Hoja de datos del acoplador óptico con fototransistor EL101XH-G - Paquete SOP de 4 pines - Distancia de fuga de 8 mm - Voltaje de aislamiento de 5000 Vrms - Libre de halógenos - Documento técnico en chino simplificado

1. Descripción general del producto

La serie EL101XH-G es una familia de acopladores ópticos (optoacopladores) de transistor fotosensible de alto rendimiento, diseñados específicamente para un aislamiento de señal confiable en aplicaciones electrónicas exigentes. Estos dispositivos están diseñados para proporcionar una barrera de aislamiento eléctrico robusta entre los circuitos de entrada y salida, evitando que los bucles de tierra, los picos de voltaje y el ruido se propaguen entre diferentes partes del sistema. Su funcionalidad central se logra mediante el acoplamiento óptico de un diodo emisor de infrarrojos con un detector de transistor fotosensible de silicio, todos los componentes están encapsulados en un compacto encapsulado de perfil pequeño (SOP) de 4 pines.

Una característica distintiva clave de esta serie esDistancia de fuga larga de 8 mm, lo que mejora significativamente la seguridad y la fiabilidad en aplicaciones que requieren un alto voltaje de aislamiento. Este diseño combina5000 V_{Valor eficaz}Voltaje de aislamientovalores nominales, lo que hace que la serie sea adecuada para sistemas de control industrial, fuentes de alimentación y electrodomésticos, donde la seguridad del usuario y la protección del equipo son cruciales. El dispositivo también incorporaLibre de halógenosFabricación de procesos, cumpliendo con las regulaciones ambientales mediante la limitación del contenido de bromo (Br) y cloro (Cl).

La serie EL101XH-G tiene un mercado objetivo amplio, que abarca automatización industrial, telecomunicaciones, instrumentos de medición y electrodomésticos. Las aplicaciones típicas incluyen aislamiento en módulos de E/S de controladores lógicos programables (PLC), transmisión de señales en equipos de telecomunicaciones, aislamiento de interfaz en instrumentos de medición y aislamiento de seguridad en electrodomésticos como calentadores de ventilador.

2. Explicación detallada de los parámetros técnicos

2.1 Valores máximos absolutos

Estos valores definen los límites de estrés que pueden causar daños permanentes al dispositivo. No se garantiza el funcionamiento en condiciones que alcancen o excedan estos límites.

• Corriente de entrada directa (I_F)): 50 mA (continuo). Esta es la corriente continua máxima que puede pasar a través del LED infrarrojo de entrada.
• Corriente directa de pico (I_FP)): 1 A (pulso de 1 µs de duración). Esta especificación es crucial para soportar breves sobretensiones de corriente durante eventos de conmutación.
• Voltaje de entrada inverso (V_R)): 6 V. Exceder este voltaje bajo polarización inversa puede dañar el LED.
• Voltaje colector-emisor de salida (V_CEO)): 80 V. Este es el voltaje máximo que el colector del fototransistor puede soportar en relación con su emisor cuando la base (activada por la luz) está en circuito abierto.
• Disipación de potencia total (P_TOT)): 250 mW. Esta es la potencia total máxima que todo el dispositivo puede disipar, limitando el producto de la corriente/tensión de entrada y la corriente/tensión de salida.
• Tensión de aislamiento (V_ISO)): 5000 V_{Valor eficaz}Dura 1 minuto. Este parámetro de seguridad crítico se prueba con los pines 1 y 2 en cortocircuito y los pines 3 y 4 en cortocircuito, aplicando un alto voltaje entre estos dos grupos.
• Temperatura de funcionamiento (T_OPR)): -55°C a +125°C. Este amplio rango garantiza la funcionalidad en entornos industriales y automotrices exigentes.
• Temperatura de soldadura (T_SOL)): 260°C durante 10 segundos. Esto guía el proceso de soldadura por reflujo.

2.2 Características optoelectrónicas

Estos parámetros definen el rendimiento del dispositivo en condiciones normales de funcionamiento (a menos que se indique lo contrario, T_a= 25°C).

