Hoja de Datos de la Serie EL303X/304X/306X/308X - Fotocoplador Controlador de Triac con Cruce por Cero en DIP de 6 Pines - Voltaje 250V-800V - Aislamiento 5000Vrms - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

Las series EL303X, EL304X, EL306X y EL308X son familias de fotocopladores en encapsulado DIP (Dual In-line Package) de 6 pines, diseñados específicamente como controladores de triac con cruce por cero. Estos dispositivos sirven como una interfaz crítica entre circuitos de control lógico de bajo voltaje y líneas de alimentación de CA de alto voltaje, permitiendo la conmutación segura y eficiente de cargas de CA. La función principal es proporcionar aislamiento galvánico mientras se dispara un triac de potencia externo en el punto de cruce por cero de la forma de onda de voltaje de CA, minimizando así la interferencia electromagnética (EMI) y la corriente de arranque.

La serie se diferencia principalmente por su capacidad de voltaje de bloqueo pico, que va desde 250V para el EL303X hasta 800V para el EL308X, lo que la hace adecuada para una amplia gama de voltajes de línea, desde 110VCA hasta 380VCA. Una característica clave es el circuito integrado de detección de cruce por cero, que garantiza que el triac de salida se dispare solo cuando el voltaje de la línea de CA esté cerca de cero voltios. Este dispositivo se utiliza comúnmente como componente central en relevadores de estado sólido (SSR), controladores de motores y diversos controles para electrodomésticos e industriales.

2. Interpretación Profunda de los Parámetros Técnicos

2.1 Especificaciones Máximas Absolutas

Estas especificaciones definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente al dispositivo. No se garantiza el funcionamiento bajo estas condiciones.

• Corriente Directa de Entrada (IF):La corriente máxima continua a través del LED infrarrojo es de 60 mA. Exceder este valor puede degradar o destruir el LED.
• Voltaje Inverso de Entrada (VR):El LED puede soportar una polarización inversa de hasta 6V.
• Disipación de Potencia de Entrada/Salida:Disipación de Potencia de Entrada/Salida:
• Voltaje de Terminal de Salida en Estado de Bloqueo (VDRM):Este es el parámetro diferenciador crítico. EL303X: 250V, EL304X: 400V, EL306X: 600V, EL308X: 800V. El dispositivo debe seleccionarse con una clasificación VDRM superior al voltaje pico de la línea que bloqueará.
• Voltaje de Aislamiento (VISO):5000 Vrms durante 1 minuto. Esto especifica la rigidez dieléctrica entre los lados de entrada y salida, garantizando la seguridad y el cumplimiento de los estándares regulatorios.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros definen el rendimiento del dispositivo en condiciones normales de operación a 25°C.

2.2.1 Características de Entrada

• Voltaje Directo (VF):Máximo de 1.5V a IF=30mA. Se utiliza para calcular la resistencia limitadora de corriente requerida para el circuito controlador del LED.
• Corriente de Fuga Inversa (IR):Máximo de 10 µA a VR=6V, lo que indica una fuga muy baja en polarización inversa.

2.2.2 Características de Salida

• Corriente de Bloqueo Pico (IDRM):Corriente de fuga muy baja (100-500 nA máx.) cuando la salida está en estado de bloqueo al VDRM nominal. Una fuga más baja es mejor para la eficiencia energética.
• Voltaje Pico en Estado de Conducción (VTM):Máximo de 3V cuando el triac de salida conduce una corriente pico de 100 mA. Esto representa la pérdida por conducción.
• Tasa Crítica de Subida del Voltaje en Estado de Bloqueo (dv/dt):Un mínimo de 600-1000 V/µs. Este parámetro indica la inmunidad del dispositivo a disparos falsos causados por transitorios de voltaje rápidos en la línea de CA. Valores más altos son mejores.
• Voltaje de Inhibición (VINH):Máximo de 20V. Si el voltaje entre los terminales de salida excede este valor, el circuito de cruce por cero evita el disparo, incluso si el LED está encendido.

2.3 Características de Transferencia

Estos parámetros definen la relación entre la corriente del LED de entrada y el disparo del triac de salida.

