数字可重构微型磁隔离固体继电器制造技术

本发明专利技术涉及一种数字可重构微型磁隔离固体继电器，包括：功率管，用于接收功率管驱动信号控制电源通断；隔离能量传输电路，至少包括功率变压器和功率管驱动单元；所述隔离能量传输电路用于根据含有控制参数信息的串行码流生成具有对应跳变频率的射频信号，并通过功率变压器隔离传输再进行倍压整流及稳压后得到副边电压提供给功率管驱动单元，同时对射频信号解调后得到控制参数信息，并根据该控制参数信息控制功率管驱动单元生成功率管驱动信号，以控制功率管的开关状态；状态参数反馈电路，至少包括信号变压器，所述状态参数反馈电路用于将含有功率管状态参数信息的串行码流调制成对应的射频信号通过信号变压器进行隔离传输，并进行解调。

【技术实现步骤摘要】
数字可重构微型磁隔离固体继电器
本专利技术涉及集成电路
，尤其涉及一种数字可重构微型磁隔离固体继电器。
技术介绍
随着各类现代大型电子设备对供配电和动力、热控等系统开关的需求，隔离继电器被大量使用，使弱电控制系统可以直接控制千瓦级高压大功率动力电源系统工作，是工业控制、航空航天、电力电子等领域的重要基础型器件。隔离继电器因其工作原理又可分为机械继电器和固体继电器，前者采用磁铁带动机械臂动作实现开关；后者采用隔离驱动电路驱动功率电子器件如可控硅、垂直型场效应管、三极管实现开关。随着现代电子系统对开关寿命、无拉弧、抗振动性能等要求的不断提升，隔离固体继电器已越来越广泛的发展和应用。隔离固体继电器因其隔离方式可分为光隔离、电容隔离和磁隔离三种。光隔离技术成熟且大量应用，但因其发光器件和光敏元件的工作温度和全寿命性能退化等问题无法在宽温高可靠领域应用。电容隔离技术因电容击穿等问题对瞬态耐压和隔离电容要求高的场合也无法应用。磁隔离技术兼具宽温高可靠、瞬态高耐压、低隔离电容等性能优点，但其需要复杂的电磁、磁电转换电路且磁隔离线圈体积较大，使其在环境恶劣且需要频繁开关切换的高可靠场景下得到大量应用。现代电子系统和工艺技术的发展已使磁隔离固体继电器的瓶颈问题得到大幅改善，集成电路技术可使复杂的电磁、磁电转换电路小型化、芯片化；半导体工艺技术，可将无芯变压器集成在芯片表面，进一步微型化数字可重构微型磁隔离固体继电器的体积大小，实现与光隔离、电容隔离相同的体积、重量和功耗水平。而采用射频技术的高频率磁隔离可实现相对较大的能量传输和高速的信号传输能力，使磁隔离固体继电器在单边供电状况下具备隔离供电、隔离控制、隔离传感等多种功能，这是采用光耦或电容耦合的单边供电固体继电器所无法实现的。得益于磁隔离固体继电器的隔离供电能力，使其电路还支持短路保护、反时限过流保护等需要延时比较电路介入的高级保护模式，可适配更严苛的容性、感性负载驱动和保护监控的能力，甚至可将保护状态隔离回传至源边控制器，实现弱电控制系统对配电开关器件和强电执行机构的控制、保护和开关状态监控。现有技术中提供了一种PCB平面变压器实现的磁隔离固体继电器，采用小型化的PCB变压器线圈实现继电器小型化，并提供了指令滤波锁存、发射振荡、整流倍压、功率管驱动的电路结构。该技术方案虽然采用小型化的平面变压器和相匹配的振荡电路和阻抗匹配电路进行平面变压器的电磁、磁电隔离能量转换，但仍不能解决平面变压器的进一步小型化、相关电路的集成电路化，且由于反时限保护和实时监控等电路复杂性，无法采用分立器件搭建的方式进行集成。另外，目前磁隔离固体继电器采用出厂固定配置进行设定，无法在系统运行过程中在线配置开关速度、保护模式、额定工作电流和保护时延等参数，也无法在线监控固体继电器实时工作电流、工作温度等参数，导致在实际固体继电器应用过程中，不仅继电器种类型号繁多，且需要额外隔离监测电路对高可靠关键核心节点进行实时监测和闭环反馈控制，制约了配电和控制系统的小型化和高集成化。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的磁隔离固体继电器的上述一个或多个缺陷，提供一种数字可重构微型磁隔离固体继电器。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种数字可重构微型磁隔离固体继电器，包括：功率管，用于接收功率管驱动信号控制电源通断；隔离能量传输电路，至少包括功率变压器和功率管驱动单元；所述隔离能量传输电路用于根据含有控制参数信息的串行码流生成具有对应跳变频率的射频信号，并通过所述功率变压器隔离传输再进行倍压整流及稳压后得到副边电压提供给功率管驱动单元，同时对射频信号解调后得到控制参数信息，并根据该控制参数信息控制功率管驱动单元生成功率管驱动信号，以控制功率管的开关状态；状态参数反馈电路，至少包括信号变压器；所述状态参数反馈电路用于将含有功率管状态参数信息的串行码流调制成对应的射频信号通过所述信号变压器进行隔离传输，并解调出功率管状态参数信息。