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【愛集微點(diǎn)評】榮湃半導(dǎo)體的MOS繼電器專利，通過第一鉗位電路實(shí)現(xiàn)模擬二極管功能，其通電壓降更穩(wěn)定，一致性更好；同時(shí)變壓器和有源非線性負(fù)載和電容電路共同組成LC諧振振蕩器，能夠自動(dòng)諧振到諧振頻率上，電路可靠性高。集微網(wǎng)消息，現(xiàn)如今高壓隔離開關(guān)一般只有PhotoMOS固態(tài)繼電器這一種選擇，而近日，榮湃半導(dǎo)體固態(tài)繼電器發(fā)布，其性能相對PhotoMOS較優(yōu)。光MOS繼電器是一種無接觸的電子開關(guān)，以光作為媒介傳輸能量，亦是固態(tài)繼電器中的目前運(yùn)用最廣、最主要的一種光繼電器，廣泛應(yīng)用于測量儀器、通訊器械、工業(yè)器械、醫(yī)療器械、安全系統(tǒng)、家電、辦公自動(dòng)化、監(jiān)測系統(tǒng)等領(lǐng)域。然而現(xiàn)有的光MOS繼電器存在可靠性低和操作性較弱的問題，隨著器件的老化，繼電器性能也隨之下降；并且在高溫環(huán)境下工作時(shí)，光MOS繼電器的老化過程會加劇，縮短器件使用壽命。為此，榮湃半導(dǎo)體于2022年7月26日申請了一項(xiàng)名為“一種模擬光MOS繼電器”的發(fā)明專利（申請?zhí)枺?02210895534.X），申請人為榮湃半導(dǎo)體（上海）有限公司。
圖1 模擬光MOS繼電器的結(jié)構(gòu)示意圖圖1為本專利提出的一種模擬光MOS繼電器的結(jié)構(gòu)示意圖，主要包括第一鉗位電路1、LC諧振振蕩器2、整流電路3、升壓模塊4、第二鉗位電路5、關(guān)斷控制模塊6、輸出電路7。第一鉗位電路1連接輸入對輸入端的電壓進(jìn)行鉗位其中二極管Dio1連接輸入端的正極ANODE和負(fù)極CATHODE之間，將輸入端的電壓鉗位在固定電位，采用二極管Dio1實(shí)現(xiàn)模擬二極管功能，實(shí)現(xiàn)對光MOS繼電器的外圍電路的兼容。此外，二極管Dio1的通電壓降比發(fā)光二級管更穩(wěn)定、變化范圍更小、一致性更好，使得鉗位電流更精確。LC諧振振蕩器2連接第一鉗位電路1，包括依次串聯(lián)連接的有源非線性負(fù)載21、變壓器T1和電容電路。其中，電容電路包括電容C1、電容C1與變壓器T1副邊并聯(lián)。整流電路3連接LC諧振振蕩器2，用于將LC諧振振蕩器2輸出的交流信號整流為直流信號，升壓模塊4則對相應(yīng)的直流信號進(jìn)行升壓。輸出電路7包括第一功率器件M1和第二功率器件M2，第一功率器件M1的漏極和源極分別連接至第一輸出端81、第二功率器件M2的源極，第二功率器件M2的漏極連接至第二輸出端82。參考圖1，本專利采用第一鉗位電路1實(shí)現(xiàn)模擬二極管功能，兼容光MOS繼電器的外圍電路，相對傳統(tǒng)的發(fā)光二級管，其通電壓降更穩(wěn)定，變化范圍更小，一致性更好。采用變壓器T1傳輸能量，提高了傳輸效率，且變壓器T1、有源非線性負(fù)載21和電容電路共同組成LC諧振振蕩器，能夠自動(dòng)諧振到諧振頻率上，傳輸效率高，無需特意設(shè)計(jì)有源非線性負(fù)載21以諧振頻率進(jìn)行振蕩，更無需另行設(shè)置匹配電路去匹配變壓器T1和有源非線性負(fù)載21。同時(shí)除變壓器T1和輸出電路7的功率器件之外，其他電路均采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS加工，提高電路可靠性。圖2 有源非線性負(fù)載的電流電壓特性示意圖圖2為有源非線性負(fù)載的電流電壓特性示意圖，其中，AA’部分有源非線性負(fù)載呈現(xiàn)負(fù)阻特性，AB和A’B’部分呈現(xiàn)正阻特性。該LC諧振振蕩器能夠在負(fù)阻條件下起振，在正阻條件下穩(wěn)幅，最終實(shí)現(xiàn)震蕩并傳遞能量到變壓器T1副邊。此外，由于耦合電感的寄生電容存在，電路不止一個(gè)諧振點(diǎn)，使用低通濾波器衰減高頻特性，防止震蕩發(fā)生在高頻段上，避免電路震蕩在寄生電容形成的諧振點(diǎn)。相比于現(xiàn)有技術(shù)中直接在原邊使用振蕩器驅(qū)動(dòng)變壓器，通過增加副邊諧振電容，增大了輸出電壓的幅度，且此LC諧振振蕩器的諧振頻率和振蕩頻率無需校準(zhǔn)，輸出電壓幅度更穩(wěn)定。簡而言之，榮湃半導(dǎo)體的MOS繼電器專利，通過第一鉗位電路實(shí)現(xiàn)模擬二極管功能，其通電壓降更穩(wěn)定，一致性更好；同時(shí)變壓器和有源非線性負(fù)載和電容電路共同組成LC諧振振蕩器，能夠自動(dòng)諧振到諧振頻率上，電路可靠性高。