Ficha Técnica del Optoacoplador Fotodarlington de Alta Tensión EL452-G Serie 4-Pines SOP - Paquete 4.4x7.4x2.0mm - VCEO 350V - CTR 1000% - Documentación Técnica en Español

1. Descripción General del Producto

La serie EL452-G es un optoacoplador fotodarlington de alta tensión diseñado para la transmisión fiable de señales entre circuitos de diferentes potenciales. Integra un diodo emisor de infrarrojos acoplado ópticamente a un fototransistor darlington de alta tensión. El dispositivo se aloja en un paquete SOP (Small Outline Package) compacto de 4 pines con un perfil bajo de 2.0mm, lo que lo hace idóneo para aplicaciones de montaje superficial con espacio limitado. Su función principal es proporcionar aislamiento eléctrico mientras transmite señales de control o datos, protegiendo los circuitos sensibles de transitorios de alta tensión y problemas de bucles de masa.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Las ventajas clave de este componente incluyen su elevada tensión nominal colector-emisor de 350V (V_CEO), esencial para la interfaz con circuitos alimentados por la red eléctrica o accionamientos de motores. Ofrece una relación de transferencia de corriente (CTR) muy alta, con un mínimo del 1000% en condiciones de prueba estándar, garantizando niveles de señal de salida robustos a partir de una corriente de entrada moderada. El dispositivo cuenta con una alta tensión de aislamiento de 3750V_rmsentre sus lados de entrada y salida, cumpliendo con estándares de seguridad estrictos. Además, está libre de halógenos y es conforme con las directivas RoHS y sin plomo. Estas características lo hacen ideal para aplicaciones en equipos de telecomunicaciones (teléfonos, centralitas), controladores de secuencia industriales, electrodomésticos de sistema, instrumentos de medición y cualquier escenario que requiera una transmisión segura de señales a través de diferentes dominios de tensión.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

Esta sección proporciona una interpretación objetiva y detallada de las especificaciones eléctricas, ópticas y térmicas del dispositivo, tal como se definen en sus límites absolutos máximos y características electro-ópticas.

2.1 Límites Absolutos Máximos

Los límites absolutos máximos definen los umbrales de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. La corriente directa de entrada (I_F) está clasificada en 60mA continua, con una corriente directa de pico de corta duración (I_FM) de 1A durante 10µs. La disipación total de potencia (P_TOT) no debe exceder los 170mW. El parámetro de salida crítico es la tensión colector-emisor (V_CEO) de 350V, que es la tensión máxima que el transistor de salida puede bloquear cuando el LED de entrada está apagado. La tensión de aislamiento (V_ISO) de 3750V_rmsdurante un minuto especifica la rigidez dieléctrica de la barrera de aislamiento interna. El dispositivo opera dentro de un rango de temperatura de -55°C a +110°C.

2.2 Características Electro-Ópticas

Las características electro-ópticas definen el rendimiento del dispositivo en condiciones normales de funcionamiento a 25°C.

2.2.1 Características de Entrada (Lado del LED)

La tensión directa (V_F) del LED infrarrojo es típicamente de 1.2V con un máximo de 1.4V a una corriente directa de 10mA. Esta V_Fbaja contribuye a un menor consumo de potencia en el lado de entrada. La corriente de fuga inversa (I_R) es un máximo de 10µA con una polarización inversa de 4V.

2.2.2 Características de Salida (Lado del Fototransistor)

La corriente oscura colector-emisor (I_CEO), que es la corriente de fuga cuando el LED está apagado, se especifica con un máximo de 100nA a V_CE=200V. La tensión de ruptura colector-emisor (BV_CEO) es un mínimo de 350V, confirmando la capacidad de alta tensión. La tensión de saturación colector-emisor (V_CE(sat)) es típicamente de 1.2V (máx. 1.5V) cuando el dispositivo está completamente activado (I_F=20mA, I_C=100mA), indicando la caída de tensión en la salida en estado de conducción.

2.2.3 Características de Transferencia

La Relación de Transferencia de Corriente (CTR) es el parámetro más crítico, definida como la relación entre la corriente de colector de salida y la corriente directa de entrada, expresada como porcentaje. Para el EL452-G, la CTR es un mínimo del 1000%, típicamente 2000%, a I_F=1mA y V_CE=2V. Esta CTR excepcionalmente alta es característica de una configuración darlington, que proporciona una alta ganancia de corriente, permitiendo que pequeñas corrientes de entrada controlen eficazmente corrientes de salida mayores. La velocidad de conmutación se caracteriza por un tiempo de subida (t_r) típico de 80µs (máx. 250µs) y un tiempo de bajada (t_f) típico de 10µs (máx. 100µs). Estos tiempos son relativamente lentos debido a la estructura darlington y al almacenamiento de carga inherente en los fototransistores, lo que hace que el dispositivo sea adecuado para conmutación de baja a moderada frecuencia y aplicaciones analógicas lineales, pero no para aislamiento digital de alta velocidad. La frecuencia de corte (f_c) es típicamente de 7kHz. La resistencia de aislamiento (R_IO) es un mínimo de 5×10¹⁰Ω, lo que indica un excelente aislamiento en CC.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

