Circuitos Integrados Optoacopladores: Aplicaciones y Selección de Componentes

Para los nuevos diseñadores, un optoacoplador puede parecer que tiene poco que ver con la electrónica, pero son dispositivos importantes para proporcionar aislamiento entre diferentes bloques de circuitos. Un circuito integrado de optoacoplador integra elementos ópticos que actúan como un interruptor simple. Son fáciles de incorporar en diferentes circuitos y proporcionan aislamiento entre bloques de circuitos que funcionan a diferentes voltajes de manera eficiente. También son ideales para su uso en bucles de retroalimentación entre diferentes bloques de circuitos, especialmente donde se requiere aislamiento. Algunos optoacopladores también están diseñados para proporcionar conmutación a altas tasas de datos. Aquí hay algunas opciones de circuitos integrados de optoacopladores que puedes importar rápidamente a tu próximo sistema eléctrico o electro-óptico.

¿Qué es un Optoacoplador?

Muy simplemente, un optoacoplador integra un LED infrarrojo junto a un fotodetector (generalmente un fototransistor) y actúa como un interruptor óptico. Cuando el LED recibe una señal de entrada, el LED se enciende y suministra fotones a la base del fototransistor. Esto, a su vez, activa el fototransistor, permitiendo que la corriente fluya a través de un circuito conectado. El LED puede estar funcionando a un nivel diferente al del fototransistor interno, lo que permite cierto aislamiento entre estos dos niveles de señal. Esta es una manera de conducir una señal de bajo voltaje a un bloque de circuito de alto voltaje sin usar un amplificador.

Símbolo y Huella de Optoacoplador

Debido a que estos componentes son elementos ópticos económicos, proporcionan aislamiento eléctrico entre diferentes bloques de circuitos sin conducir ciertas formas de EMI entre diferentes bloques de circuitos. Esto no quiere decir que sean una solución para cada problema de ruido, pero el aislamiento que proporcionan sí aísla sistemas a diferentes voltajes, lo que tiene el beneficio adicional de suprimir el ruido de bucle de tierra de dos partes de un sistema. Se pueden encontrar fototransistores NPN o PNP en los circuitos integrados de optoacopladores.

Tipos de Circuitos Integrados de Optoacopladores

Los optoacopladores pueden usar otros elementos de conmutación aparte de un fototransistor. Aquí hay otros tipos de circuitos integrados de optoacopladores que encontrarás en el mercado electrónico:

• Triac: Un CI optoacoplador con un triac como detector se utiliza en sistemas que requieren alta tensión/corriente de salida. Tienen una velocidad de respuesta lenta y son mejores para sistemas de CC de alta tensión que requieren una alta corriente de salida.

• Rectificador controlado por silicio (SCR): Estos optoacopladores también proporcionan una alta ganancia, similar a un triac. Sin embargo, también son bastante lentos y también son mejores para sistemas de CC de tensión/corriente moderadamente alta.

• Fotodiodo: Un optoacoplador con un fotodiodo como detector es común en sistemas que necesitan conmutación rápida. Estos componentes pueden usarse cuando el LED se conmuta con una corriente de pulsos digitales o con una señal de CA. Un fotodiodo proporcionará una relación de transferencia de corriente de salida a entrada muy baja en comparación con un CI de fototransistor típico.

• Par Darlington fototransistor: Estos optoacopladores también son útiles por su alta ganancia y ofrecen entre las más altas relaciones de transferencia de corriente de salida a entrada.

• Fotorresistor: Estos se usan menos comúnmente ya que aún conducen en el estado OFF. También tienen una baja relación de transferencia de corriente de salida a entrada.

