無磁芯變壓器原理

無磁芯變壓器技術(shù)使用半導(dǎo)體制造工藝來集成一個由金屬螺旋線和氧化硅絕緣材料組成的變壓器，其主要思想就是在IC內(nèi)集成變壓器的兩個繞組。變壓器可以安置在接收器芯片上，也可以安置在傳輸芯片上，但功能是不變的。離散變壓器需要磁芯產(chǎn)生磁通量，繞組在IC內(nèi)需要放置得足夠緊密來保護磁芯。

由于繞組的設(shè)計和大小，耦合能力可能減小到很低，在輸入和輸出之間的總?cè)萘坑煽蚣艿拇笮】刂?。一個好的繞組設(shè)計可使它不受外界磁場的影響。根據(jù)EN50178，為保證工作電壓達到890V的應(yīng)用的安全隔離，繞組之間的隔離需要能承受6kV的電壓。

氧化硅絕緣材料是IC中常用的隔離材料，只要使用適當(dāng)?shù)纳a(chǎn)技術(shù)就可以做到足夠的厚度。另外，可以采用具有較強集成邏輯能力的技術(shù)來支持無磁芯變壓器的應(yīng)用。當(dāng)變壓器傳送脈沖信號，還需要接收電路。接收電路也可以像繞組一樣很容易的集成在同一個芯片內(nèi)。接收電路連接在次級繞組上，它的作用是把變壓器發(fā)出的信號解碼。這些信號由位于不同芯片上的激勵電路產(chǎn)生。激勵電路由兩根導(dǎo)線連接到變壓器的初級繞組上。

信號傳輸

脈沖變壓器通常要求允許快速和穩(wěn)定通信的信號協(xié)議。無磁芯變壓器初級與次級繞組的脈沖延遲需少于10ns。建立較好的基本速度，特別是延遲不會隨時間或溫度的變化而降級。由于繞組產(chǎn)生磁場并且瞬間達到50kV/μs，因此不會對傳輸產(chǎn)生影響。為了不產(chǎn)生風(fēng)險，使用串聯(lián)模式能很容易的實現(xiàn)接收電路的共模抑制濾波。類似的智能錯誤檢測也可集成在激勵電路內(nèi)，在檢測到錯誤的情況下能糾正信號。帶有編碼，解碼和濾波的無磁芯變壓器的總延遲時間大約為50ns。

由于無磁芯變壓器技術(shù)的轉(zhuǎn)換率高達100兆赫，因此不僅適用柵極驅(qū)動，而且還可以作為基本技術(shù)應(yīng)用在要求（安全）絕緣隔離和高數(shù)據(jù)速率的各種各樣的產(chǎn)品中。

無磁芯變壓器技術(shù)與電平位移技術(shù)相比的優(yōu)點

由于電平位移技術(shù)不能提供電流隔離，所以在一些應(yīng)用中不能直接加強隔離。如果半導(dǎo)體技術(shù)不能通過使用介電隔離或通過將電路分離在兩個芯片上提供保護，那么流過襯底的電流可能會導(dǎo)致某個特殊點上的IC故障。

更重要的是，一旦當(dāng)高邊參考電壓低于低邊輸出參考電壓時，高邊輸出對控制信號就會變得不敏感，這就意味著會經(jīng)常地反復(fù)地引發(fā)短路，也可能會導(dǎo)致過多的功率消耗和系統(tǒng)故障。而這些故障和損耗可以通過使用無磁芯變壓器來避免，因為無磁芯變壓器具有電流隔離功能。

電平位移拓撲結(jié)構(gòu)是采用高壓晶體管為高邊傳輸脈沖信號，所以在傳輸期間存在很大的功率消耗。功率消耗與開關(guān)頻率和DC鏈接電壓成正比。因此，電平位移拓撲結(jié)構(gòu)不適合應(yīng)用在開關(guān)頻率較高的系統(tǒng)中。而無磁芯變壓器技術(shù)就不存在功率消耗。在傳輸部分，控制信號是以非常低的功率消耗傳輸?shù)?，因此在高頻率開關(guān)應(yīng)用中可以充分使用無磁芯變壓器技術(shù)。