技術特性：

• 通過CMOS技術集成變壓器
• 變壓器麵積降至原來的1/4
• 利用高頻實現小型化

應用範圍：

• 使高壓功率電路和低壓控製電路信號線實現絕緣

瑞薩電子開發出了麵向混合動力車、電動汽車（EV）以及家電等中使用的馬達專用逆變器和開關電源使用的小型隔離（絕緣）技術1）。開發該項技術的目的是為了使100V～1kV等高壓功率電路部分和低電壓控製電路部分的信號線實現絕緣。絕緣通過標準CMOS技術形成的片上變壓器實施，因此能夠在MCU等控製逆變器的數字IC上輕鬆集成隔離器。由於光電耦合器等離散部件無需隔離器
，因此有利於逆變器、IPM（Intelligent Power Module，智能功率模塊）以及開關電源等電力轉換電路減小尺寸、削減部件個數（圖1）。

在絕緣型開關電源和交流馬達的驅動電路中，PWM信號等的絕緣一直使用光電耦合器（a）。如果能夠使用片上變壓器的話，就可以集成在微控製器上，因此可以大幅削減部件個數（b）。圖是根據瑞薩電子的資料製作而成的。

通過CMOS技術集成變壓器

目前
，在逆變器和開關電源中，將電信號轉換為光信號從而實現絕緣的光電耦合器被廣泛使用。但是，光電耦合器需要GaAs和雙極CMOS等特殊的製造技術

，因此難以集成在微控製器等數字IC上。尤其是驅動EV和家電等中使用的三相交流馬達時，PWM（脈寬調製）信號合計有六個

，由此光電耦合器等隔離器也需要六個。此次開發的技術優點是，通過省去這六個光電耦合器、驅動IGBT和MOSFET等開關元件的柵極驅動器，可以輕鬆地整合到微控製器的封裝內（圖1）。

目前瑞薩電子已經結束了試製，投產時間未定，不過已經得知瑞薩電子計劃今後在汽車、家電、太陽能電池以及醫療器械等方麵推廣使用該技術。

變壓器麵積降至原來的1/4

美國模擬器件（ADI）、美國芯科實驗室（Silicon Laboratories）以及德國英飛淩科技（Infineon Technologies）等(deng)已(yi)經(jing)使(shi)采(cai)用(yong)片(pian)上(shang)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)隔(ge)離(li)器(qi)實(shi)現(xian)了(le)實(shi)用(yong)化(hua)。此(ci)次(ci)技(ji)術(shu)與(yu)這(zhe)些(xie)現(xian)有(you)技(ji)術(shu)的(de)不(bu)同(tong)之(zhi)處(chu)在(zai)於(yu)
，考(kao)慮(lv)到(dao)要(yao)集(ji)成(cheng)在(zai)廉(lian)價(jia)的(de)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)上(shang)
，將(jiang)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)麵(mian)積(ji)減(jian)小(xiao)到(dao)了(le)原(yuan)來(lai)的(de)1/4左右。具體情況是
，通過電路技術的改進，將原來需要500μm左右的變壓器直徑降至230μm（表1）。

瑞薩將變壓器直徑降至230μm，是將EV等三相交流馬達用逆變器視作隔離器的主要用途的結果。在逆變器中，僅驅動馬達的PWM信號，就需要最低六通道的隔離器。如果是離散部件用片上變壓器那種500μm的直徑，僅此就會占用1.2mm2以上的芯片麵積。瑞薩表示，“馬達控製用8～16bit微控製器的芯片尺寸，通常最大為2～3mm見方。要想在成本不會大幅上升的情況下集成六個變壓器
，就需要將直徑控製在200～300μm”。

利用高頻實現小型化

能夠將變壓器麵積降至1/4的(de)原(yuan)因(yin)
，是(shi)為(wei)了(le)利(li)用(yong)發(fa)送(song)的(de)數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)高(gao)頻(pin)而(er)對(dui)電(dian)路(lu)進(jin)行(xing)了(le)改(gai)進(jin)。變(bian)壓(ya)器(qi)利(li)用(yong)電(dian)磁(ci)感(gan)應(ying)現(xian)象(xiang)


，因(yin)此(ci)是(shi)隻(zhi)能(neng)通(tong)過(guo)交(jiao)流(liu)成(cheng)分(fen)的(de)一(yi)種(zhong)高(gao)通(tong)濾(lv)波(bo)器(qi)。要(yao)想(xiang)使(shi)信(xin)號(hao)通(tong)過(guo)230μm左右的小型變壓器
，需要1GHz的高頻。但是，難以通過微控製器中使用的0.5μm工藝的成熟CMOS技術來輸出這種高頻。

為此，瑞薩電子決定利用變壓器傳輸發送的數字信號邊緣中含有的高頻成分。原因是，即便是驅動功率電路的低速開關頻率（幾十k～1MHz），如果是邊緣成分，也可以通過小型變壓器。另外，在接收側
，將通過變壓器的幾百ps寬的高速脈衝信號，利用AM檢測中使用的峰值保持電路來擴大至2～3ns。這樣，0.54μm工藝、5V驅動的低速晶體管也可以檢測。