一種高速功率開關(guān)電路的陣列結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種功率開關(guān)電路，尤其是涉及一種高速功率開關(guān)電路的陣列結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的大功率高壓電源使用工頻變壓器升壓，電路簡單，但體積大、頻率低，放電效果很不理想。M0SFET、IGBT等高頻大功率電力電子器件的出現(xiàn)以及相關(guān)變頻技術(shù)的發(fā)展，為高壓高重頻脈沖源電源的研制提供了新的途徑。脈沖功率技術(shù)發(fā)展到今天，高功率單脈沖功率源已經(jīng)具有了很高的水平，但是高功率的裝置目前大都只能達(dá)到幾kHz到數(shù)十kHz的重復(fù)率。要實現(xiàn)高功率高重復(fù)率的脈沖功率源，在技術(shù)上的主要難點是高重復(fù)率開關(guān)技術(shù)。
[0003]國內(nèi)外研究較多的是金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)開關(guān)和絕緣柵雙極晶體管(IGBT)開關(guān)，二者的頻率響應(yīng)都非常不錯，但是，目前二者的開關(guān)頻率仍無法滿足高功率高重頻脈沖源日益增長的需求。中國工程物理研究院流體物理研究所于2005年發(fā)表了一種實現(xiàn)高功率高重復(fù)率方波脈沖源的技術(shù)途徑，利用高壓快恢復(fù)整流硅堆把三個獨立的方波脈沖合成為一個MHz重復(fù)率的方波三脈沖，進一步通過串并聯(lián)設(shè)計，可以提高石圭堆在高頻脈沖下的反向耐壓，并使娃堆通過的正向脈沖電流達(dá)到kA量級。然而，隨著高壓高重頻脈沖源的發(fā)展，對輸出電壓、輸出頻率的要求也不斷提高，并且需要發(fā)展頻率可調(diào)的高壓高重頻脈沖源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種高速功率開關(guān)電路的陣列結(jié)構(gòu)，采用功率MOSFET開關(guān)陣列，通過脈沖信號的分時控制驅(qū)動MOSFET開關(guān)，并通過控制功率開關(guān)陣列所含開關(guān)的個數(shù)，實現(xiàn)頻率可調(diào)、高重頻的目的。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0006]一種高速功率開關(guān)電路的陣列結(jié)構(gòu)，用于高壓高重頻脈沖源產(chǎn)生頻率可調(diào)的高重頻脈沖信號，其特征在于，所述的包括陣列結(jié)構(gòu)包括依次連接的分時控制芯片、驅(qū)動芯片陣列、功率MOSFET開關(guān)陣列、脈沖合成器與負(fù)載電路,所述的分時控制芯片產(chǎn)生分時脈沖信號通過驅(qū)動芯片陣列分別驅(qū)動功率MOSFET開關(guān)陣列，再將功率MOSFET開關(guān)陣列產(chǎn)生的多路分時脈沖信號通過脈沖合成器合成，從而得到高重頻、且頻率可調(diào)的脈沖信號。
[0007]所述的分時控制芯片產(chǎn)生多路分時脈沖信號，每一路信號連接功率MOSFET開關(guān)陣列中一個開關(guān)的驅(qū)動芯片。
[0008]所述的驅(qū)動芯片陣列由多個驅(qū)動芯片組成，每個驅(qū)動芯片的輸入端連接分時控制芯片，輸出端連接功率MOSFET開關(guān)陣列中一個功率MOSFET開關(guān)的柵極。
[0009]所述的功率MOSFET開關(guān)陣列由多個功率MOSFET開關(guān)組成，每一個功率MOSFET開關(guān)的源級通過串接二極管Dl連接到電源電壓，漏極通過串接二極管D2連接到脈沖合成器的輸入，其中二極管Dl的正極連接電源電壓，負(fù)極連接MOSFET開關(guān)的源級，所述的二極管D2正極連接MOSFET開關(guān)的漏極，負(fù)極連接脈沖合成器的輸入。
[0010]所述的脈沖合成器將多個功率MOSFET開關(guān)所產(chǎn)生的脈沖信號合成，形成高重復(fù)頻率的脈沖信號，脈沖合成器的輸出連接到負(fù)載電路。
