Hoja de Datos Técnica en Español - Fotocoplador de Transistor de Alta Velocidad 1Mbit/s Serie EL045X EL050X - Paquete SO-8 - Voltaje 5V/15V/30V

1. Descripción General del Producto

Las series EL045X y EL050X son fotocopladores (optoacopladores) de transistor de salida y alta velocidad, diseñados para aislamiento de señales en circuitos electrónicos exigentes. Cada dispositivo integra un diodo emisor de luz infrarroja (LED) acoplado ópticamente a un transistor fotodetector de alta velocidad. Una característica arquitectónica clave es la conexión separada proporcionada para la polarización del fotodiodo y el colector del transistor de salida. Este diseño mejora significativamente la velocidad de conmutación al reducir la capacitancia base-colector del transistor de entrada en comparación con los fotocopladores de fototransistor convencionales. Los dispositivos están encapsulados en un paquete Small Outline (SOP) compacto de 8 pines que se ajusta a la huella estándar SO-8, lo que los hace adecuados para aplicaciones con espacio limitado.

La ventaja principal de esta serie radica en su combinación de capacidad de transmisión de datos de alta velocidad (hasta 1 Mbit/s) y un aislamiento eléctrico robusto. Ofrecen una alta inmunidad transitoria en modo común (CMTI), particularmente la variante EL0453 que garantiza un mínimo de 15 kV/µs, lo que los hace ideales para entornos ruidosos como accionamientos de motores y fuentes de alimentación conmutadas. La serie se caracteriza por un amplio rango de temperatura de funcionamiento, cumplimiento con estándares internacionales de seguridad y medio ambiente (UL, cUL, VDE, RoHS, Libre de Halógenos, REACH), y está disponible en diferentes grados de relación de transferencia de corriente (CTR) para adaptarse a diversas necesidades de aplicación.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

2.1 Especificaciones Absolutas Máximas

Estas especificaciones definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente en el dispositivo. No se recomienda operar el dispositivo continuamente en o cerca de estos límites.

• Entrada (Lado del LED):La corriente directa continua máxima (I_F) es de 25 mA. Puede manejar una corriente directa pico (I_FP) de 50 mA en condiciones pulsadas (ciclo de trabajo del 50%, ancho de pulso de 1ms). Se permite una corriente transitoria pico muy alta (I_Ftrans) de 1A para pulsos muy cortos (≤ 1µs, 300 pps). El voltaje inverso máximo (V_R) es de 5V.
• Salida (Lado del Detector):La corriente de salida promedio (I_O(AVG)) no debe exceder los 8 mA, con un límite de corriente de salida pico (I_O(PK)) de 16 mA. El voltaje de salida (V_O) puede variar de -0.5V a +20V, y el voltaje de alimentación (V_CC) de -0.5V a +30V.
• Aislamiento y Térmico:Los dispositivos proporcionan un alto voltaje de aislamiento (V_ISO) de 3750 V_rms(probado durante 1 minuto). El rango de temperatura de funcionamiento (T_OPR) es excepcionalmente amplio, desde -55°C hasta +100°C. La temperatura máxima de soldadura es de 260°C durante 10 segundos.

2.2 Características Eléctricas y de Transferencia

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

• Características de Entrada:El voltaje directo típico (V_F) del LED es de 1.45V a una corriente directa (I_F) de 16 mA, con un máximo de 1.8V. El voltaje directo tiene un coeficiente de temperatura negativo de aproximadamente -1.9 mV/°C.
• Características de Salida:Los parámetros clave incluyen la Corriente de Salida en Estado Alto Lógico (I_OH), que es muy baja (nivel de fuga, típicamente 0.001 µA a V_CC=5.5V), y las corrientes de alimentación en estado bajo lógico (I_CCL, ~140 µA) y estado alto lógico (I_CCH, ~0.01 µA).
• Relación de Transferencia de Corriente (CTR):Este es un parámetro crítico que define la eficiencia del optoacoplador. La serie se ofrece en diferentes grados de CTR:
  • EL0500:CTR mín. 7%, máx. 50% (prueba típica: I_F=16mA, V_O=0.4V).
  • EL0501 / EL0452 / EL0453:CTR mín. 19%, máx. 50% (prueba típica: I_F=16mA, V_O=0.4V).
  También se especifica un CTR mínimo garantizado en condiciones específicas (ej., 5% para EL0500, 15% para otros a V_O=0.5V), asegurando la funcionalidad en condiciones menos ideales.
• Voltaje de Salida en Estado Bajo Lógico (V_OL):El voltaje máximo en la salida cuando el dispositivo está en estado "ON". Es típicamente 0.18V y se garantiza que esté por debajo de 0.4V o 0.5V dependiendo de la corriente de carga (I_O).

