包括雙向調(diào)整器的隔離器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及隔離技術(shù)，且更具體地涉及在具有不同的電壓域的系統(tǒng)之間的提供隔離。
【背景技術(shù)】
[0002]在一般應(yīng)用中，機(jī)電系統(tǒng)提供一個(gè)或多個(gè)用于監(jiān)控機(jī)電系統(tǒng)的信號(hào)和/或接收一個(gè)或多個(gè)用于控制機(jī)電系統(tǒng)的信號(hào)。在正常操作期間，在機(jī)電系統(tǒng)的域和監(jiān)控器或控制系統(tǒng)的域之間可存在大的DC或瞬態(tài)電壓差，因此需要在機(jī)電系統(tǒng)和監(jiān)控器或控制系統(tǒng)之間提供隔離勢(shì)皇。例如，一個(gè)域可相對(duì)于一電壓接地，該電壓相對(duì)于接地切換數(shù)十、數(shù)百或數(shù)千伏特，而另外一個(gè)域則具有3V或5V的電壓擺幅。因此，中間系統(tǒng)包括防止破壞性的電流在機(jī)電系統(tǒng)和監(jiān)控器或控制系統(tǒng)之間流動(dòng)的隔離。雖然該隔離防止機(jī)電系統(tǒng)通過直接傳導(dǎo)路徑耦合到監(jiān)控器或控制系統(tǒng)，但是隔離通道允許在這兩個(gè)系統(tǒng)之間的通信。
[0003]光隔離是用于提供期望隔離的技術(shù)。參考圖1，一個(gè)示例性的可編程邏輯控制(PLC)應(yīng)用使用光隔離器來在具有24V的電壓域的示例性機(jī)電系統(tǒng)和具有一般5V但可根據(jù)應(yīng)用而改變的電壓域的監(jiān)控器系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器107之間的提供隔離。響應(yīng)于通過節(jié)點(diǎn)101的電流供應(yīng)，發(fā)光二極管(LED) 103發(fā)射由光電晶體管105接收的光，光電晶體管105生成使驅(qū)動(dòng)器107接通的信號(hào)。驅(qū)動(dòng)器107可耦合到監(jiān)控器系統(tǒng)的微控制器單元。
[0004]圖1的光隔離器的一個(gè)缺點(diǎn)是，LED 103的輸出取決于通過節(jié)點(diǎn)101的電流的強(qiáng)度。也就是說，通過節(jié)點(diǎn)101的電流越強(qiáng)，LED 103就被越強(qiáng)地驅(qū)動(dòng)，且LED 103的輸出就越強(qiáng)，這可導(dǎo)致不希望有的開關(guān)/切換特性。此外，光隔離器可易受共模輸入瞬變影響，當(dāng)共模瞬變?cè)谳斎敫郀顟B(tài)期間出現(xiàn)時(shí)需要外部電阻器111超馳(override)驅(qū)動(dòng)LED 103以保持LED 103接通。然而，由于當(dāng)控制電流經(jīng)由控制晶體管112被關(guān)閉時(shí)會(huì)發(fā)生通過外部電阻器111的功率耗散，因此外部電阻器111的使用減小了在操作期間的效率。
[0005]因此，理想的是提供具有對(duì)輸入共模瞬變的較大免疫性和提高的操作效率的改進(jìn)的隔離技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式中，提供了一種裝置，包括第一端子、第二端子、雙向調(diào)整器電路和功能電路。雙向調(diào)整器電路配置成響應(yīng)于輸入電流以第一極性流經(jīng)第一端子和第二端子而產(chǎn)生橫跨第一電源節(jié)點(diǎn)和第二電源節(jié)點(diǎn)的電壓。雙向調(diào)整器電路還配置成響應(yīng)于輸入電流以與第一極性相反的第二極性流經(jīng)第一端子和第二端子而產(chǎn)生橫跨第一電源節(jié)點(diǎn)和第二電源節(jié)點(diǎn)的電壓。功能電路由該電壓供電并配置成使用該電壓來產(chǎn)生信號(hào)。信號(hào)指示輸入電流的存在。雙向調(diào)整器電路可包括耦合在第一端子和第二端子之間的第一電路。第一電路可包括第一電源節(jié)點(diǎn)。雙向調(diào)整器電路可包括耦合在第一端子和第二端子之間的第二電路。第二電路可與第一電路并聯(lián)地耦合。第二電路可包括第二電源節(jié)點(diǎn)。雙向調(diào)整器電路可包括耦合在第一電路和第二電路之間的第三電路。第三電路可配置成產(chǎn)生橫跨第一電源節(jié)點(diǎn)和第二電源節(jié)點(diǎn)的電壓。該電壓可響應(yīng)于輸入電流具有第一極性而具有第一極性，且電壓可響應(yīng)于輸入電流具有第二極性而具有第一極性。
[0007]在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式中，提供了一種方法，包括接收流經(jīng)第一端子和第二端子的輸入電流。該輸入電流是具有第一極性的第一輸入電流和具有與第一極性相反的第二極性的第二輸入電流之一。該方法包括響應(yīng)于輸入電流而產(chǎn)生橫跨第一電源節(jié)點(diǎn)和第二電源節(jié)點(diǎn)的電壓。該電壓響應(yīng)于第一輸入電流被接收而具有第一極性，且電壓響應(yīng)于第二輸入電流被接收而具有第一極性。該方法包括利用該電壓來產(chǎn)生在功能電路中的指示輸入電流的存在的信號(hào)。該方法包括將信號(hào)的表示橫跨電壓隔離勢(shì)皇提供到隔離鏈路。產(chǎn)生橫跨第一電源節(jié)點(diǎn)和第二電源節(jié)點(diǎn)的電壓可包括響應(yīng)于輸入電流是第一輸入電流而從第一端子到第一電源節(jié)點(diǎn)、從第一電源節(jié)點(diǎn)到第二電源節(jié)點(diǎn)以及從第二電源節(jié)點(diǎn)到第二端子吸收電流。產(chǎn)生橫跨第一電源節(jié)點(diǎn)和第二電源節(jié)點(diǎn)的電壓可包括響應(yīng)于輸入電流是第二輸入電流而從第二端子到第一電源節(jié)點(diǎn)、從第一電源節(jié)點(diǎn)到第二電源節(jié)點(diǎn)以及從第二電源節(jié)點(diǎn)到第一端子獲取電流。