• Corriente de Disparo del LED (IFT):Esta es la corriente máxima requerida para garantizar que el triac de salida se encienda. La serie se ofrece en tres grados de sensibilidad: 15 mA (ELxx1), 10 mA (ELxx2) y 5 mA (ELxx3). Un IFT más bajo permite el uso de un circuito controlador más débil.
• Corriente de Mantenimiento (IH):El valor típico es 280 µA. Una vez disparado, el triac de salida permanecerá encendido mientras la corriente que lo atraviesa supere este valor. Esto es importante para garantizar el comportamiento de enclavamiento con cargas inductivas.

La corriente de operación recomendada para el LED se encuentra entre el IFT máximo para el grado elegido y el IF máximo absoluto de 60 mA. Operar por encima del IFT garantiza un disparo confiable, pero por debajo de 60 mA asegura la confiabilidad a largo plazo.

3. Explicación del Sistema de Clasificación

La familia de productos utiliza un sistema de clasificación claro basado en dos parámetros clave:

1. Clasificación de Voltaje (Primer Dígito después de 'EL'):Esta es la clasificación principal.
   • EL303X:Voltaje de bloqueo de 250V.
   • EL304X:Voltaje de bloqueo de 400V.
   • EL306X:Voltaje de bloqueo de 600V.
   • EL308X:Voltaje de bloqueo de 800V.
2. Grado de Sensibilidad (Último Dígito del Número de Parte, 'X'):Esto define el requisito de corriente de disparo del LED.
   • Grado '1':Corriente de disparo máxima (IFT) = 15 mA. Menos sensible.
   • Grado '2':Corriente de disparo máxima (IFT) = 10 mA.
   • Grado '3':Corriente de disparo máxima (IFT) = 5 mA. Más sensible.

Por ejemplo, un EL3062 es un fotocoplador clasificado para 600V con una corriente de disparo máxima de 10 mA.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a curvas de rendimiento típicas, que son esenciales para comprender el comportamiento del dispositivo en condiciones no estándar (por ejemplo, variaciones de temperatura). Aunque los gráficos específicos no se detallan en el texto proporcionado, las curvas típicas para tales dispositivos incluyen:

• Corriente Directa vs. Voltaje Directo (IF-VF):Muestra la relación no lineal del LED de entrada, crucial para el diseño del controlador.
• Corriente de Disparo vs. Temperatura (IFT vs. Ta):La corriente de LED requerida para disparar la salida típicamente aumenta al disminuir la temperatura. Esto es crítico para diseñar sistemas confiables que operen en ambientes fríos.
• Voltaje en Estado de Conducción vs. Corriente en Estado de Conducción (VTM-ITM):Ilustra las características de conducción del triac de salida.

Los diseñadores deben consultar los gráficos completos de la hoja de datos para reducir adecuadamente los parámetros para su rango específico de temperatura de operación.

5. Esquema y Configuración de Pines

El esquema interno muestra un LED infrarrojo de GaAs acoplado ópticamente a un chip de silicio que contiene el triac fotosensible y el circuito de detección de cruce por cero.

Configuración de Pines (DIP de 6 Pines):

1. Ánodo:Terminal positivo del LED de entrada.
2. Cátodo:Terminal negativo del LED de entrada.
3. Sin Conexión (NC):Este pin no está conectado internamente.
4. Terminal Principal 2 (MT2):Uno de los terminales principales del triac de salida.
5. Sustrato:Conexión interna.No conectar externamente.
6. Terminal Principal 1 (MT1):El otro terminal principal del triac de salida. Este es típicamente el punto de referencia para la señal de disparo de la puerta.

La salida (pines 4 y 6) está diseñada para conectarse en serie con la puerta de un triac externo de mayor potencia que realmente conmuta la corriente de carga.

6. Metodología de Medición: dv/dt Estático

La hoja de datos proporciona un circuito de prueba detallado y un procedimiento para medir la Tasa Crítica de Subida del Voltaje en Estado de Bloqueo (dv/dt). Esta prueba es vital para cuantificar la inmunidad al ruido del dispositivo.

Circuito de Prueba:Una fuente de pulsos de alto voltaje se conecta a la salida del Dispositivo Bajo Prueba (DUT) a través de una red RC en serie (RTEST, CTEST). El LED está apagado (IF=0).

