Hoja de Datos de Relé de Estado Sólido (SSR) Tipo DIP de 6 Pines Forma A - Salida de 60V a 600V - Corriente de Carga de 50mA a 800mA

1. Descripción General del Producto

Este documento detalla una serie de relés de estado sólido (SSR) de propósito general en configuración DIP (Dual In-line Package) de 6 pines. Estos dispositivos son relés de un polo, un contacto (Forma A), lo que significa que proporcionan un contacto normalmente abierto (NA). Están diseñados para reemplazar relés electromecánicos tradicionales (EMR) en una amplia gama de aplicaciones, ofreciendo una fiabilidad superior, mayor vida útil y funcionamiento silencioso debido a la ausencia de partes móviles.

La tecnología central involucra un LED infrarrojo de AlGaAs en el lado de entrada, acoplado ópticamente a un circuito detector de salida de alta tensión. Este detector consiste en una matriz de diodos fotovoltaicos y MOSFETs, permitiendo el control de cargas tanto de CA como de CC. El aislamiento óptico proporciona un alto voltaje de aislamiento (5000 Vrms) entre el circuito de control de baja tensión y el circuito de carga de alta tensión, mejorando la seguridad del sistema y la inmunidad al ruido.

2. Características y Ventajas Clave

• Configuración Normalmente Abierta (Forma A):Conmutación simple de un solo canal.
• Baja Corriente de Operación:El LED de entrada requiere una corriente de accionamiento mínima, haciéndolo compatible con circuitos lógicos de baja potencia y microcontroladores.
• Amplio Rango de Voltaje de Salida:Disponible en modelos con voltajes de bloqueo de salida desde 60V hasta 600V (EL606A, EL625A, EL640A, EL660A), cubriendo varios niveles de voltaje de aplicación.
• Baja Resistencia en Conducción:La salida basada en MOSFET proporciona bajas pérdidas por conducción, mejorando la eficiencia y reduciendo la generación de calor.
• Amplio Rango de Temperatura de Operación:Funcionamiento confiable desde -40°C hasta +85°C, adecuado para entornos industriales y severos.
• Alto Voltaje de Aislamiento:Aislamiento de 5000 Vrms entre entrada y salida garantiza la seguridad y protege la electrónica de control sensible.
• Certificaciones de la Industria:Certificado según los estándares UL 1577, UL 508, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO y CQC, asegurando el cumplimiento de los requisitos internacionales de seguridad y rendimiento.
• Opciones de Encapsulado:Disponible en variantes estándar DIP para montaje PTH y de montaje superficial (SMD).

3. Análisis Profundo de Especificaciones Técnicas

3.1 Límites Absolutos Máximos

Estos son los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente al dispositivo. La operación siempre debe estar dentro de estos límites.

• Entrada (Lado del LED):La corriente directa máxima (IF) es de 50 mA, con una corriente directa de pico (IFP) de 1 A en condiciones pulsadas. El voltaje inverso (VR) está limitado a 5 V.
• Salida (Lado del Interruptor):El voltaje de ruptura (VL) define el voltaje máximo que la salida puede bloquear, variando desde 60V (EL606A) hasta 600V (EL660A). La corriente de carga continua (IL) varía según el modelo y el tipo de conexión (A, B, C), desde 50 mA hasta 800 mA. La corriente de carga de pulso (ILPeak) también se especifica para sobretensiones de corta duración.
• Aislamiento:Soporta 5000 Vrms durante 1 minuto entre entrada y salida.
• Térmico:El rango de temperatura de operación es de -40°C a +85°C. La temperatura de almacenamiento se extiende a 125°C. La temperatura máxima de soldadura es de 260°C durante 10 segundos.

3.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros definen el rendimiento operativo del SSR a 25°C.