2.3 Características de Conmutación

Medidas en condiciones estándar (I_F=16mA, V_CC=5V, T_A=0 a 70°C), estos parámetros definen la velocidad del dispositivo.

• Retardo de Propagación:
  • EL0500:El tiempo de retardo de propagación a estado bajo lógico (t_PHL) y a estado alto lógico (t_PLH) es máximo 2.0 µs con una resistencia de carga (R_L) de 4.1 kΩ.
  • EL0501 / EL0452 / EL0453:Conmutación más rápida con t_PHLy t_PLHmáximo 1.0 µs usando una resistencia de carga de 1.9 kΩ.
• Inmunidad Transitoria en Modo Común (CMTI):Esto mide la capacidad del dispositivo para rechazar transitorios de voltaje rápidos entre sus tierras de entrada y salida. Es un parámetro crucial para la inmunidad al ruido en sistemas aislados.
  • EL0453:Ofrece un rendimiento superior con una CMTImínima garantizadade 15,000 V/µs a un voltaje en modo común (V_CM) de 1500V pico a pico.
  • EL0500 / EL0501 / EL0452:Tienen una CMTItípicade 1,000 V/µs a V_CM=10V p-p.
  La CMTI se especifica por separado para la salida mantenida en estado alto lógico (CM_H) y estado bajo lógico (CM_L).

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a curvas características electro-ópticas típicas. Aunque los gráficos específicos no se proporcionan en el texto, las curvas estándar para tales dispositivos suelen incluir:

• Relación de Transferencia de Corriente (CTR) vs. Corriente Directa (I_F):Muestra cómo cambia la eficiencia con la corriente de excitación del LED, generalmente alcanzando un pico en un I_F.
• específico. CTR vs. Temperatura Ambiente (T_A):Ilustra la dependencia de la temperatura de la eficiencia de acoplamiento, que generalmente disminuye a medida que aumenta la temperatura.
• Retardo de Propagación vs. Resistencia de Carga (R_L):Demuestra cómo la velocidad de conmutación se ve afectada por la carga de salida.
• Voltaje Directo (V_F) vs. Corriente Directa (I_F):La curva I-V estándar para el LED de entrada.
• Voltaje de Saturación de Salida vs. Corriente de Salida:Muestra la relación entre el voltaje colector-emisor y la corriente cuando el fototransistor está saturado.

Estas curvas son esenciales para que los diseñadores optimicen el rendimiento del circuito, seleccionen puntos de operación apropiados y comprendan el comportamiento del dispositivo en condiciones no estándar.

4. Información Mecánica y del Paquete

4.1 Configuración y Función de Pines

El dispositivo utiliza un paquete SOP de 8 pines. Hay dos configuraciones principales de asignación de pines correspondientes a diferentes números de parte:

• Para EL0500 / EL0501:
  1. Sin Conexión
  2. Ánodo (LED +)
  3. Cátodo (LED -)4. Sin Conexión5. Tierra (GND)6. Salida (V_OUT)7. Voltaje de Polarización (V_B) - Este pin es clave para mejorar la velocidad.8. Voltaje de Alimentación (V_CC)
• Para EL0452 / EL0453:
  1. Sin Conexión
  2. Ánodo (LED +)
  3. Cátodo (LED -)4. Sin Conexión5. Tierra (GND)6. Salida (V_OUT)7. Sin Conexión8. Voltaje de Alimentación (V_CC)

La presencia del pin V_B(Pin 7) en los EL0500/01 permite la polarización externa del fotodiodo, que es el mecanismo para lograr una mayor velocidad. Es probable que las variantes EL0452/43 tengan esta red de polarización configurada internamente.

5. Guías de Aplicación

5.1 Circuitos de Aplicación Típicos

La hoja de datos incluye circuitos de prueba de referencia para medir el tiempo de conmutación y la inmunidad transitoria en modo común (Figuras 8 y 9). Estos circuitos sirven como guía para la implementación:

• Circuito de Prueba de Tiempo de Conmutación:Normalmente implica excitar el LED de entrada con un generador de pulsos a través de una resistencia limitadora de corriente. La salida se conecta a V_CCa través de una resistencia de pull-up (R_L= 4.1kΩ o 1.9kΩ según se especifique) y se monitorea con un osciloscopio. El retardo de propagación se mide entre los puntos del 50% de las formas de onda de entrada y salida.
• Circuito de Prueba de Inmunidad Transitoria:Implica aplicar un pulso en modo común de alto voltaje y rápido ascenso (V_CM) entre los pines de entrada cortocircuitados (1-4) y los pines de salida cortocircuitados (5-8). Se monitorea el estado de salida para asegurar que no conmute erróneamente debido al transitorio.

