Hoja de Datos de la Serie EL050L - Fotocoplador de Alta Velocidad - Paquete SOP de 8 Pines - Doble Alimentación 3.3V/5V - Aislamiento Elevado - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

La serie EL050L representa un fotocoplador (optoaislador) de transistor de alto rendimiento y alta velocidad, diseñado para aplicaciones que requieren un aislamiento eléctrico robusto y una transmisión rápida de señales digitales. La función principal de este dispositivo es transferir señales eléctricas entre dos circuitos aislados utilizando luz, evitando así bucles de masa, bloqueando altos voltajes y reduciendo la transmisión de ruido.

En su núcleo, el dispositivo contiene un diodo emisor de luz infrarroja (LED) que está acoplado ópticamente a un fotodetector integrado de alta velocidad con una salida de puerta lógica. Esta configuración le permite funcionar como un aislador digital. Está alojado en un paquete SOP (Small Outline Package) compacto de 8 pines, lo que lo hace adecuado para los procesos de montaje modernos de tecnología de montaje superficial (SMT).

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

El EL050L está diseñado con varias ventajas clave que definen su posición en el mercado:

• Operación de Alta Velocidad:Capaz de velocidades de datos de hasta 1 Megabit por segundo (1Mbit/s), es adecuado para interfaces de comunicación digital y señales de control de conmutación rápida.
• Aislamiento Robusto:Proporciona un alto voltaje de aislamiento de 3750 V_rmsentre sus lados de entrada y salida, garantizando seguridad y fiabilidad en entornos de alto voltaje.
• Excelente Inmunidad al Ruido:Presenta una alta inmunidad transitoria en modo común (CMTI) mínima de 15 kV/μs, lo que le permite rechazar transitorios de voltaje rápidos que aparecen a través de la barrera de aislamiento, lo cual es crítico en electrónica de potencia ruidosa como los variadores de motor.
• Doble Voltaje de Alimentación:El lado de salida es compatible con sistemas lógicos de 3.3V y 5V, ofreciendo flexibilidad de diseño.
• Conformidad Ambiental:El dispositivo está libre de halógenos, libre de plomo y cumple con RoHS, REACH y varios estándares de seguridad internacionales (UL, cUL, VDE, etc.).

Los mercados objetivo principales incluyen automatización industrial, circuitos de retroalimentación de fuentes de alimentación, sistemas de accionamiento de motores, aislamiento de interfaces de comunicación y cualquier aplicación donde las diferencias de potencial de masa o el ruido de alto voltaje sean una preocupación.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

Esta sección proporciona una interpretación objetiva y detallada de los parámetros eléctricos y ópticos clave especificados en la hoja de datos.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estos valores definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente al dispositivo. No están destinados para operación normal.

• Corriente Directa de Entrada (I_F):25 mA continuos. Esto limita la corriente DC máxima a través del LED de entrada.
• Corriente Directa Pico (I_FP):50 mA para pulsos con un ciclo de trabajo del 50% y un ancho de pulso de 1ms. Esto permite corrientes de accionamiento instantáneas más altas durante breves períodos.
• Voltaje Inverso (V_R):5 V. El LED de entrada no debe estar sujeto a una polarización inversa que exceda este valor.
• Voltaje de Salida (V_O) y Voltaje de Alimentación (V_CC):-0.5V a +7V. El pin de salida y el pin de alimentación deben permanecer dentro de este rango de voltaje en relación con la masa de salida (GND).
• Voltaje de Aislamiento (V_ISO):3750 V_rmsdurante 1 minuto. Este es el voltaje de prueba hi-pot aplicado entre los pines de entrada cortocircuitados (1-4) y los pines de salida cortocircuitados (5-8) para verificar la integridad de la barrera de aislamiento.
• Temperatura de Operación (T_OPR):-40°C a +85°C. Se garantiza que el dispositivo cumple con sus especificaciones eléctricas dentro de este rango de temperatura ambiente.

2.2 Características Eléctricas y de Transferencia

Estos parámetros están garantizados en el rango de temperatura de operación de 0°C a 70°C a menos que se indique lo contrario.

Características de Entrada:

• Voltaje Directo (V_F):Típicamente 1.45V, con un máximo de 1.8V a una corriente directa (I_F) de 16 mA. Esta es la caída de voltaje a través del LED cuando conduce.
• Coeficiente de Temperatura de V_F:Aproximadamente -1.9 mV/°C. El voltaje directo del LED disminuye a medida que aumenta la temperatura, lo cual es una característica típica de los diodos semiconductores.