榮湃半導(dǎo)體成立于2017年，其產(chǎn)品包括數(shù)字隔離器、驅(qū)動(dòng)、采樣（放大器、ADC）、光耦兼容等系列產(chǎn)品，并在電動(dòng)汽車、工業(yè)控制等多個(gè)領(lǐng)域有了廣泛應(yīng)用。相信在不久將來，榮湃半導(dǎo)體憑借“用芯創(chuàng)造新價(jià)值”的行動(dòng)理念，可以為國內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)創(chuàng)新提供新思路，推動(dòng)國產(chǎn)半導(dǎo)體新發(fā)展。
圖1 模擬光MOS繼電器的結(jié)構(gòu)示意圖圖1為本專利提出的一種模擬光MOS繼電器的結(jié)構(gòu)示意圖，主要包括第一鉗位電路1、LC諧振振蕩器2、整流電路3、升壓模塊4、第二鉗位電路5、關(guān)斷控制模塊6、輸出電路7。第一鉗位電路1連接輸入對輸入端的電壓進(jìn)行鉗位其中二極管Dio1連接輸入端的正極ANODE和負(fù)極CATHODE之間，將輸入端的電壓鉗位在固定電位，采用二極管Dio1實(shí)現(xiàn)模擬二極管功能，實(shí)現(xiàn)對光MOS繼電器的外圍電路的兼容。此外，二極管Dio1的通電壓降比發(fā)光二級管更穩(wěn)定、變化范圍更小、一致性更好，使得鉗位電流更精確。LC諧振振蕩器2連接第一鉗位電路1，包括依次串聯(lián)連接的有源非線性負(fù)載21、變壓器T1和電容電路。其中，電容電路包括電容C1、電容C1與變壓器T1副邊并聯(lián)。整流電路3連接LC諧振振蕩器2，用于將LC諧振振蕩器2輸出的交流信號整流為直流信號，升壓模塊4則對相應(yīng)的直流信號進(jìn)行升壓。輸出電路7包括第一功率器件M1和第二功率器件M2，第一功率器件M1的漏極和源極分別連接至第一輸出端81、第二功率器件M2的源極，第二功率器件M2的漏極連接至第二輸出端82。參考圖1，本專利采用第一鉗位電路1實(shí)現(xiàn)模擬二極管功能，兼容光MOS繼電器的外圍電路，相對傳統(tǒng)的發(fā)光二級管，其通電壓降更穩(wěn)定，變化范圍更小，一致性更好。采用變壓器T1傳輸能量，提高了傳輸效率，且變壓器T1、有源非線性負(fù)載21和電容電路共同組成LC諧振振蕩器，能夠自動(dòng)諧振到諧振頻率上，傳輸效率高，無需特意設(shè)計(jì)有源非線性負(fù)載21以諧振頻率進(jìn)行振蕩，更無需另行設(shè)置匹配電路去匹配變壓器T1和有源非線性負(fù)載21。同時(shí)除變壓器T1和輸出電路7的功率器件之外，其他電路均采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS加工，提高電路可靠性。圖2 有源非線性負(fù)載的電流電壓特性示意圖圖2為有源非線性負(fù)載的電流電壓特性示意圖，其中，AA’部分有源非線性負(fù)載呈現(xiàn)負(fù)阻特性，AB和A’B’部分呈現(xiàn)正阻特性。該LC諧振振蕩器能夠在負(fù)阻條件下起振，在正阻條件下穩(wěn)幅，最終實(shí)現(xiàn)震蕩并傳遞能量到變壓器T1副邊。此外，由于耦合電感的寄生電容存在，電路不止一個(gè)諧振點(diǎn)，使用低通濾波器衰減高頻特性，防止震蕩發(fā)生在高頻段上，避免電路震蕩在寄生電容形成的諧振點(diǎn)。相比于現(xiàn)有技術(shù)中直接在原邊使用振蕩器驅(qū)動(dòng)變壓器，通過增加副邊諧振電容，增大了輸出電壓的幅度，且此LC諧振振蕩器的諧振頻率和振蕩頻率無需校準(zhǔn)，輸出電壓幅度更穩(wěn)定。簡而言之，榮湃半導(dǎo)體的MOS繼電器專利，通過第一鉗位電路實(shí)現(xiàn)模擬二極管功能，其通電壓降更穩(wěn)定，一致性更好；同時(shí)變壓器和有源非線性負(fù)載和電容電路共同組成LC諧振振蕩器，能夠自動(dòng)諧振到諧振頻率上，電路可靠性高。榮湃半導(dǎo)體成立于2017年，其產(chǎn)品包括數(shù)字隔離器、驅(qū)動(dòng)、采樣（放大器、ADC）、光耦兼容等系列產(chǎn)品，并在電動(dòng)汽車、工業(yè)控制等多個(gè)領(lǐng)域有了廣泛應(yīng)用。相信在不久將來，榮湃半導(dǎo)體憑借“用芯創(chuàng)造新價(jià)值”的行動(dòng)理念，可以為國內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)創(chuàng)新提供新思路，推動(dòng)國產(chǎn)半導(dǎo)體新發(fā)展。