5.2 Consideraciones de Diseño

• Limitación de Corriente del LED:Debe usarse una resistencia externa en serie con el LED de entrada para establecer la corriente directa (I_F). El valor se calcula en función del voltaje de alimentación, el voltaje directo del LED (V_F) y la I_Fdeseada (a menudo 16 mA para una velocidad/CTR óptima).
• Resistencia de Carga de Salida (R_L):La elección de la resistencia de pull-up afecta la velocidad de conmutación, el consumo de energía y los niveles lógicos. Una R_Lmás pequeña proporciona tiempos de subida más rápidos pero aumenta la disipación de potencia cuando la salida está baja. La hoja de datos especifica condiciones de prueba con R_L=4.1kΩ para EL0500 y 1.9kΩ para los demás.
• Inmunidad al Ruido:Para aplicaciones en entornos eléctricamente ruidosos (accionamientos de motores, controles industriales), seleccionar la variante EL0453 por su alta CMTI garantizada es crítico. Un diseño de PCB adecuado, con trazas cortas y condensadores de desacoplamiento cerca de los pines del dispositivo, también es esencial.
• Degradación de la CTR:Como todos los optoacopladores, la CTR de estos dispositivos disminuirá gradualmente con el tiempo, especialmente cuando se opera a altas temperaturas y altas corrientes del LED. El diseño debe incluir un margen suficiente para garantizar la funcionalidad del circuito durante la vida útil prevista del producto.

6. Comparativa Técnica y Guía de Selección

La serie EL045X/EL050X ofrece una gama de opciones adaptadas a diferentes necesidades:

• EL0500 vs. EL0501 / EL0452 / EL0453:La diferencia principal es la Relación de Transferencia de Corriente (CTR). El EL0500 tiene una CTR mínima más baja (7% vs. 19%), lo que lo hace adecuado para aplicaciones donde la corriente de excitación de entrada puede ser mayor. Los otros ofrecen mayor sensibilidad.
• EL0453 vs. Otros:El EL0453 se destaca debido a su Inmunidad Transitoria en Modo Comúnmínima garantizadade 15 kV/µs. Esto lo convierte en la opción preferida para aplicaciones de aislamiento de alto ruido como bucles de realimentación de fuentes conmutadas o excitación de puertas de inversores en accionamientos de motores, donde los picos de voltaje son comunes. Las otras variantes especifican una CMTI típica de 1000 V/µs.
• Configuración de Pines:Los EL0500/01 tienen un pin V_Bactivo (7), mientras que los EL0452/43 lo tienen como NC. Esto refleja diferencias arquitectónicas internas para la optimización de velocidad.

Resumen de Selección:Elija EL0453 para la máxima inmunidad al ruido. Elija EL0501/EL0452 para mayor sensibilidad y velocidad estándar. Elija EL0500 para aplicaciones sensibles al costo donde una CTR más baja es aceptable y la corriente de excitación no es una limitación.

7. Información de Empaquetado y Pedido

Los dispositivos están disponibles en diferentes opciones de empaquetado para adaptarse a las necesidades de producción.

• Empaquetado Estándar:100 unidades por tubo.
• Opciones de Cinta y Carrete:Disponible en tipos de carrete TA o TB, que contienen 2000 unidades por carrete. Esto es adecuado para el montaje superficial automatizado.
• Opción VDE:Las piezas se pueden pedir con certificación VDE (indicada por el sufijo "-V").
• Numeración de Parte:El número de parte sigue el formato: EL050X(Z)-V o EL045X(Z)-V, donde:
  • X = Número de dispositivo (0,1 para EL050x; 2,3 para EL045x).
  • Z = Opción de cinta y carrete (TA, TB, o en blanco para tubo).
  • -V = Certificación VDE opcional.
  Ejemplo: EL0453(TA)-V denota un dispositivo EL0453 en empaquetado de cinta y carrete TA con aprobación VDE.

