I nuovi diodi a terminali assiali reggono impulsi fino a 10 kA e mantengono una tensione di clamping quasi costante grazie a una caratteristica I-V di tipo foldback. L'obiettivo è evitare il latch-up nei controller di potenza a stato solido delle architetture da 270 a 800 V.
Littelfuse ha presentato la serie AK-FL, una famiglia di diodi TVS con terminali a filo assiali destinata alla protezione delle linee di alimentazione in corrente continua ad alta tensione su velivoli tradizionali ed eVTOL. È la prima applicazione avionica della tecnologia FlatSuppressX, che la società di Rosemont aveva finora proposto nel settore automotive.
Il problema delle tensioni più alte
L'elettrificazione dei sistemi di bordo sta spingendo aviazione e mobilità aerea urbana verso reti CC da 270 V fino a 800 V. Con queste tensioni la scelta della protezione dai transienti diventa più delicata. Il TVS deve assorbire impulsi ad alta energia, ma deve anche limitare la tensione con una precisione sufficiente a non mandare in latch-up i Solid-State Power Controller (SSPC) e gli altri dispositivi di potenza a valle.
Un diodo TVS convenzionale non sempre soddisfa entrambe le condizioni. All'aumentare della corrente di sovratensione la sua tensione di clamping cresce, e in modo non sempre prevedibile. Il progettista è così costretto a sovradimensionare in tensione i semiconduttori da proteggere, con effetti su costi ed efficienza.
Come funziona il foldback
FlatSuppressX affronta il problema con una caratteristica I-V di tipo foldback, o snapback. Superata la soglia di intervento, la tensione ai capi del dispositivo ripiega e resta pressoché costante per tutta la durata del transitorio, anche negli eventi più energetici. «Il vantaggio principale è una tensione di clamping stabile e bassa anche con sovratensioni ad altissima energia», spiega Charlie Cai, responsabile della gestione prodotto per la divisione protezione di Littelfuse. Per le applicazioni aeronautiche, aggiunge, significa proteggere meglio dal latch-up gli SSPC e gli altri semiconduttori sensibili, rispettando i requisiti di affidabilità degli ambienti DO-160 e MIL-STD-750.
La conseguenza pratica, secondo il costruttore, è la possibilità di impiegare semiconduttori con tensione nominale inferiore nei circuiti di potenza ad alta tensione, a parità di margine di protezione.
Tre taglie e screening al 100%
La serie è disponibile in tre valori di corrente impulsiva, 6 kA, 8 kA e 10 kA con forma d'onda 8/20 µs. Ogni esemplare viene sottoposto a screening secondo i metodi di prova MIL-STD-750, che comprendono ispezione visiva, test di sovratensione, cicli termici e HTRB (High Temperature Reverse Bias). I dispositivi supportano i requisiti di qualificazione ambientale RTCA DO-160.
Il package assiale è privo di alogeni e conforme RoHS, con terminazioni E4 senza piombo compatibili sia con la saldatura a rifusione sia con quella a onda. Le applicazioni indicate sono i sistemi di propulsione e distribuzione CC da 270 a 800 V nell'aerospazio e nella difesa, i circuiti SSPC, gli impianti elettrici degli eVTOL e dei velivoli di nuova generazione e, più in generale, la protezione delle linee di alimentazione nell'avionica ad alta affidabilità.
Una piattaforma che esce dall'auto
Il passaggio di FlatSuppressX dall'automotive all'avionica segue una traiettoria ormai frequente nella componentistica di potenza. Le architetture ad alta tensione maturate sui veicoli elettrici, dove gli 800 V sono diventati uno standard per le piattaforme premium, stanno migrando verso l'aereo più elettrico e verso gli eVTOL. Con esse migra il problema di proteggere semiconduttori di potenza sempre più veloci da transienti sempre più energetici. Per i fornitori di protezione di circuito, l'aviazione è un mercato di volumi modesti ma con margini e barriere di qualificazione che premiano chi arriva per primo con dispositivi già sottoposti a screening militare.
