K SSR vede SSI. A trafo bez jádra

Relé je nesmírně užitečný prvek – a to nejen pro potřeby klasické elektroniky. Vůbec proto nepřekvapí, že tuto spínací součástku dostaneme v tolika různých podobách. O „relátcích“ dokonce hovoříme i tehdy, když v jejich pouzdru nenajdeme žádný fyzický kontakt, který bychom zde jinak logicky očekávali.

Polovodičová náhrada tradičního spínače se v praxi mnohokrát osvědčila, takže se stále objevují nové integrované struktury, klidně i ty dílčí a „nápomocné“ [1]. Než se k nim ale dostaneme, pohovoříme krátce o samotné podstatě. Doprovodí nás přitom pouzdra s logem firmy Infineon Technologies.

PLC, ATE i zdroje

Aby však nedošlo k mýlce, ve výsledku nás budou jako vývojáře zajímat stejnosměrné i střídavé aplikace s polovodičovými relé SSR (solid-state relay), která zde sami svobodně vytváříme za přispění pokročilých oddělovacích prvků – budičů typu SSI (solid-state isolator, [2]), skloňujicích dále chráněnou firemní technologii bezjádrových transformátorů CT (coreless-transformer). Mezi řídicím (vstupním) a spínaným (výstupním) okruhem tak vzniká vlastní potřebné galvanické oddělení. Nejedná se přitom o žádnou z doplňkových funkcí, ale základní konstrukční vlastnost. Pokud by nám totiž izolační bariéra v zapojení chyběla, dostali bychom spíše běžné výkonové tranzistory zapojené v obvodu, nikoli výše zmiňovaná „relé“. K dispozici míváme optickou vazbu (tj. problematické, ale stále použitelné optočleny), kapacitní oddělení s integrovanými kondenzátory nebo i magnetické spřažení. A právě výhodné miniaturní „vysokofrekvenční“ transformátory nás budou dále provázet. Poslouží zde nejen k přenesení užitečného signálu, ale samozřejmě i k zajištění nezbytné energie.

Polovodičové oddělovací prvky s ochrannými funkcemi – budiče SSI od firmy Infineon umožňují obecně návrh vlastního relé SSR, schopného spínat zátěže přesahující svým rozsahem 1000 V a 100 A, což není zase tak málo. Spolehlivě a robustně přitom ovládnou tranzistory typu MOSFET nebo IGBT bez nutnosti doplňkových obvodů napájecího zdroje na izolované straně. Výrobce zde skloňuje technologie CoolMOS™, OptiMOS™, TRENCHSTOP™ IGBT či CoolSiC™. Na výstupu lze počítat s funkcemi pro rychlé sepnutí a stejně tak i vypínání, nadproudovou ochranou nebo pojistkou proti přehřátí. Pokud jde o konkrétní součástky, integrované obvody iSSI30R12H byly navržené pro výkonové MOSFETy CoolMOS™ S7 T-Sense s vlastním čidlem teploty, zatímco jindy poslouží vnější rezistory (PTC). Vstupní strana oddělovacího prvku je kompatibilní s napětím 3,3 V a uvažuje proudový odběr ze zdroje na typické úrovni 16 mA. Verze iSSI20R02H, iSSI20R03H a také iSSI20R11H dostaneme v pouzdrech typu DSO-8-66, zatímco pro varianty iSSI30R11H či iSSI30R12H bude příznačné spíše provedení DSO-16-33, obojí o velikosti 6,4 × 7,5 mm. Počítáme s V_iso = 5,7 kV a povrchovou vzdáleností 8 mm.

Z „háčka“ se stává „ef“

To vše je sice hezké, ale co když nám stačí méně? Zvláště, když ve stísněných podmínkách oceníme každý milimetr k dobru. Máme jej mít. Novinky ve stylu SSI budou celkem tři, patří do podskupiny iSSI20BxxF a firma Infineon Technologies je světu představila v půli letních prázdnin (na stránkách DPS Elektronika od A do Z jsme informovali v [3]). Vzniklé řešení nám opět nahrazuje klasické optoelektronické součástky či relé (PVI, PVR, EMR) a poplatně indukční vazbě slibuje výkonnější buzení, integrovanou ochranu, ale také naprostou svobodu při vlastní volbě silového spínače. Výrobce sice v označení zase tolik nerozlišuje velikost prvního „íčka“, my se však v textu striktně přidržíme malého písmene a necháme ve zkratce ještě lépe vyniknout celý název polovodičové struktury, tedy „coreless-transformer advanced solid-state isolator“.

Všechny tři novinky, iSSI20B02F, iSSI20B03F nebo též iSSI20B11F, nyní spojuje zapouzdření typu PG-DSO-8-72 s osmi vývody o rozměrech 4,9 × 3,9 mm. Dokumentace [4] dále vyčíslila poloviční povrchovou vzdálenost 4 mm a také napětí V_iso = 3 000 V (certifikace UL1577 je v plánu). Izolační prvky mezi sebou navzájem odlišuje vnitřní výbava. V případě iSSI20B02F výrobce se vstupem MC kupříkladu odkáže na ochrannou funkci DMC (Dynamic Miller Clamping, viz obr. níže). Vhodnou kapacitní vazbou s vývody Drain si tak v případě výkonového tranzistoru a hrozby škodlivých změn dv_DS/dt „pojistíme“ stav vypnuto. Jindy se zase může hodit I/O BUF.

Takže polovodičově nebo elektromechanicky? Relé na způsob SSR slibují kompaktní řešení s nízkou spotřebou energie a dlouhou výdrží. Jsou tichá, neohrožují je parazitní elektromagnetická pole, běžné úrovně rázů či vibrací a netřeba řešit ani odskoky kontaktů nebo konkrétní polohu součástky v prostoru. Vykazují relativně stabilní odpor silové cesty po celou dobu životnosti a nevytváří jiskry ani elektrické oblouky. Zkrátka se jen tak neopotřebují. Další výhody plynou při srovnání s optoelektronickými systémy z odladěné indukční vazby a v případě novinek od firmy Infineon stojí rovněž za zmínku svobodná volba koncového stupně. Bude to CoolMOS™, OptiMOS™ nebo se u hradel TRENCHSTOP™ IGBT použije ještě jednou izolace?

Odkazy:

[1] Tisková zpráva, https://www.infineon.com/technology-news/2026/inftn202607-123

[2] Obvody SSI, https://www.infineon.com/products/power/solid-state-relays-and-isolators/solid-state-isolators

[3] Drobné a přece výkonné oddělení? V automatizaci použijte nové SSI, https://www.dps-az.cz/zpravy/id:105489/drobne-a-prece-vykonne-oddeleni-v-automatizaci-pouzijte-nove-ssi

[4] Společná dokumentace k nové rodině obvodů, https://www.infineon.com/assets/row/public/documents/24/49/infineon-issi20b11f-datasheet-en.pdf

robenek@dps-az.cz