一种光隔离驱动组件及金属封装大电流光隔离控制装置

技术领域

本发明涉及一种光隔离驱动组件及金属封装大电流光隔离控制装置。

背景技术

光隔离在电子元器件应用中往往是小信号控制，在大电流控制时，一般利用输出电源为光隔离器件增加驱动能力从而实现光隔离在大电流中的应用，但是这种应用方式由于需要从输出引入电源，因此不是完全的隔离方式，容易将输出干扰信号同时引入控制器件中，产生误动作或引起自激振荡等实际问题，因此在高可靠应用中，大电流控制往往采用变压器隔离方式，或变压器与光隔离混合方式，但采用变压器后会带来电磁兼容问题，因此应用时还需要进行电磁兼容设计。

发明内容

本发明在此的目的在于提供一种光隔离驱动组件，该组件不引入输出电源，无输出干扰、自激振荡、电磁兼容等问题，使用方便、可靠性高。

为实现本发明的目的，本发明在此提供的光隔离驱动组件以串联方式提升电压能力，以并联方式提升输出驱动电流能力，以实现大电流器件可靠驱动；被配置包括至少两个光伏器件，光伏器件的输入端串联或串联后再并联，输出端并联或并联后再串联。

在一些实施方式中，所述驱动组件被配置包括至少两个光伏器件，输入端串联方式连接，输出端并联方式连接。

在一些实施方式中，所述驱动组件被配置包括至少第一驱动组和第二驱动组，所述第一驱动组和所述第二驱动组被配置包括至少两个光伏器件；所述第一驱动组和所述第二驱动组组内各光伏器件的输入端串联方式连接分别形成第一驱动组输入端和第二驱动组输入端，所述第一驱动组输入端和所述第二驱动组输入端串联方式连接；所述第一驱动组和所述第二驱动组组内各光伏器件的输出端并联方式连接分别形成所述第一驱动组的输出端和所述第二驱动组的输出端，所述第一驱动组的输出端和所述第二驱动组件的输出端串联方式连接。

在一些实施方式中，所述驱动组件被配置包括至少第一驱动组和第二驱动组，所述第一驱动组和所述第二驱动组被配置包括至少两个光伏器件；所述第一驱动组和所述第二驱动组组内各光伏器件的输入端串联方式连接分别形成所述第一驱动组的输入端和所述第二驱动组的输入端，所述第一驱动组的输入端和所述第二驱动组件的输入端并联方式连接；所述第一驱动组和所述第二驱动组组内各光伏器件的输出端并联连接分别形成所述第一驱动组的输出端和所述第二驱动组的输出端，所述第一驱动组的输出端和所述第二驱动组的输出端并联方式连接。

在一些实施方式中，所述驱动电路被配置包括至少第一驱动组和第二驱动组，所述第一驱动组和所述第二驱动组被配置包括至少两个光伏器件；所述第一驱动组和所述第二驱动组组内各光伏器件的输入端串联方式连接分别形成所述第一驱动组的输入端和所述第二驱动组的输入端，所述第一驱动组的输入端和所述第二驱动组件的输入端并联方式连接；所述第一驱动组和所述第二驱动组组内各光伏器件的输出端并联方式连接分别形成所述第一驱动组的输出端和所述第二驱动组的输出端，所述第一驱动组的输出端和所述第二驱动组件的输出端串联方式连接。

在一些实施方式中，所述驱动组件被配置包括用于调整电流均衡性以解决因并联造成的电源内部损耗问题的均衡器。

本发明在此的第二个目的在于提供一种金属封装大电流光隔离控制装置，该装置包括金属壳体、被装配于所述金属壳体内的光隔离驱动组件和与所述光隔离驱动组件连接的功率组件；所述金属壳体上装配有与所述光隔离驱动组件连接的输入端引线，以及与所述功率组件连接的输出端引线；所述光隔离驱动组件为本发明提供的所述的光隔离驱动组件。该装置结合本发明提供的光伏驱动组件和功率组件，实现了完全独立的光隔离驱动，光隔离驱动组件不引入输出电源，没有输出干扰、自激振荡、电磁兼容等问题，使用方便、可靠性高。

