专利名称：故障安全的电流隔离阻障部的制作方法
技术领域：
本公开内容涉及隔离阻障部，并且更具体地涉及具有熔断器的隔离阻障部。
背景技术：
这里提供的背景技术描述的目的在于总体上呈现该公开内容的背景。背景技木部分在一定程度上描述了当前指定的发明人的工作，并且所描述的这些方面不可以被认定为申请时的现有技术，因此所描述的这些方面既不能明确地也不能隐含地被认定为现有技术来对抗本公开内容。电流隔离可能涉及隔离电路的不同部分，以使得电流不能从电路的一部分流到电路的另一部分。仅作为示例而言，变压器在初级绕组和次级绕组之间提供(电感性)电流隔离。其它类型的电流隔离示例包括电容性的电流隔离、光学电流隔离，等等。可能因为各种理由实施隔离阻障部。仅作为示例而言，可以实施隔离阻障部以允许电路的不同部分在不同的參考电位下操作。仅作为另ー示例而言，可以实施隔离阻障部以保护电气元件免遭受大于预定额定电压和/或预定额定电流的电压和/或电流的损坏。
发明内容
一种系统包括发送器、接收器、隔离阻障部，以及熔断器。该隔离阻障部连接到发送器。该熔断器连接在隔离阻障部和接收器之间。当隔离阻障部两端的电压小于第一击穿电压时，该隔离阻障部阻止电流从发送器流至接收器。当该隔离阻障部的两端的电压大于或等于第一击穿电压时，该隔离阻障部短路。当该隔离阻障部短路时，熔断器断开。当该熔断器断开时，该熔断器具有大于第一击穿电压的第二击穿电压。根据下文所提供的详细描述，本公开内容进ー步的应用范围将变得明显。应当理解，详细描述和具体示例的目的仅在于说明，而并不g在限制本公开内容的范围。
从详细的描述和附图中，将能够更完全理解本公开内容，其中图ト图5是包括根据本公开内容的隔离阻障部的示例系统的视图；图6是包括根据本公开内容的隔离阻障部的示例集成电路(IC)的截面图；图7是根据本公开内容的隔离阻障部的示例顶视图；图8是根据本公开内容的隔离阻障部的示例侧视图；图9是根据本公开内容的隔离阻障部的示例示意图；图10是包括根据本公开内容的隔离阻障部的另ー示例系统的视图；以及图11是根据本公开内容的阻障状态指示系统示例的视图。
具体实施例方式以下描述实际上仅是说明性的，并决不用于限制本公开内容、及其应用或使用。为了清楚起见，在附图中将使用相同的附图标记来标识相似的元件。如这里所使用的，短语A、B和C中的至少ー个应被理解为意味着使用非排它逻辑或的逻辑(A或B或C)。应当理解，方法中的步骤可以在不改变本公开内部原理的情况下以不同的次序来执行。发送器经由初级隔离阻障部发送数据到接收器。该初级隔离阻障部将该发送器与接收器电气隔离。更具体地，该初级隔离阻障部阻止电流从发送器流至接收器。仅作为示例而言，该初级隔离阻障部可以是电容性隔离阻障部、电感性隔离阻障部，或另ー适合类型的非光学隔离阻障部。该初级隔离阻障部具有击穿电压。当初级隔离阻障部两端的电压大于该击穿电压时，初级隔离阻障部将变为短路。当该初级隔离阻障部两端的电压大于该击穿电压时，初级隔离阻障部的绝缘(隔离)材料击穿并导电。例如，当发送器输出的电压出现瞬时増大吋，初级隔离阻障部两端的电压可能会大于该击穿电压。当该初级隔离阻障部短路吋，该初级隔离阻障部提供用于电流从发送器流至接收器的路径，并停止在发送器和接收器之间提供电隔离。根据本公开内容的隔离阻障部包括具有第一击穿电压的初级隔离阻障部。该隔离阻障部还包括与初级隔离阻障部串联连接的熔断器。当初级隔离阻障部两端的电压大于第ー击穿电压时，初级隔离阻障部短路。然而，当初级隔离阻障部短路时，熔断器烧断并产生开路。由该熔断器的烧断产生的材料具有大于第一击穿电压的第二击穿电压。该熔断器通过在初级隔离阻障部短路时烧断并产生开路，确保了在该初级隔离阻障部两端的电压变得大于第一击穿电压的情况下该发送器和该接收器仍保持电气隔离。现在參照图1，示出了包括隔离阻障部104的示例系统的功能方框图。该隔离阻障部104在电气元件之间提供电(电流)隔离，例如在发送器108和接收器112之间。发送器108可以包括发送器输入焊盘116和发送器输出焊盘120。发送器108可以经由发送器输入焊盘116接收输入124。发送器108可以包括一个或多个有源和/或无源元件128，例如放大器、驱动器，等等。