Aunque el PDF indica la presencia de curvas típicas de características electro-ópticas, los gráficos específicos (por ejemplo, CTR vs. Corriente Directa, CTR vs. Temperatura, Corriente de Colector vs. Tensión Colector-Emisor) no se proporcionan en el contenido de texto. En una ficha técnica completa, estas curvas son cruciales para el diseño. Normalmente muestran cómo la CTR se degrada al aumentar la temperatura, cómo la corriente de salida se satura a altas corrientes de entrada o bajas tensiones colector-emisor, y la relación entre la tensión directa y la corriente para el LED. Los diseñadores deben consultar estos gráficos para comprender el comportamiento del dispositivo en todo el rango de funcionamiento, no solo en el punto típico de 25°C.

4. Información Mecánica y del Paquete

4.1 Dimensiones del Paquete y Configuración de Pines

El dispositivo utiliza un paquete SOP de 4 pines. Las dimensiones del cuerpo del paquete son aproximadamente 4.4mm de longitud y 7.4mm de ancho, con un perfil de altura de 2.0mm. La configuración de pines es estándar para este tipo de optoacopladores: Pin 1 es el Ánodo del LED, Pin 2 es el Cátodo del LED, Pin 3 es el Emisor del Fototransistor y Pin 4 es el Colector del Fototransistor. Se proporciona un diseño recomendado de almohadillas para montaje superficial para garantizar una soldadura fiable y estabilidad mecánica.

4.2 Marcado del Dispositivo

El dispositivo está marcado en la superficie superior con un código. El marcado incluye "EL" (código del fabricante), "452" (número de parte), un código de un dígito para el año, un código de dos dígitos para la semana y una "V" opcional para denotar la aprobación VDE. Este marcado permite la trazabilidad de la fecha de fabricación y el cumplimiento.

5. Guías de Soldadura y Montaje

5.1 Condiciones de Soldadura por Reflujo

La ficha técnica proporciona especificaciones detalladas del perfil de soldadura por reflujo para prevenir daños térmicos. El perfil cumple con IPC/JEDEC J-STD-020D. Los parámetros clave incluyen: una etapa de precalentamiento de 150°C a 200°C durante 60-120 segundos, una temperatura máxima del cuerpo (T_p) que no exceda los 260°C, y un tiempo por encima del líquido (217°C) entre 60-100 segundos. El dispositivo puede soportar un máximo de tres ciclos de reflujo. El cumplimiento de este perfil es crítico para mantener la integridad del encapsulado epóxico interno y las uniones por alambre.

6. Información de Embalaje y Pedido

6.1 Sistema de Número de Parte para Pedidos

El número de parte sigue el formato: EL452(Y)-VG. La posición "Y" indica la opción de cinta y carrete (TA, TB, o ninguna para embalaje en tubo). La "V" denota que la unidad tiene aprobación de seguridad VDE. El sufijo "G" indica que el producto está libre de halógenos. Por ejemplo, EL452TA-VG se refiere al dispositivo suministrado en cinta y carrete con orientación TA, con aprobación VDE y libre de halógenos.

6.2 Especificaciones de Cinta y Carrete

El dispositivo está disponible en cinta portadora estampada estándar para montaje automatizado. Hay dos direcciones de alimentación disponibles: Opción TA y Opción TB. El ancho de la cinta (W) es de 16.0mm, el paso de los bolsillos (P₀) es de 4.0mm, y el carrete suele contener 3000 unidades. Se proporcionan dimensiones detalladas de la cinta (A, B, D₀, etc.) para la configuración del alimentador.

7. Recomendaciones de Aplicación

7.1 Circuitos de Aplicación Típicos

El EL452-G es muy adecuado para excitar triacs, tiristores o MOSFETs en circuitos de control de red de CA (por ejemplo, relés de estado sólido) debido a su alta V_CEO. Puede usarse para el desplazamiento de niveles de tensión en interfaces de microcontroladores, proporcionando aislamiento para señales de sensores analógicos y creando bucles de realimentación aislados en fuentes de alimentación conmutadas. Su alta CTR permite que sea excitado directamente desde pines GPIO de un microcontrolador (con una resistencia limitadora de corriente adecuada) sin necesidad de un transistor excitador adicional para el LED.

