專利名稱：一種隔離電源與mosfet驅(qū)動(dòng)及檢測(cè)功能集成的模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種隔離電源與MOSFET驅(qū)動(dòng)及檢測(cè)功能集成的模塊。
背景技術(shù)：
在航天系統(tǒng)中，對(duì)于MOSFET器件的驅(qū)動(dòng)電路通常由隔離電源、驅(qū)動(dòng)電路以及狀態(tài)檢測(cè)反饋電路各部分組成，需要器件較多，占用板面面積較大，且各部分可靠性參差不齊。因此，現(xiàn)有應(yīng)用領(lǐng)域沒有將MOSFET驅(qū)動(dòng)電路、隔離電源、信號(hào)隔離傳輸、開關(guān)狀態(tài)檢測(cè)各功能集成一體的器件，各部分功能分散、占用板面面積較大且可靠性參差不齊的問題

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種隔離電源與MOSFET驅(qū)動(dòng)及檢測(cè)功能集成的模塊，實(shí)現(xiàn)航天領(lǐng)域高可靠、小型化、低功耗的應(yīng)用需求。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種隔離電源與MOSFET驅(qū)動(dòng)及檢測(cè)功能集成的模塊，包括結(jié)構(gòu)部分、隔離電源部分、信號(hào)隔離傳輸部分及驅(qū)動(dòng)效果檢測(cè)部分；結(jié)構(gòu)部分采用金屬底座與金屬外殼密封焊接封裝形式，內(nèi)部為上下兩層PCB電路板重疊安裝形式，上層PCB電路板實(shí)現(xiàn)隔離電源及信號(hào)隔離傳輸功能，下層PCB電路板實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)效果檢測(cè)功能，上下兩層PCB電路板采用多根金屬引出桿連通安裝，并與金屬底座玻璃燒結(jié)的引出桿連接，所有引出桿同時(shí)兼具信號(hào)傳輸功能，結(jié)合對(duì)金屬外殼內(nèi)部通過硅膠進(jìn)行整體灌封，提高機(jī)械強(qiáng)度和散熱性能；所述隔離電源部分位于結(jié)構(gòu)部分中上層PCB電路板正面，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入電壓的隔離升壓處理，并向信號(hào)隔離傳輸部分及驅(qū)動(dòng)效果檢測(cè)部分供電；所述信號(hào)隔離部分位于結(jié)構(gòu)部分上層PCB板背面，對(duì)輸入驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)進(jìn)行隔離轉(zhuǎn)換并輸出MOSFET器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并對(duì)檢測(cè)電路的檢測(cè)信號(hào)輸入進(jìn)行隔離轉(zhuǎn)換，并輸出檢測(cè)反饋信號(hào)；所述驅(qū)動(dòng)效果檢測(cè)部分位于下層PCB電路板正面，進(jìn)行MOSFET器件驅(qū)動(dòng)效果的檢測(cè)并向隔離信號(hào)傳輸部分回傳檢測(cè)信號(hào)。所述隔離電源部分采用小于O. 2W的低功耗設(shè)計(jì)，包括由初始磁導(dǎo)率為5000、居里溫度大于200攝氏度的鐵心及耐150攝氏度高溫漆包線繞制的變壓器線圈、輸入振蕩電路、及輸出穩(wěn)壓電路；輸入電壓使輸入振蕩電路產(chǎn)生高頻振蕩，控制輸入電壓接入變壓器線圈輸入繞組的方向，使得變壓器線圈輸出繞組感應(yīng)出所需的電壓，并通過穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓后提供給信號(hào)隔離傳輸部分及驅(qū)動(dòng)效果檢測(cè)部分。