2.2.1 Características de Entrada (Lado LED)

• Voltaje directo (V_F)): Valor típico 1.2V, máximo 1.4V en I_F= 10 mA. Esto se utiliza para calcular la resistencia limitadora de corriente requerida.
• Corriente inversa (I_R)): En V_RMáximo 10 µA a = 6V, lo que indica que el diodo tiene buenas características de fuga.
• Capacitancia de entrada (C_in)): Valor típico 50 pF. Esto afecta el rendimiento de conmutación de alta frecuencia en el lado de entrada.

2.2.2 Características de salida (lado del fototransistor)

• Corriente oscura colector-emisor (I_CEO)): En V_CE= 48V, I_F= 0mA, máximo 200 nA. Esta es la corriente de fuga cuando el LED está apagado, importante para la integridad de la señal en estado de corte.
• Voltaje de ruptura colector-emisor (BV_CEO)): Mínimo 80V en I_C= 0.1mA, confirmando la capacidad de alto voltaje.
• Voltaje de saturación colector-emisor (V_CE(sat))): Mínimo 80V en I_F= 10mA, I_C= 1mA, máximo 0.3V. Un bajo voltaje de saturación es deseable cuando la salida se utiliza como un interruptor en estado "encendido".

2.2.3 Características de transferencia

Estos parámetros definen la eficiencia y velocidad de acoplamiento entre la entrada y la salida.

• Current Transfer Ratio (CTR): Este es el indicador de rendimiento central, definido como (I_C=5V, I_F=5mA) bajo condiciones especificadas (V_CE/ I_F) * 100%. La serie EL101XH-G ofrece múltiples niveles de CTR:
  • EL1010H: 50% a 600% (rango amplio)
  • EL1011H: 100% a 200%
  • EL1017H: 80% a 160%
  • EL1018H: 130% a 260%
  • EL1019H200% a 400%
  Un nivel de CTR más alto permite utilizar una corriente de LED de entrada más baja para obtener la misma corriente de salida, mejorando así la eficiencia de la fuente de alimentación.
• Resistencia de aislamiento (R_IO)): Mínimo de 5 x 10¹⁰Ω. Este valor de resistencia extremadamente alto confirma la calidad del material aislante interno.
• Capacitancia flotante (C_IO)): Máximo 1.0 pF. Esta baja capacitancia entre paquetes es clave para lograr una alta inmunidad transitoria de modo común (CMTI) en entornos ruidosos.
• Tiempo de conmutación: Condiciones de prueba: V_CE=5V, I_C=5mA, R_L=100Ω.
  • Tiempo de encendido (t_on): Valor típico 12 µs.
  • Tiempo de apagado (t_off): Valor típico 10 µs.
  • Tiempo de subida (t_r) y el tiempo de caída (t_f): un máximo de 18 µs cada uno.
  Estas velocidades son adecuadas para el aislamiento de señales digitales de frecuencia media (decenas de kHz).

3. Descripción del Sistema de Clasificación

La serie EL101XH-G empleaSistema de clasificación basado en CTR, esta es la principal diferencia entre los distintos modelos. El modelo EL101XLa "X" en H-G indica el grado CTR (0, 1, 7, 8, 9). Cada grado corresponde a un rango mínimo y típico específico de CTR, detallado en la Sección 2.2.3. Esto permite a los diseñadores seleccionar un dispositivo con la ganancia precisa requerida para su aplicación. Elegir un grado CTR más alto (por ejemplo, EL1019H) puede reducir la corriente de accionamiento necesaria para el LED de entrada, disminuyendo así el consumo de energía y la generación de calor. Por el contrario, para aplicaciones con corriente de accionamiento suficiente, un grado CTR más bajo puede ser adecuado.

4. Análisis de la Curva de Rendimiento

Aunque el PDF indica la existencia de una "curva típica de características optoelectrónicas", no se proporciona un gráfico específico en el contenido del texto. Por lo general, estas hojas de datos incluyen curvas que muestran las siguientes relaciones:

• CTR vs. Corriente directa (I_F)): Esta curva muestra cómo la relación de transferencia de corriente (CTR) varía con la corriente de accionamiento del LED. El CTR generalmente disminuye a corrientes I muy altas_Fdebido al calentamiento y la disminución de la eficiencia.
• CTR frente a Temperatura Ambiental (T_a)): Esta es la curva clave para el diseño térmico. El CTR de un acoplador fototransistor típicamente tiene un coeficiente de temperatura negativo, lo que significa que disminuye al aumentar la temperatura. Los diseñadores deben considerar esta reducción a lo largo de todo el rango de temperatura de operación.
• Corriente de Colector frente a Voltaje Colector-Emisor (I_C-V_CE)): Estas curvas características de salida, trazadas para diferentes corrientes de entrada (I_F), muestran las regiones de operación del fototransistor (zona de saturación, zona activa).
• Voltaje directo frente a corriente directa (V_F-I_F)): Curva I-V estándar de LED, útil para la gestión térmica del lado de entrada.

