Hoja de Datos Técnica en Español - Fotocoplador de Transistor de Alta Velocidad 1Mbit/s en Cápsula DIP de 8 Pines de Cuerpo Ancho ELW135 ELW136 ELW4503

1. Descripción General del Producto

Los ELW135, ELW136 y ELW4503 son fotocopladores (aisladores ópticos) de salida de transistor de alta velocidad, diseñados para aplicaciones que requieren aislamiento rápido de señales. Cada dispositivo integra un diodo emisor de infrarrojos acoplado ópticamente a un fototransistor detector 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, ofreciendo un rendimiento varias veces mejor que los fotocopladores de fototransistor convencionales. Los dispositivos se alojan en una cápsula DIP (Dual In-line Package) de 8 pines de cuerpo ancho, disponibles en opciones de montaje "through-hole" (espaciado de patillas ancho) y de montaje superficial (SMD).

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

La ventaja principal de esta familia de productos es su combinación de alta velocidad (tasa de datos de 1 Mbit/s) y aislamiento robusto (5000 V_rms). Esto los hace adecuados para reemplazar fotocopladores de fototransistor más lentos en sistemas digitales modernos. Están diseñados para operar de manera confiable en un amplio rango de temperatura de -55°C a +100°C, con rendimiento garantizado de 0°C a 70°C. Las aplicaciones objetivo clave incluyen receptores de línea en interfaces de comunicación, aislamiento para transistores de potencia en circuitos de accionamiento de motores, bucles de realimentación en fuentes de alimentación conmutadas (SMPS), aislamiento de masa lógica de alta velocidad, equipos de telecomunicaciones y varios electrodomésticos. Los dispositivos cumplen con las directivas libres de plomo y RoHS y cuentan con aprobaciones de las principales agencias de seguridad internacionales, incluyendo UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO y FIMKO.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

Esta sección proporciona un análisis objetivo de los parámetros eléctricos y de rendimiento especificados en la hoja de datos.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Los Valores Máximos Absolutos definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente en el dispositivo. Estas no son condiciones de operación.

• Entrada (LED):La corriente directa continua (I_F) está clasificada en 25 mA. Para operación pulsada, se permite una corriente directa de pico (I_FP) de 50 mA con un ciclo de trabajo del 50% y un ancho de pulso de 1ms. Se permite una corriente transitoria de pico muy alta (I_Ftrans) de 1A para pulsos muy cortos (≤1μs) a bajas tasas de repetición (300 pps), útil para pruebas de resistencia a sobretensiones. La tensión inversa máxima (V_R) a través del LED es de 5V.
• Salida (Fototransistor):Para el ELW135/136, la tensión inversa emisor-base (V_EBR) es de 5V, y la corriente de base (I_B) está limitada a 5 mA, relevante si el pin de base se utiliza externamente. La corriente de salida promedio (I_O(AVG)) es de 8 mA, con un pico (I_O(PK)) de 16 mA. La tensión de salida (V_O) puede oscilar desde -0.5V hasta +20V con respecto a la masa de salida.
• Sistema:La tensión de alimentación (V_CC) para el lado de salida puede variar desde -0.5V hasta +30V. La tensión de aislamiento (V_ISO) es de 5000 V_rmsaplicada durante un minuto entre los lados de entrada y salida (pines 1-4 cortocircuitados frente a pines 5-8 cortocircuitados). El dispositivo puede soldarse a 260°C durante hasta 10 segundos.

2.2 Características Eléctricas y de Transferencia

Estos parámetros están garantizados en el rango de temperatura de operación (0°C a 70°C) a menos que se indique lo contrario, con valores típicos dados a 25°C.

• LED de Entrada:La tensión directa (V_F) es típicamente de 1.45V a I_F=16mA, con un máximo de 1.8V. Tiene un coeficiente de temperatura negativo de aproximadamente -1.9 mV/°C.
• Corriente de Oscuridad de Salida:La corriente de salida en nivel alto lógico (I_OH), esencialmente la corriente de fuga o "oscuridad" del fototransistor, es muy baja (máx. 1 µA a V_CC=15V, 25°C), asegurando un buen aislamiento en estado APAGADO.
• Corriente de Alimentación:La corriente de alimentación en nivel bajo lógico (I_CCL) es típicamente de 110 µA cuando el LED está encendido (I_F=16mA), mientras que la corriente de alimentación en nivel alto lógico (I_CCH) es típicamente de 0.01 µA cuando el LED está apagado.
• Relación de Transferencia de Corriente (CTR):Este es un parámetro crítico que define la eficiencia del optoacoplador. El ELW135 tiene un rango CTR de 7% a 50% (mín. a máx.), mientras que el ELW136 y ELW4503 tienen un rango de 19% a 50%. La condición de prueba es I_F=16mA, V_O=0.4V, V_CC=4.5V a 25°C. La hoja de datos también especifica valores mínimos de CTR del 5% para ELW135 y 15% para ELW136/ELW4503 bajo una condición ligeramente diferente (V_O=0.5V), lo cual es importante para el margen de diseño.
• Tensión de Salida en Nivel Bajo Lógico (V_OL):Esto especifica la tensión de saturación del transistor de salida. Para el ELW135 con I_O=1.1mA, V_OLes típicamente 0.18V (máx. 0.4V). Para el ELW136/ELW4503 con I_O=3mA, V_OLes típicamente 0.25V (máx. 0.4V). Estos valores bajos son cruciales para lograr buenos márgenes de ruido en interfaces lógicas digitales.