该发送器108经由发送器输出焊盘120输出用于接收器112的电压。发送器108可以选择性地改变电压，以发送数据到接收器112。发送器108基于第一參考电位产生电压。连接器132可以连接在发送器输出焊盘120和初级隔离阻障部134之间。仅作为示例而言，初级隔离阻障部134可以包括电容性隔离阻障部、电感性隔离阻障部、巨磁电阻(GMR)隔离阻障部，或者另ー种合适的非光学隔离阻障部。初级隔离阻障部134的输入导体136由绝缘介质(參见图7-图8)与初级隔离阻障部134的输出导体140隔离。该绝缘介质阻止电流从输入导体136流至输出导体140，并且阻止电流从输出导体140流至输入导体136。隔离阻障部104还包括在发送器108的元件128和接收器112的一个或多个元件148之间的与初级隔离阻障部134串联连接的熔断器144。仅作为示例而言，熔断器144可以连接在输出导体140和阻障输出焊盘152之间。阻障输出焊盘152可以经由第二连接器160连接到接收器输入焊盘156。接收器112的元件148可以包括一个或多个有源和/或无源元件。接收器112可以经由接收器输出焊盘168提供输出164。接收器112可以基于不同于第一參考电位的第二參考电位提供输出164。
初级隔离阻障部134具有第一击穿电压。仅作为示例而言，第一击穿电压可以近似为2. 5千伏特(kV)均方根(rms)或另ー个合适的电压。仅作为另ー示例而言，第一击穿电压可以近似为大于I. OkV rmSo初级隔离阻障部134可以选择为使得第一击穿电压对于实施初级隔离阻障部134的系统满足保险业者实验室(UL)标准或另ー合适的标准。初级隔离阻障部134两端的电压在一些情况下可以大于第一击穿电压。仅作为示例而言，当发送器108输出的电压出现增大时，初级隔离阻障部134两端的电压可能会大于第一击穿电压。当初级隔离阻障部134两端的电压大于第一击穿电压时，该绝缘介质击穿并变成导体。因此输入和输出导体136和140可能会短路。因此，当初级隔离阻障部134两端的电压大于第一击穿电压时，由初级隔离阻障部134提供的电隔离可能会消除。在没有与初级隔离阻障部134串联连接的熔断器144的情况下，电流可以在初级隔离阻障部134短路时，从发送器108流到接收器112。然而，当初级隔离阻障部134两端的电压大于第一击穿电压时，熔断器144将烧断。更具体地，当初级隔离阻障部134短路吋，该熔断器144烧断。当熔断器144烧断吋，该熔断器144用作开路。当熔断器144烧断时，可以用作至少预定电阻的电阻器。仅作为示例而言，预定电阻可以为大约I千兆欧姆(GQ)或另ー个合适的电阻。烧断熔断器144的第二击穿电压大于初级隔离阻障部134的第一击穿电压。仅作为示例而言，如果初级隔离阻障部134的第一击穿电压近似为2. 5kV rms，则第二击穿电压可以近似为10. OkV rms或另ー个合适的大于第一击穿电压的电压。熔断器144可以配置为使得第二击穿电压为第一击穿电压的I. 5倍、第一击穿电压的2倍、第一击穿电压的3倍、第一击穿电压的4倍，或另ー合适的大于第一个击穿电压的数值。熔断器144确保了在初级隔离阻障部134被短路时，发送器108和接收器112将在高达第二击穿电压的电压下被电隔离。现在參照图2-图3，示出了包括隔离阻障部104的其它示例系统的功能方框图。尽管图I示出的隔离阻障部104、发送器108以及接收器112是在分离的芯片上实现，但是如图2所示的隔离阻障部104和接收器112可以集成在一个芯片上。可替换地，隔离阻障部104和发送器108可以集成在如图3所示的一个芯片上。现在參照图4、图5以及图10，示出了包括隔离阻障部104的其它示例系统的功能方框图。发送器108可以经由N个导体504输出用于接收器112的数据，其中N是大于零的整数。在图I、图4、图5以及图10的示例中，N分别等于1、2、4以及2。隔离阻障部104可以包括N个初级隔离阻障部508 ;N个导体504中的每ー个对应ー个初级隔离阻障部。隔离阻障部104可以包括N个熔断器512 ;与N个初级隔离阻障部508中的每ー个串联连接的一个熔断器。现在參照图6，示出包括隔离阻障部104、发送器108以及接收器112的芯片604的示例截面图。