Los diseñadores deben consultar la hoja de datos oficial con gráficos para simular con precisión el comportamiento del dispositivo en condiciones no estándar.

5. Información Mecánica y de Empaquetado

5.1 Configuración de pines

El encapsulado SOP de 4 pines tiene la siguiente disposición de pines:

1. Del LED infrarrojo de entradaÁnodo
2. 。Del LED infrarrojo de entrada
3. Cátodo。
4. Salida del fototransistorEmisor

。

Salida del fototransistor

Colector

。

Esta es la configuración estándar para un acoplador óptico de transistor fotosensible.5.2 Dimensiones del encapsulado y distribución de padsEl dispositivo se describe como "un SOP compacto de 4 pines con una altura de 2,2 mm". El PDF incluye un diagrama de "Dimensiones del encapsulado" y una "Distribución recomendada de almohadillas para montaje superficial". La recomendación de la distribución de almohadillas es solo para referencia, y la hoja de datos aconseja explícitamente a los diseñadores que modifiquen las dimensiones de las almohadillas según sus procesos específicos de fabricación de PCB y requisitos térmicos. Un diseño correcto de las almohadillas es crucial para una soldadura confiable y una resistencia mecánica adecuada.

6. Guía de soldadura y montaje

Los parámetros clave proporcionados son

Temperatura de soldadura260°C durante 10 segundos. Esto es consistente con el perfil típico de soldadura por reflujo sin plomo (IPC/JEDEC J-STD-020). Los diseñadores y fabricantes deben asegurarse de que su perfil de horno de reflujo no exceda esta duración de temperatura para evitar daños al compuesto epóxico de moldeo interno y a las uniones por alambre. Deben seguirse los procedimientos de manejo estándar para dispositivos sensibles a la humedad (nivel MSL, no especificado en el texto proporcionado, pero debe verificarse en la hoja de datos completa), incluido el horneado si el empaque se expone a una humedad ambiental superior a su nivel nominal.

• 7. Información de embalaje y pedido7.1 Reglas de Nomenclatura de Modelos
• XEl número de modelo sigue el formato:
• HEL101X H(Y)- VG
• EL101: Modelo básico.
• V: Nivel CTR (0, 1, 7, 8, 9).
• G: Indica capacidad de funcionamiento a alta temperatura.

(Y)

Opción de embalaje en cinta. Puede ser TA, TB o ninguna (lo que indica embalaje en tubo).

Sufijo opcional que indica la certificación de seguridad VDE.

• Indica una estructura libre de halógenos.Ejemplo: EL1018H-VG es una versión libre de halógenos con certificación VDE y un nivel CTR de 8.
• 7.2 Especificaciones de EmbalajeEste dispositivo tiene dos formas principales de embalaje:

En tubo

: 100 unidades por tubo. Opciones disponibles: versión estándar o versión con certificación VDE.Embalaje en cinta

• EL: 3000 por carrete. Se ofrecen dos opciones de dirección de alimentación (TA y TB). El manual de datos proporciona dimensiones detalladas de la cinta portadora (Ao, Bo, Po, P, etc.) para la programación de máquinas de colocación automática.
• 7.3 Identificación del DispositivoLa parte superior del encapsulado SOP está marcada con el código:
• HEL 101X H Y WW V
• YCódigo del fabricante.
• WW101X
• VNúmero de componente (X indica el nivel de CTR).

Identificación de trabajo en alta temperatura.

Código de año de 1 dígito.

Código de semana de 2 dígitos.

1. Marca opcional para la versión certificada por VDE.8. Recomendaciones de aplicación_CC8.1 Circuito de aplicación típico
2. Los acopladores ópticos se pueden utilizar en dos modos principales:Conmutación/aislamiento digital

: El LED de entrada es accionado por una señal digital (por ejemplo, desde un GPIO de un microcontrolador). La salida del fototransistor actúa como un interruptor, llevando la línea a tierra o a V a través de una resistencia de pull-up.