7.2 Consideraciones y Precauciones de Diseño

Lado de Entrada:Siempre debe usarse una resistencia en serie con el LED para limitar la corriente directa a un valor seguro, típicamente entre 1mA y 20mA dependiendo de la CTR y velocidad requeridas. El LED es sensible a la tensión inversa; si el circuito de excitación puede imponer una polarización inversa, se recomienda un diodo de protección en paralelo con el LED.
Lado de Salida:El fotodarlington puede absorber una corriente significativa (hasta 150mA). Se debe conectar una resistencia de carga entre el colector y el riel positivo de alimentación para establecer el rango de tensión de salida y limitar la disipación de potencia. Debido a la configuración darlington, la tensión de saturación (V_CE(sat)) es mayor que para un transistor simple, lo que reduce el rango de tensión de salida en aplicaciones de conmutación. Los diseñadores deben tener en cuenta la degradación de la CTR con la temperatura y la vida útil; es aconsejable un margen de diseño del 20-50%. Las velocidades de conmutación relativamente lentas impiden su uso en PWM de alta frecuencia o comunicación de datos por encima de unos pocos kilohercios.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

El EL452-G se diferencia en el mercado por su combinación de alta tensión (350V), CTR muy alta (1000% mín.) y paquete SOP compacto. En comparación con los optoacopladores de fototransistor estándar (que pueden tener CTRs del 50-600%), la configuración darlington proporciona una sensibilidad mucho mayor. En comparación con otros fotodarlingtons, su clasificación de aislamiento de 3750Vrms y múltiples aprobaciones de seguridad internacionales (UL, CUL, VDE, SEMKO, etc.) lo convierten en una opción robusta para aplicaciones críticas de seguridad e industriales. El cumplimiento sin halógenos y RoHS se alinea con las regulaciones ambientales modernas.

9. Preguntas Frecuentes (FAQ)

P: ¿Puedo excitar el LED directamente desde una salida lógica de 5V?
R: Sí, pero debes calcular la resistencia en serie. Por ejemplo, con una V_Ftípica de 1.2V y una I_Fdeseada de 5mA desde una fuente de 5V: R = (5V - 1.2V) / 0.005A = 760Ω. Usa una resistencia estándar de 750Ω.

P: ¿Cuál es la frecuencia máxima de conmutación?
R: La frecuencia práctica de conmutación está limitada por los tiempos de subida y bajada. Una estimación conservadora para una onda cuadrada es 1/(t_r+t_f) ≈ 1/(250µs+100µs) ≈ 2.9kHz. Para un funcionamiento fiable, diseña para frecuencias por debajo de 1kHz.

P: ¿Cómo afecta la temperatura al rendimiento?
R: La CTR típicamente disminuye al aumentar la temperatura. La corriente oscura (I_CEO) aumenta con la temperatura. La tensión directa del LED disminuye con la temperatura. Estos efectos deben considerarse para un funcionamiento estable en todo el rango de temperatura.

P: ¿Hay disponible una conexión de base externa para acelerar la velocidad?
R: No. Este es un fotodarlington estándar sin terminal de base externa. La velocidad de conmutación no puede mejorarse con componentes externos.

10. Caso Práctico de Diseño

Escenario:Aislar una señal de microcontrolador de 3.3V para controlar la bobina de un relé de CC de 24V.
Implementación:El pin GPIO del microcontrolador (3.3V) excita el LED a través de una resistencia de 470Ω, estableciendo I_F≈ (3.3V - 1.2V)/470Ω ≈ 4.5mA. La bobina del relé (24V, bobina de 50Ω ≈ 480mA) se conecta entre una fuente de 24V y el colector del EL452-G. El emisor se conecta a tierra. Se debe colocar un diodo de rueda libre en paralelo con la bobina del relé para suprimir los picos de tensión cuando el fotodarlington se apaga. Con una entrada de 4.5mA, la CTR garantiza una salida saturada capaz de absorber la corriente del relé, con V_CE(sat)causando una pequeña caída de tensión. Los 350V de V_CEOproporcionan un amplio margen frente a la fuente de 24V y cualquier pico inductivo.

11. Principio de Funcionamiento

El dispositivo funciona según el principio de acoplamiento óptico. Cuando la corriente fluye a través del diodo emisor de luz (LED) infrarrojo de entrada, emite fotones. Estos fotones viajan a través de un espacio aislante transparente e inciden en la región de base del par de fototransistores darlington de salida. Los fotones absorbidos generan pares electrón-hueco, creando una corriente de base que activa el par de transistores darlington. Esto permite que fluya una corriente mucho mayor desde el colector al emisor, proporcional a la corriente del LED (definida por la CTR). La clave es que la señal se transmite por luz, proporcionando un aislamiento galvánico completo entre los circuitos de entrada y salida, ya que no hay conexión eléctrica, solo una ruta óptica a través de un material aislante.

12. Tendencias y Evolución de la Industria

El mercado de los optoacopladores continúa evolucionando. Las tendencias incluyen el desarrollo de aisladores digitales de mayor velocidad basados en tecnología CMOS y RF, que ofrecen velocidad, consumo de energía e inmunidad al ruido superiores en comparación con los optoacopladores tradicionales. Sin embargo, los optoacopladores fotodarlington y de fototransistor como el EL452-G mantienen una posición sólida en aplicaciones que requieren capacidad de alta tensión, salida de alta corriente, simplicidad, robustez y rentabilidad para aislamiento de baja a media frecuencia. También existe un impulso continuo hacia la miniaturización, mayor integración (por ejemplo, combinando múltiples canales), mejora de la fiabilidad y certificaciones de seguridad mejoradas para cumplir con los estándares globales en evolución. El movimiento hacia materiales libres de halógenos y respetuosos con el medio ambiente, como se ve en el EL452-G, es un requisito estándar de la industria.