基於微型變壓器的自適應開關電路的製作方法

2023-09-20 08:20:35

本發明涉及電源開關技術領域，具體涉及基於微型變壓器的自適應開關電路。

背景技術：

目前，一般地，採用隔離器來用於保護電源，現有技術採用電容電感濾波，雖然對隔離器產生的抖動有所消除，但是引入電容電感的同時會引入EMI噪聲，如果頻率接近，會進一步使得隔離器輸出發生一定的畸變，從而引入系統噪聲，這一抖動主要是通過隔離器後波形尾部的畸變；對於還未通過隔離器時，由於寄生電容和非線性元件的使用，造成電源輸入端的波形頭部有諧波失真，通過隔離器後會進一步放大，降低整個電源的輸出質量；在高頻時鐘掃描情況下，使用光耦器件將嚴重限制檢測電路的額定工作頻率，隨之是其通用性；US6927662提出了多種在同一晶片上集成的變壓器結構，但這些結構要麼需要單獨的晶片面積來實現，從而提高了成本，要麼金屬線圈厚度小電阻大，從而降低了性能。US6927662還提出了一種兩線圈分別在兩晶片上的微型變壓器結構，但該結構的線圈同樣具有要麼需要單獨的晶片面積來實現，要麼金屬線圈厚度小電阻大的缺點；該結構線圈之間除了隔離材料外還有一層半導體襯底，間距較大，從而耦合因子較低，從而降低了性能。US 2012/0068301A1提出了一種在同一晶片上集成的微型變壓器結構，但該結構很難實現高的隔離能力。

技術實現要素：

針對上述現有技術，本發明目的在於提供基於微型變壓器的自適應開關電路，其旨在解決現有技術存在諧波失真，電磁噪聲，其隔離器件成本高、集成困難，其電源輸出波形抖動、畸變且額定工作頻率範圍受限制等技術問題。

為達到上述目的，本發明採用的技術方案如下：

基於微型變壓器的自適應開關電路，包括第一電源，還包括第一掃描脈衝發生器；場效應管及其寄生電容補償電路，場效應管連接第一電源，第一掃描脈衝發生器控制場效應管的工作狀態；第二掃描脈衝發生器；自適應斬波電路，第二掃描脈衝發生器控制自適應斬波電路的工作狀態，自適應斬波電路輸出端連接有施密特觸發器，施密特觸發器的輸出信號作為低噪電源；變壓器，其一次繞組連 接第一電源和場效應管且其二次繞組連接自適應斬波電路。

上述方案中，所述的場效應管及其寄生電容補償電路，場效應管，其柵極連接第一掃描脈衝發生器的輸出端且源極通過第一電阻接地；第一二極體，其低電端連接場效應管的漏極且高電端接地；第二電容，其一端連接場效應管的漏極且另一端接地；第二二極體，其低電端連接場效應管的源極且高電端接地；第一二極體、第二電容和第二二極體構成寄生電容補償電路。

上述方案中，所述的自適應斬波電路，包括第一三極體，其集電極連接變壓器的二次繞組；第二三極體，其集電極連接變壓器的二次繞組；第三三極體，其集電極連接第二三極體的發射極；第四三極體，其發射極連接第一三極體的發射極且集電極連接第三三極體的發射極；第三三極體的集電極和第四三極體的發射極連接至施密特觸發器UST的輸入端；第二電阻，其一端連接變壓器T1的二次繞組且另一端連接第三三極體的發射極；第三電阻，其一端連接變壓器的二次繞組且另一端連接第三三極體的發射極；脈衝自適應電路，連接第一三極體、第二三極體、第三三極體和第四三極體。

上述方案中，所述的脈衝自適應電路，包括第二電源；第四電阻、第五電阻構成第一分壓器；第五三極體，其基極連接第二掃描脈衝發生器、集電極連接第二電源且發射極連接第一分壓器；第六電阻、第七電阻構成第二分壓器，第二分壓器串聯第一分壓器並接地；第一比較器，其輸入端連接第一分壓器和施密特觸發器的輸入端；第二比較器，其輸入端連接第二分壓器和施密特觸發器的輸入端；RS觸發器，其S端連接第一比較器的輸出端且R端連接第二比較器的輸出端；單穩態觸發器，其輸入端連接RS觸發器的輸出端；第一分壓器連接第三三極體的發射極和第四三極體的集電極；單穩態觸發器的高電輸出端Q連接第一三極體的基極和第二三極體的基極且其低電輸出端～Q連接第三三極體的基極和第四三極體的基極。

上述方案中，所述的脈衝自適應電路，還包括反相器，第五三極體通過反相器連接第二掃描脈衝發生器。

上述方案中，所述的反相器，包括輸入端、輸出端、PMOS電晶體以及NMOS電晶體，其中，所述PMOS電晶體的源極連接電源，所述NMOS電晶體的源極接地，所述NMOS電晶體的柵極連接到所述輸入端，所述PMOS電晶體的漏極和所述NMOS 電晶體的漏極均連接到所述輸出端；還包括升壓元件，所述升壓元件連接在所述輸入端和所述PMOS電晶體的柵極之間。

