Gli isolatori a stato solido promettono vantaggi rispetto ai relè ottici

Quando si scelgono i componenti per applicazioni elettroniche, si è tentati di affidarsi a ciò che è già noto e collaudato. La familiarità con le opzioni esistenti, i costi più bassi della vecchia tecnologia o l'esitazione ad affrontare nuove sfide di integrazione possono essere un deterrente all'adozione di nuove opzioni. Ma quando prendono in considerazione le nuove tecnologie degli isolatori a stato solido (SSI) rispetto alle alternative, i progettisti potrebbero anche valutare il detto "paga tutto adesso o paga di più dopo".

All'inizio del 2024, Infineon Technologies ha introdotto una nuova famiglia di isolatori a stato solido (SSI) (Figura 1) che utilizza la tecnologia dei trasformatori senza nucleo per supportare un trasferimento di energia 20 volte superiore, una commutazione di circuiti più affidabile e funzioni di protezione non disponibili con i relè a stato solido (SSR) ottici. Promettono inoltre una potenza di attivazione inferiore del 40% e altri vantaggi rispetto ai relè elettromagnetici (EMR).

Figura 1: iSS120R02H, uno degli isolatori a stato solido di Infineon, si basa sulla tecnologia dei trasformatori senza nucleo e viene utilizzato nei relè a stato solido. (Immagine per gentile concessione di Infineon Technology)

Grazie a questi isolatori a stato solido, gli sviluppatori possono creare robusti relè a stato solido personalizzati in grado di controllare carichi di oltre 1000 V e 100 A. Gli isolatori consentono il trasferimento di energia attraverso la barriera di isolamento per pilotare MOSFET e transistor bipolari a gate isolato (IGBT) di grandi dimensioni, senza la necessità di un'alimentazione di polarizzazione isolata per pilotare il gate.

I vantaggi a lungo termine e l'affidabilità degli isolatori a stato solido possono superare i risparmi derivanti dall'uso di optoaccoppiatori o EMR. Sebbene l'integrazione di questi dispositivi nelle applicazioni possa comportare una iniziale curva di apprendimento, ciò accade in genere con qualsiasi progresso tecnologico.

Una progettazione dell'alimentazione più semplice e un'affidabilità a più lungo termine sono fattori essenziali per la soddisfazione dei clienti, quindi gli ingegneri devono bilanciare le considerazioni sulla distinta base con i costi a lungo termine. Le prestazioni superiori e le caratteristiche di protezione dalla corrente e dalla temperatura degli isolatori a stato solido di Infineon garantiscono una maggiore affidabilità e possono ridurre il costo totale di proprietà.

Grazie all'assenza di componenti mobili, caratteristica degli EMR, alla velocità di commutazione più elevata e alla minore dissipazione di potenza rispetto agli SSR ottici, gli isolatori a stato solido di Infineon offrono alle applicazioni elettroniche prestazioni e affidabilità migliori e una maggiore efficienza termica, riducendo al minimo la necessità di dissipatori di calore. I LED dei relè a stato solido a base ottica col tempo possono degradarsi, mentre gli isolatori a stato solido si basano sulla tecnologia dei trasformatori senza nucleo, progettati per garantire una maggiore affidabilità a lungo termine.

Il lato di ingresso degli isolatori a stato solido di Infineon è compatibile con 3,3 V e integra un condensatore di alimentazione bufferizzato. L'alimentazione è basata su un regolatore di shunt che emula una struttura a diodi. Non sono necessari condensatori bufferizzati esterni, anche se possono essere inseriti. Sono in grado di fornire una tensione di uscita elevata, fino a 18 V, senza che sia richiesta una configurazione in serie o in parallelo per il pilotaggio del gate.

Secondo Infineon, la loro tensione di uscita (V_OUT) è sufficiente per pilotare transistor controllati da MOS, compresi i MOSFET di potenza serie CoolMOS^TM e OptiMOS^TM di Infineon e la sua famiglia di IGBT TRENCHSTOP^TM. Le applicazioni possono usufruire di funzioni avanzate di controllo sul lato di uscita, tra cui l'accensione e lo spegnimento rapidi, la protezione da sovratemperatura e da sovracorrente. Tutti i dispositivi della famiglia sono stati progettati per raggiungere la certificazione IEC 60747-17 e UL1577.

I dispositivi di Infineon possono essere utilizzati per SSR personalizzati in un'ampia gamma di applicazioni ad alta tensione e ad alta corrente, dalle apparecchiature industriali alle reti elettriche fino alle energie rinnovabili. Possono essere incorporati nella distribuzione dell'energia elettrica, negli alimentatori, nelle apparecchiature di test automatico, nella robotica, nei sistemi di strumentazione, nella gestione avanzata delle batterie e in numerose altre applicazioni.

La famiglia di isolatori a stato solido di Infineon include iSSI30R12H, offerto in un contenitore DSO-16-33 e personalizzato per l'uso con MOSFET di potenza CoolMOS™ S7 T-Sense con un sensore di temperatura integrato. Il lato di ingresso dell'isolatore è compatibile con 3,3 V e funziona con una corrente di alimentazione in genere di 16 mA.

Altri componenti della famiglia per l'uso con resistori PTC esterni includono:

• iSSI20R02H, iSSI20R03H e iSSI20R11H, tutti in un contenitore DSO-8-66
• iSSI30R11H, in un contenitore DSO-16-33

Infineon offre anche schede di valutazione per i dispositivi della sua famiglia di isolatori a stato solido. Ad esempio, Eval-iSSI30R12H (Figura 2) include un iSS130R12H con due MOSFET CoolMOS™ IPT60T022S7 in una configurazione con interruttore c.a., con un'interfaccia di controllo che può essere collegata a un generatore di impulsi, un microcontroller, o altri circuiti digitali con capacità di pilotaggio appropriate di almeno 25 mA.

Figura 2: EVAL-iSSI30R12H è uno di numerosi kit di valutazione per testare la commutazione con la linea di isolatori a stato solido di Infineon. (Immagine per gentile concessione di Infineon Technology)

Conclusione

La linea di isolatori a stato solido di Infineon offre prestazioni di rilievo, affidabilità e vantaggi di gestione termica nella creazione di SSR personalizzati. Grazie all'assenza di componenti mobili e al maggiore trasferimento di energia rispetto ai relè elettromagnetici e a quelli a stato solido ottici, permettono di realizzare applicazioni più performanti e durature che giustificano ampiamente la curva iniziale di apprendimento.