Hoja de Datos del Fotocoplador ELD3H7 ELQ3H7 - Paquete SSOP de 8/16 Pines - Voltaje de Aislamiento 3750Vrms - CTR 50-600% - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

Estos fotocopladores están diseñados para aplicaciones que requieren aislamiento de señal confiable e inmunidad al ruido.

El ELD3H7 integra 2 canales de aislamiento independientes en un paquete SSOP (Shrink Small Outline Package) de 8 pines. El ELQ3H7 integra 4 canales independientes en un SSOP de 16 pines. Ambas variantes presentan un perfil ultra bajo de 2.0 mm, lo que las hace adecuadas para aplicaciones con espacio limitado. Los dispositivos utilizan un compuesto de moldeo verde libre de halógenos y cumplen con las directivas libres de plomo y RoHS.

2. Características Clave y Ventajas Principales

• Alto Voltaje de Aislamiento:Clasificado a 3750 V_rmsdurante 1 minuto, garantizando una protección robusta y seguridad en entornos de alto voltaje.
• Amplio Rango de Relación de Transferencia de Corriente (CTR):Varía desde 50% hasta 600% con I_F= 5mA, V_CE= 5V, ofreciendo flexibilidad de diseño para diferentes necesidades de amplificación de señal.
• Factor de Forma Compacto:El paquete SSOP con un perfil de 2.0 mm es ideal para diseños de PCB de alta densidad.
• Aprobaciones de Seguridad Integrales:Certificados por UL (E214129), VDE (40028116), SEMKO, NEMKO, DEMKO, FIMKO y CQC, facilitando su uso en equipos regulados globalmente.
• Características de Conmutación Rápida:Tiempo de subida (t_r) típico de 5 µs y tiempo de bajada (t_f) de 3 µs bajo condiciones de prueba especificadas, adecuados para transmisión de señales digitales.

3. Mercado Objetivo y Aplicaciones

These photocouplers are engineered for applications requiring reliable signal isolation and noise immunity.

• Convertidores DC-DC:Proporcionando aislamiento del bucle de realimentación en fuentes de alimentación conmutadas.
• Controladores Lógicos Programables (PLC) y Automatización Industrial:Aislando señales digitales de E/S entre el controlador y los dispositivos de campo.
• Equipos de Telecomunicaciones:Aislando líneas de señal en módems, interfaces y hardware de red.
• Aislamiento General de Circuitos:Transmitiendo señales entre circuitos de diferentes potenciales de tierra o niveles de impedancia.

4. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

4.1 Límites Absolutos Máximos

Estos son límites de estrés que no deben excederse bajo ninguna condición para evitar daños permanentes en el dispositivo.

• Entrada (Lado del LED):Corriente directa (I_F) 60 mA; Corriente directa pico (I_FP) 1 A durante 1 µs; Voltaje inverso (V_R) 6 V; Disipación de potencia (P_D) 70 mW.
• Salida (Lado del Transistor):Corriente de colector (I_C) 50 mA; Voltaje Colector-Emisor (V_CEO) 80 V; Voltaje Emisor-Colector (V_ECO) 7 V; Disipación de potencia (P_C) 150 mW.
• Dispositivo Total:Disipación de potencia total (P_TOT) 200 mW; Voltaje de aislamiento (V_ISO) 3750 V_rms.
• Temperatura:Rango de operación -55°C a +110°C; Rango de almacenamiento -55°C a +125°C; Temperatura de soldadura 260°C durante 10 segundos.

4.2 Características Eléctricas y Optoelectrónicas

Parámetros de rendimiento típicos medidos a 25°C.

4.2.1 Características de la Entrada (LED Infrarrojo)

• Voltaje Directo (V_F):Típicamente 1.2V, máximo 1.4V con I_F=20mA. Este parámetro es crucial para diseñar el circuito de excitación del LED.
• Corriente Inversa (I_R):Máximo 10 µA con V_R=4V, indicando buenas características de bloqueo del diodo.
• Capacitancia de Entrada (C_in):Típicamente 30 pF, afectando el rendimiento de conmutación de alta frecuencia.

4.2.2 Características de la Salida (Fototransistor)

• Corriente de Oscuridad (I_CEO):Máximo 100 nA con V_CE=20V e I_F=0mA. Esta es la corriente de fuga cuando el LED está apagado, afectando la integridad de la señal en estado OFF.
• Voltajes de Ruptura: BV_CEO≥ 80V, BV_ECO≥ 7V, definiendo los voltajes máximos permitidos a través del transistor.
• Voltaje de Saturación Colector-Emisor (V_CE(sat)):Típicamente 0.1V, máximo 0.2V con I_F=10mA, I_C=1mA. Un V_CE(sat)bajo es deseable para salidas a nivel lógico.