上述方案中，所述的變壓器，包括在上層晶片的下方設置有一次繞組，下層晶片的上方設置有二次繞組，一次繞組和二次繞組位置相對，兩層晶片上的金屬線圈之間為隔離層；一次繞組設置於上層晶片的下表面，一次繞組和上層晶片襯底之間為絕緣層；二次繞組設置於下層晶片的上表面，二次繞組和下層晶片襯底之間為絕緣層。

與現有技術相比，本發明的有益效果：減小電源輸入端的諧波失真；提供了無電容電感的電源開關濾波，顯著降低了電源輸出端的噪聲，提供高可靠性和通用性；電源開關工作頻率範圍顯著擴大；不需要單獨的晶片面積，從而降低成本；採用嵌入式線圈還可以實現小電阻，從而提高性能；兩晶片背靠背三維疊置鍵合使得兩個線圈之間僅有一層隔離層，可以很好的實現線圈之間的耦合，從而提高性能。

附圖說明

圖1為本發明的具體電路圖；

圖2為本發明的變壓器結構。

具體實施方式

本說明書中公開的所有特徵，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特徵和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

下面結合附圖對本發明做進一步說明：

實施例1

所述的三極體Q4、三極體Q5、三極體Q6、三極體Q7作為自適應脈衝開關，通過其中的自適應電路完成脈衝尾部畸變斬波，其時間窗口由變壓器T1輸出脈衝自身長度決定；考慮到本發明高頻工作特性，所述三極體，包括殼體和半導體三極體管芯、發射極、基極和集電極，所述基極串接一個設於殼體內的熱敏電阻晶片，該熱敏電阻貼粘在殼體的內端，所述的殼體外端設置有由散熱面和散熱貼面組成的所述散熱片，所述散熱面錯位疊置在散熱貼面上方，所述散熱面上安裝所述殼體，殼體通過螺釘與散熱面相連，所述的殼體與銅質散熱面之間設有絕緣導熱矽膠墊片，所述的散熱貼面端面呈均勻分布的波浪狀；半導體晶片所產生的 熱量經絕緣導熱矽膠墊片傳入散熱面中，由散熱面散發熱量，由於散熱貼面的端面呈波浪狀，其實際面積比一般平面的面積要大許多，可進一步的提供散熱，保證三極體功能的穩定性，讓其作為開關穩定性高。

實施例2

基於實施例1，所述的脈衝自適應電路，包括第二電源VCC；第四電阻R9、第五電阻R10構成第一分壓器；第五三極體U2A，其基極連接第二掃描脈衝發生器、集電極連接第二電源VCC且發射極連接第一分壓器；第六電阻R11、第七電阻R12構成第二分壓器，第二分壓器串聯第一分壓器並接地；第一比較器U3，其輸入端連接第一分壓器和施密特觸發器UST的輸入端；第二比較器U4，其輸入端連接第二分壓器和施密特觸發器UST的輸入端；RS觸發器U8，其S端連接第一比較器U3的輸出端且R端連接第二比較器U4的輸出端；單穩態觸發器U6，其輸入端連接RS觸發器U8的輸出端；第一分壓器連接第三三極體Q6的發射極和第四三極體Q7的集電極；單穩態觸發器U6的高電輸出端Q連接第一三極體Q4的基極和第二三極體Q5的基極且其低電輸出端～Q連接第三三極體Q6的基極和第四三極體Q7的基極。

實施例3

所述的變壓器1，在上層晶片的下方設置有一次繞組(12)，下層晶片的上方設置有二次繞組(22)，一次繞組(12)和二次繞組(22)位置相對，兩層晶片上的金屬線圈之間為隔離層(30)。一次繞組(12)設置於上層晶片的下表面，一次繞組(12)和上層晶片襯底(10)之間為絕緣層；二次繞組(22)設置於下層晶片的上表面，二次繞組(22)和下層晶片襯底(20)之間為絕緣層。一次繞組(12)嵌入設置於上層晶片襯底(10)，一次繞組(12)和上層晶片襯底(10)之間為絕緣層；二次繞組(22)嵌入設置於下層晶片襯底(20)，二次繞組(22)和下層晶片襯底(20)之間為絕緣層。一次繞組(12)設置於上層晶片的下表面，一次繞組(12)和上層晶片襯底(10)之間為絕緣層；二次繞組(22)嵌入設置於下層晶片襯底(20)，二次繞組(22)和下層晶片襯底(20)之間為絕緣層。一次繞組(12)嵌入設置於上層晶片襯底(10)，一次繞組(12)和上層晶片襯底(10)之間為絕緣層；二次繞組(22)設置於下層晶片的上表面，二次繞組(22)和下層晶片襯底(20)之間為絕緣層；第一掃描脈衝發生器、場效應管Q3和寄生電容補償電路集成於上層晶片。

硬體出現未知的異變，技術的進步只是選用標準的參考。但是出於改劣發明,或者成本考量,僅僅從實用性的技術方案選擇。

以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何屬於本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。