在一些实施方式中，所述功率组件被配置包括单个或多个功率器件，通过DBC基板、氧化铍陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板采用焊接、烧结或粘接工艺嵌入至所述金属壳体内，实现较好的散热。

在一些实施方式中，所述输出端引线通过纯铜连接片与DBC基板、氧化铍陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板的金属化部分焊接或烧结，所述金属化部分嵌入所述金属壳体或所述金属化部分和DBC基板、氧化铍陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板的绝缘部分嵌入所述金属壳体。

在一些实施方式中，所述金属壳体上装配有安装耳一、安装耳二和安装耳三；所述安装耳一和所述安装耳二装配于同侧，所述安装耳三和所述输出端引线装配于同侧。安装耳与引线在相同侧，并采用三孔定位方式实现安装的牢固性和最小化，减小了本装置的重量和体积。

采用本发明技术方案，达到的技术效果至少包括：

1)本光伏驱动组件采用光伏器件构成，输入端采用串联方式或串联后再并联方式，输出端采用并联方式或并联后再串联方式，实现了增强驱动的目的，解决了光隔离器件难以直接驱动大电流问题，避免了通过引入输出电源来增强光电器件进行驱动的传统方式；直接利用光隔离器件进行驱动，可以有效的避免输出干扰信号对功率器件的不良影响，从而提高光隔离器件在大电流应用中的可靠性。

2)本光伏驱动组件不引入输出电源，没有输出干扰、自激振荡、电磁兼容等问题，使用方便、可靠性高。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本发明提供的光伏驱动组件第一种电路原理图；

图2为本发明提供的光伏驱动组件第二种电路原理图；

图3为本发明提供的光伏驱动组件第三种电路原理图；

图4为本发明提供的光伏驱动组件第四种电路原理图；

图5-7为本发明提供的金属封装大电流光隔离控制装置的结构示意图

图8-9为本发明记载的功率组件嵌入金属壳体的结构示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。

本发明为解决光隔离器件难以直接驱动大电流问题，避免通过引入输出电源来增强光电器件进行驱动的传统方式，直接利用光隔离器件进行驱动，可以有效的避免输出干扰信号对功率器件的不良影响，从而提高光隔离器件在大电流应用中的可靠性。提供了一种不引入输出电源，没有输出干扰、自激振荡、电磁兼容等问题，使用方便、可靠性高的光伏驱动组件。该驱动组件完全由光伏器件产生的能量实现大电流产品的驱动，是一种完全独立的隔离控制器件，不同于传统大电流光隔离产品通过引入输出电源实现器件的驱动。

本公开驱动组件采用输出并联，来提高输出光伏器件供电流能力，一般大功率器件驱动需要的驱动电流能力较高，采用本公开的驱动组件通过并联方式提高驱动电流能力后，即可实现大电流器件可靠驱动。

该驱动组件以串联方式提升电压能力，以并联方式提升输出驱动电流能力，以实现大电流器件可靠驱动；被配置包括至少两个光伏器件，光伏器件的输入端串联或串联后再并联，输出端并联或并联后再串联。

图1-4示出了该光伏驱动组件4种示例性的电路结构。图1示出的光伏驱动组件包括光伏器件U11、U12......U1n，n为大于等于2的自然数，以使光伏器件至少为两个，根据需求配置具体数值，以表示光伏器件的数量，如配置为10则表示10个光伏器件，20则表示20个光伏器件。该组件结构中，各光伏器件的输入端串联，耐压等于各光伏器件耐压之和，提升了驱动组件的电压能力；输出端并联，其输出端(A点)的电流等于各光伏器件输出端电流之和，表示为：I