在根据本专利技术所述的数字可重构微型磁隔离固体继电器中，优选地，所述隔离能量传输电路还包括：参数调制单元、电感电容谐振射频振荡器、倍压整流滤波单元、电源稳压单元和参数解调单元；所述参数调制单元用于生成含有控制参数信息的串行码流；所述电感电容谐振射频振荡器与所述参数调制单元和功率变压器的源边线圈连接，用于根据含有控制参数信息的串行码流生成对应跳变频率的射频信号；所述倍压整流滤波单元与所述功率变压器的副边线圈连接，用于对传输至功率变压器副边线圈的射频信号进行倍压整流滤波后输出；所述电源稳压单元与所述倍压整流滤波单元和功率管驱动单元连接，用于对倍压整流滤波后的信号进行稳压得到副边电压并提供给所述功率管驱动单元；所述参数解调单元与所述功率变压器的副边线圈和功率管驱动单元连接，用于对传输至功率变压器的副边线圈的射频信号解调后得到控制参数信息，并根据该控制参数信息中的开关指令和控制模式参数控制功率管驱动单元生成功率管驱动信号。在根据本专利技术所述的数字可重构微型磁隔离固体继电器中，优选地，所述隔离能量传输电路还包括：保护单元，与所述参数调制单元和功率管驱动单元连接，用于接收参数调制单元解调的控制参数信息中的保护模式参数及反时限参数，并根据采集的功率管工作电流对功率管驱动单元进行保护关断控制。在根据本专利技术所述的数字可重构微型磁隔离固体继电器中，优选地，所述状态参数反馈电路还包括状态检测模块、模数转换单元、状态调制单元和状态解调单元；所述状态检测模块用于检测功率管的实时状态参数；所述模数转换单元用于对实时状态参数进行模数转换；所述状态调制单元与模数转换单元、参数解调单元和信号变压器的源边线圈连接，用于根据模数转换后的实时状态参数和参数解调单元的驱动状态生成含有功率管状态参数信息的串行码流，并调制成对应的射频信号通过所述信号变压器进行隔离传输；所述状态解调单元与信号变压器的副边线圈连接，用于对传输至信号变压器的副边线圈的射频信号进行解调得到功率管状态参数信息。在根据本专利技术所述的数字可重构微型磁隔离固体继电器中，优选地，所述状态检测模块包括：电流检测单元，用于检测功率管的工作电流；漏源压差检测单元，用于检测功率管的漏源开关压差；温度检测单元，用于检测功率管的工作温度。在根据本专利技术所述的数字可重构微型磁隔离固体继电器中，优选地，所述电感电容谐振射频振荡器包括：第一电容、第一可变电容、第二可变电容、第一场效应管至第六场效应管；其中第一场效应管和第二场效应管的源极连接至工作电压；第二场效应管的漏极、第四场效应管的漏极、第一场效应管的栅极、第三场效应管的栅极连接在一起并连接至功率变压器的源边线圈同名端；第一场效应管的漏极、第三场效应管的漏极、第二场效应管的栅极、第四场效应管的栅极连接在一起并连接至功率变压器的源边线圈异名端；所述第一可变电容和第二可变电容反向串联后与第一电容一起并联在功率变压器的源边线圈同名端和异名端之间；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数字可重构微型磁隔离固体继电器，其特征在于，包括：/n功率管，用于接收功率管驱动信号控制电源通断；/n隔离能量传输电路，至少包括功率变压器和功率管驱动单元；所述隔离能量传输电路用于根据含有控制参数信息的串行码流生成具有对应跳变频率的射频信号，并通过所述功率变压器隔离传输再进行倍压整流及稳压后得到副边电压提供给功率管驱动单元，同时对射频信号解调后得到控制参数信息，并根据该控制参数信息控制功率管驱动单元生成功率管驱动信号，以控制功率管的开关状态；/n状态参数反馈电路，至少包括信号变压器；所述状态参数反馈电路用于将含有功率管状态参数信息的串行码流调制成对应的射频信号通过所述信号变压器进行隔离传输，并解调出功率管状态参数信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种数字可重构微型磁隔离固体继电器，其特征在于，包括：
功率管，用于接收功率管驱动信号控制电源通断；
隔离能量传输电路，至少包括功率变压器和功率管驱动单元；所述隔离能量传输电路用于根据含有控制参数信息的串行码流生成具有对应跳变频率的射频信号，并通过所述功率变压器隔离传输再进行倍压整流及稳压后得到副边电压提供给功率管驱动单元，同时对射频信号解调后得到控制参数信息，并根据该控制参数信息控制功率管驱动单元生成功率管驱动信号，以控制功率管的开关状态；
状态参数反馈电路，至少包括信号变压器；所述状态参数反馈电路用于将含有功率管状态参数信息的串行码流调制成对应的射频信号通过所述信号变压器进行隔离传输，并解调出功率管状态参数信息。