【附圖說明】
[0008]通過參考附圖，將可更好地理解本發(fā)明，并且其許多的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將對(duì)本領(lǐng)域中的技術(shù)人員變得明顯。
[0009]圖1示出一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的光隔離器。
[0010]圖2A示出一個(gè)示例性的隔離系統(tǒng)。
[0011]圖2B示出圖2A的隔離系統(tǒng)的示例性傳輸信號(hào)。
[0012]圖2C示出圖2A的隔離系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0013]圖3示出包括示例性并聯(lián)調(diào)整器的圖2A的隔離系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式。
[0014]圖4示出表示圖2A和2B的調(diào)整器的示例性電流/電壓關(guān)系的曲線。
[0015]圖5示出隔離系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式，其包括調(diào)整器和靜電放電保護(hù)電路。
[0016]圖6A示出配置成從高壓系統(tǒng)吸收電流的示例性隔離器電路。
[0017]圖6B示出配置成向高壓系統(tǒng)提供電流的示例性隔離器電路。
[0018]圖7示出包括與本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式一致的雙向調(diào)整器的示例性隔離系統(tǒng)。
[0019]圖8示出表示圖7的雙向調(diào)整器的示例性電流/電壓關(guān)系的曲線。
[0020]圖9示出與本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式一致的示例性雙向調(diào)整器。
[0021]圖10示出與本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式一致的包括雙向調(diào)整器和電容隔離的示例性隔咼系統(tǒng)。
[0022]圖11示出與本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式一致的用于圖7的系統(tǒng)的示例性發(fā)射機(jī)和接收機(jī)電路。
[0023]圖12示出與本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式一致的包括雙向調(diào)整器的電容隔離系統(tǒng)的一個(gè)示例性單端實(shí)施方式。
[0024]圖13示出與本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式一致的用于隔離的包括雙向調(diào)整器并使用磁阻耦合器的隔離器系統(tǒng)的一個(gè)示例性實(shí)施方式。
[0025]圖14示出與本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式一致的用于隔離的包括雙向調(diào)整器并使用變壓器的隔離器系統(tǒng)的一個(gè)示例性實(shí)施方式。
[0026]圖15示出可用于圖14的發(fā)射機(jī)的示例性振蕩器。
[0027]圖16示出可在圖14的隔離系統(tǒng)中使用的接收電路的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0028]在不同附圖中使用的相同的參考符號(hào)指示相似或相同的項(xiàng)目。
【具體實(shí)施方式】
[0029]參考圖2A，隔離系統(tǒng)200是可被用來代替例如圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)隔離器的改進(jìn)的隔離器的一個(gè)實(shí)施方式。通過提供集成電路芯片201、集成電路芯片203和隔離鏈路206來實(shí)現(xiàn)隔離系統(tǒng)200。隔離鏈路206可通過使用各種技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，并包括利用電容、電感(變壓器)、電磁技術(shù)或其組合允許在集成電路芯片203上的電壓域和在集成電路芯片206上的電壓域之間的通信的隔離通道。要被傳輸跨過隔離通道的信號(hào)在隔離鏈路的一側(cè)上的傳輸電路211內(nèi)產(chǎn)生，且該信號(hào)通過使用隔離鏈路206而在芯片之間被傳輸。通常，傳輸電路211使用信號(hào)驅(qū)動(dòng)隔離鏈路206，以使得能量橫跨隔離鏈路被傳輸。傳輸電路211和接收電路215 (且在一些情況下包括隔離鏈路206的部分)通過利用常規(guī)處理技術(shù)而被制造在集成電路上，且高電壓勢(shì)皇根據(jù)常規(guī)處理技術(shù)由在導(dǎo)電層之間形成的非導(dǎo)電材料導(dǎo)致的導(dǎo)電層分離而形成。在一個(gè)示例性的實(shí)施方式中，高電壓勢(shì)皇可提供幾千伏(例如高達(dá)大約五千伏)的電壓隔離。
[0030]集成電路芯片201包括對(duì)應(yīng)于圖1所示的光隔離器的陽極和陰極的兩個(gè)管腳217和219。然而，在圖2A中所示和在本文進(jìn)一步描述的隔離方法使用電容、電感(變壓器)和電磁技術(shù)或其組合來提供改進(jìn)的性能，而不是依賴于光電二極管。然而，為了代替例如圖1所示的光電二極管被利用的現(xiàn)有技術(shù)隔離器實(shí)施方式，除了使用管腳提供的功率以外，可能沒有其它功率可用于操作變壓器211。因此，