CN103051193B - 一种隔离电源与mosfet驱动及检测功能集成的模块 - Google Patents
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Abstract
一种隔离电源与MOSFET驱动及检测功能集成的模块，包括：结构部分、隔离电源部分、信号隔离传输部分及驱动效果检测部分；结构部分采用金属底座与金属外壳密封焊接封装形式，内部为上下两层PCB电路板重叠安装形式；所述隔离电源部分位于结构部分中上层PCB电路板正面；所述信号隔离传输部分位于结构部分上层PCB板背面。本发明现航天领域高可靠、小型化、低功耗的应用需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种隔离电源与MOSFET驱动及检测功能集成的模块。
背景技术
在航天系统中，对于MOSFET器件的驱动电路通常由隔离电源、驱动电路以及状态检测反馈电路各部分组成，需要器件较多，占用板面面积较大，且各部分可靠性参差不齐。因此，现有应用领域没有将MOSFET驱动电路、隔离电源、信号隔离传输、开关状态检测各功能集成一体的器件，各部分功能分散、占用板面面积较大且可靠性参差不齐的问题
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种隔离电源与MOSFET驱动及检测功能集成的模块，实现航天领域高可靠、小型化、低功耗的应用需求。
本发明的技术解决方案是：一种隔离电源与MOSFET驱动及检测功能集成的模块，包括：结构部分、隔离电源部分、信号隔离传输部分及驱动效果检测部分；结构部分采用金属底座与金属外壳密封焊接封装形式，内部为上下两层PCB电路板重叠安装形式，上层PCB电路板实现隔离电源及信号隔离传输功能，下层PCB电路板实现驱动效果检测功能，上下两层PCB电路板采用多根金属引出杆连通安装，并与金属底座玻璃烧结的引出杆连接，所有引出杆同时兼具信号传输功能，结合对金属外壳内部通过硅胶进行整体灌封，提高机械强度和散热性能；所述隔离电源部分位于结构部分中上层PCB电路板正面，实现对输入电压的隔离升压处理，并向信号隔离传输部分及驱动效果检测部分供电；所述信号隔离部分位于结构部分上层PCB板背面，对输入驱动控制信号进行隔离转换并输出MOSFET器件的驱动信号，并对检测电路的检测信号输入进行隔离转换，并输出检测反馈信号；所述驱动效果检测部分位于下层PCB电路板正面，进行MOSFET器件驱动效果的检测并向隔离信号传输部分回传检测信号。
所述隔离电源部分采用小于0.2W的低功耗设计，包括由初始磁导率为5000、居里温度大于200摄氏度的铁心及耐150摄氏度高温漆包线绕制的变压器线圈、输入振荡电路、及输出稳压电路；输入电压使输入振荡电路产生高频振荡，控制输入电压接入变压器线圈输入绕组的方向，使得变压器线圈输出绕组感应出所需的电压，并通过稳压电路进行稳压后提供给信号隔离传输部分及驱动效果检测部分。
所述信号隔离传输部分由双路、双向磁隔离芯片构成；驱动控制信号接入磁隔离芯片，经过隔离处理后实现驱动信号的输出，驱动效果检测电路的检测反馈信号输入磁隔离芯片，经过隔离处理后实现驱动效果检测反馈信号的输出。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明由于包括结构部分、隔离电源部分、信号隔离传输部分及驱动效果检测部分，这几部分采用了小型化集成化设计思想，大大缩小了产品体积，使得整个产品模块的体积仅相当于普通一个隔离电源模块的大小；
(2)本发明由于通过上、下层电路板重叠组装、结合硅胶整体灌封的工艺，在消除了对变压器线圈接头损伤隐患的同时，提高了产品的整体机械性能，抗冲击达到75g，抗振动达到20g，并改善了产品的散热性能，使得-40℃～125℃全温度范围的工作温升小于10摄氏度；
(3)本发明采用了耐高温隔离电源技术及信号隔离传输电路，使得产品整体可靠性大大提升，实现-40℃～125℃全温度范围的可靠运行，高温稳态寿命达到1000小时。各项性能指标均得到提升，输入端与输出端耐电压达到600Va.c.，绝缘电阻大于500MΩ(测试电压500Vd.c.)。信号隔离传输速率达到500kHz，传输延迟小于1μs，实现驱动控制及状态反馈信号高速无失真稳定传输目的；
(4)本发明的隔离电源采用低功耗设计，最大输入功耗小于0.2W。
(5)本发明集成了驱动效果检测功能，使得控制系统在对MOSFET器件进行驱动控制后，能够实时收到对实际驱动效果的检测反馈信号，准确掌握MOSFET器件的实际状态，该功能可协助控制系统在系统自检、周期检验及故障排查等场合中对MOSFET器件进行故障检测、状态查询，大大提高系统的智能化程度及可靠性。
附图说明
图1为本发明外形图；
图2为本发明底座示意图；
图3为本发明内部结构部分示意图；