Procedimiento:Se aplica un pulso con un valor pico (VPEAK) igual al VDRM nominal. La resistencia RTEST se varía para cambiar la constante de tiempo (τ = R*C) de la red RC, lo que a su vez cambia la pendiente (dv/dt) de la rampa de voltaje aplicada al DUT. La pendiente se aumenta hasta que el DUT se dispara falsamente. Luego, la pendiente se disminuye hasta que el disparo se detiene justo. El valor dv/dt en este umbral se calcula como 0.632 * VPEAK / τRC.

Este valor medido debe cumplir o superar la especificación mínima de dv/dt (por ejemplo, 600 V/µs para EL308X).

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Relevadores de Estado Sólido (SSR):La aplicación principal, proporcionando aislamiento y conmutación de cruce por cero para cargas de CA como calentadores, lámparas y solenoides.
• Controles Industriales:Para interconectar salidas de PLC con arrancadores de motores, contactores y actuadores de válvulas.
• Electrodomésticos:Utilizado en enchufes inteligentes, reguladores de intensidad y placas de control de electrodomésticos para una conmutación segura de CA.
• Controles de Temperatura:Conmutación de elementos calefactores en termostatos y hornos.

7.2 Consideraciones de Diseño

1. Selección de Voltaje:Elija una clasificación VDRM con un margen de seguridad por encima del voltaje pico de la línea de CA. Para una línea de 240VCA (pico ~340V), un EL304X (400V) es el mínimo, pero un EL306X (600V) proporciona un mejor margen para transitorios.
2. Circuito Controlador del LED:Calcule la resistencia en serie: R = (Vcc - VF) / I_F_operación. Asegúrese de que I_F_operación esté entre el IFT máximo (para el grado elegido) y 60mA. Una corriente de operación típica es de 10-20 mA para los grados 1 y 2.
3. Circuitos Snubber:Aunque el fotocoplador en sí tiene una buena clasificación dv/dt, el triac de potencia externo puede requerir una red RC snubber entre sus terminales para suprimir picos de voltaje de cargas inductivas, evitando disparos falsos o daños.
4. Disipación de Calor:Adhiérase a las curvas de reducción de potencia. La disipación de potencia de salida (PC) proviene principalmente del voltaje en estado de conducción (VTM) multiplicado por la corriente de puerta del triac externo. Asegúrese de que la disipación total del dispositivo (PTOT) esté dentro de los límites a la temperatura ambiente máxima.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

Las ventajas clave de esta serie de fotocopladores controladores de triac con cruce por cero en comparación con los tipos sin cruce por cero o los optotriacs básicos son:

• EMI Reducida:Al conmutar en el punto de cruce por cero, el cambio repentino de corriente (di/dt) se minimiza, reduciendo drásticamente la interferencia electromagnética conducida y radiada.
• Corriente de Arranque Más Baja:Previene altas corrientes de arranque al conmutar cargas resistivas como lámparas incandescentes o elementos calefactores, extendiendo su vida útil.
• Solución Integrada:Combina las funciones de aislamiento, detección y disparo en un paquete confiable de 6 pines, simplificando el diseño en comparación con circuitos de cruce por cero discretos.
• Rango de Voltaje:La amplia gama de voltajes de bloqueo (250V a 800V) cubre la mayoría de las aplicaciones de red eléctrica de CA globales en una sola familia de productos.
• Cumplimiento Normativo:Los dispositivos cuentan con aprobaciones de las principales agencias de seguridad internacionales (UL, cUL, VDE, etc.), simplificando la certificación del producto final.

9. Preguntas Frecuentes Basadas en Parámetros Técnicos

1. P: ¿Puedo usar el EL303X (250V) en una línea de 120VCA?
   
   R: Sí. El voltaje pico de 120VCA es ~170V, que está por debajo de la clasificación de 250V. Sin embargo, para una mayor confiabilidad contra sobretensiones de línea, a menudo se recomienda una parte de mayor clasificación como el EL304X.
2. P: ¿Cuál es el propósito del pin "Sustrato (no conectar)"?
   
   R: Este pin es una conexión interna para el chip de silicio. Dejarlo sin conectar externamente es crucial. Conectarlo podría cortocircuitar circuitos internos y destruir el dispositivo.
3. P: ¿Cómo elijo entre los grados de sensibilidad 1, 2 y 3?
   