8. Principio de Funcionamiento

El dispositivo opera bajo el principio de acoplamiento óptico para aislamiento eléctrico. Una señal eléctrica aplicada al lado de entrada hace que el LED infrarrojo emita luz proporcional a la corriente. Esta luz atraviesa un espacio aislante (típicamente un dieléctrico transparente) e incide en el fotodetector del lado de salida. En esta serie, el detector es un diodo fotosensible conectado a la base de un transistor de alta velocidad. El pin de polarización separado (V_Ben algunas variantes) permite polarizar previamente el fotodiodo, lo que minimiza su capacitancia de unión. Cuando la luz incide en el fotodiodo, genera una corriente que excita directamente la base del transistor, encendiéndolo. Este diseño evita la gran capacitancia Miller asociada con la unión base-colector de un fototransistor estándar, permitiendo velocidades de conmutación mucho más rápidas, hasta 1 Mbit/s. La ruta óptica proporciona aislamiento galvánico, bloqueando altos voltajes (hasta 3750 V_rms) y rechazando el ruido en modo común entre los circuitos de entrada y salida.

9. Escenarios de Aplicación

• Bucles de Realimentación en Fuentes de Alimentación Conmutadas (SMPS):Proporcionando realimentación de voltaje aislada desde el lado secundario al controlador del lado primario, requiriendo tanto velocidad para la estabilidad del bucle como alta CMTI para soportar el ruido de conmutación.
• Aislamiento en Inversores para Accionamiento de Motores:Aislando señales de excitación de puerta para IGBTs o MOSFETs en variadores de frecuencia. La alta CMTI del EL0453 es esencial aquí para evitar disparos falsos por transitorios de alto dv/dt.
• Interfaces de Comunicación Industrial:Actuando como receptores de línea para redes aisladas RS-485, CAN o Profibus, protegiendo circuitos lógicos sensibles de bucles de tierra y sobretensiones.
• Equipos de Telecomunicaciones:Proporcionando aislamiento de señal en tarjetas de línea o módulos de interfaz.
• Reemplazo para Fotocopladores de Fototransistor de Baja Velocidad:Actualizando diseños existentes para lograr mayores tasas de datos sin cambiar la huella de la placa (compatible con SO-8).
• Control de Electrodomésticos:Aislando microcontroladores de interfaz de usuario de las secciones de conmutación de potencia (ej., en lavadoras, aires acondicionados).

10. Preguntas Frecuentes (FAQ)

P1: ¿Cuál es la principal diferencia entre el EL0500 y el EL0501?

R1: La diferencia principal es la Relación de Transferencia de Corriente (CTR) mínima garantizada. El EL0500 tiene una CTR mínima más baja (7% en condiciones especificadas) en comparación con el EL0501 (19%). Esto significa que el EL0501 es más sensible y puede operar con una corriente de LED de entrada ligeramente más baja para lograr la misma salida, pero el EL0500 puede ser suficiente y más rentable en circuitos diseñados para corrientes de excitación más altas.

P2: ¿Cuándo debo elegir específicamente la variante EL0453?

R2: Debe elegir el EL0453 cuando su aplicación opere en un entorno con ruido eléctrico muy alto y transitorios de voltaje rápidos entre las tierras aisladas. Su Inmunidad Transitoria en Modo Comúnmínima garantizadade 15 kV/µs lo hace esencial para un funcionamiento confiable en accionamientos de motores, fuentes de alimentación conmutadas de alta potencia o sistemas de control industrial donde otras variantes podrían experimentar conmutaciones falsas.

P3: ¿Cómo selecciono el valor para la resistencia limitadora de corriente del LED (R_serie)?

R3: Use la ley de Ohm: R_serie= (V_{alimentación}- V_F) / I_F. V_Fes el voltaje directo del LED (use 1.8V máx. para margen de diseño). I_Fes su corriente de operación deseada (16 mA es una condición de prueba común para un rendimiento óptimo). Para una alimentación de 5V: R_serie≈ (5V - 1.8V) / 0.016A ≈ 200 Ω. Siempre verifique la disipación de potencia en la resistencia.

P4: ¿Puedo usar estos fotocopladores para aislamiento de señales analógicas?

R4: Aunque es posible, están diseñados principalmente para aislamiento de señales digitales (encendido/apagado) debido a su salida de transistor y características de CTR no lineales. Para aislamiento analógico lineal, un optoacoplador lineal dedicado o un amplificador de aislamiento sería una opción más apropiada.

P5: ¿Cuál es el propósito del pin V_Ben el EL0500/01?

R5: El pin V_Bse utiliza para aplicar un voltaje de polarización al fotodiodo interno. Polarizar adecuadamente el fotodiodo reduce su capacitancia de unión, que es un factor limitante principal de velocidad. Esta red de polarización externa es lo que permite el alto rendimiento en velocidad (1 Mbit/s) de estos dispositivos en comparación con los fotocopladores de fototransistor simples.