基于第三代半導(dǎo)體的新型功率開關(guān)管與傳統(tǒng)硅基功率開關(guān)管相比具有更優(yōu)越的性能,正獲得越來越廣泛的應(yīng)用。然而與此同時(shí),新型功率開關(guān)管更小的寄生電容和更快的開關(guān)速率也會(huì)帶來與傳統(tǒng)硅基功率開關(guān)管相比更高的dV/dt瞬態(tài)電壓,這要求用于隔離柵極驅(qū)動(dòng)的隔離器具有更高的共模瞬態(tài)抑制能力。與基于光耦合和電容耦合的隔離器相比,基于片上變壓器的磁耦合隔離器具有更好的可靠性和共模瞬態(tài)抑制能力。因此,本文從片上變壓器的層面進(jìn)行了磁耦合隔離器的共模瞬態(tài)抑制能力研究。本文首先對(duì)用于隔離式信號(hào)傳輸?shù)钠献儔浩鞯幕A(chǔ)知識(shí)進(jìn)行了介紹,包括片上變壓器的器件結(jié)構(gòu)、片上變壓器的物理等效電路模型及參數(shù)計(jì)算方法、片上變壓器的差模信號(hào)傳輸簡(jiǎn)化電路模型和參數(shù)提取方法。之后,針對(duì)共模瞬態(tài)抑制能力的研究,本文建立了片上變壓器的共模瞬態(tài)等效電路,并闡釋了其共模瞬態(tài)失效機(jī)理。當(dāng)片上變壓器被加載上一個(gè)非常大的共模瞬態(tài)噪聲時(shí),兩個(gè)線圈之間的寄生電容中產(chǎn)生的位移電流流入副邊線圈,副邊線圈兩端就會(huì)形成一個(gè)噪聲電壓,這個(gè)噪聲電壓將會(huì)對(duì)電路產(chǎn)生干擾,從而使信號(hào)的傳輸出現(xiàn)錯(cuò)誤。緊接著,本文通過仿真研究了片上變壓器的物理參數(shù)對(duì)于片上變壓器共模瞬態(tài)耐受能力以及... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

隔離器在生活中的應(yīng)用

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文6正常應(yīng)用于強(qiáng)磁的工作場(chǎng)景中，但由于電容式數(shù)字隔離器傳輸信號(hào)的方式是時(shí)變電場(chǎng)，外界電場(chǎng)的干擾會(huì)更容易對(duì)它造成影響，因此當(dāng)存在高共模瞬態(tài)電壓（即瞬態(tài)電場(chǎng)）時(shí)，電容式數(shù)字隔離器就無法正常完成信號(hào)的隔離傳輸功能。1.2.3片上變壓器式數(shù)字隔離器與光電隔離器和電容式數(shù)字隔離器相比，片上變壓器式數(shù)字隔離器在很多方面都具有優(yōu)勢(shì)，包括較小的器件尺寸、較低的制造成本、較低的功耗、較強(qiáng)的隔離能力和較快的傳輸速度等。片上變壓器利用兩個(gè)電感之間的耦合來進(jìn)行信號(hào)傳輸，其結(jié)構(gòu)如圖1-7所示。片上變壓器主要由原邊線圈和副邊線圈組成，前級(jí)電路產(chǎn)生的變化電流流經(jīng)原邊線圈便產(chǎn)生一個(gè)變化的磁場(chǎng)，由于原邊與副邊線圈之間的磁場(chǎng)耦合，副邊線圈中也會(huì)相應(yīng)地產(chǎn)生一個(gè)感生電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)的大小與原邊線圈中的電流變化率成正比，再根據(jù)該電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行輸出，這就完成了前后級(jí)電路之間數(shù)字信號(hào)的隔離傳輸，其傳輸機(jī)制如圖1-8所示。圖1-7片上變壓器結(jié)構(gòu)圖信號(hào)調(diào)節(jié)電路信號(hào)調(diào)節(jié)電路圖1-8片上變壓器工作原理圖

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文8以應(yīng)用于高危區(qū)域內(nèi)的電氣設(shè)備，由于該款數(shù)字隔離器的印刷電路板區(qū)域大大降低了，所以減少了二極管以及電阻器的使用，使設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度降低了。此外該數(shù)字隔離器的功耗非常低，減少了高危環(huán)境下所消耗的電能。圖1-9Coreless片上變壓器芯片組照片[14]目前，基于第三代半導(dǎo)體的功率開關(guān)管的引入在提供更高的開關(guān)速度的同時(shí)，也使片上變壓器面臨著更大的共模瞬態(tài)噪聲，這就要求片上變壓器具有更高的共模瞬態(tài)抑制比。目前提出的提高片上變壓器共模瞬態(tài)抑制比的方式主要有三種。S.Kaeriyama[16]在研究中發(fā)現(xiàn)，在逆變器控制系統(tǒng)中，共模瞬態(tài)噪聲的頻率大約處于10kHz到100kHz之間，而需要進(jìn)行傳輸?shù)男盘?hào)的頻率通常以GHz在計(jì)算。此外，副邊線圈端受瞬態(tài)共模噪聲影響產(chǎn)生的電壓幅值基本小于副邊線圈兩端由有效信號(hào)產(chǎn)生的電壓的幅值。作者據(jù)此提出，在片上變壓器的副邊線圈端增加一個(gè)由電容和電阻構(gòu)成的RC高通濾波器以及一個(gè)由帶偏置電壓的二極管構(gòu)成的門檻電壓電路來提高數(shù)字隔離器的瞬態(tài)共模抑制比，電路結(jié)構(gòu)如圖1-10所示。但這種方法僅能過濾特定頻率范圍或低于特定幅值的噪聲，能夠應(yīng)用的范圍相當(dāng)有限。圖1-10S.Kaeriyama提出的用于抑制瞬態(tài)共模噪聲的結(jié)構(gòu)[16]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]ADI推出業(yè)界首款認(rèn)證的本質(zhì)安全數(shù)字隔離產(chǎn)品[J]. 高泰.  計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò). 2017(04)
[2]傳輸線中趨膚效應(yīng)的介紹及仿真[J]. 盧秋朋,張清鵬,秦潤(rùn)杰.  電子測(cè)量技術(shù). 2015(06)
[3]GB4943-2001危險(xiǎn)電壓的基本概念[J]. 王威.  認(rèn)證技術(shù). 2011(03)

碩士論文
[1]具有高共模瞬態(tài)抑制的片上變壓器設(shè)計(jì)與研究[D]. 陳舉龍.電子科技大學(xué) 2018



本文編號(hào)：3120585