Hoja de Datos de la Serie 6N135 6N136 EL450x - Fotocoplador de Transistor de Alta Velocidad 1Mbit/s en Cápsula DIP-8 - Aislamiento 5000Vrms - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

Los modelos 6N135, 6N136, EL4502 y EL4503 conforman una familia de fotocopladores (optoaisladores) de salida de transistor de alta velocidad, diseñados para aplicaciones que requieren aislamiento rápido de señales digitales. Cada dispositivo integra un diodo emisor de luz infrarroja (LED) acoplado ópticamente a un fototransistor detector de alta velocidad. La ventaja principal de esta serie radica en su patillaje dedicado, que separa la polarización del fotodiodo y el colector del transistor de salida. Esta elección arquitectónica reduce significativamente la capacitancia base-colector del transistor de entrada, permitiendo velocidades de conmutación de hasta 1 Megabit por segundo (1Mbit/s), lo que es órdenes de magnitud más rápido que los fotocopladores convencionales basados en fototransistores.

Los dispositivos se ofrecen en una cápsula estándar DIP de 8 pines (Dual In-line Package) y están disponibles con opciones de espaciado de patillas ancho y configuraciones para montaje superficial. Están caracterizados para operar en un amplio rango de temperaturas y cumplen con los principales estándares internacionales de seguridad, lo que los hace adecuados para aplicaciones en electrónica industrial, telecomunicaciones y de potencia.

2. Interpretación Objetiva de los Parámetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

Los Valores Máximos Absolutos definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No se recomienda operar el dispositivo continuamente en o cerca de estos límites. Las especificaciones clave incluyen:

• Corriente Directa de Entrada (I_F): 25 mA continuos. La corriente directa de pico (I_FP) está especificada en 50 mA para pulsos con un ciclo de trabajo del 50% y un ancho de pulso de 1ms.
• Voltaje Inverso (V_R): Máximo 5 V a través del LED de entrada.
• Voltaje de Salida (V_O): Rango de -0.5 V a +20 V en el pin de salida.
• Voltaje de Alimentación (V_CC): Rango de -0.5 V a +30 V para la fuente de alimentación del lado de salida.
• Voltaje de Aislamiento (V_ISO): 5000 V_rmsdurante 1 minuto. Este es un parámetro de seguridad crítico, probado cortocircuitando los pines del lado de entrada (1-4) entre sí y los pines del lado de salida (5-8) entre sí.
• Temperatura de Operación (T_OPR): -55°C a +100°C. Este amplio rango garantiza un rendimiento fiable en entornos hostiles.
• Disipación de Potencia Total (P_TOT): 200 mW, combinando los límites de potencia de entrada y salida.

2.2 Características Eléctricas y de Transferencia

Estos parámetros están garantizados en el rango de temperatura de operación de 0°C a 70°C, salvo que se indique lo contrario. Definen el rendimiento del dispositivo en condiciones normales de operación.

• Voltaje Directo (V_F): Típicamente 1.45V con I_F= 16 mA. Esto es importante para diseñar el circuito limitador de corriente del lado de entrada.
• Relación de Transferencia de Corriente (CTR): Es la relación entre la corriente de colector del transistor de salida y la corriente directa del LED de entrada, expresada como porcentaje. El 6N135 tiene un CTR mínimo del 7% (escenario típico), mientras que el 6N136, EL4502 y EL4503 tienen un mínimo del 19%. Este parámetro afecta directamente a la corriente de excitación requerida para una corriente de salida dada.
• Voltaje de Salida en Estado Bajo Lógico (V_OL): El voltaje en el pin de salida cuando el dispositivo está en estado "ON". Para el 6N135, se garantiza que esté por debajo de 0.4V (máx.) con I_F=16mA e I_O=1.1mA. Para el 6N136/EL450x, está por debajo de 0.4V con I_O=3mA. Un V_OLbajo es crucial para señales lógicas bajas limpias.
• Corrientes de Alimentación (I_CCL, I_CCH): I_CCLes la corriente consumida desde V_CCcuando la salida está baja (LED encendido), típicamente 140 µA. I_CCHes la corriente cuando la salida está alta (LED apagado), típicamente 0.01 µA, lo que indica un consumo de potencia muy bajo en estado de reposo.

3. Características de Conmutación

Estos parámetros cuantifican la velocidad del dispositivo, que es su principal diferenciador. Las pruebas se realizan con I_F=16mA y V_CC=5V.