• . Las especificaciones de tiempo de conmutación determinan la velocidad de datos máxima.Aislamiento de señal linealAl operar el fototransistor en la región de amplificación (no saturada), se puede utilizar para transmitir señales analógicas. Sin embargo, la no linealidad del CTR y su variación con la temperatura hacen que sea un desafío sin circuitos de compensación adicionales. Para tales tareas, es más común utilizar optoacopladores lineales dedicados.8.2 Consideraciones de diseño_FLimitación de corriente de entrada_：Siempre_{Se requiere una resistencia externa en serie con el LED de entrada para establecer la corriente directa (I}). Calcular R_Flimit_F= (V_Fdrive
• - V) / I
• Asegurar que la corriente I_L)no supere los 50 mA DC._LDerating del CTR con la temperatura_L: Considerar la disminución del CTR a altas temperaturas. Diseñar el circuito para que funcione correctamente a la temperatura máxima de operación, utilizando el CTR mínimo del grado seleccionado.
• Resistencia de carga de salida (R): El valor de la resistencia de pull-up en el colector afecta la velocidad de conmutación, el consumo de energía y la inmunidad al ruido. Una R

más pequeña proporciona una velocidad de conmutación más rápida pero con un mayor consumo de corriente. R

= 100Ω es la condición de prueba utilizada para la caracterización; los valores prácticos suelen estar entre 1kΩ y 10kΩ.

• Inmunidad al Ruido：低耦合电容（<1pF）提供了良好的共模抑制。对于非常嘈杂的环境，确保布局干净，接地良好，并考虑在输出侧电源轨之间添加一个小旁路电容（例如0.1µF）。
• 9. Comparación Técnica y Ventajas_{La serie EL101XH-G se destaca en el mercado a través de varias características clave:})Larga distancia de fuga (8 mm)
• En comparación con los acopladores ópticos SOP estándar, esta distancia de fuga extendida representa una ventaja significativa para aplicaciones que requieren aislamiento reforzado o funcionan en entornos contaminados, ya que reduce el riesgo de fuga superficial.Alto voltaje de aislamiento (5000 V
• Valor eficaz): Se trata de un valor de aislamiento robusto, adecuado para equipos conectados a la red eléctrica industrial (por ejemplo, sistemas de 240V/480V).
• Cumple con el estándar libre de halógenos.: Satisface los requisitos ambientales y normativos para la reducción del contenido de halógenos, lo cual es cada vez más importante en la electrónica verde.

Amplio rango de temperatura de funcionamiento (-55°C a +125°C)

Supera el rango comercial típico (0°C a 70°C), lo que lo hace adecuado para aplicaciones de grado industrial, automotriz y militar.
Certificaciones de seguridad pendientes

La hoja de datos enumera las certificaciones de UL, cUL, VDE, SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO y CQC como "pendientes". Esto indica que el dispositivo está diseñado para cumplir con estos estrictos estándares internacionales de seguridad.
10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

Q1: ¿Cuál es el propósito de una larga distancia de fuga?
A1: La distancia de fuga es la trayectoria más corta entre dos partes conductoras (pines de entrada y salida) a lo largo de la superficie del encapsulado aislante. Una distancia de 8 mm aumenta la protección contra arcos de alto voltaje o fugas superficiales a lo largo del encapsulado, especialmente en ambientes húmedos o contaminados, mejorando así la confiabilidad y seguridad a largo plazo.

Q2: ¿Cómo seleccionar el nivel de CTR correcto?
A2: Seleccione según la corriente de accionamiento disponible y la corriente de salida requerida. Si su microcontrolador solo puede proporcionar 5mA, elija un nivel de CTR alto (por ejemplo, EL1019H) para obtener suficiente corriente de salida. Si tiene una corriente de accionamiento abundante, un nivel más bajo puede ser más rentable. Diseñe siempre para el peor de los casos (CTR mínima a la temperatura más alta)._{Q3: ¿Se puede utilizar para el aislamiento de señales de CA?}Q4: ¿Cuál es la diferencia entre el voltaje de aislamiento y la clasificación de voltaje colector-emisor?A4: El voltaje de aislamiento (5000VValor eficaz) es del paqueteEntre el lado de entrada y el de salida.