4.2.3 Características de Transferencia

• Relación de Transferencia de Corriente (CTR):Definida como (I_C/ I_F) * 100%. El rango especificado es del 50% al 600% con I_F=5mA, V_CE=5V. Este amplio agrupamiento permite la selección basada en la ganancia requerida.
• Resistencia de Aislamiento (R_IO):Mínimo 5×10¹⁰Ω a 500V DC, asegurando un excelente aislamiento DC.
• Capacitancia de Aislamiento (C_IO):Típicamente 0.3 pF, máximo 1.0 pF. Una capacitancia baja minimiza el acoplamiento capacitivo del ruido de alta frecuencia a través de la barrera de aislamiento.
• Tiempos de Conmutación:Tiempo de subida (t_r) típico 5 µs, tiempo de bajada (t_f) típico 3 µs bajo condiciones de prueba (V_CE=2V, I_C=2mA, R_L=100Ω). Estos valores determinan la velocidad de datos máxima utilizable.

5. Información Mecánica y del Paquete

5.1 Dimensiones del Paquete y Dibujos de Contorno

Los dispositivos están alojados en paquetes SSOP. El ELD3H7 (2 canales) utiliza un SSOP de 8 pines, mientras que el ELQ3H7 (4 canales) utiliza un SSOP de 16 pines. Ambos comparten una altura de perfil bajo común de 2.0 mm. En la hoja de datos se proporcionan dibujos dimensionales detallados con todas las medidas críticas (tamaño del cuerpo, paso de pines, separación) para el diseño de la huella en PCB.

5.2 Configuración de Pines y Polaridad

Para ELD3H7 (8 pines):

• Pines 1, 3: Ánodo de los LEDs del Canal 1 y Canal 2, respectivamente.
• Pines 2, 4: Cátodo de los LEDs del Canal 1 y Canal 2, respectivamente.
• Pines 5, 7: Emisor de los fototransistores del Canal 1 y Canal 2, respectivamente.
• Pines 6, 8: Colector de los fototransistores del Canal 1 y Canal 2, respectivamente.

Para ELQ3H7 (16 pines):

• Pines 1, 3, 5, 7: Ánodo de los LEDs de los Canales 1 a 4.
• Pins 2, 4, 6, 8: Cátodo de los LEDs de los Canales 1 a 4.
• Pines 9, 11, 13, 15: Emisor de los fototransistores de los Canales 1 a 4.
• Pines 10, 12, 14, 16: Colector de los fototransistores de los Canales 1 a 4.

5.3 Diseño Recomendado de Pads en PCB

La hoja de datos incluye diseños sugeridos de patrón de pistas para los paquetes SSOP de 8 y 16 pines. Adherirse a estas recomendaciones asegura la formación confiable de juntas de soldadura durante la soldadura por reflujo y una estabilidad mecánica adecuada.

5.4 Marcado del Dispositivo

Los dispositivos están marcados en la superficie superior. El marcado incluye:

• "EL": Identificador del fabricante.
• "D3H7" o "Q3H7": Número de dispositivo para la variante de 2 o 4 canales.
• "Y": Código de un dígito para el año.
• "WW": Código de dos dígitos para la semana.
• "V": Marcado opcional que indica aprobación VDE.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

Los dispositivos son adecuados para montaje superficial utilizando técnicas de soldadura por reflujo.

• Soldadura por Reflujo:La temperatura máxima de soldadura permitida es de 260°C, medida en el cuerpo del paquete, durante un tiempo no superior a 10 segundos. Los perfiles de reflujo estándar sin plomo (IPC/JEDEC J-STD-020) son aplicables.
• Manejo:Deben observarse las precauciones estándar contra descargas electrostáticas (ESD), ya que el dispositivo contiene semiconductores sensibles a la estática.
• Limpieza:Seguir los procedimientos estándar de limpieza de PCB compatibles con el compuesto de moldeo epoxi verde.
• Almacenamiento:Almacenar en un ambiente seco con temperatura entre -55°C y +125°C. Usar dentro de los 12 meses del código de fecha para una soldabilidad óptima.

7. Información de Empaquetado y Pedido

7.1 Sistema de Numeración de Modelos

El número de parte sigue el formato:EL[D3H7/Q3H7](Z)-V

• EL:Prefijo de la serie.
• D3H7 / Q3H7:Denota el dispositivo de 2 o 4 canales.
• (Z):Opción de empaquetado en cinta y carrete. "TA" indica cinta y carrete, mientras que su ausencia indica empaquetado en tubo.
• V:Sufijo opcional que indica aprobación VDE.