[0011]所述的負(fù)載電路由負(fù)載電阻和負(fù)載電容并聯(lián)而成，一端接脈沖合成器，另一端接地。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0013]1、高速功率開關(guān)陣列結(jié)構(gòu)將多個功率MOSFET開關(guān)并聯(lián)并分時控制，可以大幅度提高脈沖信號的重復(fù)頻率，且通過控制開關(guān)陣列的個數(shù)，實現(xiàn)脈沖信號的頻率可調(diào)；
[0014]2、功率開關(guān)陣列中每個功率MOSFET開關(guān)采用兩個二極管分別串接到MOSFET的源級與漏極，可以對各個功率MOSFET開關(guān)進行電隔離，減小開關(guān)的分布電容，進一步提高開關(guān)電路的速度、降低開關(guān)損耗，提高開關(guān)的可靠性、減小電磁干擾問題。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。
[0017]實施例
[0018]圖1為本發(fā)明所涉及的高速功率開關(guān)的陣列結(jié)構(gòu)，包括分時控制芯片、驅(qū)動芯片陣列、功率MOSFET開關(guān)陣列、脈沖合成器與負(fù)載電路。
[0019]所述分時控制芯片由FPGA芯片實現(xiàn)，產(chǎn)生N路分時脈沖信號，信號I連接驅(qū)動芯片I的輸入，信號2連接驅(qū)動芯片2的輸入，…，信號N連接驅(qū)動芯片N的輸入。
[0020]所述驅(qū)動芯片陣列由N個驅(qū)動芯片組成，驅(qū)動芯片陣列的輸入連接分時控制芯片的輸出，驅(qū)動芯片陣列的輸出連接功率MOSFET開關(guān)陣列的輸入，具體來講，驅(qū)動芯片I的輸出連接功率開關(guān)I的柵極，驅(qū)動芯片2的輸出連接功率開關(guān)2的柵極，…，驅(qū)動芯片N的輸出連接功率開關(guān)N的柵極。
[0021 ] 所述功率MOSFET開關(guān)陣列由N個功率MOSFET開關(guān)組成，功率MOSFET開關(guān)I的源級接二極管Dll的負(fù)極，Dll的正極接電源電壓，功率MOSFET開關(guān)I的漏級接二極管D12的正極，D12的負(fù)極接脈沖合成器的輸入，功率MOSFET開關(guān)2的源級接二極管D21的負(fù)極，D21的正極接電源電壓，功率MOSFET開關(guān)2的漏級接二極管D22的正極，D22的負(fù)極接脈沖合成器的輸入，…，功率MOSFET開關(guān)N的源級接二極管DNl的負(fù)極，DNl的正極接電源電壓，功率MOSFET開關(guān)N的漏級接二極管DN2的正極，DN2的負(fù)極接脈沖合成器的輸入。每個功率MOSFET開關(guān)的源級與漏極串接二極管，可以隔離各個單元陣列，減小開關(guān)的總電容，提高開關(guān)速度、降低開關(guān)損耗、減小電磁干擾。
[0022]所述脈沖合成器將多個功率MOSFET開關(guān)所產(chǎn)生的多路脈沖信號合成，形成高重復(fù)頻率的脈沖合成信號，脈沖合成器的輸出連接到負(fù)載電路。
[0023]所述負(fù)載電路由負(fù)載電阻RL和負(fù)載電容CL并聯(lián)而成，一端接脈沖合成器的輸出，
另一端接地線。
[0024]綜上，本發(fā)明所設(shè)計的高速功率開關(guān)電路的陣列結(jié)構(gòu)，大幅度提高了脈沖信號的重復(fù)頻率，并實現(xiàn)了脈沖信號的頻率可調(diào)。
[0025] 以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進，如功率開關(guān)包括MOSFET、IGBT等各種開關(guān)管，單向化電路包括二極管在內(nèi)的所有單向化器件。這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種高速功率開關(guān)電路的陣列結(jié)構(gòu)，用于高壓高重頻脈沖源產(chǎn)生頻率可調(diào)的高重頻脈沖信號，其特征在于，所述的包括陣列結(jié)構(gòu)包括依次連接的分時控制芯片、驅(qū)動芯片陣列、功率MOSFET開關(guān)陣列、脈沖合成器與負(fù)載電路,所述的分時控制芯片產(chǎn)生分時脈沖信號通過驅(qū)動芯片陣列分別驅(qū)動功率MOSFET開關(guān)陣列，再將功率MOSFET開關(guān)陣列產(chǎn)生的多路分時脈沖信號通過脈沖合成器合成，從而得到高重頻、且頻率可調(diào)的脈沖信號。