• Características de Entrada:El voltaje directo típico (VF) para el LED es de 1.18V a 10mA. La corriente de fuga inversa (IR) es muy baja (<1 µA).
• Características de Salida - Estado Apagado:La corriente de fuga (Ileak) cuando el SSR está apagado se especifica como un máximo de 1 µA, indicando una excelente capacidad de bloqueo.
• Características de Salida - Estado Encendido:El parámetro clave es la Resistencia en Conducción (Rd(ON)). Esta varía significativamente entre modelos y tipos de conexión:
  • Conexión A:Mayor capacidad de corriente, mayor Rd(ON) (ej., EL606A: 0.75Ω típ., 2.5Ω máx.).
  • Conexión B:Capacidad equilibrada, Rd(ON) media.
  • Conexión C:Menor capacidad de corriente, menor Rd(ON) (ej., EL606A: 0.2Ω típ., 0.5Ω máx.).
  La elección implica una compensación entre la corriente de carga máxima y la disipación de potencia (pérdida I²R).
• Capacitancia de Salida (Cout):Varía de 30 pF a 85 pF. Una capacitancia más baja es beneficiosa para la conmutación de alta frecuencia para reducir pérdidas.
• Características de Transferencia:Define la corriente de entrada requerida para encender (IF(on), máx. 3 mA) y apagar (IF(off), mín. 0.4 mA) la salida de manera confiable. Esto asegura umbrales de conmutación claros.
• Velocidad de Conmutación:El tiempo de encendido (Ton) es típicamente entre 0.35 ms y 1.3 ms. El tiempo de apagado (Toff) es muy rápido, típicamente 0.1 ms. Estos son más lentos que algunos SSR, pero suficientes para muchas aplicaciones de control industrial.
• Parámetros de Aislamiento:La resistencia de aislamiento (RI-O) es extremadamente alta (>5×10¹⁰ Ω), y la capacitancia de aislamiento (CI-O) es baja (1.5 pF típ.).

4. Curvas de Rendimiento y Datos Gráficos

La hoja de datos incluye curvas características típicas (aunque no detalladas en el texto proporcionado). Estas típicamente ilustrarían:

• Voltaje Directo vs. Corriente Directa (Vf-If):Para el LED de entrada, mostrando su comportamiento similar a un diodo.
• Resistencia en Conducción vs. Corriente de Carga (Rd(ON)-IL):Muestra cómo Rd(ON) puede cambiar con la cantidad de corriente que se está conmutando.
• Resistencia en Conducción vs. Temperatura Ambiente (Rd(ON)-Ta):Crítico para el diseño térmico, ya que Rd(ON) típicamente aumenta con la temperatura, llevando a mayores pérdidas.
• Gráfico de Características de Transferencia:Grafica el estado de salida (encendido/apagado) versus la corriente del LED de entrada, definiendo visualmente los umbrales de encendido/apagado y la histéresis.

Estas curvas son esenciales para que los diseñadores comprendan el comportamiento del dispositivo en condiciones no estándar o variables más allá de los valores típicos de 25°C.

5. Información Mecánica, de Encapsulado y Montaje

5.1 Configuración de Pines y Esquema

El DIP de 6 pines tiene una asignación de pines estándar:

• Pin 1: Ánodo del LED (+)
• Pin 2: Cátodo del LED (-)
• Pin 4, 6: Drenador del MOSFET (Terminales de salida, típicamente intercambiables para CC)
• Pin 5: Fuente del MOSFET (Terminal de salida común)
• Pin 3: No conectado (NC) internamente, puede usarse para estabilidad mecánica.

El esquema interno muestra el LED accionando una matriz fotovoltaica que genera un voltaje para encender la etapa de salida de MOSFET de canal N.

5.2 Dimensiones del Encapsulado y Montaje

Se proporcionan dibujos mecánicos detallados para:

• Tipo DIP Estándar:Para montaje PTH en PCB.
• Tipo Opción S1 (Montaje Superficial de Perfil Bajo):Para ensamblaje SMD.
• Distribución Recomendada de Pads:Para la versión SMD, asegurando la formación adecuada de la unión de soldadura durante el reflow.

