Los aisladores de estado sólido prometen ventajas sobre los relés ópticos

Cuando se seleccionan componentes para aplicaciones electrónicas, resulta tentador confiar en lo ya probado y verificado. La familiaridad con las opciones existentes, el menor costo de la tecnología más antigua o la indecisión a la hora de asumir nuevos retos de integración pueden ser factores disuasorios a la hora de optar por nuevas opciones. Sin embargo, cuando los diseñadores de productos consideran la nueva tecnología de aisladores de estado sólido (SSI) frente a otras alternativas, es posible que también quieran tener en cuenta la ecuación “págame ahora o págame después”.

A principios de 2024, Infineon Technologies presentó una familia de productos de aisladores de estado sólido (SSI) (figura 1) que utilizan tecnología de transformador sin núcleo para permitir una transferencia de energía 20 veces mayor, una conmutación de circuitos más fiable y funciones de protección que no están disponibles con los relés de estado sólido (SSR) ópticos. También prometen una potencia de encendido un 40 % menor y otras ventajas en comparación con los relés electromagnéticos (EMR).

Figura 1: El Infineon iSS120R02H, uno de los aisladores de estado sólido de la empresa, se basa en la tecnología de transformador sin núcleo y se utiliza en relés de estado sólido. (Fuente de la imagen: Infineon Technology)

Con estos SSI, los desarrolladores pueden crear SSR sólidos personalizados capaces de controlar cargas de más de 1000 V y 100 A. Los aisladores permiten la transferencia de energía a través de la barrera de aislamiento para impulsar MOSFET de gran tamaño y transistores bipolares de puerta aislada (IGBT) sin necesidad de un suministro de polarización aislado para impulsar la puerta.

Los beneficios a largo plazo y la fiabilidad de los SSI pueden compensar el ahorro que supone el uso de optoacopladores o EMR. La integración de estos dispositivos en las aplicaciones puede tener una curva de aprendizaje inicial, pero eso es lo que suele ocurrir con cualquier avance tecnológico.

Un diseño de potencia más sencillo y una mayor fiabilidad a largo plazo son factores esenciales para la satisfacción del cliente, por lo que los ingenieros deben equilibrar las consideraciones de la lista de materiales con los costos a largo plazo. El rendimiento superior y las características de protección de corriente y temperatura de los SSI de Infineon proporcionan una mayor fiabilidad y pueden reducir el costo de propiedad total.

Sin las partes móviles características de los EMR, con velocidades de conmutación más rápidas y una disipación de potencia más baja que los SSR ópticos; los SSI de Infineon ofrecen aplicaciones electrónicas con un rendimiento mejorado, fiabilidad y una mejor eficiencia térmica, minimizando así la necesidad de disipadores de calor. Los LED de los SSR ópticos pueden degradarse con el tiempo, mientras que los SSI se basan en una tecnología de transformador sin núcleo diseñada para ofrecer una mayor fiabilidad a largo plazo.

El lado de entrada de los SSI de Infineon es compatible con 3.3 V e incorpora un condensador tampón de alimentación integrado. El suministro se basa en un regulador de derivación que emula una estructura de diodos. Los condensadores externos de tampón no son necesarios, aunque se pueden acomodar. Pueden alcanzar un alto voltaje de salida de hasta 18 V, sin necesidad de configuración en serie o en paralelo para el accionamiento de la puerta.

Según Infineon, su voltaje de salida (V_OUT) es suficiente para accionar transistores controlados por MOS, incluidos los MOSFET de potencia de las series CoolMOS^TM y OptiMOS^TM de Infineon, y su familia de IGBT TRENCHSTOP^TM. Las aplicaciones pueden aprovechar las funciones de control avanzadas del lado de salida, incluido el encendido y apagado rápidos, la protección contra sobretemperatura y la protección de sobretensión. Todos los dispositivos de la familia se diseñaron para obtener las certificaciones IEC 60747-17 y UL1577.

Los dispositivos de Infineon se pueden utilizar para SSR personalizados en una amplia gama de aplicaciones de alto voltaje y alta corriente, desde equipos industriales hasta redes eléctricas y energías renovables. Se pueden incorporar en la distribución de energía, fuentes de alimentación, equipos de prueba automáticos, robótica, sistemas de instrumentación, gestión avanzada de baterías y muchas otras aplicaciones.

La familia SSI de Infineon incluye el iSSI30R12H, que se presenta en un paquete DSO-16-33 y está adaptado para su uso con MOSFET de potencia CoolMOS™ S7 T-Sense con sensor de temperatura integrado. El lado de entrada del aislador es compatible con 3,3 V y funciona con una corriente de alimentación típica de 16 mA.

Otras partes de la familia para uso con resistencias PTC externas incluyen:

• El iSSI20R02H, el iSSI20R03H y el iSSI20R11H, todos en empaquetado DSO-8-66
• El iSSI30R11H, en un paquete DSO-16-33

Infineon también ofrece placas de evaluación para los dispositivos de su familia SSI. Por ejemplo, el Eval-iSSI30R12H (figura 2) incluye un iSS130R12H con dos MOSFET CoolMOS™ IPT60T022S7 en una configuración de interruptor de CA, con una interfaz de control que puede conectarse a un generador de pulsos, un microcontrolador u otros circuitos digitales con una capacidad de conducción adecuada de al menos 25 mA.

Figura 2: El EVAL-iSSI30R12H es uno de varios kits de evaluación para probar la conmutación con la línea de aisladores de estado sólido de Infineon. (Fuente de la imagen: Infineon Technology)

Conclusión

La línea de aisladores de estado sólido de Infineon ofrece importantes ventajas de rendimiento, fiabilidad y gestión térmica en la creación de SSR para el cliente. Sin las partes móviles y con una mayor transferencia de energía que los relés electromagnéticos y los SSR ópticos, ofrecen opciones para entregar aplicaciones de alto rendimiento y más duraderas que justifican con creces la curva de aprendizaje inicial.