一种隔离电源芯片的制作方法

本实用新型涉及一种隔离电源，特别涉及一种隔离电源芯片及其实现方法。

背景技术：

隔离技术是一种用于防止两个系统之间出现直流共模电平的串扰或者异常交流电流的干扰，同时又保证正常信号交互的技术。传统的电源隔离芯片采用片外的电感实现，缺点是体积大，集成度较低；如果将电感集成在芯片内，由于寄生参数的存在，会增加设计的复杂度，同时降低能量传输的效率。其次，电感容易和环境的电磁场互相干扰，EMC性能比较差。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，提供一种隔离电源芯片及其实现方法，其采用耐高压的电容实现电源的传输和直流共模电平的隔离，提高了芯片的集成度。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案在于，一种隔离电源芯片，包括：发射芯片和接收芯片，且发射芯片和接收芯片之间通过耐高压的电容C1、C2实现电源的传输和直流共模电平的隔离；所述发射芯片包括第一振荡器、耐高压的电容C1、C2；所述接收芯片包括由MOS管M1～M4组成的整流电路、耐高压的电容C5；所述第一振荡器接电源VDD1，第一振荡器分别与电容C1、C2的负极连接，电容C1、C2的正极分别与整流电路连接，整流电路通过电容C5接电源VDD2。

本专利通过耐高压的电容来实现电源的传输和直流共模电平的隔离，提高了芯片的集成度。上述技术方案中记载的技术方案为开环结构，其可适应对电源VDD2的精度要求不高的情况，但是采用开环结构同样可实现电源传输的功能，虽然电源VDD2的精度不高，但是芯片的面积和功耗大大降低了，芯片的集成度也大大的提高了。

且，本专利还公开了一种闭环负反馈的系统结构，具体如下：

所述发射芯片还包括与门U1和U2、解调器、耐高压的电容C3、C4；所述接收芯片还包括电阻R1和R2、参考电压发生器、比较器、第二振荡器以及与门U3和U4；

所述发射芯片和接收芯片之间通过由耐高压的电容C1、C2连接而形成的传输通道和由耐高压的电容C3、C4连接而形成的反馈通道来实现电源的传输和直流共模电平的隔离。

作为优选，所述传输通道由第一振荡器、与门U1和U2、电容C1、C2、MOS管M1～M4、电容C5、电阻R1和R2组成；

其中，第一振荡器分别与与门U1和U2的输入端连接，与门U1和U2的输出分别接电容 C1、C2的负极，电容C1、C2的正极接到整流电路，整流电路通过电容C5以及串联连接的电阻R1和R2接电源VDD2。

作为优选，所述反馈通道由参考电压发生器、比较器、第二振荡器、与门U3和U4、电容C3和C4、以及解调器组成；

其中，参考电压发生器与电源VDD2连接，其输出端与比较器的反相输入端连接，比较器的同相输入端连接至电阻R1和R2之间，比较器的输出端分别接至与门U3和U4的一个输入端，与门U3和U4的另一个输入端分别与第二振荡器连接；与门U3和U4的输出端分别通过电容C3、C4连接至解调器，解调器与与门U1和U2的一个输入端连接。

在上述的闭环结构中，采用传输通道来实现电源VDD1的传输，采用反馈通道来实现电源VDD2的反馈，精确的控制了电源VDD2的大小和精度。

作为优选，还包括电荷泵，电荷泵设置在与门U1和U2和电容C1、C2之间，用于增加电源传输的功率。在一些场合中，如果电源VDD1本身的幅度比较大，可以去掉电荷泵，节省芯片面积，本专利中优选使用电荷泵，来增加电源传输的功率。

作为优选，所述与门U1～U4分别为两输入端的与门。

本实用新型还公开了一种隔离电源芯片的实现方法，包括以下步骤：

(1)电源芯片由发射芯片和接收芯片两部分组成的开环结构；

(2)发射芯片和接收芯片之间通过由耐高压的电容C1、C2来实现电源的传输和直流共模电平的隔离；

(3)第一振荡器产生幅度为电源VDD1大小的差分时钟信号经过耐高压的电容C1、C2发送到接收芯片；

(4)接收芯片通过由MOS管M1～M4组成的整流电路将接收到的差分信号整流成电源VDD2；

(5)在步骤(4)中通过电容C5来减小电源VDD2的纹波。

作为优选，在步骤(2)中由耐高压的电容C1、C2连接的发射芯片和接收芯片形成传输通道；所述传输通道具体包括发射芯片的第一振荡器、与门U1和U2、电容C1和C2；以及接收芯片的MOS管M1～M4，电容C5以及电阻R1和R2；

