用于高效率高隔離低頻功率傳輸?shù)男滦凸杌度胧阶儔浩?pdf

1、隔離式功率傳輸，可以隔斷輸入和輸出的直流通路，保護(hù)關(guān)鍵電路不受接地?cái)_動(dòng)或者其它噪聲電壓的危害。因此，它在消費(fèi)電子、汽車電子、醫(yī)療電子、工業(yè)電子、儀器儀表以及航空航天電子等領(lǐng)域均具有廣泛的應(yīng)用。在小功率的隔離式功率傳輸系統(tǒng)中，為了減小系統(tǒng)體積和成本，功率隔離變壓器正向小型化和集成化方向發(fā)展。目前亞德諾公司（ADI）開發(fā)的 isoPower系列隔離式直流直流（DCDC）轉(zhuǎn)換產(chǎn)品已經(jīng)使用了空芯片上變壓器實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)級封裝，其輸出功率可達(dá)0.5

2、W。但是，ADI所使用的片上功率隔離變壓器需要工作在170 MHz高頻時(shí)才能達(dá)到70％的變壓器效率。如此高的工作頻率在隔離式DCDC電路中造成了很大的開關(guān)損耗和整流損耗，使得整體的電路功率傳輸效率只有33%。
　　本研究提出并實(shí)驗(yàn)展示了三種新型硅基嵌入式變壓器。它不需要磁芯，可以基于商用硅通孔工藝制造，具有超過100微米厚度的線圈，可以減小變壓器線圈直流電阻，從而增大變壓器的低頻效率。第一種改進(jìn)的交纏型硅基嵌入式變壓器的初級線圈和

3、次級線圈相互交纏，具有接近于1的耦合因子，面積為2 mm2的實(shí)驗(yàn)樣品在20 MHz時(shí)可取得80%的最大效率，但較難實(shí)現(xiàn)高隔離能力，樣品實(shí)測隔離能力為0.38 kV。第二種雙面疊置型硅基嵌入式變壓器的兩個(gè)線圈分別從芯片的兩面嵌入在襯底中，避免了在芯片表面的擊穿路徑，實(shí)測隔離能力達(dá)到了1.05 kV，但耦合因子相對較差，對隔離式DCDC電路選型有一定要求，該變壓器面積為2 mm2的實(shí)驗(yàn)樣品在10 MHz時(shí)可取得70%的最大效率。第三種背靠背

4、疊置型硅基嵌入式變壓器的兩個(gè)線圈分別嵌入在兩個(gè)芯片的背面，把兩個(gè)線圈對準(zhǔn)后再將兩個(gè)芯片通過絕緣鍵合材料背靠背鍵合在一起。該變壓器避免了使用位于硅溝槽表面的隔離層，實(shí)測隔離能力超過了4.5 kV，達(dá)到了產(chǎn)品級要求。該變壓器的耦合因子與雙面疊置型的相當(dāng)，面積為2 mm2的實(shí)驗(yàn)樣品在10 MHz時(shí)同樣可取得70%的最大效率。所提出的的三種新型硅基嵌入式變壓器均可以在10~20MHz低頻下實(shí)現(xiàn)70%以上的變壓器效率，同時(shí)具有面積小、工藝簡單、不