• Retardo de Propagación (t_PHL, t_PLH): Es el retardo de tiempo entre el flanco de la señal de entrada y la respuesta correspondiente en la salida.
  • 6N135: t_PHL(a Bajo) es típicamente 0.35 µs (máx. 2.0 µs); t_PLH(a Alto) es típicamente 0.5 µs (máx. 2.0 µs) con R_L=4.1kΩ.
  • 6N136/EL450x: t_PHLes típicamente 0.35 µs (máx. 1.0 µs); t_PLHes típicamente 0.3 µs (máx. 1.0 µs) con R_L=1.9kΩ.
  Estos retardos de propagación rápidos permiten una transmisión de datos fiable a 1Mbit/s.
• Inmunidad a Transitorios en Modo Común (CM_H, CM_L): Mide la capacidad del dispositivo para rechazar transitorios de voltaje rápidos (ruido) que aparecen por igual en ambos lados de la barrera de aislamiento. Se especifica en Voltios por microsegundo (V/µs).
  • 6N135/6N136/EL4502: Mínimo 1000 V/µs para ambos estados, alto y bajo.
  • EL4503: Significativamente mayor, con un valor típico de 20,000 V/µs y un mínimo de 15,000 V/µs, lo que lo hace ideal para entornos muy ruidosos como los de accionamientos de motores.

4. Información Mecánica y de Cápsula

4.1 Configuración de Pines

Los dispositivos utilizan una cápsula DIP de 8 pines. El patillaje difiere ligeramente entre el 6N135/6N136 y el EL4502/EL4503, principalmente en la función del pin 7.

Para 6N135 / 6N136:

1. Sin Conexión (NC)
2. Ánodo (Ánodo del LED de Entrada)
3. Cátodo (Cátodo del LED de Entrada)
4. Sin Conexión (NC)
5. Tierra (Tierra del lado de salida, GND)
6. Voltaje de Salida (V_OUT)
7. Voltaje de Polarización (V_B) - Este pin proporciona una conexión separada para polarizar el fotodiodo interno, lo cual es clave para lograr alta velocidad.
8. Voltaje de Alimentación (V_CC)

Para EL4502 / EL4503:

1. Sin Conexión (NC)
2. Ánodo (Ánodo del LED de Entrada)
3. Cátodo (Cátodo del LED de Entrada)
4. Sin Conexión (NC)
5. Tierra (Tierra del lado de salida, GND)
6. Voltaje de Salida (V_OUT)
7. Sin Conexión (NC) - Nota: El pin 7 no está conectado en estas variantes.
8. Voltaje de Alimentación (V_CC)

5. Sugerencias de Aplicación

5.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Receptores de Línea y Equipos de Telecomunicaciones: Aislamiento de líneas de datos digitales (ej., RS-232, RS-485) para evitar bucles de masa y proteger circuitos sensibles de sobretensiones.
• Aislamiento de Transistores de Potencia en Accionamientos de Motores y Fuentes de Alimentación Conmutadas (SMPS): Proporcionar señales de excitación de puerta a MOSFETs/IGBTs de potencia en lado alto manteniendo el aislamiento galvánico. La alta inmunidad a transitorios en modo común (especialmente del EL4503) es crítica aquí.
• Aislamiento de Masa en Lógica de Alta Velocidad: Romper bucles de masa entre subsistemas digitales que operan a diferentes potenciales, evitando el acoplamiento de ruido.
• Sustitución de Fotocopladores de Fototransistor de Baja Velocidad: Actualizar diseños existentes para mayores tasas de datos sin cambios importantes en el circuito.
• Electrodomésticos y Controles Industriales: Aislar microcontroladores de interfaz de usuario de las etapas de potencia.

5.2 Consideraciones de Diseño

• Limitación de Corriente de Entrada: Se debe usar una resistencia externa en serie con el LED de entrada para limitar la corriente directa (I_F) al valor deseado, típicamente alrededor de 16 mA para una velocidad y CTR óptimos. El valor de la resistencia se calcula como (Voltaje de Alimentación - V_F) / I_F.
• Resistencia de Pull-Up de Salida: Se requiere una resistencia de pull-up (R_L) entre V_OUT(pin 6) y V_CC(pin 8). Su valor afecta tanto a la velocidad de conmutación como a la capacidad de corriente de salida. La hoja de datos especifica condiciones de prueba con R_L=4.1kΩ para el 6N135 y 1.9kΩ para el 6N136/EL450x. Valores más bajos aumentan la velocidad pero también la disipación de potencia.
• Condensadores de Desacoplo: Coloque un condensador cerámico de 0.1 µF cerca de los pines V_CCy GND en el lado de salida para desacoplar el ruido de alta frecuencia.
• Diseño de Placa para Alto CMR: Para mantener un alto rechazo en modo común, minimice la capacitancia parasitaria entre los lados de entrada y salida en el diseño de la placa de circuito. Mantenga las trazas a cada lado de la barrera de aislamiento bien separadas.

6. Comparativa Técnica y Guía de Selección

Las principales diferencias dentro de esta serie están en la Relación de Transferencia de Corriente (CTR) y el Rechazo en Modo Común (CMR).