图4为本发明隔离电源部分电路原理图；
图5为本发明驱动效果检测部分及信号隔离传输部分电路原理图。
具体实施方式
如图3所示，本发明包括结构部分、隔离电源部分、信号隔离传输部分及驱动效果检测部分。
如图1、2、3所示，结构部分采用金属底座2与金属外壳1密封焊接封装形式，提高产品抗干扰性，增强散热性能。如图3所示，内部为上下两层PCB电路板重叠安装形式，每块PCB电路板实现不同模块的功能，上层PCB电路板5实现隔离电源及信号隔离传输功能，下层PCB电路板7实现驱动效果检测功能，上下两层PCB电路板采用多根金属引出杆6连通安装，并与金属底座玻璃烧结的引出杆3连接，所有引出杆同时兼具信号传输功能，结合对金属外壳内部通过硅胶进行整体灌封，提高机械强度，更使得模块内部器件通过胶体与金属外壳连接，提升了其散热性能，使产品可在高温环境下长期可靠运行；
如图3、4所示，隔离电源部分位于结构部分中上层PCB电路板正面，实现对输入电压的隔离升压处理，并向信号隔离传输部分及驱动效果检测部分供电；
如图4所示，所述隔离电源部分采用小于0.2W的低功耗设计，包括由初始磁导率为5000、居里温度大于200摄氏度的铁心及耐150摄氏度高温漆包线绕制的变压器线圈T1、输入振荡电路C1、C2、R1、R2、Q1、Q2、及输出稳压电路D1、D2、C3、R3组成；输入电压使输入振荡电路产生高频振荡，控制输入电压接入变压器线圈输入绕组的方向，使得变压器线圈输出绕组感应出所需的电压，并通过稳压电路进行稳压后提供给信号隔离传输部分及驱动效果检测部分。
如图3、5所示，信号隔离部分位于结构部分上层PCB板背面，由双路、双向磁隔离芯片U1构成，对输入驱动控制信号进行隔离转换并控制驱动芯片U2输出MOSFET器件的驱动信号，并对C4、R4组成的驱动效果检测电路的检测信号输入进行隔离转换，并输出检测反馈信号；所述驱动效果检测部分位于下层PCB电路板正面，进行MOSFET器件驱动效果的检测并向隔离信号传输部分回传检测信号。
本发明采用小型军用隔离电源技术，实现高效率电源隔离升压、稳压等特点，使得产品输入工作电压范围达到4～5.5Vd.c.，输出电压达到9.5～13Vd.c.，且输入功耗小于0.2W。输入端与输出端的耐电压值达到600Vr.m.s.，绝缘电阻大于500MΩ(测试电压500Vd.c.)。由于采用高可靠线圈变压器，产品在-40℃～125℃范围内均能够长期正常稳定工作，输出无温漂，并能够达到高温稳态寿命1000h的考核指标。
本发明采用先进的磁隔离信号传输器件，使得信号隔离传输速率大于100kHz，传输延迟小于1μs，实现驱动及状态反馈信号高速无失真稳定传输目的。采用小型驱动芯片及开关状态检测电路，实现对MOSFET器件的可靠驱动及实际驱动效果的检测反馈。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (2)
1.一种隔离电源与MOSFET驱动及检测功能集成的模块，其特征在于包括：结构部分、隔离电源部分、信号隔离传输部分及驱动效果检测部分；结构部分采用金属底座与金属外壳密封焊接封装形式，内部为上下两层PCB电路板重叠安装形式，上层PCB电路板实现隔离电源及信号隔离传输功能，下层PCB电路板实现驱动效果检测功能，上下两层PCB电路板采用多根金属引出杆连通安装，并与金属底座上玻璃烧结的引出杆连接，所有引出杆同时兼具信号传输功能，结合对金属外壳内部通过硅胶进行整体灌封，提高机械强度和散热性能；所述隔离电源部分位于结构部分中上层PCB电路板正面，实现对输入电压的隔离升压处理，并向信号隔离传输部分及驱动效果检测部分供电；所述信号隔离传输部分位于结构部分上层PCB板背面，对输入驱动控制信号进行隔离转换并输出MOSFET器件的驱动信号，并对检测电路的检测信号输入进行隔离转换，并输出检测反馈信号；所述驱动效果检测部分位于下层PCB电路板正面，进行MOSFET器件驱动效果的检测并向隔离信号传输部分回传检测信号；
所述信号隔离传输部分由双路、双向磁隔离芯片构成；驱动控制信号接入磁隔离芯片，经过隔离处理后实现驱动信号的输出，驱动效果检测电路的检测反馈信号输入磁隔离芯片，经过隔离处理后实现驱动效果检测反馈信号的输出。
2.根据权利要求1所述隔离电源与MOSFET驱动及检测功能集成的模块，其特征在于：所述隔离电源部分采用小于0.2W的低功耗设计，包括由初始磁导率为5000、居里温度大于200摄氏度的铁心及耐150摄氏度高温漆包线绕制的变压器线圈、输入振荡电路、及输出稳压电路；输入电压使输入振荡电路产生高频振荡，控制输入电压接入变压器线圈输入绕组的方向，使得变压器线圈输出绕组感应出所需的电压，并通过稳压电路进行稳压后提供给信号隔离传输部分及驱动效果检测部分。
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