2.3 Características de Conmutación

El rendimiento de conmutación se mide con I_F=16mA y V_CC=5V. El valor de la resistencia de carga (R_L) difiere entre modelos para coincidir con su CTR y capacidad de accionamiento de salida.

• Retardo de Propagación:
  • ELW135:El tiempo de retardo de propagación a nivel bajo lógico (t_PHL) es típicamente 0.36 µs (máx. 2.0 µs) con R_L=4.1 kΩ. El tiempo de retardo de propagación a nivel alto lógico (t_PLH) es típicamente 0.45 µs (máx. 2.0 µs).
  • ELW136 / ELW4503:Estas variantes más rápidas tienen t_PHLtípicamente 0.32 µs (máx. 1.0 µs) y t_PLHtípicamente 0.25 µs (máx. 1.0 µs) con R_L=1.9 kΩ.
• Inmunidad Transitoria en Modo Común (CMTI):Esto mide la capacidad del dispositivo para rechazar transitorios de tensión rápidos entre las masas de entrada y salida. Se especifica en V/µs.
  • ELW135/136:Ambos tienen un CMTI mínimo de 1000 V/µs para ambos estados de salida alto y bajo, probado con un pulso en modo común de 10V_p-p.
  • ELW4503:Este modelo ofrece una inmunidad al ruido superior con un CMTI mínimo de 15,000 V/µs, probado con un pulso mucho mayor de 1500V_p-p. Esto lo hace particularmente adecuado para entornos de alto ruido como accionamientos de motores.

3. Configuración de Pines y Diferencias Funcionales

La cápsula DIP de 8 pines tiene una asignación de pines estandarizada con una variación clave entre los tipos de dispositivo.

• Pines 1 y 4:Sin Conexión (NC) en todos los modelos.
• Pines 2 y 3:Ánodo y Cátodo del LED de entrada, respectivamente.
• Pin 5:Masa (GND) para el lado de salida.
• Pin 6:Tensión de salida (V_OUT), el colector del fototransistor.
• Pin 7:Este pin es diferente. ParaELW135 y ELW136, es la tensión de polarización del fotodiodo (V_B). Conectar este pin es esencial para lograr la operación de alta velocidad. Para elELW4503, el Pin 7 es Sin Conexión (NC). La polarización de alta velocidad probablemente se maneja internamente en el ELW4503.
• Pin 8:Tensión de alimentación (V_CC) para el lado de salida.

Los diagramas esquemáticos muestran la conexión interna: el fotodiodo (que acciona la base del transistor) está conectado entre el Pin 7 (V_B) y el Pin 6 (V_OUT/Colector). El emisor del fototransistor está conectado al Pin 5 (GND).

4. Sugerencias de Aplicación

4.1 Circuitos de Aplicación Típicos

Estos fotocopladores son ideales para el aislamiento de señales digitales. Un circuito típico implica conectar el LED de entrada en serie con una resistencia limitadora de corriente a la salida de un microcontrolador o puerta lógica. En el lado de salida, una resistencia "pull-up" (R_L) se conecta entre V_CC(Pin 8) y V_OUT(Pin 6). El valor de R_Ldebe elegirse en función de la velocidad de conmutación deseada, la corriente de salida y el CTR del dispositivo, como se especifica en las tablas de la hoja de datos (por ejemplo, 4.1 kΩ para ELW135, 1.9 kΩ para ELW136/4503 para las pruebas de conmutación). Para el ELW135/136, el Pin 7 (V_B) debe conectarse, a menudo a V_CCa través de una resistencia o directamente, dependiendo de la polarización deseada para velocidad vs. sensibilidad.