7.2 Especificaciones de Empaquetado

• ELD3H7 (Tubo):80 unidades por tubo.
• ELD3H7 (Cinta y Carrete):1000 unidades por carrete.
• ELQ3H7 (Tubo):40 unidades por tubo.
• ELQ3H7 (Cinta y Carrete):1000 unidades por carrete.

Las especificaciones de cinta y carrete, incluyendo el ancho de la cinta portadora, dimensiones de los bolsillos y diámetro del carrete, se detallan para la configuración de máquinas pick-and-place automatizadas.

8. Consideraciones de Diseño para Aplicaciones

8.1 Circuitos de Aplicación Típicos

La aplicación más común es el aislamiento de señales digitales. Se debe conectar una resistencia limitadora de corriente en serie al ánodo del LED para establecer la corriente directa deseada (I_F). El valor se calcula como R_limit= (V_{CC_input}- V_F) / I_F. En el lado de salida, una resistencia de pull-up (R_L) se conecta entre el colector y el voltaje de alimentación del lado de salida (V_{CC_output}) para definir los niveles lógicos de salida y limitar la corriente de colector del fototransistor.

8.2 Notas de Diseño y Mejores Prácticas

• Selección de CTR:Elija un bin de CTR apropiado para su corriente de excitación y corriente de salida requerida. Un CTR más alto permite usar una I_Fmás baja para la misma salida, reduciendo la potencia de entrada.
• Compromiso Velocidad vs. Corriente:La velocidad de conmutación (t_r, t_f) generalmente mejora con una I_Fmás alta y una R_Lmás baja, pero esto aumenta el consumo de energía. El circuito de prueba (I_Fpulso, V_CE=2V, I_C=2mA, R_L=100Ω) proporciona una referencia para el rendimiento esperado.
• Inmunidad al Ruido:La alta resistencia de aislamiento (R_IO) y la baja capacitancia de aislamiento (C_IO) son clave para rechazar el ruido en modo común. Asegure un diseño de PCB adecuado para evitar problemas de distancia de fuga y separación que puedan comprometer el voltaje de aislamiento nominal.
• Consideraciones Térmicas:No exceda la disipación de potencia total del dispositivo (P_TOT= 200 mW). La potencia es la suma de la potencia del LED de entrada (I_F*V_F) y la potencia del transistor de salida (I_C*V_CE).

9. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con los fotocopladores estándar DIP-4 o DIP-6, la serie ELD3H7/ELQ3H7 ofrece ventajas significativas:

• Reducción de Tamaño:El paquete SSOP ocupa menos del 25% del área de placa de un paquete DIP-8 estándar para un dispositivo de 2 canales, permitiendo la miniaturización.
• Integración Multicanal:La disponibilidad de 2 y 4 canales en paquetes individuales reduce el número de componentes y ahorra espacio en aplicaciones de aislamiento múltiple.
• Perfil:La altura de 2.0 mm es crítica para diseños ultra delgados.
• Rendimiento:Mantiene un alto voltaje de aislamiento y un amplio rango de CTR a pesar del tamaño pequeño, un diferenciador clave frente a muchas alternativas miniaturizadas.

10. Preguntas Frecuentes (FAQs)

10.1 ¿Cuál es la velocidad de datos máxima alcanzable con estos fotocopladores?

Basándose en los tiempos típicos de subida/bajada de 5 µs y 3 µs, la velocidad de datos práctica máxima para una señal digital limpia es aproximadamente 1/(t_r+t_f) ≈ 125 kHz. Para una operación confiable, se recomienda un objetivo de diseño conservador de 50-100 kHz.

10.2 ¿Cómo selecciono el bin de CTR correcto para mi aplicación?

Si su diseño requiere una corriente de salida mínima garantizada (I_C) con una corriente de entrada específica (I_F), calcule el CTR mínimo requerido: CTR_{min_req}= (I_C/ I_F) * 100%. Seleccione un dispositivo cuyo CTR mínimo garantizado (ej., 50%) cumpla o exceda este valor. Usar un bin de CTR más alto proporciona un mayor margen de diseño.

10.3 ¿Se pueden usar estos dispositivos para aislar señales analógicas?

