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Autore: STMicroelectronics
X0115ML è il nostro primo raddrizzatore di controllo al silicio (SCR) compatto per interruttori di circuito con guasto a terra (GFCI) e interruttori di circuito con guasto ad arco (AFCI) in grado di sopportare un picco di tensione fuori stato di 750 V. Inoltre, il suo piccolo contenitore SOT23-3L (2,75 mm x 3,10 mm) lo rende il tiristore più piccolo oggi disponibile sul mercato. Gli ingegneri possono quindi guadagnare spazio significativo fornendo allo stesso tempo una tensione di picco ripetitiva in stato off di 600 V per applicazioni industriali. Inoltre, la distanza superficiale di 1,1 mm soddisfa i requisiti UL 840 per l’isolamento a 120 V CA senza rivestimento.
Sommario
Perché progettare GFCI e AFCI industriali?
È una questione di vita o di morte
Secondo il Sondaggio 2021 del Bureau of Labor Statistics degli Stati Uniti sugli infortuni mortali sul lavoro (l’ultimo anno registrato), su 798 decessi causati dall’esposizione a sostanze o ambienti nocivi, l’esposizione all’elettricità è la seconda causa di morte (152) dopo l’esposizione a sostanze nocive (551). In parole povere, l’elettrocuzione è un rischio reale per i lavoratori degli impianti e per i dipendenti che lavorano in un ambiente industriale, soprattutto se è presente acqua. Il motivo è che anche una “piccola” corrente di 10 mA può causare un grave shock, mentre 50 mA possono produrre una contrazione muscolare sufficiente a fermare il cuore o indurre difficoltà respiratorie.
E’ per prevenire la folgorazione
Per proteggere le persone, il Codice elettrico nazionale degli Stati Uniti ha iniziato a richiedere i GFCI nelle installazioni residenziali e ha scritto nuove normative nel 2000 per gli ambienti industriali ad alta tensione (da 480 V a 600 V). La maggior parte ha familiarità con il tradizionale GFCI negli interruttori automatici. Il sistema monitora la corrente sulle linee calda e neutra per determinare se l’elettricità in uscita da una presa ritorna indietro. Se entrambi i livelli sono uguali, allora va tutto bene. Se c’è uno squilibrio, il sistema presuppone che l’elettricità vada altrove, ad esempio nel caso di una persona fulminata. In tal caso, il GFCI fa scattare il circuito tra le linee calda e neutra per interrompere il flusso di corrente.
Serve per prevenire gli incendi elettrici
D’altro canto, gli AFCI proteggono dagli incendi elettrici monitorando le forme e le ampiezze degli archi per rilevare condizioni pericolose. Di conseguenza, gli AFCI sono elettronicamente più complessi dei GFCI. Un guasto da arco può derivare da cavi allentati o surriscaldati o da una corrente che scorre attraverso un oggetto non previsto. Tutti questi eventi genereranno un aumento massiccio e ad alta intensità della temperatura che, se lasciato incontrollato, provocherà un incendio elettrico. La corrosione o i liquidi possono anche causare un guasto da arco elettrico, che può avere gravi conseguenze in un ambiente industriale.
Si tratta di creare fabbriche più intelligenti
Oltre alle normative nazionali che regolano tali prodotti, i produttori stanno anche progettando GFCI e AFCI più intelligenti collegandoli al cloud, raccogliendo più dati sul consumo energetico e automatizzandoli. Il ripristino di un interruttore automatico da remoto è estremamente vantaggioso quando si cerca di semplificare la manutenzione. Tuttavia, queste funzionalità richiedono molta più elettronica, dai microcontrollori alle radio, ai sensori e altro ancora. Pertanto, i nuovi GFCI e AFCI devono racchiudere un numero drasticamente maggiore di componenti sulla stessa superficie dei modelli precedenti, il che significa che gli ingegneri che desiderano aumentare la densità complessiva dei loro progetti sono alla ricerca di componenti più piccoli. Tuttavia, data la natura critica del prodotto, non possono sacrificare le prestazioni o la robustezza per un pacchetto più piccolo.
X0115ML e cosa cercare nel raddrizzatore di controllo al silicio che andrà in un GFCI o AFCI industriale?
Corrente del gate di attivazione
La prima caratteristica tecnica che molti cercano nell’SCR che sarà al centro del loro GFCI o AFCI è la sensibilità del gate. Tradizionalmente, i dispositivi per ambienti industriali non devono essere troppo sensibili, altrimenti causeranno interventi fastidiosi, il che significa che il dispositivo di protezione penserà che ci sia un guasto quando non lo è. Il motivo è che, poiché l’applicazione utilizza molta più potenza, le normali variazioni di corrente sono maggiori rispetto ai dispositivi progettati per uso residenziale. Con una corrente di trigger del gate compresa tra 30 µA e 150 µA, l’X0115ML è sufficientemente sensibile da funzionare in tutte le applicazioni pur essendo compatibile con un ambiente industriale.
Picco di tensione
Un altro parametro chiave è la tensione di picco fuori stato perché determinerà la robustezza del tiristore. Infatti, per essere efficace, l’SCR deve far fronte a picchi di tensione molto elevati, soprattutto in ambito industriale. Tradizionalmente, mentre i dispositivi per sistemi ad alta potenza hanno una tensione di picco in stato off di 700 V, l’X0115ML arriva a 750 V. Di conseguenza, gli ingegneri godono di un maggiore margine e possono utilizzare il dispositivo ST in più impostazioni. Inoltre, abbiamo incluso anche maggiori protezioni contro le interferenze elettromagnetiche per aumentarne la robustezza nel corso della sua durata.
Dimensioni del pacchetto e ingombro complessivo
Infine, le dimensioni rappresentano un parametro sempre più critico a causa della proliferazione di interruttori di circuito intelligenti che richiedono più componenti elettronici. Di solito, gli SCR utilizzati per i GFCI industriali e gli AFCI utilizzano un pacchetto SOT-223. Pertanto, passando a un SOT-23-3L, possiamo ridurre l’ingombro complessivo di un fattore 5 senza compromettere le prestazioni o i requisiti UL 840. L’X0115ML è ancora più piccolo del nostro X0115MUF, che ha una corrente di trigger del gate identica e un picco di tensione diretto identico ma utilizza un contenitore SMBflat-3L che misura 5,6 mm x 3,05 mm.
Leggi l’articolo completo su https://blog.st.com/x0115ml/
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