衬底608可以实施在封装框架612上。仅作为示例而言，衬底608可以为石英衬底、ニ氧化硅(Si02)衬底，或另ー合适类型的衬底。发送器108可以经由外部输入管脚616接收输入124。接收器112可以提供输出164到外部输出管脚620。隔离阻障部104可以实施在衬底608之上。在各种实施中，发送器108和接收器112可以在分开的衬底上实施于隔离阻障部104之上。一个或多个导体(未图示)可以淀积在衬底608之上。芯片604通常可以包括由632指示的模塑料。图7和图8包括隔离阻障部104的实施示例的顶面和侧面的角度视图，其中初级隔离阻障部134是电容性隔离阻障部。现在參照图6-图8，发送器108和接收器112可以经由接合线636连接到隔离阻障部104。发送器108可以通过一根接合线636连接到初级隔离阻障部134的输入导体136。接收器112可以通过一根接合线636连接到诸如阻障输出焊盘152的导电焊盘。在初级隔离阻障部134的输入导体136和初级隔离阻障部134的输出导体140之间包括电介质材料640或另ー种合适的绝缘材料。电介质材料640阻止电流从输入导体136流至输出导体140，并且阻止电流从输出导体140流至输入导体136。第一导电引线644连接在输出导体140和熔断器144的第一端子646之间。第二导电引线648可以连接在阻障输出焊盘152和熔断器144的第二端子650之间。输入导体136处的电压近似等于发送器108输出的电压。当熔断器144完好无损(非烧断)吋，输出导体140处的电压可以近似等于阻障输出焊盘152处的电压。当输入和输出导体136和140两端的电压大于第一击穿电压时，电介质材料640的一部分可能击穿并变为导体。换句话说，当输入和输出导体136和140两端的电压大于第一击穿电压时，电介质材料640会在输入导体136和输出导体140之间产生短路。熔断器144包括导电材料。仅作为示例而言，导电材料可以包括镍铬、铬硅、多晶硅或另一种合适的导电材料，或者可以由镍铬、铬硅、多晶硅或另ー种合适的导电材料组成。熔断器144例如可以利用薄膜沉积或以另ー种合适的方式形成。换句话说，熔断器144可以为薄膜电阻器。当熔断器144处于其非烧断状态时，大约具有第一电阻。仅作为示例而言，第一电阻可以在I欧姆(Ω)和IOkQ之间或另ー个合适的电阻。当输入和输出导体136和140短路时,大于预定电流的电流从第一端子646流至第二端子650。大于该预定电流的电流可以使熔断器144烧断。更具体地，当电流大于预定电流时，熔断器144的导电材料蒸发(例如、氧化)。熔断器144的导电材料和熔断器144的尺寸可以配置为使得导电材料蒸发之后存在的残留导电等离子体的量最小化。熔断器144的导电材料和熔断器144的尺寸可以配置为使得预定电流对应于第一击穿电压。图9是隔离阻障部104的示例实施的另ー示例视图，其中初级隔离阻障部134是电容性隔离阻障部。现在參照图6-图9，阻障输出焊盘152可以通过导电通孔908连接到导体层904。导体层904的电压可以为參考电位,例如为第一和第二參考电位之一,或第三不同的參考电位。第一端子646和第二端子650之间的距离912可以配置为使得当熔断器144断开时，存在至少第一预定距离(以及至少第二击穿电压)。第一端子646和与第二端子650具有相同參考电位的导体(例如，导体层904)之间的距离916同样可以配置为使得在当熔断器144断开时，存在至少第二预定距离(和大于或等于第二击穿电压的第三击穿电压)。预定电阻可以对应于在小于第二击穿电压的电压下实现电隔离所必需的电阻。现在參照图11，示出了阻障状态指示系统示例的视图。可以在各种实施中实施电流传感器1104。电流传感器1104測量流经熔断器144的电流并基于流经熔断器144的电流产生信号1108。阻障监控模块1112基于信号1108确定流经熔断器144的电流量。阻障监控模块1112监控电流量，并可以基于电流量指示隔离阻障部104的状态。仅作为示例而言，当电流量近似为零吋，阻障监控模块1112可以指示隔离阻障部104处于无作用状态。该无作用状态可以指示初级隔离阻障部134短路并且熔断器144烧断。阻障监控模块1112可以指示隔离阻障部104处于无作用状态，例如，通过点亮指示灯1116、通过在显示器1120上产生信息，和/或以另ー种合适的方式。隔离阻障部104处于无作用状态的指示可以指示隔离阻障部104的芯片应该被更换。本公开内容宽泛的教导可以以各种形式来实施。因此，尽管本公开内容包括具体示例，但是本公开内容的真实范围将不受此限制，这是因为对于本领域技术人员通过研究附图、说明书和随后的权利要求书，其它的修改将变得明显。
