Vítejte, dnes je
pátek
06.
březen
2026
Odborný časopis a portál zaměřený na vývoj a výrobu elektroniky 
Musí při galvanickém oddělování signál nutně cestovat jako světelný paprsek? Ve firmě Infineon vzkazují, že nikoli. A to ani v případech, kdy se tak po dlouhá léta nečinilo jinak.
Svítí to? Máme problém
Klasické optočleny, sloužící ke spolehlivému oddělování signálu, tedy k jeho elektrické izolaci, běžně vídáme zhruba od sedmdesátých let minulého století, takže v průběhu bezmála šedesáti let prošly samy o sobě nemalým vývojem. V elektronice, zvláště pak u napájecích zdrojů nebo např. v průmyslové automatizaci si bez nich celou řadu zapojení nedokážeme ani představit. Ledacos o tom vypovídá i nejedno pojmenování, které pro ně angličtina používá. Vystupují zde jako „optocoupler“ či „photocoupler“ nebo jindy coby „optical isolator“, příp. též „opto-isolator“. Vzápětí ale přichází „jenže“. Jejich vlastnosti a elektrické charakteristiky začínají rychle narážet na své fyzikální limity a vývojáři rázem stojí před klíčovou otázkou: nahradit, či nechat být? A pokud vyměnit, tak za co?
Obecně vzato, vhodné technologie s magnetickou nebo též kapacitní vazbou netřeba dlouho hledat. Své k tomu mají co říct ve společnosti Analog Devices s rozmanitými iCouplery nebo např. v Infineon Technologies, kde zase nabídnou příbuzné oddělovací prvky skupiny ISOFACE™ (na stránkách DPS Elektronika od A do Z jsme představili v [1]). Vlastní želízko v ohni však má i firma Texas Instruments [2] nebo nově třeba Diodes [3]. Právě pro ně ale budou příznačné spíše ty „kondenzátory“ a SiO2.
Postupně zde sledujeme ještě jedno označení, odhalující původní záměr výrobce něco napodobit: „opto-emulator“. Vedle svižných číslicových obvodů, klidně se čtveřicí kanálů, proto nechybí ani zcela přímé náhrady se vstupně – výstupní částí, připomínající okamžitě své analogové protějšky, což je typické třeba pro [2], samozřejmě v novém hávu. Výchozí funkce optoprvku zůstane na úrovni blokového diagramu zachována, stejně jako zpětná kompatibilita součástek. Jen ty výsledky se začnou rychle lišit. Musíme se však omezovat pouze na tradiční pseudo optočleny, jako takové? Rozhodně ne. Jak tento měsíc ukázala výše zmiňovaná firma Infineon, hbitě si poradíme také ve složitějších (a docela specifických) případech, jako jsou kupříkladu izolované budiče hradel výkonových tranzistorů [4]. Zde dokonce v premiéře. Na webu jsme již krátce informovali v [5].
Kompatibilní náhrada rozumí IGBT i SiC
Ať už se nám to líbí, nebo ne, klasické optoprvky s vestavěnou svítivou diodou a také spoustou různých konfigurací pro zajištění potřebné izolace jsou mezi vývojáři naprosto běžnou záležitostí. Pro jednoduchá zapojení nebo k názornému vysvětlení principů činnosti, třeba ve výuce, je z diskrétních součástek dokonce zvládneme vyrobit i „na koleně“. V obvodovém řešení však stále nesmíme zapomínat na stárnutí světelného zdroje, ujíždění parametrů LED a tudíž i kompenzaci tohoto nedílného vlivu. Významnou roli zde rovněž sehraje teplota či velikost proudu tekoucího přechodem v propustném směru.
To vše, a mnoho dalšího, nyní řeší nepoměrně důmyslnější, a přece stále vzájemně kompatibilní, novinky rodiny 1ED301xMC12I z dílny Infineon Technologies, celým názvem „Single-channel isolated gate driver IC with opto-emulator input“, které zavedené klasické prvky ze své pozice optoemulátoru cíleně napodobují. Ale ne proto, že by se jednalo o příklady hodné následování. Spíše s nimi soupeří a po funkční stránce se jim snaží vyrovnat, jen aby je mohly dále v klíčových ohledech překonávat. V praxi to třeba znamená otázku přechodových jevů a CMTI, zpoždění signálu, časové odchylky mezi jednotlivými kanály (budiči), zkreslení šířky pulzu, spolehlivost nebo ujíždění parametrů v dlouhodobějším horizontu, tzv. „zub času“.
Integrované budiče hradla EiceDRIVER™ v jednokanálovém provedení a také s posílenou izolací (UL 1577, na cestě je též IEC 60747-17) máme na výběr celkem tři. Půjde o verze 1ED3010, 1ED3011 nebo též 1ED3012. To je výhodné, protože nemusíme zase tolik řešit různé druhy tranzistorů, ať již na výstupu nakonec pohodlně osadíme křemíkové MOSFETy, IGBT či polem řízené tranzistory na bázi karbidu křemíku (SiC). Výsledkům rovněž odpovídají typické úrovně podpěťových zámků UVLO v rozmezí od 8,5 V/9,3 V přes 11,0 V/12,0 V až po 12,5 V/13,6 V. V režimu zdroje či proudové nory pak na výstupu pokaždé vykrýváme odběry do 6 A (Source), resp. 6,5 A (Sink, [6]). Oddělené řešení se uplatní při ovládání průmyslových motorů či nabíjení elektrovozidel, v systémech pro ukládání energie, FV střídačích, telekomunikační technice, serverech, klimatizacích apod. Tvoří neodmyslitelnou součást spínaných zdrojů napájení, DC/DC či DC/AC měničů pracujících často s vyšším napětím nebo záložních systémů UPS.