其还包括反馈通道，所述反馈通道由耐高压的电容C3、C4连接发射芯片和接收芯片形成；所述反馈通道具体包括接收芯片的参考电压发生器、比较器、第二振荡器、与门U3和U4；以及发射芯片的耐高压电容C3和C4以及调节器；

且传输通道和反馈通道共同构成了一个闭环负反馈的系统。

作为优选，所述发射芯片还包括用于增加电源传输功率的电荷泵。

作为优选，在上述的闭环系统中，其隔离电源芯片的实现方法包括：

(11)第一振荡器产生幅度为电源VDD1大小的差分时钟信号CKP1和CKN1；

(22)当解调器的输出信号EN为高电平时，差分时钟信号CKP1和CKN1经过与门U1和U2产生CKP2和CKN2；

(33)通过电荷泵产生幅度更高的差分时钟信号TXP和TXN，由此实现电源VDD1的调制；

(44)调制的信号通过电容C1和C2发送到接收芯片，接收芯片通过由MOS管M1，M2、M3和M4组成的整流电路将接收到的差分信号RXP和RXN整流成电源VDD2，同时通过电容C5减小电源VDD2的纹波；

(55)比较器通过比较电阻R1和R2产生的分压信号VFB和参考电压发生器产生的参考电压VREF，判断电源VDD2是否达到目标的幅度；

(66)如果电源VDD2达到目标的幅度，那么比较器的输出信号FB为高电平，第二振荡器产生的差分时钟信号CKFP和CKFN会经过与门U3和U4输出TXFP和TXFN，发送到发射芯片；

(77)发射芯片通过电容C3和C4将差分时钟信号TXFP和TXFN接收为RXFP和RXFN，通过解调器输出低电平来阻塞CKP1和CKN1的传输，使得电源VDD2保持目标的幅度。

本实用新型的有益效果：本专利采用耐高压的电容实现电源的传输和直流共模电平的隔离，提高了芯片的集成度。而且本专利的电源芯片的结构以及实现方法既适合开环结构，又适合闭环结构的系统。在满足两个系统之间电源隔离的情况下，又节省了芯片的面积和功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本实用新型实施例一的电路原理图；

图2为本实用新型实施例二的电路原理图；

图中：1.发射芯片，2.接收芯片，3.第一振荡器，4.调节器，5.参考电压发生器，6.比较器，7.第二振荡器，8.传输通道，9.反馈通道，10.电荷泵。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合实施例对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例一

如图1所示，本实用新型公开了一种开环结构的电源芯片系统，其隔离电源芯片的实现方法包括以下步骤：

(1)电源芯片由发射芯片1和接收芯片2两部分组成的开环结构；

(2)发射芯片1和接收芯片2之间通过由耐高压的电容C1、C2来实现电源的传输和直流共模电平的隔离；所述发射芯片1包括第一振荡器3、耐高压的电容C1、C2；所述接收芯片2包括由MOS管M1～M4组成的整流电路、耐高压的电容C5；所述第一振荡器3接电源VDD1，第一振荡器3分别与电容C1、C2的负极连接，电容C1、C2的正极分别与整流电路连接，整流电路通过电容C5接电源VDD2；

(3)第一振荡器3产生幅度为电源VDD1大小的差分时钟信号CKP和CKN，经过电荷泵10产生幅度更高的差分时钟信号TXP和TXN，由此实现电源VDD1的调制，调制的信号经过耐高压的电容C1、C2发送到接收芯片2；在该步骤中，如果电源VDD1本身的幅度比较大，可以去掉电荷泵来节省芯片面积；