权利要求
1.一种系统，包括 发送器； 接收器； 隔离阻障部，所述隔离阻障部连接至所述发送器；以及 熔断器，所述熔断器连接在所述隔离阻障部和所述接收器之间，其中 当所述隔离阻障部两端的电压小于第一击穿电压时，所述隔离阻障部阻止电流从所述发送器流至所述接收器， 当所述隔离阻障部两端的电压大于或等于所述第一击穿电压时，所述隔离阻障部短路， 当所述隔离阻障部短路时，所述熔断器断开，以及 当所述熔断器断开时，所述熔断器具有大于所述第一击穿电压的第二击穿电压。
2.根据权利要求I所述的系统，其中 所述熔断器包括导电材料，并且 当所述隔离阻障部短路时，所述导电材料氧化。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述第一击穿电压大于I千伏特(kV)。
4.根据权利要求2所述的系统，其中所述第二击穿电压至少是所述第一击穿电压的两倍。
5.根据权利要求2所述的系统，其中所述熔断器包括所述导电材料氧化之前的第一电阻和所述导电材料氧化之后的第二电阻，以及 其中所述第一电阻小于所述第二电阻。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述第一电阻在I欧姆和10千欧姆之间。
7.根据权利要求5所述的系统，其中所述第二电阻至少是所述第一电阻的两倍。
8.根据权利要求I所述的系统，其中所述熔断器包括薄膜电阻器。
9.根据权利要求I所述的系统，其中所述隔离阻障部包括电容性隔离阻障部。
10.根据权利要求I所述的系统，其中所述隔离阻障部包括电感性隔离阻障部。
11.根据权利要求I所述的系统，其中所述隔离阻障部包括巨磁阻(GMR)隔离阻障部。
12.根据权利要求I所述的系统，其中所述熔断器包括多晶硅。
13.根据权利要求I所述的系统，其中所述熔断器包括镍铬。
14.根据权利要求I所述的系统，其中所述熔断器包括铬硅。
15.根据权利要求I所述的系统，其中所述发送器实施在第一集成电路上，所述接收器实施在第二集成电路上，并且所述隔离阻障部和所述熔断器实施在第三集成电路上，并且 其中所述第一集成电路、第二集成电路以及第三集成电路是不同的。
16.根据权利要求I所述的系统，其中所述发送器、所述隔离阻障部以及所述熔断器实施在第一集成电路上，并且所述接收器实施在第二集成电路上，并且 其中所述第一集成电路和第二集成电路是不同的。
17.根据权利要求I所述的系统，其中所述发送器实施在第一集成电路上，并且所述隔离阻障部、所述熔断器以及所述接收器实施在第二集成电路上，并且 其中所述第一集成电路和第二集成电路是不同的。
18.根据权利要求I所述的系统，还包括电流传感器，所述电流传感器測量流经所述熔断器的电流；以及 阻障监控模块，所述阻障监控模块在所述电流近似为零时，指示所述熔断器断开。
19.根据权利要求18所述的系统，还包括指示灯， 其中所述阻障监控模块在所述电流近似为零时，点亮所述指示灯。
20.根据权利要求18所述的系统，其中所述阻障监控模块在所述电流近似为零时输出信号。
全文摘要
一种系统包括发送器、接收器、隔离阻障部以及熔断器。该隔离阻障部连接到发送器。该熔断器连接在隔离阻障部和接收器之间。当隔离阻障部两端的电压小于第一击穿电压时，该隔离阻障部阻止电流从发送器流至接收器。当隔离阻障部的两端的电压大于或等于第一击穿电压时，该隔离阻障部短路。当隔离阻障部短路时，该熔断器断开。当该熔断器断开时，该熔断器具有大于第一击穿电压的第二击穿电压。
文档编号H02H3/08GK102916386SQ201210319439
公开日2013年2月6日 申请日期2012年8月3日 优先权日2011年8月3日
发明者R·阿利尼, R·K·古普塔, B·波萨特 申请人:马克西姆综合产品公司