CONFRONTO DI SWITCH INFERIORI A 16 MM X 16 MM IN TERMINI DI TENSIONE E NUMERO DI IMPULSI

Using magnetic field for neuromodulation is not a new concept. However, the challenge lies in scaling down the method to create an implantable system. Miniaturization must be approached step by step. As a preliminary stage, a circuit composed of a capacitor, an inductor, and a switch was developed, with the goal of inducing an action potential in a neuronal model through high discharge current. This project aims to compare different switching components, each with a maximum area of 16 x 16 mm, in terms of survival, measured as the number of pulses each device can withstand. The pulses are generated by discharging a 220 μF electrolytic capacitor from increasing voltages, with the aim of maximizing the resulting discharge current. Among the tested components, the CLA100E1200TZ-TUB Silicon-Controlled Rectifier (SCR) thyristor demonstrates the highest voltage resistance, surviving up to 220 V, within the size constraint. It was able to handle up to 80 pulses at voltages ranging from 200 V to 220 V. The Insulated-Gate Bipolar Transistors (IGBTs) survived at least 80 pulses at 300 V. However, they exhibit a saturation current, which may limit discharge effectiveness, as high peak current is required for triggering action potentials. The maximum current a switch can handle for a very short time and continuously, specified in datasheets respectively as peak surge current and on-state RMS current, proved to be a reliable indicator of switch survival, suggesting that high current may be the primary factor in switch failure. These findings indicate that the CLA100E1200TZ-TUB SCR thyristor is the best switch among the tested components.

Utilizzare il campo magnetico per la neuromodulazione non è un concetto nuovo. Tuttavia, la sfida consiste nel ridurre in scala questo metodo, con il fine di realizzare un sistema impiantabile. La miniaturizzazione deve essere affrontata a piccoli passi. Come fase preliminare, è stato sviluppato un circuito composto da un condensatore, un induttore e uno switch, con l’obiettivo di indurre un potenziale d’azione in un modello neuronale, grazie a una corrente di scarica elevata. Questo progetto mira a confrontare diversi switch, con un’area massima di 16 x 16 mm, in termini di sopravvivenza, misurata come il numero di impulsi che ciascun componente è in grado di sostenere. Gli impulsi sono generati scaricando un condensatore elettrolitico da 220 μF a tensioni via via crescenti, con lo scopo di massimizzare la corrente di scarica. Tra i componenti testati, il tiristore SCR (Silicon-Controlled Rectifier) CLA100E1200TZ-TUB ha dimostrato la maggiore resistenza alla tensione, sopportando fino a 220 V, rimanendo entro i vincoli dimensionali. È stato in grado di resistere fino a 80 impulsi a tensioni comprese tra 200 V e 220 V. Gli Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) hanno resistito ad almeno 80 impulsi a 300 V. Tuttavia, presentano una corrente di saturazione, che potrebbe limitare l’efficacia della scarica, in quanto è richiesta una corrente di picco elevata per innescare un potenziale d’azione. Le massime correnti che uno switch può sopportare per un tempo molto breve e in modo continuo, indicate nei datasheet rispettivamente come peak surge current e on-state RMS current, si sono rivelate degli indicatori affidabili della sopravvivenza del componente, suggerendo che l’elevata corrente possa rappresentare il principale fattore di guasto. Questi risultati indicano che il tiristore SCR CLA100E1200TZ-TUB è lo switch migliore tra quelli testati