La rigidez dieléctrica. El voltaje colector-emisor (80V) es durante el funcionamiento normal.

Se puede aplicar a través del propio transistor de salida.La tensión máxima. Son parámetros completamente diferentes.

11. Estudio de Casos de Diseño Práctico

1. Escenario:En un módulo PLC industrial, aislar una señal GPIO de un microcontrolador de 3.3V para controlar la bobina de un relé de 24V en un dominio de alimentación independiente._FPasos de diseño:_FLado de entrada:_{El GPIO del MCU es de 3.3V. Suponiendo la I deseada}sea de 5mA, el V típico
2. es de 1.2V, calcular Rlimit_F= (3.3V - 1.2V) / 0.005A = 420Ω. Utilizar una resistencia estándar de 430Ω.
3. Selección de CTR:La base del transistor que acciona la bobina del relé requiere aproximadamente 5mA. En I_L=5mA, el CTR mínimo requerido = (5mA / 5mA)*100% = 100%. Para garantizar el funcionamiento a 125°C (CTR más bajo), seleccione un grado con suficiente margen. EL1018H (CTR mínimo 130%) es una buena opción.
4. Lado de salida:Conecte el colector del fototransistor a la fuente de alimentación de 24V a través de una resistencia de pull-up (R

). El emisor se conecta a la base del transistor de accionamiento del relé (un BJT NPN o la puerta de un MOSFET de canal N). Cuando la salida del MCU es alta, el LED conduce, el fototransistor se satura y lleva la base a un potencial cercano a tierra, apagando así el controlador. Cuando la salida del MCU es baja, el LED se apaga, el fototransistor se corta y una resistencia de polarización separada eleva la base del controlador para activar el relé. Se requiere un diodo de rueda libre a través de la bobina del relé.

Diseño:

Mantenga las trazas de entrada y salida físicamente separadas en el PCB. Coloque los condensadores de desacoplamiento cerca de los pines del dispositivo. Siga el diseño de almohadillas recomendado para una soldadura confiable.

1. Este diseño proporciona un aislamiento robusto, protegiendo al microcontrolador sensible de los transitorios generados por las bobinas de relés inductivos.12. Principio de FuncionamientoUn acoplador óptico (u optoacoplador) es un dispositivo que utiliza luz para transmitir señales eléctricas entre dos circuitos aislados. En la serie EL101XH-G:Aplicado aLos pines de entrada (ánodo y cátodo)
2. La corriente hace que el integrado
3. Diodo emisor de luz infrarroja (LED)Emitir fotones.Estos fotones se propagan a través del material aislante transparente dentro del encapsulado (generalmente resina epoxi moldeada).Los fotones impactan.
4. Lado de salida的 Pines.
5. Fototransistor de silicio_CLa región base._FLa energía luminosa genera pares electrón-hueco en la región base, actuando efectivamente como corriente de base, lo que provoca que el transistor opere en su

Colector y emisor

Conducción entre.

La magnitud de la corriente de colector de salida (I

• ) es proporcional a la corriente de entrada del LED (I), y la constante de proporcionalidad es la relación de transferencia de corriente (CTR).
• La clave es que la única conexión entre la entrada y la salida es un haz de luz, lo que proporciona un excelente aislamiento eléctrico determinado por las características de la barrera aislante y la distancia interna entre el chip del LED y el transistor fotosensible.13. Tendencias de la industria
• El mercado de componentes de aislamiento como los acopladores ópticos está evolucionando impulsado por varias tendencias clave:Mayor velocidad y ancho de banda:
• La creciente demanda de aisladores digitales y acopladores ópticos de alta velocidad capaces de soportar protocolos de comunicación como USB, CAN FD y Ethernet en redes aisladas está impulsando las tasas de datos hacia decenas y cientos de Mbps.Integración:
• La tendencia es integrar múltiples canales de aislamiento en un solo paquete, o combinar el aislamiento con otras funciones como los controladores de puerta de MOSFET/IGBT de potencia.Estándares mejorados de seguridad y fiabilidad:

Las regulaciones en los sectores industrial, automotriz (ISO 26262) y de dispositivos médicos continúan endureciéndose, exigiendo componentes con mayores niveles certificados de aislamiento, mayores distancias de fuga/espaciado eléctrico y datos de fiabilidad verificados.