Características de Salida:

• Corriente de Salida en Estado Alto Lógico (I_OH):Corriente de fuga muy baja (máx. 0.5 µA) cuando la entrada está apagada (I_F=0). Esto indica un buen estado "apagado".
• Corrientes de Alimentación: I_CCL(estado bajo lógico, entrada encendida) es típicamente 100 µA, mientras que I_CCH(estado alto lógico, entrada apagada) es mucho menor, típicamente 0.01 µA. Estos valores determinan el consumo de potencia en reposo de la etapa de salida.

Características de Transferencia:

• Relación de Transferencia de Corriente (CTR):Para el EL050L, la CTR se especifica entre el 7% y el 50% bajo condiciones de prueba estándar (I_F=16mA, V_O=0.4V, V_CC=3.3V, T_A=25°C). La CTR es la relación entre la corriente de colector del transistor de salida y la corriente directa del LED de entrada. Se garantiza una CTR mínima del 5% bajo condiciones ligeramente diferentes (V_O=0.5V). Este parámetro es crucial para asegurar que la salida pueda absorber suficiente corriente para llevar el voltaje de salida a un nivel bajo.
• Voltaje de Salida en Estado Bajo Lógico (V_OL):Típicamente 0.12V, con un máximo de 0.4V cuando I_F=16mA y la salida está absorbiendo 3 mA. Este bajo voltaje de saturación es esencial para una señalización limpia de nivel bajo lógico.

2.3 Características de Conmutación

Estos parámetros definen el rendimiento dinámico del fotocoplador, crítico para aplicaciones de alta velocidad. Las pruebas se realizan a I_F=16mA y V_CC=3.3V.

• Tiempos de Retardo de Propagación:
  • T_PHL(a Estado Bajo Lógico):Máximo 2.0 µs con una resistencia de carga (R_L) de 4.1kΩ. Se logra una conmutación más rápida (máx. 0.9 µs) con una carga más pequeña de 1.9kΩ. Este es el retardo desde que el LED de entrada se enciende hasta que el voltaje de salida cae a un nivel bajo lógico.
  • T_PLH(a Estado Alto Lógico):Similarmente, máximo 2.0 µs (4.1kΩ) y 0.9 µs (1.9kΩ). Este es el retardo desde que el LED de entrada se apaga hasta que el voltaje de salida sube a un nivel alto lógico.
• Inmunidad Transitoria en Modo Común (CMTI):Una métrica clave de robustez. El dispositivo se prueba para soportar un mínimo de 1000 V/μs (típico) de velocidad de cambio de voltaje en modo común (dV_CM/dt) manteniendo el estado lógico de salida correcto, tanto alto como bajo. La prueba utiliza un pulso en modo común de 10V pico a pico. Una CMTI alta evita el disparo falso por picos de ruido a través de la barrera de aislamiento.

3. Configuración de Pines y Descripción Funcional

El dispositivo utiliza un paquete SOP de 8 pines. La asignación de pines es la siguiente:

• Pines 1, 4:Sin Conexión (NC). Estos pines no están conectados internamente y pueden dejarse flotantes o conectados a masa para blindaje en el diseño del PCB.
• Pin 2:Ánodo del LED infrarrojo de entrada.
• Pin 3:Cátodo del LED infrarrojo de entrada.
• Pin 5:Masa (GND) para el circuito del lado de salida.
• Pin 6:Voltaje de Salida (V_OUT). Esta es la salida de colector abierto del fotodetector. Se requiere una resistencia de pull-up externa a V_CC.
• Pin 7:Voltaje de Estrobo o Polarización (V_B). Basado en la descripción ("salida estrobable"), este pin probablemente proporciona un medio para habilitar o deshabilitar la etapa de salida para reducir el ruido o para multiplexar múltiples dispositivos. La hoja de datos no proporciona información de aplicación detallada para este pin; se recomienda consultar las notas de aplicación del fabricante.
• Pin 8:Voltaje de Alimentación (V_CC) para el lado de salida. Acepta 3.3V o 5V.