Especificaciones importantes de los CI optoacopladores

Probablemente comenzarás por mirar el estilo de montaje para los CI optoacopladores; están disponibles en paquetes DIP de montaje a través de orificio o como componentes de montaje superficial. Sin embargo, hay algunas especificaciones importantes que se deben examinar al seleccionar un CI optoacoplador:

• Voltaje directo del LED y corriente de disparo. Esto te indica cómo necesitas alimentar tu LED de entrada para asegurarte de que se encienda y proporcione el comportamiento de conmutación deseado. En los optoacopladores diseñados para ser conmutados con una onda cuadrada o señal PWM, la corriente máxima directa requerida para activar la conmutación depende del ancho de pulso de la señal en el estado ON. Los pulsos más cortos requieren una corriente de señal pico más grande para forzar el disparo.

• Relación de corriente de salida a entrada. Esto te indica la transferencia de corriente entre cada extremo del optoacoplador. Ten en cuenta que esto depende del voltaje máximo absoluto colector-emisor para un optoacoplador de fototransistor.

• Curva de voltaje directo vs. corriente directa. Esta especificación tiene el mismo significado que para un LED estándar, pero no debe confundirse con la corriente de disparo.

• Variaciones de temperatura. Estas especificaciones son bastante importantes para los sistemas de potencia ya que pueden alcanzar altas temperaturas durante la operación.

• Calificaciones de seguridad y certificación IEC/UL. Si estás diseñando para un sistema de potencia o para la transferencia de datos en un entorno de alta tensión cerca de las líneas de CA, IEC 60747-5-2 es una norma importante a tener en cuenta para asegurar que se puedan soportar altos voltajes transitorios. Necesitas seguir las pautas de seguridad y aislamiento para asegurarte de que cumples con los estándares de seguridad.

• Tasa de datos o velocidad de conmutación. Los componentes que están destinados para su uso en redes de datos normalmente especificarán una tasa de datos máxima, aunque también podría especificarse una velocidad o frecuencia de conmutación.

Aquí hay algunos ejemplos de CI optoacopladores que puedes usar en sistemas de CC y aplicaciones de baja tasa de datos.

ON Semiconductor, FODM611

El circuito integrado optoacoplador FODM611 de ON Semiconductor es un optoacoplador de un solo canal clasificado para tasas de datos de hasta 10 Mbps (NRZ, 100 ns de retardo de propagación). Este dispositivo entrega 5 V mientras ofrece una alta inmunidad al ruido transitorio en modo común, lo que lo hace ideal en redes industriales (sistemas CAN, RS485 y DeviceNet) o sistemas automotrices de baja velocidad. El conmutador se activa por un fotodiodo conectado a un búfer (ver abajo).

Esquemático funcional y tabla de verdad, del datasheet de FODM611.

Broadcom, HCPL-7723-300E

El HCPL-7723-300E de Broadcom está diseñado para tasas de datos más altas (50 MBaud con un PWD máximo de 2 ns). Cuenta con un controlador de LED CMOS integrado, donde la señal de entrada activa el controlador. La sección del detector consta de un fotodiodo, un amplificador de transimpedancia de alta velocidad y un comparador de voltaje con un controlador de salida.

Esquemático funcional y tabla de verdad, del datasheet de HCPL-7723-300E.

Renesas, PS2802-4

El optoacoplador cuádruple PS2802-4 de Renesas utiliza un par Darlington fototransistor para proporcionar una alta relación de corriente de salida a entrada que varía de 2 a 20 (con un voltaje colector-emisor clasificado de hasta 40 V). Este componente proporciona 4 canales en paralelo, lo que lo hace útil en sistemas de gestión de energía que requieren aislamiento entre una variedad de voltajes. La corriente oscura en este componente es tan baja como 400 nA, por lo que se desperdicia muy poca energía entre eventos de conmutación en un sistema de alta potencia. Este componente también está disponible como una variante de un solo canal (PS2802-1, ver abajo).

Variantes de cuádruple canal y de canal único, del datasheet de PS2802-4.

Una variedad de sistemas pueden beneficiarse del uso de circuitos integrados optoacopladores para aislamiento, y puedes encontrar los componentes que necesitas para tu próximo sistema con las características de búsqueda y filtrado de componentes de Octopart.

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