所述信號(hào)隔離傳輸部分由雙路、雙向磁隔離芯片構(gòu)成；驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)接入磁隔離芯片，經(jīng)過隔離處理后實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸出，驅(qū)動(dòng)效果檢測(cè)電路的檢測(cè)反饋信號(hào)輸入磁隔離芯片，經(jīng)過隔離處理后實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)效果檢測(cè)反饋信號(hào)的輸出。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于(I)本發(fā)明由于包括結(jié)構(gòu)部分、隔離電源部分、信號(hào)隔離傳輸部分及驅(qū)動(dòng)效果檢測(cè)部分，這幾部分采用了小型化集成化設(shè)計(jì)思想，大大縮小了產(chǎn)品體積，使得整個(gè)產(chǎn)品模塊的體積僅相當(dāng)于普通一個(gè)隔離電源模塊的大??；
(2)本發(fā)明由于通過上、下層電路板重疊組裝、結(jié)合硅膠整體灌封的工藝，在消除了對(duì)變壓器線圈接頭損傷隱患的同時(shí)，提高了產(chǎn)品的整體機(jī)械性能，抗沖擊達(dá)到75g，抗振動(dòng)達(dá)到20g，并改善了產(chǎn)品的散熱性能，使得-40°C 125°C全溫度范圍的工作溫升小于10攝氏度；(3)本發(fā)明采用了耐高溫隔離電源技術(shù)及信號(hào)隔離傳輸電路，使得產(chǎn)品整體可靠性大大提升，實(shí)現(xiàn)_40°C 125°C全溫度范圍的可靠運(yùn)行，高溫穩(wěn)態(tài)壽命達(dá)到1000小時(shí)。各項(xiàng)性能指標(biāo)均得到提升，輸入端與輸出端耐電壓達(dá)到600Va. c.，絕緣電阻大于500ΜΩ (測(cè)試電壓500Vd. c.)。信號(hào)隔離傳輸速率達(dá)到500kHz，傳輸延遲小于I μ s,實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)控制及狀態(tài)反饋信號(hào)高速無失真穩(wěn)定傳輸目的；(4)本發(fā)明的隔離電源采用低功耗設(shè)計(jì)，最大輸入功耗小于O. 2W。(5)本發(fā)明集成了驅(qū)動(dòng)效果檢測(cè)功能，使得控制系統(tǒng)在對(duì)MOSFET器件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制后，能夠?qū)崟r(shí)收到對(duì)實(shí)際驅(qū)動(dòng)效果的檢測(cè)反饋信號(hào)，準(zhǔn)確掌握MOSFET器件的實(shí)際狀態(tài)，該功能可協(xié)助控制系統(tǒng)在系統(tǒng)自檢、周期檢驗(yàn)及故障排查等場(chǎng)合中對(duì)MOSFET器件進(jìn)行故障檢測(cè)、狀態(tài)查詢，大大提高系統(tǒng)的智能化程度及可靠性。


圖1為本發(fā)明外形圖；圖2為本發(fā)明底座示意圖；圖3為本發(fā)明內(nèi)部結(jié)構(gòu)部分示意圖；圖4為本發(fā)明隔離電源部分電路原理圖；圖5為本發(fā)明驅(qū)動(dòng)效果檢測(cè)部分及信號(hào)隔離傳輸部分電路原理圖。
具體實(shí)施例方式如圖3所示，本發(fā)明包括結(jié)構(gòu)部分、隔離電源部分、信號(hào)隔離傳輸部分及驅(qū)動(dòng)效果檢測(cè)部分。如圖1、2、3所示，結(jié)構(gòu)部分采用金屬底座2與金屬外殼I密封焊接封裝形式，提高產(chǎn)品抗干擾性，增強(qiáng)散熱性能。如圖3所示，內(nèi)部為上下兩層PCB電路板重疊安裝形式，每塊PCB電路板實(shí)現(xiàn)不同模塊的功能，上層PCB電路板5實(shí)現(xiàn)隔離電源及信號(hào)隔離傳輸功能，下層PCB電路板7實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)效果檢測(cè)功能，上下兩層PCB電路板采用多根金屬引出桿6連通安裝，并與金屬底座玻璃燒結(jié)的引出桿3連接，所有引出桿同時(shí)兼具信號(hào)傳輸功能，結(jié)合對(duì)金屬外殼內(nèi)部通過硅膠進(jìn)行整體灌封，提高機(jī)械強(qiáng)度，更使得模塊內(nèi)部器件通過膠體與金屬外殼連接，提升了其散熱性能，使產(chǎn)品可在高溫環(huán)境下長(zhǎng)期可靠運(yùn)行；如圖3、4所示，隔離電源部分位于結(jié)構(gòu)部分中上層PCB電路板正面，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入電壓的隔離升壓處理，并向信號(hào)隔離傳輸部分及驅(qū)動(dòng)效果檢測(cè)部分供電；如圖4所示，所述隔離電源部分采用小于O. 