Aunque están diseñados principalmente para aislamiento digital, pueden usarse en aplicaciones analógicas de baja frecuencia y baja precisión (ej., realimentación en fuentes de alimentación aisladas). Sin embargo, el CTR tiene una fuerte dependencia de la temperatura y no linealidad con I_F, lo que los hace inadecuados para la transmisión de señales analógicas de precisión sin circuitos extensos de calibración o compensación. Los optoacopladores lineales especializados son más adecuados para el aislamiento analógico.

10.4 ¿Cuál es el propósito de la clasificación de voltaje de aislamiento y cómo se prueba?

La clasificación de 3750 V_rms(durante 1 minuto) es una especificación de seguridad que indica la resistencia dieléctrica del aislamiento entre los lados de entrada y salida. Durante la prueba, todos los pines del lado del LED se cortocircuitan juntos, y todos los pines del lado del transistor se cortocircuitan juntos. Se aplica un alto voltaje AC entre estos dos grupos. Esta clasificación asegura protección contra transitorios de alto voltaje que pueden ocurrir en equipos industriales o conectados a la red eléctrica.

11. Ejemplo Práctico de Diseño

Escenario:Aislar una señal digital de 3.3V desde un microcontrolador hacia un sistema de 5V.

• Lado de Entrada: V_{CC_input}= 3.3V. Objetivo I_F= 5 mA para buena velocidad y CTR. Suponiendo V_F≈ 1.2V, R_limit= (3.3V - 1.2V) / 0.005A = 420Ω. Usar una resistencia estándar de 430Ω.
• Lado de Salida: V_{CC_output}= 5V. Elegir R_Lpara limitar I_Cy establecer niveles lógicos. Para un CTR del 100% con I_F=5mA, I_C≈ 5mA. Cuando el transistor está ON (saturado), V_CE≈ 0.1V, por lo que la salida es baja (~0.1V). Cuando está OFF, la salida se eleva a 5V. La potencia en R_Lcuando está ON es (5V - 0.1V) * 5mA ≈ 24.5 mW, muy dentro de los límites. Una resistencia estándar de 1 kΩ daría I_C≈ (5V - 0.1V)/1kΩ = 4.9mA, lo cual también es aceptable.
• Diseño de Placa:Coloque el dispositivo cerca de la barrera de aislamiento en el PCB. Mantenga las distancias recomendadas de fuga y separación (consulte estándares de seguridad como IEC 60950-1) entre las trazas de cobre de entrada y salida, especialmente para la alta clasificación de voltaje de aislamiento.

12. Principio de Funcionamiento

Un fotocoplador funciona convirtiendo una señal eléctrica en luz, transmitiéndola a través de un espacio eléctricamente aislante y luego convirtiendo la luz nuevamente en una señal eléctrica. En el ELD3H7/ELQ3H7:

1. Una corriente eléctrica (I_F) fluye a través del LED infrarrojo, haciendo que emita fotones.
2. Estos fotones viajan a través de un dieléctrico aislante transparente (el compuesto de moldeo) e impactan la región base del fototransistor de silicio.
3. La energía de los fotones genera pares electrón-hueco en la base, creando efectivamente una corriente de base que enciende el transistor.
4. El transistor conduce una corriente de colector (I_C) que es proporcional a la intensidad de la luz recibida, y por lo tanto a la I_Fde entrada. La constante de proporcionalidad es el CTR.

La clave es que la única conexión entre entrada y salida es óptica, proporcionando el aislamiento eléctrico.

13. Tendencias y Desarrollo de la Industria

La tendencia en la tecnología de optoacopladores está impulsada por la demanda de mayor velocidad, menor tamaño, menor consumo de energía e integración de funciones adicionales. Si bien los acopladores de fototransistor tradicionales como el ELD3H7/ELQ3H7 sobresalen en rentabilidad, robustez y alto voltaje de aislamiento, están surgiendo nuevas tecnologías:

• Acopladores Digitales de Alta Velocidad:Utilizan tecnología CMOS y LEDs integrados para lograr velocidades de datos de decenas o cientos de Mbps, superando con creces los dispositivos basados en fototransistores.
• Funciones Aisladas Integradas:Dispositivos que combinan aislamiento con funciones como drivers de puerta aislados, ADCs aislados o entrega de potencia aislada (isoPower).
• Seguridad y Confiabilidad Mejoradas:El desarrollo continuo se centra en mejorar la durabilidad del material de aislamiento, la inmunidad a sobretensiones y lograr clasificaciones de voltaje de trabajo más altas en paquetes más pequeños para cumplir con los estándares de seguridad internacionales en evolución.

Los acopladores de fototransistor siguen siendo una solución fundamental y ampliamente utilizada para aislamiento de propósito general sensible al costo, donde la velocidad moderada y la alta confiabilidad son primordiales.