• 6N135 vs. 6N136/EL4502: El 6N135 tiene un CTR mínimo más bajo (7% vs. 19%). Esto significa que puede requerir una corriente de entrada ligeramente mayor para lograr el mismo rango de corriente de salida. El 6N136/EL4502 ofrece un mejor margen.
• EL4503 vs. Otros: El EL4503 destaca por su excepcionalmente alta inmunidad a transitorios en modo común (15,000 V/µs mín.). Esto lo convierte en la opción preferida para aplicaciones con ruido eléctrico extremadamente alto, como en variadores de frecuencia (VFD) o controladores de motores industriales, donde son comunes los picos de voltaje rápidos (dV/dt).
• Resumen de Selección:
  • Para aislamiento de alta velocidad de propósito general con buen CTR: Elija 6N136 o EL4502.
  • Si el costo es un factor principal y un CTR más bajo es aceptable: El 6N135 puede ser suficiente.
  • Para los entornos de electrónica de potencia más exigentes y ruidosos: El EL4503 está específicamente diseñado para este papel.

7. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Cuál es la principal ventaja de este fotocoplador frente a un 4N35 estándar?

R: Velocidad. La arquitectura con pin de polarización dedicado (V_Ben 6N135/136) reduce la capacitancia interna, permitiendo operar a 1Mbit/s, mientras que un fotocoplador de fototransistor estándar como el 4N35 suele estar limitado a menos de 100 kbit/s.

P: ¿Puedo usar una sola fuente de alimentación de 5V para ambos lados, entrada y salida?

R: Eléctricamente, sí, pero esto anula el propósito del aislamiento. Para un aislamiento verdadero, el lado de entrada (LED) y el lado de salida (detector, V_CC, GND) deben ser alimentados por fuentes de alimentación separadas y no conectadas, o desde un convertidor DC-DC aislado.

P: ¿Por qué hay dos valores recomendados diferentes para la resistencia de pull-up (4.1kΩ vs. 1.9kΩ)?

R: Las diferentes especificaciones de CTR de los dispositivos conducen a diferentes puntos de operación óptimos. El 6N135, con CTR más bajo, usa una resistencia de pull-up más alta para limitar la corriente de salida para una especificación dada de voltaje bajo de salida, logrando aún así la velocidad objetivo. El 6N136/EL450x, con CTR más alto, puede usar un valor de resistencia más bajo, lo que puede mejorar aún más la velocidad de conmutación.

P: ¿Qué significa "libre de plomo y compatible con RoHS" para mi proceso de ensamblaje?

R: Significa que el dispositivo se fabrica sin plomo (Pb) y cumple con la directiva de Restricción de Sustancias Peligrosas. Esto permite su uso en productos vendidos en regiones con estas regulaciones ambientales. La especificación de temperatura de soldadura (260°C durante 10 segundos) está indicada para procesos de soldadura sin plomo.

8. Introducción al Principio de Funcionamiento

Un fotocoplador de salida de transistor opera bajo el principio de aislamiento óptico. Una corriente eléctrica aplicada al lado de entrada hace que un Diodo Emisor de Luz infrarroja (LED) emita luz. Esta luz viaja a través de un pequeño espacio dentro de la cápsula e incide en la región base de un fototransistor en el lado de salida. Los fotones entrantes generan pares electrón-hueco en la base, actuando efectivamente como una corriente de base. Esta "corriente de base óptica" enciende el transistor, permitiendo que una corriente de colector mucho mayor fluya desde V_CChasta el pin de salida, llevándolo a nivel bajo a través del transistor. Cuando la corriente de entrada es cero, el LED está apagado, no incide luz en el transistor y éste permanece en estado de apagado, permitiendo que el pin de salida sea llevado a nivel alto por la resistencia externa. La clave para la alta velocidad en esta serie es la conexión separada para el fotodiodo interno que alimenta la base del transistor, lo que minimiza la capacitancia Miller que normalmente ralentiza a los fototransistores.

9. Información de Empaquetado y Pedido

Los dispositivos siguen un esquema específico de numeración de piezas:6N13XY(Z)-VoEL450XY(Z)-V.

• X: Identificador del número de pieza (5 o 6 para la serie 6N; 2 o 3 para la serie EL450).
• Y: Opción de forma de patilla.
  • Ninguno: DIP-8 estándar (espaciado de filas de 0.3"), empaquetado en tubos de 45 unidades.
  • M: Patillas dobladas con espaciado ancho (0.4"), empaquetado en tubos de 45 unidades.
  • S: Forma de patilla para montaje superficial.
• Z: Opción de cinta y carrete (ej., TA). Se usa con la opción 'S' para piezas SMD, típicamente 1000 unidades por carrete.
• V: Sufijo opcional que indica que se incluye la aprobación VDE.