[发明专利]隔离式栅极驱动器及其制造方法

说明书

本申请提供了一种隔离式栅极驱动器及其制造方法，该隔离式栅极驱动器包括具有芯、初级绕组和次级绕组的变压器；具有第一主表面和与第一主表面相对的第二主表面的衬底；位于衬底上的第一绝缘材料，第一绝缘材料与衬底的第一主表面联合限定井。其中，芯位于井内，并且，初级绕组和/或次级绕组部分由与第一主表面的着陆区绑定的一个或多个绑定引线形成。变压器用于将信号和电能从初级侧传输到次级侧。变压器的绕组使用迹线和绑定引线形成。变压器设置到基于第一绝缘材料形成的井中，并用第二绝缘材料覆盖。

技术领域

本申请涉及电子器件领域，更具体地，涉及隔离式栅极驱动器(gate drive)及其制造方法。

背景技术

在电力电子领域，开关驱动电路用于打开和关闭开关。

开关广泛应用于各种电子系统中。开关通常控制电流从电源流向负载。与用于线性放大器和线性稳压器的可控电阻器件相比，开关通常或是完全打开(达到其最低的导通状态电阻)，或是完全关闭(达到其最高的关断状态电阻)。开关的控制电极，通常被称为栅极(或基极)，由开关驱动电路驱动，有时也被称为栅极驱动电路。开关通常是电压控制的，当栅极电压(相对于开关的另一个电极通常被称为其源极或发射极)超过制造商特定的阈值电压一定幅度时开关打开，当栅极电压保持低于阈值电压一定幅度时开关关闭。

开关驱动电路通过一个或多个开关驱动器输入端从控制器(比如脉宽调制(pulse-width-modulated，PWM)控制器)接收控制指令。开关驱动电路将其驱动信号直接(或通过有源和无源元件网络间接)传送至开关的各个端子(栅极和源极)。

开关驱动器电路的关键性能参数包括在存在非理想开关参数(例如输入栅极电容和寄生负反馈(例如米勒效应))的情况下以低传播延迟驱动开关的能力。

开关通常应用到必须使用电流隔离来防止不良直流电流从隔离栅的一侧流向另一侧的电子系统中。电流隔离通常用于隔离电路，以保护用户免于直接接触危险电压。电流隔离还可用于特意将隔离栅两侧具有危险或安全电压的电子电路分开，以简化电路设计、降低成本或提高系统性能。

通常情况下，控制电路和开关驱动器输入端位于电流隔离栅的一侧，而由开关驱动器驱动的开关位于隔离栅的另一侧。换句话说，开关驱动电路跨越隔离栅，因此通常成为安全关键组件。各种传输技术可用于跨电流隔离栅传送信号，包括光学、磁学和电容耦合技术。

本发明针对使用磁耦合跨隔离栅传输驱动信号信息的电流隔离开关驱动电路。

众所周知，隔离开关驱动电路也可以有利地应用于实际并不严格要求电流隔离的电子系统中。在这些情况下，开关驱动电路的电流隔离特性可以简化需要驱动“浮动开关”(floating switch，即参考电极未连接到控制器接地的开关)的电路设计。浮动开关有时也被称为“高压侧开关”。目前的电流隔离开关驱动电路也可用于驱动浮动开关，并且在这些系统中可被称为“浮动开关驱动电路”或“浮动栅极驱动电路”。

电流隔离开关驱动电路已经使用了很长时间，并且存在多种现有技术解决方案。其中大多数依赖于单独的方法来跨电流隔离传输电能和开关信号。例如，可以采用隔离式DC-DC转换器来实现功率转换，并采用光耦合器、电容耦合或变压器来转换开关信号。

在共同受让的相关申请WO2019068932和WO2018146161中描述了另一种方法，其全部内容通过引用并入本文。

该方法提及了用于跨电流栅转换控制信号和功率的单相变压器。通过变压器传输功率为隔离式栅极驱动器提供了一种新的解决方案。然而，功率转换需要使用磁芯，例如铁氧体。同时，需要将隔离式栅极驱动器作为分立封装组件提供。通常，通过将构成隔离式栅极驱动器的组件安装在具有引线框架或触点的衬底上并用外壳和/或密封剂覆盖的方式来完成。

实现这种隔离式栅极驱动器的设计引入了许多限制，特别是在隔离式栅极驱动器的封装内提供变压器的方式。