Módulo Optoacoplador de Aislamiento 8/2 Canales PC817

La función principal de este módulo, que utiliza optoacopladores PC817, es proporcionar aislamiento eléctrico (galvánico) entre un circuito de control de bajo voltaje (entrada) y un circuito de salida que puede operar a un voltaje diferente o manejar cargas. Esta separación física previene que las corrientes, voltajes elevados, ruido eléctrico o picos de voltaje del lado de la salida afecten o dañen el circuito de control sensible (como un microcontrolador). Protege contra interferencias y mejora la seguridad y fiabilidad general del sistema al evitar lazos de tierra y rutas directas para transitorios eléctricos.

La frase «convertir señales de 3.3V a 5V» puede ser un poco confusa en este contexto. Más precisamente, el módulo está diseñado para que su lado de entrada (control) sea compatible con señales lógicas provenientes de sistemas que operan tanto a 3.3V como a 5V (o incluso más, ya que el «Voltaje de señal de entrada» se especifica como 3.6V – 24V).
Cuando una señal de entrada dentro de este rango activa el LED interno del optoacoplador PC817, este a su vez activa el fototransistor del lado de salida. Este fototransistor actúa como un interruptor que puede controlar un circuito separado en el lado de salida, el cual puede operar con voltajes en el rango de 3.6V a 30V.
La activación de la salida depende de que la señal de entrada sea suficiente para encender el LED del optoacoplador. El módulo usualmente incluye resistencias limitadoras en las entradas para que voltajes dentro del rango 3.6V-24V proporcionen la corriente adecuada al LED del PC817.

La especificación de corriente máxima de salida de hasta 10mA por canal es el límite de corriente que el fototransistor de salida del PC817 (posiblemente con algún buffer adicional simple en el módulo) puede conmutar de forma segura y fiable. Esto significa que la salida de este módulo está diseñada para:

• Controlar directamente cargas de muy baja corriente (≤ 10mA), como indicadores LED (con su resistencia).
• Actuar como una señal de control para activar la compuerta (gate) de un MOSFET de potencia, la base de un transistor de potencia BJT, o la bobina de un relé pequeño cuya corriente de activación sea ≤ 10mA.

La nota «(la corriente y el voltaje son inversamente proporcionales, ya que la potencia total es constante)» parece ser una generalización que podría no aplicar directamente al funcionamiento de un optoacoplador como interruptor. Un optoacoplador con salida de transistor no es una fuente de potencia constante. Lo fundamental es no exceder la corriente de salida de 10mA.
Si necesitas controlar cargas que requieren más de 10mA (ej. la mayoría de los relés de potencia, motores, tiras de LED), debes usar la salida de este módulo optoacoplador para activar un componente de conmutación de mayor potencia (como un MOSFET o un módulo de relé) que a su vez manejará la carga principal.

Esta característica, si está presente en el módulo (a menudo mediante jumpers o puntos de soldadura configurables por el usuario), permite determinar cómo se comporta eléctricamente la salida (OUTx) cuando el canal correspondiente se activa.

• Salida de Bajo Potencial (Low-Side Switching): Cuando el canal se activa, el pin OUTx se conecta a la tierra (GND) del lado de salida. La carga se conecta entre una fuente de voltaje positiva del lado de salida y el pin OUTx. Esta es una configuración muy común para los optoacopladores con salida de transistor NPN como el PC817.
• Salida de Alto Potencial (High-Side Switching): Cuando el canal se activa, el pin OUTx se conecta al voltaje positivo (VCC) del lado de salida. La carga se conecta entre el pin OUTx y la tierra (GND) del lado de salida. Esta configuración requeriría circuitería adicional en el módulo (como un transistor PNP en la etapa de salida).

El jumper permitiría al usuario seleccionar cuál de estas configuraciones (o una variación) está activa. Debes consultar la documentación específica o serigrafía del módulo para entender cómo el jumper afecta la conexión de la salida y conectar tu carga de acuerdo a la configuración seleccionada para asegurar el funcionamiento deseado.

La diferencia principal es la cantidad de circuitos de aislamiento independientes que ofrece cada módulo:

• Módulo de 2 Canales: Proporciona dos vías de optoacoplamiento separadas. Es «perfecto para proyectos más pequeños o cuando necesitas controlar un par de dispositivos» de forma aislada. Ocupa menos espacio.
• Módulo de 8 Canales: Ofrece ocho vías de optoacoplamiento independientes. Es «ideal para aplicaciones más complejas» donde necesitas «controlar múltiples dispositivos de manera simultánea e independiente», como en sistemas con varios sensores de entrada o múltiples actuadores de salida que requieren aislamiento.

La elección depende de:

• El número de señales o cargas que necesitas aislar: Si solo son una o dos, el módulo de 2 canales es suficiente y más económico. Si son tres o más, el de 8 canales ofrece más capacidad en un solo módulo.
• El espacio disponible en tu proyecto: El módulo de 8 canales será físicamente más grande.
• La escalabilidad futura: Si anticipas necesitar más canales aislados en el futuro, el de 8 canales podría ser una mejor inversión inicial.

Ambos modelos comparten las mismas características eléctricas básicas por canal (voltajes, corriente de salida de 10mA, etc.).

