[发明专利]组合式隔离器与功率开关

说明书

本发明公开了组合式隔离器与功率开关。此类器件可用于将诸如控制编译器的低电压部件与在高电压下工作的电动机或发电机隔离。该组合式隔离器与功率开关包括将内部功率从其低电压侧传递到高电压侧的开关驱动器电路的电路。该组合式隔离器与开关紧凑且易于使用。

技术领域

本公开涉及包括组合式隔离器与开关的产品。

背景技术

存在期望控制在相对高的电压域内工作的开关的情形。许多相对高电压的开关实现为半导体器件，因为这些通常比机械开关更可控、更快且更紧凑。然而，经常要求确保与高电压开关相关联的危险电压不能沿着用于高电压开关的控制路径传播。

发明内容

根据本公开的教导，提供了一种组合式隔离器与功率开关。该组合式隔离器与功率开关可以设置在芯片(集成电路)级封装件中，或者作为单个部件或者与封装件内的其它部件相结合。在单个封装件内提供隔离器与功率开关意味着，制造商能够注意提供信号调节或编码的所有权以提供对于由于电噪声导致的误操作的增强的免疫性。制造商还能够增加在隔离器的高电压侧的信号处理能力以对跨隔离器传输的信息译码。该电路系统可以包括验证改变开关的状态的消息是有效指令和/或允许询问开关的状态的电路。

在本公开的第一方面，提供一种组合式隔离器与功率开关，包括：隔离器，其与信号输入节点可操作地连接且布置成向半导体功率开关的控制节点供给控制信号，所述半导体功率开关连接在第一开关节点与第二开关节点之间，并且其中所述半导体功率开关包括与场效应晶体管串联组合的双极型晶体管。有益地，功率开关位于半导体的隔离区域内。

有益地，隔离器是基于变压器的隔离器，其中变压器的线圈利用集成电路制作技术形成在衬底上，诸如半导体或玻璃衬底。该隔离器是快速的且具有良好的隔离能力，能够承受几KV的电压差。

隔离器可以完全地或者部分地形成在包含半导体功率开关的半导体裸片(die)上。可替代地，隔离器或每个隔离器可以形成在不同于包含功率开关的裸片的裸片上。

优选地，隔离器还包括从第一电压域向第二电压域提供功率的传递布置。经常地但不是必要地，第一电压域可以被视为相对低电压域，第二电压域可以视为相对高电压域。相对低电压域可以在相对于第一地电压的例如1.8伏、3.3伏或5伏的几伏电压下工作。相对高电压域可以工作在几百伏或以上的范围内，例如115V，230V，400V，800V，1200V，1800V，是示范性的而不是限制性的范围。

来自第一域的功率可用于为信号处理电路供给能量且向功率开关的控制节点提供信号。

本公开的另一方面涉及组合式隔离器与功率开关，其包括：隔离器，被配置来在第一电压域和第二电压域之间传输数据；半导体功率开关，其操作耦接到所述隔离器，并被配置来接收在第二电压域中的控制信号；功率传输电路，其包括第二隔离器，所述功率传输电路被配置来从第一电压域向第二电压域传输功率；以及封装件，其包封所述半导体功率开关，所述隔离器以及所述第二隔离器。

所述组合式隔离器与功率开关还可以包括耦接在所述隔离器和所述半导体功率开关之间的接收器和开关驱动器，其中所述半导体功率开关被配置为通过所述接收器和开关驱动器接收控制信号。所述功率传输电路可以被配置来向所述接收器和开关驱动器提供直流功率。

所述第二隔离器可以包括变压器，所述变压器包括设置在半导体衬底上或内的由导体形成的线圈。所述功率开关可以形成在所述半导体衬底内。

所述功率开关可以包括与双极晶体管串联的场效应晶体管。所述功率开关还可以包括耦接到所述双极晶体管的驱动场效应晶体管。所述驱动场效应晶体管可以包括绝缘栅。

本公开的另一方面还涉及一种制造组合式隔离器与开关的方法，所述方法包括：将隔离器和功率开关封装在共用的集成电路封装件内，其中所述隔离器包括通过开关驱动器与所述功率开关的控制节点连接的微型变压器，并且其中所述功率开关包括与场效应晶体管串联的双极型晶体管。