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速功率開關(guān)電路的陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的分時控制芯片產(chǎn)生多路分時脈沖信號，每一路信號連接功率MOSFET開關(guān)陣列中一個開關(guān)的驅(qū)動芯片。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速功率開關(guān)電路的陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的驅(qū)動芯片陣列由多個驅(qū)動芯片組成，每個驅(qū)動芯片的輸入端連接分時控制芯片，輸出端連接功率MOSFET開關(guān)陣列中一個功率MOSFET開關(guān)的柵極。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高速功率開關(guān)電路的陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的功率MOSFET開關(guān)陣列由多個功率MOSFET開關(guān)組成，每一個功率MOSFET開關(guān)的源級通過串接二極管Dl連接到電源電壓，漏極通過串接二極管D2連接到脈沖合成器的輸入，其中二極管Dl的正極連接電源電壓，負(fù)極連接MOSFET開關(guān)的源級，所述的二極管D2正極連接MOSFET開關(guān)的漏極，負(fù)極連接脈沖合成器的輸入。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高速功率開關(guān)電路的陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的脈沖合成器將多個功率MOSFET開關(guān)所產(chǎn)生的脈沖信號合成，形成高重復(fù)頻率的脈沖信號，脈沖合成器的輸出連接到負(fù)載電路。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高速功率開關(guān)電路的陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的負(fù)載電路由負(fù)載電阻和負(fù)載電容并聯(lián)而成，一端接脈沖合成器，另一端接地。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高速功率開關(guān)電路的陣列結(jié)構(gòu)，用于高壓高重頻脈沖源產(chǎn)生頻率可調(diào)的高重頻脈沖信號，其特征在于，所述的包括陣列結(jié)構(gòu)包括依次連接的分時控制芯片、驅(qū)動芯片陣列、功率MOSFET開關(guān)陣列、脈沖合成器與負(fù)載電路，所述的分時控制芯片產(chǎn)生分時脈沖信號通過驅(qū)動芯片陣列分別驅(qū)動功率MOSFET開關(guān)陣列，再將功率MOSFET開關(guān)陣列產(chǎn)生的多路分時脈沖信號通過脈沖合成器合成，從而得到高重頻、且頻率可調(diào)的脈沖信號。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有實現(xiàn)脈沖信號的頻率可調(diào)，同時提高了開關(guān)電路的速度、降低開關(guān)損耗，提高了開關(guān)的可靠性、減小電磁干擾問題等優(yōu)點。
【IPC分類】H03K17/687, H03K17/04
【公開號】CN105207656
【申請?zhí)枴緾N201410253321
【發(fā)明人】袁斌, 毛軍發(fā), 李曉春, 彭天昊, 劉楠楠, 李翀, 郎少波, 曾天民
【申請人】上海紫竹新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院, 袁斌
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2014年6月9日