Sí, la salida de 10mA de este módulo es generalmente adecuada para controlar la compuerta (gate) de muchos MOSFETs de potencia y la base de transistores bipolares (triodos de alta potencia se refiere probablemente a transistores BJT de potencia o tiristores/triacs), y también para activar las bobinas de relés pequeños o relés de estado sólido (SSRs) que tengan una corriente de entrada de control baja (≤ 10mA).

• MOSFETs: La compuerta de un MOSFET es controlada por voltaje y requiere muy poca corriente continua para mantenerse encendida o apagada (solo corrientes transitorias durante la conmutación para cargar/descargar la capacitancia de la compuerta). Una salida de 10mA es más que suficiente para cargar la compuerta a la velocidad requerida para muchas aplicaciones, especialmente si la frecuencia de conmutación no es extremadamente alta (el módulo está limitado a señales pulsadas de hasta 4kHz).
• Transistores BJT de Potencia: La corriente de base requerida por un BJT de potencia es I_C / hFE. Si 10mA es suficiente para saturar el BJT para la corriente de colector deseada, entonces sí.
• Relés de 24V: Muchas bobinas de relés de 24V (especialmente los de señal o los de PCB de baja potencia) consumen corrientes en el rango de 5mA a 50mA. Si tu relé de 24V tiene una corriente de bobina ≤ 10mA, podría ser controlado directamente. Si es mayor, necesitarás un transistor driver adicional que este módulo optoacoplador pueda activar.

El propósito del módulo aquí es proporcionar el aislamiento y la señal de control inicial, no necesariamente la corriente de potencia para la carga final.

La limitación de «señales pulsadas de hasta 4kHz» (no recomendado para frecuencias superiores) se refiere a la velocidad máxima con la que la señal de entrada puede cambiar y ser reflejada fielmente en la salida del optoacoplador PC817. El PC817 tiene tiempos de subida y bajada (t_r, t_f) que limitan su respuesta en frecuencia.
Implicaciones para PWM:

• Control de Motores con MOSFETs: Muchos controladores de motores PWM operan a frecuencias más altas (ej. 10kHz, 20kHz, o incluso más) para un funcionamiento más suave del motor y para evitar el ruido audible. Si intentas pasar una señal PWM de, por ejemplo, 20kHz a través de este módulo optoacoplador, la señal de salida del optoacoplador probablemente estará distorsionada (los flancos no serán tan nítidos, el ciclo de trabajo podría no ser fielmente reproducido) debido a los tiempos de conmutación del PC817. Esto podría llevar a una conmutación ineficiente o incorrecta del MOSFET.
• Aplicaciones Adecuadas para 4kHz: Para control PWM de cargas que no requieren alta frecuencia (como el control de brillo de LEDs de respuesta más lenta, o control de algunos tipos de calentadores o actuadores lentos), una frecuencia PWM de hasta 4kHz podría ser aceptable.

Si tu aplicación PWM requiere frecuencias significativamente superiores a 4kHz para activar un MOSFET, deberías considerar optoacopladores de alta velocidad diseñados específicamente para ese propósito (ej. la serie 6N137).

Este módulo tiene un lado de entrada (control) y un lado de salida (carga), eléctricamente aislados.
Lado de Entrada (Control):

• VCC (Entrada): Este pin debe alimentarse con un voltaje dentro del rango especificado para la lógica del módulo que alimenta los LEDs de los optoacopladores. La descripción de un producto similar (X2-15V1) indicaba 3.3V-5V para el VCC del módulo de entrada. Si este módulo es igual, este VCC sería para la lógica de entrada.
• GND (Entrada): Conectar a la tierra del circuito de control (ej. GND del microcontrolador).
• INx (Señal de Entrada): El «Voltaje de señal de entrada (terminal de control): 3.6V – 24V» se refiere al voltaje que puedes aplicar a los pines INx para activar el LED del optoacoplador.
  • Si tu microcontrolador (3.3V o 5V) controla INx: La salida del microcontrolador (0V para BAJO, 3.3V/5V para ALTO) se conecta a INx. Si el VCC del módulo de entrada es 3.3V/5V, y las entradas INx tienen resistencias internas dimensionadas para este rango, entonces la conexión es directa (considerando si la activación es por nivel bajo o alto). Si el módulo espera una activación por nivel bajo (como se indicó en un módulo similar X2-15V1), entonces un BAJO del MCU activaría el canal.
  • Si la señal de entrada es de una fuente externa de 3.6V a 24V: Esa fuente se conectaría entre INx y el GND del lado de entrada del módulo.

Lado de Salida (Carga):

• El circuito de salida (los fototransistores) conmutará una carga que puede estar alimentada por una fuente separada de 3.6V a 30V. Esta fuente de alimentación del lado de salida y su tierra son independientes de la fuente de alimentación y tierra del lado de entrada gracias al aislamiento.

Asegúrate de tener las tierras correctamente referenciadas para cada lado del aislamiento. La «conexión para seleccionar salida de alto o bajo potencial mediante un jumper» definirá cómo se cablea la carga al VCC/GND del lado de salida y al pin OUTx.