4.2 Consideraciones y Notas de Diseño

• Compensación Velocidad vs. CTR:La conexión de base separada (Pin 7) permite intercambiar algo de CTR por mayor velocidad ajustando la polarización del fotodiodo. Las especificaciones de conmutación de la hoja de datos se dan para una condición específica.
• Selección de Modelo:Elija ELW135 para aplicaciones de propósito general y sensibles al costo de 1Mbit/s. ELW136 ofrece un CTR mínimo más alto para un mejor margen en diseños que requieren más capacidad de accionamiento de corriente de salida. ELW4503 es la opción premium para entornos con ruido eléctrico extremadamente alto (por ejemplo, controles de motores industriales, inversores de potencia) debido a su excepcional CMTI de >15 kV/µs.
• Disipación de Potencia:Asegúrese de que la potencia de entrada (I_F* V_F) no exceda los 45 mW y la potencia de salida no exceda los 100 mW, considerando la temperatura ambiente.
• Diseño de Placa para Aislamiento:Para mantener la alta clasificación de aislamiento, asegure distancias de fuga y de aislamiento adecuadas en el PCB entre las trazas del lado de entrada (pines 1-4) y las trazas del lado de salida (pines 5-8). A menudo se recomienda una ranura o barrera en el PCB debajo del dispositivo.

5. Información de Empaquetado y Pedido

Los dispositivos están disponibles en diferentes opciones de empaquetado denotadas por un sufijo en el número de pieza.

Formato del Número de Pieza:ELW13XY(Z)-Vo ELW4503Y(Z)-V

• X= Identificador del número de pieza (5 para ELW135, 6 para ELW136).
• Y= Opción de forma de patilla: 'S' para forma de patilla de montaje superficial, en blanco para DIP estándar.
• Z= Opción de cinta y carrete: 'TA' o 'TB', en blanco para empaquetado en tubo.
• V= Marcado de aprobación VDE opcional.

Cantidades de Empaquetado:Los paquetes DIP-8 estándar se suministran en tubos que contienen 40 unidades. La opción de montaje superficial con cinta y carrete ('S(TA)') se suministra en carretes que contienen 500 unidades.

6. Comparativa Técnica y Preguntas Frecuentes

6.1 Diferenciación Entre Modelos

Los diferenciadores principales son la Relación de Transferencia de Corriente (CTR) y la Inmunidad Transitoria en Modo Común (CMTI). El ELW135 tiene el CTR garantizado más bajo (7-50%), el ELW136 tiene un CTR mínimo más alto (19-50%), y el ELW4503 coincide con el CTR del ELW136 pero añade una clasificación CMTI muy superior (>15 kV/µs vs. 1 kV/µs). El ELW4503 también tiene el Pin 7 como NC, simplificando el circuito externo en comparación con el ELW135/136 que requieren una conexión al Pin 7.

6.2 Preguntas Frecuentes Basadas en Parámetros

• P: ¿Cuál es la tasa de datos máxima alcanzable?R: Los dispositivos están caracterizados para operación a 1 Mbit/s basándose en las especificaciones de retardo de propagación. La tasa máxima real depende del diseño de circuito específico, incluyendo R_Ly las condiciones de accionamiento de entrada.
• P: ¿Puedo usar una V_CC?R: Las características eléctricas se prueban con V_CC=4.5V y 5V. Si bien el valor máximo absoluto permite bajar hasta -0.5V, la operación a 3.3V puede ser posible, pero el rendimiento (como V_OLy los tiempos de conmutación) debe verificarse bajo la condición real de V_CCmás baja, ya que no está completamente caracterizado en la hoja de datos proporcionada.
• P: ¿Por qué es importante el Pin 7 (V_B) para ELW135/136?R: Conectar el Pin 7 proporciona una ruta de baja impedancia para evacuar la carga de la unión fotodiodo/base, reduciendo drásticamente el efecto de capacitancia Miller y permitiendo la conmutación de alta velocidad. Dejarlo desconectado resultará en un rendimiento similar al de un fotocoplador de fototransistor convencional lento.
• P: ¿Cómo aseguro el aislamiento de 5000V_rmsen mi diseño?R: El componente en sí está clasificado para esto. El diseñador del sistema debe asegurar que el diseño del PCB mantenga suficiente distancia de fuga/aislamiento (por ejemplo, >8mm para aislamiento reforzado a este nivel de tensión según estándares de seguridad) entre todos los circuitos de entrada y salida, incluso debajo del cuerpo del componente.

7. Principio de Funcionamiento

El principio fundamental es el aislamiento optoelectrónico. Una señal eléctrica aplicada al LED de entrada hace que emita luz infrarroja. Esta luz atraviesa una barrera ópticamente transparente pero eléctricamente aislante (típicamente un compuesto de moldeo o un espacio de aire) dentro del paquete. La luz es detectada por un fotodiodo en el lado de salida, que genera una fotocorriente. En estos dispositivos de alta velocidad, esta fotocorriente modula directamente la base de un transistor bipolar integrado. La clave para la alta velocidad es el acceso separado al fotodiodo (Pin 7 en ELW135/136), que permite que la capacitancia del fotodiodo se cargue/descargue rápidamente, minimizando el tiempo de almacenamiento en el transistor y reduciendo así el retardo de propagación y los tiempos de subida/bajada.