一種高速功率開關電路的陣列結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種功率開關電路，尤其是涉及一種高速功率開關電路的陣列結構。
【背景技術】
[0002]傳統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以及相關變頻技術的發展，為高壓高重頻脈沖源電源的研制提供了新的途徑。脈沖功率技術發展到今天，高功率單脈沖功率源已經具有了很高的水平，但是高功率的裝置目前大都只能達到幾kHz到數十kHz的重復率。要實現高功率高重復率的脈沖功率源，在技術上的主要難點是高重復率開關技術。
[0003]國內外研究較多的是金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)開關和絕緣柵雙極晶體管(IGBT)開關，二者的頻率響應都非常不錯，但是，目前二者的開關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年發表了一種實現高功率高重復率方波脈沖源的技術途徑，利用高壓快恢復整流硅堆把三個獨立的方波脈沖合成為一個MHz重復率的方波三脈沖，進一步通過串并聯設計，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到kA量級。然而，隨著高壓高重頻脈沖源的發展，對輸出電壓、輸出頻率的要求也不斷提高，并且需要發展頻率可調的高壓高重頻脈沖源。
【發明內容】
[0004]本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種高速功率開關電路的陣列結構，采用功率MOSFET開關陣列，通過脈沖信號的分時控制驅動MOSFET開關，并通過控制功率開關陣列所含開關的個數，實現頻率可調、高重頻的目的。
[0005]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0006]一種高速功率開關電路的陣列結構，用于高壓高重頻脈沖源產生頻率可調的高重頻脈沖信號，其特征在于，所述的包括陣列結構包括依次連接的分時控制芯片、驅動芯片陣列、功率MOSFET開關陣列、脈沖合成器與負載電路,所述的分時控制芯片產生分時脈沖信號通過驅動芯片陣列分別驅動功率MOSFET開關陣列，再將功率MOSFET開關陣列產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、且頻率可調的脈沖信號。
[0007]所述的分時控制芯片產生多路分時脈沖信號，每一路信號連接功率MOSFET開關陣列中一個開關的驅動芯片。
[0008]所述的驅動芯片陣列由多個驅動芯片組成，每個驅動芯片的輸入端連接分時控制芯片，輸出端連接功率MOSFET開關陣列中一個功率MOSFET開關的柵極。
[0009]所述的功率MOSFET開關陣列由多個功率MOSFET開關組成，每一個功率MOSFET開關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，負極連接MOSFET開關的源級，所述的二極管D2正極連接MOSFET開關的漏極，負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開關所產生的脈沖信號合成，形成高重復頻率的脈沖信號，脈沖合成器的輸出連接到負載電路。
[0011]所述的負載電路由負載電阻和負載電容并聯而成，一端接脈沖合成器，另一端接地。
[0012]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0013]1、高速功率開關陣列結構將多個功率MOSFET開關并聯并分時控制，可以大幅度提高脈沖信號的重復頻率，且通過控制開關陣列的個數，實現脈沖信號的頻率可調；
[0014]2、功率開關陣列中每個功率MOSFET開關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開關進行電隔離，減小開關的分布電容，進一步提高開關電路的速度、降低開關損耗，提高開關的可靠性、減小電磁干擾問題。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。
[0017]實施例
[0018]圖1為本發明所涉及的高速功率開關的陣列結構，包括分時控制芯片、驅動芯片陣列、功率MOSFET開關陣列、脈沖合成器與負載電路。
[0019]所述分時控制芯片由FPGA芯片實現，產生N路分時脈沖信號，信號I連接驅動芯片I的輸入，信號2連接驅動芯片2的輸入，…，信號N連接驅動芯片N的輸入。
[0020]所述驅動芯片陣列由N個驅動芯片組成，驅動芯片陣列的輸入連接分時控制芯片的輸出，驅動芯片陣列的輸出連接功率MOSFET開關陣列的輸入，具體來講，驅動芯片I的輸出連接功率開關I的柵極，驅動芯片2的輸出連接功率開關2的柵極，…，驅動芯片N的輸出連接功率開關N的柵極。