Las dimensiones incluyen tamaño del cuerpo, espaciado de pines (paso típico de 2.54mm para DIP), longitud de las patas y altura de separación.

5.3 Marcado del Dispositivo

Los dispositivos están marcados en la parte superior con un código: prefijo "EL", número de parte (ej., 660A), un código de un dígito para el año (Y), un código de dos dígitos para la semana (WW) y un código de opción VDE (V). Esto permite la trazabilidad.

5.4 Directrices de Soldadura y Manipulación

Basado en los Límites Absolutos Máximos:

• Soldadura por Reflow (SMD):La temperatura máxima no debe exceder los 260°C, y el tiempo por encima de 260°C debe limitarse a 10 segundos para prevenir daños.
• Soldadura por Ola/Manual (DIP):Se aplican prácticas estándar, pero se debe minimizar el estrés térmico.
• Precauciones ESD:Aunque está basado en MOSFET, la salida está protegida por el accionamiento fotovoltaico. Se recomienda el manejo ESD estándar para componentes sensibles.
• Almacenamiento:Almacenar en condiciones secas y antiestáticas dentro del rango de temperatura de -40°C a +125°C.

6. Información de Embalaje y Pedido

6.1 Sistema de Numeración de Modelos

El número de parte sigue el formato:EL6XXA(Y)(Z)-V

• XX:Número de parte que define voltaje/corriente de salida (06, 25, 40, 60).
• Y:Opción de forma de patilla. 'S1' denota montaje superficial de perfil bajo. En blanco denota DIP estándar.
• Z:Opción de cinta y carrete para partes SMD (TA, TB, TU, TD). En blanco para empaque en tubo.
• V:Denota la opción aprobada por seguridad VDE.

Ejemplo: EL660AS1(TA)-V es un SSR de 600V, 50-80mA en encapsulado SMD en cinta y carrete TA, aprobado por VDE.

6.2 Especificaciones de Empaquetado

• DIP Estándar:Empacado en tubos, 65 unidades por tubo.
• Montaje Superficial (S1):Empacado en cinta y carrete, 1000 unidades por carrete. Se proporcionan dimensiones detalladas de la cinta (tamaño de bolsillo A, B, agujero Do, D1, paso E, F) y especificaciones del carrete para la configuración de máquinas pick-and-place automatizadas.

7. Directrices de Aplicación y Consideraciones de Diseño

7.1 Aplicaciones Objetivo

Estos SSR son adecuados para un amplio espectro de aplicaciones que requieren conmutación aislada y confiable:

• Equipos de Telecomunicación y Centralitas:Enrutamiento de señales, interfaces de tarjetas de línea.
• Equipos de Prueba y Medición:Conmutación de entradas de sensores, multiplexación de señales.
• Automatización de Fábrica (FA) y Automatización de Oficina (OA):Control de solenoides, motores pequeños, lámparas y calentadores.
• Sistemas de Control Industrial (ICS):Módulos de salida de PLC, interfaz entre circuitos lógicos y de potencia.
• Sistemas de Seguridad:Conmutación de alarmas, cerraduras de puertas o alimentación de cámaras.