(4)接收芯片2通过由MOS管M1～M4组成的整流电路将接收到的差分信号RXP和RXN整流成电源VDD2；

(5)在步骤(4)中通过电容C5来减小电源VDD2的纹波。

本专利通过耐高压的电容来实现电源的传输和直流共模电平的隔离，提高了芯片的集成度。上述技术方案中记载的技术方案为开环结构，其可适应对电源VDD2的精度要求不高的情况，但是采用开环结构同样可实现电源传输的功能，虽然电源VDD2的精度不高，但是芯片的面积和功耗大大降低了，芯片的集成度也大大的提高了。

实施例二

如图2所示，本实用新型公开了一种闭环结构的电源芯片系统，所述电源芯片由发射芯片1和接收芯片2两部分组成。所述的发射芯片1和接收芯片2之间通过由高压的电容C1和C2连接的传输通道8和由耐高压的电容C3和C4连接的反馈通道9实现电源的传输和直流共模电平的隔离。

所述的传输通道8包含发射芯片1的第一振荡器3，与门U1和U2，电荷泵10和电容C1和C2，以及接收芯片2的MOS管M1～M4，电容C5以及电阻R1和R2。第一振荡器3分别与与门U1和U2的输入端连接，与门U1和U2的输出分别接电容C1、C2的负极，电容C1、C2的正极接到整流电路，整流电路通过电容C5以及串联连接的电阻R1和R2接电源VDD2。

所述的反馈通道9包含接收芯片2的参考电压发生器5、比较器6、第二振荡器7、与门U3和U4，以及发射芯片1的电容C3和C4以及解调器4。参考电压发生器5与电源VDD2连接，其输出端与比较器6的反相输入端连接，比较器6的同相输入端连接至电阻R1和R2之间，比较器6的输出端分别接至与门U3和U4的一个输入端，与门U3和U4的另一个输入端分别与第二振荡器7连接；与门U3和U4的输出端分别通过电容C3、C4连接至解调器4，解调器4与与门U1和U2的 一个输入端连接。

其隔离电源芯片的实现方法包括以下步骤：

(11)第一振荡器3产生幅度为电源VDD1大小的差分时钟信号CKP1和CKN1；

(22)当解调器4的输出信号EN为高电平时，差分时钟信号CKP1和CKN1经过与门U1和U2产生CKP2和CKN2；

(33)通过电荷泵10产生幅度更高的差分时钟信号TXP和TXN，由此实现电源VDD1的调制；电荷泵的设置用于增加电源传输的功率。在一些场合中，如果电源VDD1本身的幅度比较大，可以去掉电荷泵10，节省芯片面积，本专利中优选使用电荷泵，来增加电源传输的功率。

(44)调制的信号通过电容C1和C2发送到接收芯片2，接收芯片2通过由MOS管M1，M2、M3和M4组成的整流电路将接收到的差分信号RXP和RXN整流成电源VDD2，同时通过电容C5减小电源VDD2的纹波；

(55)比较器6通过比较电阻R1和R2产生的分压信号VFB和参考电压发生器5产生的参考电压VREF，判断电源VDD2是否达到目标的幅度；

(66)如果电源VDD2达到目标的幅度，那么比较器6的输出信号FB为高电平，第二振荡器7产生的差分时钟信号CKFP和CKFN会经过与门U3和U4输出TXFP和TXFN，发送到发射芯片1；

(77)发射芯片1通过电容C3和C4将差分时钟信号TXFP和TXFN接收为RXFP和RXFN，通过解调器4输出低电平来阻塞CKP1和CKN1的传输，使得电源VDD2保持目标的幅度。

在上述的闭环结构中，采用传输通道来实现电源VDD1的传输，采用反馈通道来实现电源VDD2的反馈，精确的控制了电源VDD2的大小和精度。

在上述两个实施例中，所述与门U1～U4分别为两输入端的与门。

本专利采用耐高压的电容实现电源的传输和直流共模电平的隔离，提高了芯片的集成度。而且本专利的电源芯片的结构以及实现方法既适合开环结构，又适合闭环结构的系统。在满足两个系统之间电源隔离的情况下，又节省了芯片的面积和功耗。

所描述的实施例只是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。