[0021 ] 所述功率MOSFET開關陣列由N個功率MOSFET開關組成，功率MOSFET開關I的源級接二極管Dll的負極，Dll的正極接電源電壓，功率MOSFET開關I的漏級接二極管D12的正極，D12的負極接脈沖合成器的輸入，功率MOSFET開關2的源級接二極管D21的負極，D21的正極接電源電壓，功率MOSFET開關2的漏級接二極管D22的正極，D22的負極接脈沖合成器的輸入，…，功率MOSFET開關N的源級接二極管DNl的負極，DNl的正極接電源電壓，功率MOSFET開關N的漏級接二極管DN2的正極，DN2的負極接脈沖合成器的輸入。每個功率MOSFET開關的源級與漏極串接二極管，可以隔離各個單元陣列，減小開關的總電容，提高開關速度、降低開關損耗、減小電磁干擾。
[0022]所述脈沖合成器將多個功率MOSFET開關所產生的多路脈沖信號合成，形成高重復頻率的脈沖合成信號，脈沖合成器的輸出連接到負載電路。
[0023]所述負載電路由負載電阻RL和負載電容CL并聯而成，一端接脈沖合成器的輸出，
另一端接地線。
[0024]綜上，本發明所設計的高速功率開關電路的陣列結構，大幅度提高了脈沖信號的重復頻率，并實現了脈沖信號的頻率可調。
[0025] 以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發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明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下本發明還會有各種變化和改進，如功率開關包括MOSFET、IGBT等各種開關管，單向化電路包括二極管在內的所有單向化器件。這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。
【主權項】
1.一種高速功率開關電路的陣列結構，用于高壓高重頻脈沖源產生頻率可調的高重頻脈沖信號，其特征在于，所述的包括陣列結構包括依次連接的分時控制芯片、驅動芯片陣列、功率MOSFET開關陣列、脈沖合成器與負載電路,所述的分時控制芯片產生分時脈沖信號通過驅動芯片陣列分別驅動功率MOSFET開關陣列，再將功率MOSFET開關陣列產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、且頻率可調的脈沖信號。2.根據權利要求1所述的一種高速功率開關電路的陣列結構，其特征在于，所述的分時控制芯片產生多路分時脈沖信號，每一路信號連接功率MOSFET開關陣列中一個開關的驅動芯片。3.根據權利要求1所述的一種高速功率開關電路的陣列結構，其特征在于，所述的驅動芯片陣列由多個驅動芯片組成，每個驅動芯片的輸入端連接分時控制芯片，輸出端連接功率MOSFET開關陣列中一個功率MOSFET開關的柵極。4.根據權利要求3所述的一種高速功率開關電路的陣列結構，其特征在于，所述的功率MOSFET開關陣列由多個功率MOSFET開關組成，每一個功率MOSFET開關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，負極連接MOSFET開關的源級，所述的二極管D2正極連接MOSFET開關的漏極，負極連接脈沖合成器的輸入。5.根據權利要求4所述的一種高速功率開關電路的陣列結構，其特征在于，所述的脈沖合成器將多個功率MOSFET開關所產生的脈沖信號合成，形成高重復頻率的脈沖信號，脈沖合成器的輸出連接到負載電路。6.根據權利要求4所述的一種高速功率開關電路的陣列結構，其特征在于，所述的負載電路由負載電阻和負載電容并聯而成，一端接脈沖合成器，另一端接地。
【專利摘要】本發明涉及一種高速功率開關電路的陣列結構，用于高壓高重頻脈沖源產生頻率可調的高重頻脈沖信號，其特征在于，所述的包括陣列結構包括依次連接的分時控制芯片、驅動芯片陣列、功率MOSFET開關陣列、脈沖合成器與負載電路，所述的分時控制芯片產生分時脈沖信號通過驅動芯片陣列分別驅動功率MOSFET開關陣列，再將功率MOSFET開關陣列產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、且頻率可調的脈沖信號。與現有技術相比，本發明具有實現脈沖信號的頻率可調，同時提高了開關電路的速度、降低開關損耗，提高了開關的可靠性、減小電磁干擾問題等優點。
【IPC分類】H03K17/687, H03K17/04
【公開號】CN105207656
【申請號】CN201410253321
【發明人】袁斌, 毛軍發, 李曉春, 彭天昊, 劉楠楠, 李翀, 郎少波, 曾天民
【申請人】上海紫竹新興產業技術研究院, 袁斌
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2014年6月9日