7.2 Consideraciones de Diseño Críticas

1. Circuito de Accionamiento de Entrada:Usar una resistencia limitadora de corriente en serie con el LED. Calcular el valor de la resistencia basándose en el voltaje de alimentación (ej., 3.3V, 5V, 12V), la corriente deseada del LED (5-10mA típico para garantizar el encendido) y el VF del LED. Asegurar que el circuito de accionamiento pueda suministrar al menos el IF(on) máximo (3mA) y pueda bajar por debajo de IF(off) (0.4mA) para garantizar el apagado.
2. Consideraciones de la Carga de Salida:
   • Especificación de Voltaje:Seleccionar un modelo (EL606A/625A/640A/660A) donde el voltaje máximo de carga (incluyendo transitorios) esté por debajo de la especificación VL del dispositivo. La reducción de especificación (ej., usar una parte de 400V para una línea de 240VCA) es una buena práctica.
   • Especificación de Corriente:Elegir basándose en la corriente de carga continua RMS o CC. Considerar la compensación del tipo de conexión (A/B/C). La corriente de carga no debe exceder la IL especificada para la conexión y modelo elegidos bajo las peores condiciones de temperatura.
   • Cargas Inductivas:Al conmutar cargas inductivas (relés, solenoides, motores), un circuito amortiguador (red RC) o un diodo de retroalimentación (para CC) a través de la carga esesencialpara suprimir picos de voltaje que puedan exceder el voltaje de ruptura del SSR.
   • Corriente de Arranque:Para cargas como lámparas o cargas capacitivas con alta sobretensión de encendido, asegurar que la corriente de pico de sobretensión esté dentro de la especificación ILPeak. Puede ser necesario un termistor NTC (coeficiente de temperatura negativo) u otro limitador de corriente de arranque.
3. Gestión Térmica:La disipación de potencia (Pout) en el SSR se calcula como I_carga² * Rds(on). A corriente máxima y temperatura elevada, esto puede ser significativo. Asegurar que el diseño de la PCB proporcione un área de cobre adecuada para disipación de calor, especialmente para la versión SMD. No exceder la temperatura máxima de unión, que está vinculada a la temperatura ambiente (Ta) y la resistencia térmica.
4. Diseño de PCB:Mantener las distancias de fuga y de aislamiento en la PCB entre las trazas de entrada y salida según los estándares de seguridad (ej., IEC 61010-1). Mantener las trazas de salida de alta corriente cortas y anchas.

8. Guía de Comparación y Selección Técnica

Los cuatro modelos de esta serie forman una jerarquía clara basada en la capacidad de voltaje y corriente:

• EL606A (60V):Para aplicaciones de CC de baja tensión. Ofrece la mayor corriente continua (hasta 800mA en Conexión C) y la menor resistencia en conducción.
• EL625A (250V):Adecuado para aplicaciones de voltaje de línea de 120VCA (con reducción de especificación) o sistemas de CC de rango medio. Buen equilibrio entre corriente (hasta 300mA) y voltaje.
• EL640A (400V):Ideal para aplicaciones de voltaje de línea de 240VCA. Capacidad de corriente hasta 150mA.
• EL660A (600V):Para líneas de CA industriales exigentes o CC de alta tensión con transitorios significativos. Capacidad de corriente hasta 80mA.

Comparado con Relés Electromecánicos (EMR):Estos SSR no ofrecen rebote de contactos, tienen una vida útil mucho más larga (miles de millones de ciclos), funcionamiento silencioso y mejor resistencia a golpes y vibraciones. Generalmente son más lentos, tienen un costo inicial más alto y tienen una resistencia en conducción distinta de cero que conduce a disipación de calor.

Comparado con otros SSR:El acoplamiento fotovoltaico MOSFET proporciona una fuga de salida muy baja y una resistencia en conducción estable. Es diferente de los SSR basados en triac usados para conmutación de CA, ya que estos relés basados en MOSFET pueden conmutar CC.

9. Preguntas Frecuentes (FAQ)

9.1 ¿Puede este SSR conmutar cargas de CA?

Yes.La salida MOSFET es bidireccional cuando está apagada. Sin embargo, el diodo de cuerpo de un solo MOSFET la hace unidireccional cuando está encendida. Para una verdadera conmutación de CA, a menudo se usan dos MOSFETs espalda con espalda. La hoja de datos establece "habilita conexiones de salida solo CA/CC y solo CC". El esquema y los diagramas de conexión (A, B, C) muestran un solo MOSFET. Por lo tanto, para la conmutación de CA, se implica que se necesita circuitería externa o una configuración de conexión específica (probablemente involucrando ambos pines de drenador 4 y 6) para bloquear la corriente en ambas direcciones cuando está encendido. El diseñador debe consultar los diagramas de conexión detallados para implementar correctamente la conmutación de CA.