2W的低功耗設(shè)計(jì)，包括由初始磁導(dǎo)率為5000、居里溫度大于200攝氏度的鐵 心及耐150攝氏度高溫漆包線繞制的變壓器線圈Tl、輸入振蕩電路Cl、C2、RU R2、Ql、Q2、及輸出穩(wěn)壓電路Dl、D2、C3、R3組成；輸入電壓使輸入振蕩電路產(chǎn)生高頻振蕩，控制輸入電壓接入變壓器線圈輸入繞組的方向，使得變壓器線圈輸出繞組感應(yīng)出所需的電壓，并通過穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓后提供給信號(hào)隔離傳輸部分及驅(qū)動(dòng)效果檢測(cè)部分。如圖3、5所示，信號(hào)隔離部分位于結(jié)構(gòu)部分上層PCB板背面，由雙路、雙向磁隔離芯片Ul構(gòu)成，對(duì)輸入驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)進(jìn)行隔離轉(zhuǎn)換并控制驅(qū)動(dòng)芯片U2輸出MOSFET器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并對(duì)C4、R4組成的驅(qū)動(dòng)效果檢測(cè)電路的檢測(cè)信號(hào)輸入進(jìn)行隔離轉(zhuǎn)換，并輸出檢測(cè)反饋信號(hào)；所述驅(qū)動(dòng)效果檢測(cè)部分位于下層PCB電路板正面，進(jìn)行MOSFET器件驅(qū)動(dòng)效果的檢測(cè)并向隔離信號(hào)傳輸部分回傳檢測(cè)信號(hào)。本發(fā)明采用小型軍用隔離電源技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高效率電源隔離升壓、穩(wěn)壓等特點(diǎn)，使得產(chǎn)品輸入工作電壓范圍達(dá)到4 5. 5Vd. c.，輸出電壓達(dá)到9. 5 13Vd. c.，且輸入功耗小于O. 2W。輸入端與輸出端的耐電壓值達(dá)到600Vr.m. s.，絕緣電阻大于500ΜΩ (測(cè)試電壓500Vd. C.)。由于采用高可靠線圈變壓器，產(chǎn)品在_40°C 125°C范圍內(nèi)均能夠長(zhǎng)期正常穩(wěn)定工作，輸出無溫漂，并能夠達(dá)到高溫穩(wěn)態(tài)壽命IOOOh的考核指標(biāo)。本發(fā)明采用先進(jìn)的磁隔離信號(hào)傳輸器件，使得信號(hào)隔離傳輸速率大于100kHz，傳輸延遲小于I μ S，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)及狀態(tài)反饋信號(hào)高速無失真穩(wěn)定傳輸目的。采用小型驅(qū)動(dòng)芯片及開關(guān)狀態(tài)檢測(cè)電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)MOSFET器件的可靠驅(qū)動(dòng)及實(shí)際驅(qū)動(dòng)效果的檢測(cè)反饋。