本结构采用输出并联，来提高输出光伏器件供电流能力，一般大功率器件驱动需要的驱动电流能力较高，通过并联方式提高驱动电流能力后，即可实现大电流器件可靠驱动。

本公开的光伏驱动组件另一种结构是这样的：包括第一驱动组，该驱动组包括光伏器件U11、U12......U1n，其中第一位标号1表示驱动组的组数，第二位标号表示光伏器件的数量，n为大于等于1的自然数；第二驱动组，该驱动组包括光伏器件U21、U22......U2n，其中第一位标号2表示驱动组的组数，第二位标号表示光伏器件的数量，n为大于等于1的自然数；......第n驱动组，该驱动组包括光伏器件Un1、Un2......Unn，其中第一位标号n表示驱动组的组数，为大于2的自然数，以构成n个驱动组，第二位n表示光伏器件的数量，n为大于等于1的自然数。

本公开的光伏驱动组件包括n组驱动组(n为大于等于2，即至少2组驱动组)，每组包括n个光伏器件(n大于等于2，即每组驱动组至少包括2个光伏器件，每组驱动组的光伏器件数量相等或不等)时，其连接关系包括以下几种：

1)各驱动组内的各光伏器件的输入端串联方式连接后分别形成各驱动组的输入端，各驱动组输入端串联方式连接；各驱动组内各光伏器件的输出端并联方式连接后分别形成各驱动组的输出端，各驱动组的输出端串联方式连接，如图2所示。

该驱动光伏组件结构耐压为构成该结构所有光伏器件耐压之和；输出先并联后可以提升输出电流能力，每组驱动组组内各光伏器件并联，使每组驱动组的输出电流为构成本驱动组所有光伏器件的输出电流之和，各驱动组之间又采用串联方式连接，使n组驱动组构成的光伏驱动组件的输出电流等于构成该驱动光伏组件各驱动组的输出电流之和，输出端并联后得到的驱动组再通过串联的方式，既提高了输出电流能力，又提升了电压能力。

2)各驱动组内的各光伏器件的输入端串联方式连接后分别形成各驱动组的输入端，各驱动组的输入端相互之间并联方式连接；各驱动组组内各光伏器件的输出端并联连接分别形成各驱动组的输出端，各驱动组的输出端之间并联方式连接，如图3所示；本结构相当于通过解决电池并联方法，实现扩充电流能力，再串联提升电压能力。

该光伏组件结构中，耐压能力为构成该结构所有光伏器件耐压之和，提升了电压能力；输出电流为构成该结构所有光伏器件输出电流之和，提升了驱动电流。

该结构中，还包括用于调整电流的均衡性，可以是电阻或其他电子器件，以解决并联造成的电源内部损耗问题，结合制造工艺，控制得当的情况下可以不增加均衡。

3)各驱动组组内各光伏器件的输入端串联方式连接分别形成各驱动组的输入端，各驱动组之间的输入端采用并联方式连接；各驱动组组内各光伏器件的输出端并联方式连接分别形成各驱动组输出端，各驱动组之间的输出端串联方式连接，如图4所示；本结构相当于通过解决电池并联方法，实现扩充电流能力，再串联提升电压能力。

该光伏组件结构中，构成各驱动组的光伏器件输入端串联，使驱动组的耐压等于构成本驱动组的所有光伏器件耐压之和，各驱动组输入端之间为并联，使本光伏组件结构的耐压等于构成该光伏组件结构的一组驱动组的耐压；各驱动组组内各光伏器件输出端为并联，使各驱动组输出电流等于构成本驱动组所有光伏器件输出电流之和；各驱动组之间为串联，使本光伏组件结构的输出电流等于各驱动组输出电流之和。

该结构中，还包括用于调整电流的均衡性，可以是电阻或其他电子器件，以解决并联造成的电源内部损耗问题，结合制造工艺，控制得当的情况下可以不增加均衡。

并联使用时由于各电池(指光伏)可能存在电压不一致现象，导致电池自身损耗加大，易产生损坏，本案通过匹配或动态调节方式以解决并联问题。

本公开的驱动组件采用多个光伏器件，光伏器件输入端采用串联方式或串联后再并联方式，光伏器件输出端采用并联方式或并联后再串联方式实现增强驱动的目的，光伏串并联不同于电阻串并联，需要进行匹配和防护，配置均衡器以调节，以防止电压、电流异常，结合制造工艺，控制得当的情况下可以不增加均衡。