4. Guías de Aplicación y Consideraciones de Diseño

4.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Aislamiento de Accionamiento de Compuerta en Variadores/Inversores de Motor:Aislando las señales PWM del microcontrolador de bajo voltaje de los circuitos de accionamiento de compuerta de alto voltaje y ruidosos para IGBTs o MOSFETs. La alta CMTI es esencial aquí.
• Aislamiento del Lazo de Retroalimentación en Fuentes de Alimentación Conmutadas (SMPS):Proporcionando retroalimentación aislada de voltaje/corriente desde el lado secundario (salida) al controlador del lado primario, asegurando seguridad y regulación.
• Aislamiento de Interfaces de Comunicación:Aislando líneas de datos serie (ej., RS-485, CAN, UART) para romper bucles de masa y proteger la lógica sensible de transitorios.
• Traducción de Niveles Lógicos y Separación de Masas:Interconexión entre sistemas con diferentes potenciales de masa o niveles de voltaje lógico (ej., de LVTTL 3.3V a CMOS 5V).
• Reemplazo de Transformadores de Pulso o Fotocopladores de Fototransistor más Lentos:Ofreciendo una solución más pequeña, más integrada y potencialmente más confiable con una velocidad comparable o mejor.

4.2 Consideraciones de Diseño Críticas

• Resistencia Limitadora de Corriente de Entrada:Siempre se debe usar una resistencia en serie con el LED de entrada para limitar la corriente directa (I_F) a un valor seguro, típicamente entre 5mA y 16mA según las condiciones de prueba de la hoja de datos. El valor de la resistencia se calcula como R_limit= (V_drive- V_F) / I_F.
• Resistencia de Pull-Up de Salida:La salida de colector abierto en el Pin 6 requiere una resistencia de pull-up externa a V_CC. El valor de esta resistencia (R_L) es una compensación crítica:
  • R_Lmás pequeña (ej., 1.9kΩ):Proporciona tiempos de subida más rápidos (menor T_PLH) y un pull-up más fuerte, pero aumenta la disipación de potencia cuando la salida está baja (I_OL= V_CC/R_L). Asegúrese de no exceder la capacidad de absorción de corriente de la salida.
  • R_Lmás grande (ej., 4.1kΩ o 10kΩ):Reduce el consumo de energía pero resulta en tiempos de subida más lentos y puede ser más susceptible a la captación de ruido.
• Desacoplamiento de la Fuente de Alimentación:Coloque un condensador cerámico de 0.1µF cerca de los pines 8 (V_CC) y 5 (GND) para proporcionar una fuente local de corriente de baja impedancia para la conmutación de alta velocidad y para filtrar el ruido.
• Diseño de PCB para Alta CMTI:Para mantener la alta inmunidad transitoria en modo común, minimice la capacitancia parásita a través de la barrera de aislamiento. Esto significa mantener las trazas de entrada y salida físicamente separadas en el PCB, evitar recorridos paralelos y seguir las distancias de fuga y separación recomendadas especificadas en los estándares de seguridad.
• Uso del Pin de Estrobo (V_B):Si no se requiere la función estrobable, este pin debe conectarse según la recomendación del fabricante, que a menudo es a V_CCo dejarlo flotante. La hoja de datos carece de orientación explícita, por lo que se necesita verificación.

5. Información Mecánica, de Empaquetado y Montaje

5.1 Dimensiones del Paquete y Montaje

El dispositivo está alojado en un paquete SOP (Small Outline Package) de 8 pines. La hoja de datos incluye un dibujo del paquete con dimensiones críticas (longitud, ancho, altura, paso de pines, etc.). Los diseñadores deben adherirse a estas dimensiones para la creación de la huella en el PCB.

Normalmente se proporciona un diseño de almohadilla recomendado para montaje superficial para garantizar la formación confiable de la junta de soldadura durante la soldadura por reflujo. Este diseño tiene en cuenta el alivio térmico y los filetes de soldadura adecuados.

5.2 Soldadura y Manipulación

• Soldadura por Reflujo:El dispositivo puede soportar una temperatura máxima de soldadura (T_SOL) de 260°C durante 10 segundos. Los perfiles de reflujo estándar sin plomo (IPC/JEDEC J-STD-020) son generalmente aplicables.
• Sensibilidad a la Humedad:Los paquetes SOP son típicamente sensibles a la humedad. Si el dispositivo se suministra en un paquete seco, debe hornearse de acuerdo con las instrucciones del fabricante si se excede el límite de tiempo de exposición antes de la soldadura.
• Condiciones de Almacenamiento:El rango de temperatura máxima absoluta de almacenamiento es de -40°C a +125°C. Almacenar en un ambiente seco y antiestático.

6. Información de Pedido y Diferenciación de Modelos

El número de parte sigue el formato:EL050L(Z)-V

• EL050L:Número de parte base de la serie.
• (Z):Opción de cinta y carrete.
  • Ninguno: Empaquetado en tubos de 100 unidades.
  • (TA): Cinta y carrete tipo TA, 2000 unidades por carrete.
  • (TB): Cinta y carrete tipo TB, 2000 unidades por carrete.
• -V:Sufijo opcional que indica que el dispositivo está certificado según estándares VDE. Si se omite, el dispositivo tiene aprobaciones estándar (UL, cUL, etc.).