2.根据权利要求1所述的数字可重构微型磁隔离固体继电器，其特征在于，所述隔离能量传输电路还包括：参数调制单元、电感电容谐振射频振荡器、倍压整流滤波单元、电源稳压单元和参数解调单元；
所述参数调制单元用于生成含有控制参数信息的串行码流；
所述电感电容谐振射频振荡器与所述参数调制单元和功率变压器的源边线圈连接，用于根据含有控制参数信息的串行码流生成对应跳变频率的射频信号；
所述倍压整流滤波单元与所述功率变压器的副边线圈连接，用于对传输至功率变压器副边线圈的射频信号进行倍压整流滤波后输出；
所述电源稳压单元与所述倍压整流滤波单元和功率管驱动单元连接，用于对倍压整流滤波后的信号进行稳压得到副边电压并提供给所述功率管驱动单元；
所述参数解调单元与所述功率变压器的副边线圈和功率管驱动单元连接，用于对传输至功率变压器的副边线圈的射频信号解调后得到控制参数信息，并根据该控制参数信息中的开关指令和控制模式参数控制功率管驱动单元生成功率管驱动信号。


3.根据权利要求2所述的数字可重构微型磁隔离固体继电器，其特征在于，所述隔离能量传输电路还包括：
保护单元，与所述参数调制单元和功率管驱动单元连接，用于接收参数调制单元解调的控制参数信息中的保护模式参数及反时限参数，并根据采集的功率管工作电流对功率管驱动单元进行保护关断控制。


4.根据权利要求2所述的数字可重构微型磁隔离固体继电器，其特征在于，所述状态参数反馈电路还包括状态检测模块、模数转换单元、状态调制单元和状态解调单元；
所述状态检测模块用于检测功率管的实时状态参数；
所述模数转换单元用于对实时状态参数进行模数转换；
所述状态调制单元与模数转换单元、参数解调单元和信号变压器的源边线圈连接，用于根据模数转换后的实时状态参数和参数解调单元的驱动状态生成含有功率管状态参数信息的串行码流，并调制成对应的射频信号通过所述信号变压器进行隔离传输；
所述状态解调单元与信号变压器的副边线圈连接，用于对传输至信号变压器的副边线圈的射频信号进行解调得到功率管状态参数信息。


5.根据权利要求4所述的数字可重构微型磁隔离固体继电器，其特征在于，所述状态检测模块包括：
电流检测单元，用于检测功率管的工作电流；
漏源压差检测单元，用于检测功率管的漏源开关压差；
温度检测单元，用于检测功率管的工作温度。


6.根据权利要求2所述的数字可重构微型磁隔离固体继电器，其特征在于，所述电感电容谐振射频振荡器包括：第一电容、第一可变电容、第二可变电容、...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵鹏，薛科，曾庆卿，谢炳武，
申请(专利权)人：浙江航芯源集成电路科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33