   R: El grado 3 (5mA) permite el uso de una resistencia limitadora de corriente de mayor valor o un CI controlador más débil (por ejemplo, de un microcontrolador), ahorrando energía y reduciendo el estrés en los componentes del controlador. El grado 1 (15mA) puede elegirse si el circuito de control es robusto y el costo del controlador es menos preocupante, o para aplicaciones que requieren una mayor inmunidad al ruido en el lado de entrada.
4. P: La clasificación de corriente de salida (IT(RMS)) es solo de 100mA. ¿Puede conmutar una carga de 10A?
   
   R: No. Este dispositivo es uncontrolador. La salida de 100mA está diseñada para disparar la puerta de un triac o tiristor de potencia externo mucho más grande (por ejemplo, un TRIAC de 10A o 40A). El componente externo maneja la corriente de carga completa.

10. Caso Práctico de Diseño

Escenario:Diseñar un relevador de estado sólido para conmutar un elemento calefactor resistivo de 240VCA, 5A desde un microcontrolador de 5V.

1. Selección del Fotocoplador:Elija EL3062. La clasificación de 600V proporciona un buen margen sobre el pico de 340V. El grado 2 (IFT de 10mA) es un buen equilibrio entre sensibilidad y capacidad del controlador.
2. Controlador del LED:El pin del microcontrolador (5V, 20mA máx.) controla el LED. VF ~1.3V. R = (5V - 1.3V) / 0.015A = ~247 Ohmios. Use una resistencia de 220 Ohmios, resultando en IF ~17mA, muy por encima del IFT de 10mA y por debajo del máximo de 60mA.
3. Triac de Potencia Externo:Seleccione un triac de 600V, 10A+ (por ejemplo, BTA16-600). Conecte su Puerta al pin 6 (MT1) del fotocoplador. Conecte el pin 4 (MT2) del fotocoplador en serie con una resistencia de 100-200 Ohmios a la línea de CA (a través de la carga). Esta resistencia limita la corriente de puerta del triac de potencia.
4. Snubber:Agregue una resistencia de 100 Ohmios y un capacitor de 0.1µF en serie a través de los terminales principales (A1/A2) del triac BTA16.
5. Aislamiento:El aislamiento de 5000Vrms del fotocoplador separa de manera segura el circuito de bajo voltaje del microcontrolador de la peligrosa red eléctrica de CA.

11. Principio de Funcionamiento

El dispositivo opera bajo el principio de acoplamiento óptico. Cuando una corriente fluye a través del Diodo Emisor de Luz Infrarroja (IR LED) de entrada, emite fotones. Estos fotones cruzan un espacio de aislamiento e impactan un chip de silicio fotosensible en el lado de salida. Este chip contiene un triac activado por luz y un circuito de detección de cruce por cero. El circuito de detección monitorea el voltaje entre los terminales de salida (MT1-MT2). Solo cuando este voltaje está por debajo de un cierto umbral (típicamente alrededor de 20V, el voltaje de inhibición VINH)yel LED está iluminado, el circuito permitirá que el triac interno se dispare. Esto garantiza que la conducción comience muy cerca del punto donde la onda sinusoidal de CA cruza cero voltios. Una vez disparado, el triac permanece enclavado encendido mientras la corriente de carga exceda su corriente de mantenimiento (IH), hasta el próximo cruce por cero de corriente.

12. Información de Pedido

El número de parte sigue el formato: EL30XY(Z)-V

• X:Serie de voltaje (3,4,6,8).
• Y:Grado de sensibilidad (1,2,3).
• Opción de Forma de Terminales:
  • Ninguna/M:DIP de orificio pasante, empaque en tubo.
  • S / S1:Forma de terminales para montaje superficial. S1 es una versión de perfil bajo.
• Opción de Cinta y Carrete (Z):TA o TB para partes SMD, especificando el tipo de carrete.
• V:Indica que se incluye la aprobación de seguridad VDE.

Ejemplo: EL3062S-TA-V es un dispositivo de montaje superficial de 600V, Grado 2, en cinta y carrete TA, con aprobación VDE.