad de voltaje y corriente. ElEL840Aestá optimizado para aplicaciones que requieren una corriente continua más alta (hasta 120mA) pero a un voltaje más bajo (400V). Presenta una resistencia en estado de encendido más baja, lo que conduce a menos caída de voltaje y pérdida de potencia. ElEL860Aestá diseñado para aplicaciones que requieren un voltaje de bloqueo más alto (600V) pero con una corriente continua más baja (50mA). Su resistencia en estado de encendido es mayor. La selección debe basarse en el voltaje pico y la corriente en estado estacionario de la carga. Para cargas con corriente de irrupción significativa (como lámparas o capacitores), la clasificación de corriente de pulso más alta del EL840A (300mA vs. 150mA) también puede ser un factor decisivo.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

9.1 ¿Puede este SSR conmutar cargas de CA?

Sí. La estructura del MOSFET de salida, con su diodo interno inherente, permite el flujo de corriente bidireccional. Por lo tanto, puede conmutar voltajes de CA dentro de su clasificación de voltaje de ruptura (V_L). La clasificación de corriente se aplica tanto a CC como al valor pico de CA.

9.2 ¿Cuál es el propósito de la matriz de diodos fotovoltaicos en el detector de salida?

La matriz fotovoltaica genera un voltaje cuando es iluminada por el LED infrarrojo del lado de entrada. Este voltaje se utiliza para accionar las puertas de los MOSFETs de salida, encendiéndolos. Este método proporciona el aislamiento galvánico completo, ya que no se necesita una conexión eléctrica para polarizar las puertas de los MOSFETs.

9.3 ¿Cómo interfazo la entrada con un microcontrolador de 5V?

Utilice una simple resistencia en serie. Por ejemplo, con un pin GPIO del microcontrolador a 5V, un V_Fdel LED de ~1.2V, y una I_Fdeseada de 10mA, el valor de la resistencia R = (5V - 1.2V) / 0.01A = 380Ω. Una resistencia estándar de 390Ω sería adecuada. Asegúrese de que el microcontrolador pueda suministrar la corriente requerida.

9.4 ¿Por qué el tiempo de activación del EL860A es mayor que el del EL840A?

El tiempo de activación típico más largo (1.4ms vs. 0.4ms) probablemente está relacionado con el diseño interno de los MOSFETs de mayor voltaje en el EL860A, que pueden tener una capacitancia de puerta diferente o las características del circuito de accionamiento fotovoltaico optimizado para el proceso de 600V.

Los relés de estado sólido representan una tecnología madura pero en continua evolución. La tendencia central es hacia una mayor integración, carcasas más pequeñas y mejores métricas de rendimiento. Si bien este dispositivo utiliza un accionador MOSFET fotovoltaico, existen otras tecnologías, como aquellas que utilizan accionadores fototriac para conmutación de CA o diseños más avanzados basados en CI con funciones de protección integradas (sobrecorriente, sobretemperatura). El movimiento hacia carcasas de montaje superficial (como la opción S1) se alinea con la tendencia general de la industria hacia el montaje automatizado y la reducción del espacio en la placa. El alto voltaje de aislamiento y las múltiples aprobaciones de seguridad internacionales (UL, VDE, etc.) reflejan la creciente importancia de la seguridad y fiabilidad del sistema en los mercados globales, particularmente en equipos industriales y médicos. Los desarrollos futuros pueden centrarse en reducir aún más la resistencia en estado de encendido, aumentar las velocidades de conmutación para aplicaciones de alta frecuencia e integrar más funciones de control y monitoreo inteligente dentro del mismo paquete aislado.

El dispositivo opera bajo el principio de aislamiento óptico y accionamiento fotovoltaico. Cuando se aplica una corriente directa al LED infrarrojo de AlGaAs de entrada, éste emite luz. Esta luz cruza un espacio de aislamiento e incide en una matriz de diodos fotovoltaicos en el lado de salida. La matriz convierte la energía luminosa en energía eléctrica, generando un voltaje suficiente para polarizar las puertas de los MOSFETs de canal N hacia la conducción. Esto crea una ruta de baja resistencia entre los terminales de drenador y fuente, cerrando el "contacto" del relé. Cuando se elimina la corriente de entrada, la emisión de luz se detiene, el voltaje fotovoltaico decae y las puertas de los MOSFETs se descargan, apagando los dispositivos y abriendo el circuito. Todo el proceso no implica contacto físico ni acoplamiento magnético, asegurando una larga vida útil y alta inmunidad al ruido.

11. Caso Práctico de Diseño

Escenario:Aislar una señal de sensor de 24V CC, 80mA de la entrada analógica de un sistema de adquisición de datos.

Implementación:Se selecciona un EL840A por su clasificación de corriente de 120mA (proporcionando margen) y clasificación de voltaje de 400V (muy superior a 24V). La salida del sensor acciona la entrada del SSR a través de una resistencia de 330Ω desde un riel de 5V, proporcionando ~11mA al LED, muy por encima del máximo I_F(on)de 5mA. La salida del SSR se conecta entre la señal del sensor de 24V y la entrada de adquisición de datos. Se coloca una resistencia de pull-down de 10kΩ en la entrada de adquisición para definir el estado bajo lógico cuando el SSR está apagado. La baja corriente de fuga (1µA máx.) asegura un voltaje de error mínimo a través de la resistencia de pull-down cuando el SSR está apagado. La rápida velocidad de conmutación (0.4ms típico) permite un muestreo rápido si es necesario. El aislamiento de 5000Vrms protege la circuitería sensible de adquisición de bucles de tierra o transitorios en el entorno del sensor.

12. Tendencias Tecnológicas y Contexto

Solid-state relays represent a mature but continuously evolving technology. The core trend is towards higher integration, smaller packages, and improved performance metrics. While this device uses a photovoltaic MOSFET driver, other technologies exist, such as those using phototriac drivers for AC switching or more advanced IC-based designs with integrated protection features (overcurrent, overtemperature). The move towards surface-mount packages (like the S1 option) aligns with the industry-wide trend for automated assembly and reduced board space. The high isolation voltage and multiple international safety approvals (UL, VDE, etc.) reflect the increasing importance of system safety and reliability in global markets, particularly in industrial and medical equipment. Future developments may focus on reducing on-resistance further, increasing switching speeds for high-frequency applications, and integrating more intelligent control and monitoring functions within the same isolated package.