本發(fā)明說明書中 未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種隔離電源與MOSFET驅(qū)動(dòng)及檢測(cè)功能集成的模塊，其特征在于包括結(jié)構(gòu)部分、 隔離電源部分、信號(hào)隔離傳輸部分及驅(qū)動(dòng)效果檢測(cè)部分；結(jié)構(gòu)部分采用金屬底座與金屬外殼密封焊接封裝形式，內(nèi)部為上下兩層PCB電路板重疊安裝形式，上層PCB電路板實(shí)現(xiàn)隔離電源及信號(hào)隔離傳輸功能，下層PCB電路板實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)效果檢測(cè)功能，上下兩層PCB電路板采用多根金屬引出桿連通安裝，并與金屬底座上玻璃燒結(jié)的引出桿連接，所有引出桿同時(shí)兼具信號(hào)傳輸功能，結(jié)合對(duì)金屬外殼內(nèi)部通過硅膠進(jìn)行整體灌封，提高機(jī)械強(qiáng)度和散熱性能；所述隔離電源部分位于結(jié)構(gòu)部分中上層PCB電路板正面，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入電壓的隔離升壓處理，并向信號(hào)隔離傳輸部分及驅(qū)動(dòng)效果檢測(cè)部分供電；所述信號(hào)隔離傳輸部分位于結(jié)構(gòu)部分上層PCB板背面，對(duì)輸入驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)進(jìn)行隔離轉(zhuǎn)換并輸出MOSFET器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)， 并對(duì)檢測(cè)電路的檢測(cè)信號(hào)輸入進(jìn)行隔離轉(zhuǎn)換，并輸出檢測(cè)反饋信號(hào)；所述驅(qū)動(dòng)效果檢測(cè)部分位于下層PCB電路板正面，進(jìn)行MOSFET器件驅(qū)動(dòng)效果的檢測(cè)并向隔離信號(hào)傳輸部分回傳檢測(cè)信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述隔離電源與MOSFET驅(qū)動(dòng)及檢測(cè)功能集成的模塊，其特征在于 所述隔離電源部分采用小于O. 2W的低功耗設(shè)計(jì)，包括由初始磁導(dǎo)率為5000、居里溫度大于 200攝氏度的鐵心及耐150攝氏度高溫漆包線繞制的變壓器線圈、輸入振蕩電路、及輸出穩(wěn)壓電路；輸入電壓使輸入振蕩電路產(chǎn)生高頻振蕩，控制輸入電壓接入變壓器線圈輸入繞組的方向，使得變壓器線圈輸出繞組感應(yīng)出所需的電壓，并通過穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓后提供給信號(hào)隔離傳輸部分及驅(qū)動(dòng)效果檢測(cè)部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述隔離電源與MOSFET驅(qū)動(dòng)及檢測(cè)功能集成的模塊，其特征在于 所述信號(hào)隔離傳輸部分由雙路、雙向磁隔離芯片構(gòu)成；驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)接入磁隔離芯片，經(jīng)過隔離處理后實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸出，驅(qū)動(dòng)效果檢測(cè)電路的檢測(cè)反饋信號(hào)輸入磁隔離芯片，經(jīng)過隔離處理后實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)效果檢測(cè)反饋信號(hào)的輸出。
全文摘要
一種隔離電源與MOSFET驅(qū)動(dòng)及檢測(cè)功能集成的模塊，包括結(jié)構(gòu)部分、隔離電源部分、信號(hào)隔離傳輸部分及驅(qū)動(dòng)效果檢測(cè)部分；結(jié)構(gòu)部分采用金屬底座與金屬外殼密封焊接封裝形式，內(nèi)部為上下兩層PCB電路板重疊安裝形式；所述隔離電源部分位于結(jié)構(gòu)部分中上層PCB電路板正面；所述信號(hào)隔離傳輸部分位于結(jié)構(gòu)部分上層PCB板背面。本發(fā)明現(xiàn)航天領(lǐng)域高可靠、小型化、低功耗的應(yīng)用需求。
文檔編號(hào)H02M1/00GK103051193SQ201210574689
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者高路, 南非 申請(qǐng)人:中國航天時(shí)代電子公司