Ejemplos:

• EL050L:Parte estándar en tubo.
• EL050L-V:Parte certificada VDE en tubo.
• EL050L(TA)-V:Parte certificada VDE en cinta y carrete tipo TA.

7. Comparación Técnica y Preguntas Frecuentes

7.1 Comparación con Otros Tipos de Aisladores

• vs. Fotocopladores de Fototransistor Tradicionales:El EL050L es significativamente más rápido (1Mbit/s vs. a menudo <100kbit/s) debido a su etapa de salida de puerta lógica integrada, que acciona activamente la salida en lugar de depender de un fototransistor pasivo.
• vs. Aisladores Digitales (basados en CMOS):Los aisladores digitales usan acoplamiento RF o capacitivo y pueden lograr velocidades mucho más altas (ej., 100Mbit/s+) y menor consumo de energía. Sin embargo, fotocopladores como el EL050L generalmente ofrecen un voltaje de aislamiento inherente más alto y una confiabilidad a largo plazo debido a su aislamiento óptico galvánico, que es inmune a los campos magnéticos.
• vs. Transformadores de Pulso:El EL050L proporciona una traducción de nivel DC estático, mientras que los transformadores solo pasan señales AC. También es más pequeño y no requiere circuitos de accionamiento complejos para dar forma a la señal.

7.2 Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros)

P: ¿Puedo accionar el LED de entrada directamente desde un pin de microcontrolador de 5V?

R: No. Debe usar una resistencia limitadora de corriente. Para un pin de MCU de 5V, V_drive=5V. Suponiendo V_F≈1.5V y una I_Fdeseada=10mA, R_limit= (5V - 1.5V) / 0.01A = 350Ω. Una resistencia de 330Ω o 360Ω sería adecuada.

P: ¿Qué valor de resistencia de pull-up (R_L) debo usar en la salida?

R: Depende de sus requisitos de velocidad y potencia. Para máxima velocidad, use 1.9kΩ (si V_CC=3.3V, I_OL≈1.7mA). Para menor potencia y velocidad moderada, 4.7kΩ o 10kΩ es común. Verifique que el umbral de nivel bajo lógico (V_IL) de su carga esté seguramente por encima del V_OLdel fotocoplador en su I_OL.

elegida.

P: La CTR tiene un rango amplio (7% a 50%). ¿Cómo afecta esto a mi diseño?_FR: Debe diseñar para el peor caso de CTR mínima (5% bajo la condición específica de la hoja de datos) para asegurar que la salida siempre pueda absorber suficiente corriente para alcanzar un voltaje de nivel bajo lógico válido. Si su margen de diseño es insuficiente con la CTR mínima, puede necesitar aumentar la corriente del LED de entrada (I

).

P: ¿Es suficiente la clasificación de aislamiento de 3750Vrms para mi aplicación industrial?

R: 3750Vrms es una clasificación estándar para aislamiento funcional en muchos sistemas de control industrial. Para aislamiento reforzado o aplicaciones con voltajes de red más altos (ej., 480VAC trifásico), debe verificar los estándares de seguridad específicos (IEC/UL 60747-5-5) para asegurar que las clasificaciones del dispositivo cumplan con el voltaje de trabajo requerido, el grado de contaminación y los criterios del grupo de materiales.

8. Principio de Operación y Tendencias Tecnológicas

8.1 Principio de Funcionamiento

El EL050L opera bajo el principio fundamental de conversión optoelectrónica. Cuando se aplica una corriente directa al LED infrarrojo del lado de entrada (pines 2-3), este emite fotones. Estos fotones viajan a través de una barrera de aislamiento transparente (típicamente un compuesto de silicona o plástico moldeado) e inciden en el área fotosensible del detector integrado en el lado de salida. El circuito detector, que incluye un fotodiodo y una etapa de ganancia (probablemente un amplificador de transimpedancia y un comparador/puerta lógica), convierte la señal de luz nuevamente en una señal eléctrica. La característica "estrobable" en el pin 7 sugiere una entrada de control adicional a esta etapa de salida, posiblemente habilitando la salida para reducir la potencia o permitir el uso compartido del bus. La ventaja clave es la ausencia total de conexión galvánica (eléctrica) entre los dos lados, proporcionando alto aislamiento de voltaje e inmunidad al ruido.

8.2 Tendencias de la Industria