9.2 ¿Cuál es la diferencia entre las Conexiones A, B y C?

Estas son diferentes configuraciones de cableado interno o externo de la matriz fotovoltaica y los MOSFET(s) que compensan la corriente de carga máxima (IL) por una menor resistencia en conducción (Rd(ON)).La Conexión Aprioriza la alta capacidad de corriente.La Conexión Cprioriza la menor pérdida de conducción posible (menor Rd(ON)).La Conexión Bofrece un término medio. La elección depende de si su diseño está limitado por el manejo de corriente o por la disipación de potencia/caída de voltaje.

9.3 ¿Cómo calculo la disipación de potencia y el calor generado?

La potencia disipada en el SSR (P_ssr) proviene casi en su totalidad del MOSFET de salida:P_ssr = I_carga² * Rds(on). Use la Rds(on) máxima de la hoja de datos a su temperatura de unión de operación esperada para una estimación conservadora. Por ejemplo, un EL606A en Conexión C (Rds(on)_máx = 0.5Ω) conmutando 500mA CC disipa P = (0.5)² * 0.5 = 0.125W. Este calor debe ser conducido a través de los pines y el cobre de la PCB para mantener la temperatura de unión dentro de los límites.

9.4 ¿Se requiere un disipador de calor?

Para el encapsulado SMD a corrientes más altas, sí. La necesidad depende de la disipación de potencia calculada, la resistencia térmica de unión a ambiente (RθJA) para su diseño de PCB y la temperatura ambiente máxima. Si la temperatura de unión calculada (Tj = Ta + (P_ssr * RθJA)) se acerca o excede los 85°C, es necesario mejorar la disipación de calor (más cobre, vías térmicas, disipador externo).

10. Principio de Funcionamiento

El SSR opera bajo el principio de aislamiento óptico y generación de voltaje fotovoltaico. Cuando una corriente fluye a través del LED infrarrojo de AlGaAs de entrada, este emite luz. Esta luz es detectada por una matriz de diodos fotovoltaicos en el lado de salida. Esta matriz genera un voltaje de circuito abierto suficiente para realzar completamente la puerta del/los MOSFET(s) de canal N en la etapa de salida. Esto enciende el MOSFET, creando un camino de baja resistencia entre sus terminales de drenador y fuente, cerrando así el "interruptor". Cuando se elimina la corriente del LED, el voltaje fotovoltaico colapsa, la puerta del MOSFET se descarga y el dispositivo se apaga. La ruta óptica proporciona el alto aislamiento eléctrico.

11. Contexto y Tendencias de la Industria

Los relés de estado sólido continúan ganando participación de mercado frente a los relés electromecánicos en muchas aplicaciones debido a la demanda de mayor fiabilidad, mayor vida útil y miniaturización. Las tendencias que impulsan el desarrollo de SSR incluyen:

• Mayor Densidad de Potencia:Desarrollar SSR con menor Rds(on) para manejar más corriente en encapsulados más pequeños, reduciendo el espacio en la placa.
• Integración:Incorporar características de protección como detección de sobrecorriente, apagado térmico y retroalimentación de estado en el encapsulado del SSR.
• Rangos de Voltaje Más Amplios:Existe demanda de dispositivos tanto para aplicaciones de baja tensión (ej., 12V/24V automotriz/industrial) como de tensión de red.
• Materiales de Aislamiento Mejorados:Mejorando las clasificaciones de seguridad y fiabilidad a través de compuestos de moldeo avanzados y construcción interna.

La familia de dispositivos descrita en esta hoja de datos representa una solución madura y bien caracterizada para las necesidades de conmutación aislada de propósito general en múltiples industrias.