在此结合图5-9，以本公开的驱动组件构建成的金属封装大电流光隔离控制装置为例进行说明，当本领域技术人员可以理解的是，此处的控制装置并非对本公开的驱动组件的限定，而是其一种应用，本公开的驱动组件可以独立使用实现光隔离驱动，也可以与其它器件一并构成对应的功能电路。

本公开的金属封装大电流光隔离控制装置包括金属壳体1、金属壳体1内装配有光隔离驱动组件2和功率组件3，光隔离驱动组件为本公开的光隔离驱动组件，包括多个光伏器件10，作为控制组件驱动功率组件3工作。金属壳体1上装配有通过内部引线11与光隔离驱动组件2连接的输入端引线4，与功率组件3连接的输出端引线5，安装耳一7，安装耳二8和安装耳三9；安装耳一7和安装耳二8装配于同侧，安装耳三9和输出端引线5装配于同侧。光隔离驱动组件2和功率组件3通过内部连接线或连接片或导电材料焊接或通过键合工艺键合实现连接。

本公开的装置的安装耳被配置为可以将装置固定的数量，如两个、四个等，本公开配置为三个，且分开装配于金属壳体1上，减轻了装置重量，且实现可靠固定。安装耳如果在另外方向，用户使用时需要让出安装耳位置，引线为焊接和压接结构，在同侧后用户使用时无需让出其它安装位置，使用时最大安装位置包括固定耳、引线两部分，如果不在同一侧尺寸只会更大，同侧的方式相当于叠层原理。

本公开中，控制装置中的功率组件3被配置包括单个或多个功率器件6，通过DBC基板、氧化铍陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板采用焊接、烧结或粘接工艺嵌入至金属壳体1内，DBC基板、氧化铍陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板的金属化部分嵌入金属壳体1，如图8所示；或者DBC基板、氧化铍陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板的金属化部分和DBC基板、氧化铍陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板的绝缘部分嵌入金属壳体1，如图9所示。功率器件采用DBC或氧化铍或氮化铝等散热较好的材料嵌入在金属外壳内，以加强散热能力。

本装置中，输出端引线5采用纯铜材质，通过陶瓷绝缘子13与金属外壳1连接，内部通过纯铜连接片12与DBC基板、氧化铍陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板的金属化部分焊接或烧结。

本公开的控制装置根据电流大小及散热能力进行小型化设计，采用三安装耳固定的方式既减小体积，又减轻重量，输出端子采用纯铜引线和陶瓷绝缘子技术与管壳连接，内部通过纯铜连接片与嵌入式DBC基板或氧化铍基板或氮化铝基板金属化部分连接。该装置采用本公开的。

光MOS类产品往往电流在10A以下，无法突破100A主要原因在于光伏器件无法提供较大的驱动电流，驱动时间过长造成器件烧毁，采用提升光伏器件电流能力的方法，可以有效解决以往无法实现的大电流驱动问题。本公开采用串、并联方式相结合，电流驱动能力强，解决了以往无法实现的大电流驱动问题，可以实现100Ad.c.以上大电流直接控制，不受输出电源影响，具有良好的散热能力和可靠性。

本公开具有1)实现大电流光隔离控制，不借助输出电源，产品抗干扰能力强；2)输出电流可达100Ad.c.以上，散热能力强；3)产品体积小、重量轻、可靠性高。

本公开串联提升电压是基于串联电路两端的电压等于各串联器件上电压之和；并联提升电压的原理是基于并联电路两端电压等于各并联支路电流之和。

为保证本公开的光伏驱动组件的稳定性、可靠性及结构简单化，构建光伏组件的光伏器件被采用为统一批次生产的光伏器件，光伏器件的一致性较好；当光伏组件被配置为n组驱动组时，每组的光伏器件被配置为相等，更好地保证驱动组件的一致性，驱动更为稳定，结构更为简单。

本公开已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本公开的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本公开的范围。相反，在不脱离本公开的精神和范围内所作的变动与润饰，均属本公开的专利保护范围。