Řízení, ale i ochrany
Jak vyplývá z přiložených obrázků, výrobci opět stačilo šest vývodů, přičemž jeden zůstane i tak nezapojený. A celek se na vstupu skutečně tváří jako p-n přechod s pomyslnou anodou i katodou, který však nevyzařuje žádné světlo. Proč taky, když bezjádrový transformátor, který se postavil dále do cesty, pracuje na úplně jiném principu. Za izolační bariérou (VISO = 5,7 kVrms po dobu jedné minuty a výhledově též VIORM = 1767 V, špička) pak s trojicí pinů ošetříme jak napájení, tak i samotný výstup. A rádi zdůrazňujeme též výslednou podobu pouzder typu PG-LDSO-6 s povrchovými či vzdušnými vzdálenostmi přes 8 mm. K tomu si přičtěte odolnost CMTI přes 300 kV/µs, průchozí zpoždění do 40 ns nebo vzájemnou časovou souhru více součástek tSKEW s max. rozdílem 10 ns. V případě komplementárních signálů (skew+) si každopádně pohoršíme o dalších sedm nanosekund [6].
Vstupní část vedle napodobení funkce svítivé diody rovněž ošetřila bezpečné zastropování napětí nebo možné přepólování, přičemž i zde k omezení proudu tekoucího myšlenou diodou v propustném směru poslouží vnější rezistor. Protější strana, navázaná indukční vazbou přes bloky Tx a Rx, již bude o něco málo složitější. Vedle podpěťového zámku UVLO pro 35V napájení výstupu, který jsme zmínili výše, zde dále sledujeme ochranu interního koncového stupně, který má kvůli rychlému sepnutí různých MOSFETů z pozice zdroje zapojený tranzistor PMOS a zajímat nás také bude systém aktivního vypínání (active shutdown).
Plovoucí hradlo připojeného silového spínače lze proto chránit pro případy nechtěného zapnutí, ať již máme čip odpojený od napájení nebo se jindy zase vybavila podpěťová ochrana. IGBT, resp. některý z podporovaných typů MOSFETů pak spolehlivě střeží (a udržuje vypnutý) blok, zapojený mezi výstupem OUT a zemí VEE. K napájení vlastních obvodů nyní slouží plovoucí napětí zapojeného hradla. Jedná se přitom o daleko lepší řešení, než tomu bývá při nasazení vnějšího rezistoru RGE. Ochrana se rovněž uplatňuje ve spojitosti s rychlými změnami napětí na spínači v čase (dV/dt) a Millerovými proudy.
K experimentování s novými budiči hradla slouží speciální vývojová deska EVAL-1ED3012MC12I-SiC [7] v zapojení polovičního můstku a s max. DC napětím 900 V. Můžete zde vyzkoušet neosazené 1200V Trench MOSFETy CoolSiC™ IMZC120R012M2H v pouzdrech typu TO247-4 z dílny Infineon, příp. je nahradíte jinými kompatibilními spínači, třeba tranzistory IGBT, CoolSiC™ nebo CoolMOS™ od stejného výrobce. A vyměnit pochopitelně můžete i samotné buzení.
Odkazy:
[1] Oddělujte s důvěrou. Obvody ISOFACE™ dostaly kanály navíc, https://www.dps-az.cz/zpravy/id:96618/oddelujte-s-duverou-obvody-isoface-tm-dostaly-kanaly-navic
[2] Novinky od Texasu jsou jako optočleny, ale v jiném světle, https://www.dps-az.cz/clanky/id:97339/novinky-od-texasu-jsou-jako-optocleny-ale-v-jinem-svetle
[3] Elektroniku je třeba chránit. Doživotně s RobustISO™, https://www.dps-az.cz/zpravy/id:104539/elektroniku-je-treba-chranit-dozivotne-s-robustiso-tm-
[4] Tisková zpráva, https://www.infineon.com/market-news/2026/infpss202602-045
[5] Motory, střídače i nabíječky s budiči tranzistorů SiC. Zdání diody klame, https://www.dps-az.cz/zpravy/id:104583/motory-stridace-i-nabijecky-s-budici-tranzistoru-sic-zdani-diody-klame
[6] Dokumentace, https://www.infineon.com/assets/row/public/documents/24/49/infineon-eicedriver-1ed301xmc12i-opto-emulator-gate-driver-ic-datasheet-en.pdf
[7] Vývojová deska, https://www.infineon.com/evaluation-board/EVAL-1ED3012MC12I-SIC
robenek@dps-az.cz
