高壓電子開關裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種高壓電子開關裝置，包括：方波發生器、推挽電路、微分電路、變壓器、至少2個模擬比較單元、至少2個RS觸發器和至少2個功率單元；所述微分電路的輸出端連接到變壓器初級側的初級線圈，每個所述次級線圈均依次連接有所述模擬比較單元、RS觸發器，此RS觸發器的輸出端連接到所述功率單元；推挽電路進一步包括并聯的P?MOS管和N?MOS管，RS觸發器和功率單元之間設置有推挽放大電路，功率單元進一步包括一功率管和與功率管反并聯的肖特基二極管；每個模擬比較單元內第一模擬比較器、第二模擬比較器各自的反相輸入端作為相應的參考地電位端，該參考地電位端作為功率單元、推挽放大電路的接地端。本實用新型無需傳遞功率信號，大大降低了耦合變壓器的體積，突破了電子開關的任意脈寬技術，且將工作頻率提升到30MHz以上。
【專利說明】
高壓電子開關裝置
技術領域
[0001]本實用新型屬于電力電子器件應用技術領域，尤其涉及一種高壓電子開關裝置。
【背景技術】
[0002]電子開關是指利用電子電路以及電力電子器件實現電路通斷的運行單元。現有電子開關的驅動功率脈沖是通過變壓器耦合。為了適應任意脈寬驅動要求，耦合變壓器的體積必須按照最大脈沖寬度和驅動電壓之積設計。由于耦合磁環體積較大，造成了驅動電路板的體積和重量很大，甚至影響驅動電路上升沿特性。其次，現有驅動電路推動級多采用三極管互補推挽電路形式，這種電路的缺點是三極管基極損耗大，電源利用效率低。再次，現有電子開關對利用器件自身的寄生二極管構成反向電流通路，由于寄生二極管開關速率較低，它適合于IMHz左右工作頻率。
【發明內容】
[0003]本實用新型目的是提供一種高壓電子開關裝置，該高壓高頻電子開關無需傳遞功率信號，大大降低了耦合變壓器的體積，突破了電子開關的任意脈寬技術，且將工作頻率提升到30MHz以上。
[0004]為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案是:一種高壓電子開關裝置，包括:方波發生器、推挽電路、微分電路、變壓器、至少2個模擬比較單元、至少2個RS觸發器和至少2個功率單元，所述方波發生器與推挽電路之間設置有一非門，所述推挽電路的輸出端連接到微分電路的輸入端，所述變壓器次級側具有至少2個次級線圈，所述次級線圈與模擬比較單元、RS觸發器和功率單元依次串聯且各自數目相同；
[0005]所述微分電路的輸出端連接到變壓器初級側的初級線圈，每個所述次級線圈均依次連接有所述模擬比較單元、RS觸發器，此RS觸發器的輸出端連接到所述功率單元；
[0006]所述模擬比較單元包括并聯連接的第一模擬比較器、第二模擬比較器，此第一模擬比較器的同相輸入端與次級線圈的高電位輸出端連接，此第一模擬比較器的反相輸入端與次級線圈的低電位輸出端連接，此第二模擬比較器的反相輸入端與次級線圈的高電位輸出端連接，此第二模擬比較器的同相輸入端與次級線圈的低電位輸出端連接；
[0007]所述推挽電路進一步包括并聯的P-MOS管和N-MOS管，此P-MOS管和N-MOS管各自的柵極均連接到非門的輸出端，P-MOS管和N-MOS管各自的漏極均連接到微分電路；
[0008]所述RS觸發器和功率單元之間設置有推挽放大電路，所述功率單元進一步包括一功率管和與功率管反并聯的肖特基二極管;每個模擬比較單元內第一模擬比較器、第二模擬比較器各自的反相輸入端作為相應的參考地電位端，該參考地電位端作為功率單元、推挽放大電路的接地端。
[0009]上述技術方案中進一步改進方案如下:
[0010]1.上述方案中，所述推挽放大電路包括第一功率MOS管、第二功率MOS管和第三功率MOS管，第二功率MOS管與第三功率MOS管并聯，第一功率MOS管與第二功率MOS管和第三功率MOS管串聯。
[0011]2.上述方案中，所述微分電路包括電容和Rl電阻，此電容與變壓器的初級線圈串聯，所述Rl電阻與初級線圈并聯。
[0012]3.上述方案中，所述模擬比較單元、RS觸發器和功率單元的數目均為4個。
[0013]由于上述技術方案運用，本實用新型與現有技術相比具有下列優點:
[0014]1.本實用新型高壓電子開關裝置，其采用了脈沖邊緣檢測先形成窄脈沖信號，在形成窄脈沖方波信號，再RS觸發器還原形成浮動地電位解調方波信號，該浮動地電位解調方波信號經過推挽放大電路8放大至O?20V用以驅動功率單元7，驅動電路只需傳遞脈沖電壓的上升沿和下降沿信息即可，無需傳遞功率信號，大大降低了耦合變壓器的體積，突破了電子開關的任意脈寬技術，可滿足電力變化和脈沖功率絕大多數應用;其次，其柵極浮動電源設計技術極大地方便了高壓串聯電子開關應用，與自舉式驅動電路相比，這種驅動電路可滿足任意電壓等級(任意串聯數)電子開關應用。
[0015]2.本實用新型高壓電子開關裝置，其采用了PN場效應管推挽電路形式，這種電路不僅可以降低驅動電路的發熱功率，而且還可以改善上升沿特性，使之滿足對上升時間要求較高的脈沖功率應用；其次，其功率單元進一步包括一功率管和與功率管反并聯的肖特基二極管，可將電子開關的工作頻率提升到30MHz以上。
【附圖說明】
[0016]附圖1為本實用新型高壓高頻電子開關局部結構示意圖一；
[0017]附圖2為附圖1的局部結構示意圖；
[0018]附圖3為本實用新型高壓高頻電子開關局部結構示意圖二。
[0019]以上附圖中:1、方波發生器;2、推挽電路;21、P-MOS管;22、N-MOS管;3、微分電路；
4、變壓器;5、模擬比較單元;51、第一模擬比較器;52、第二模擬比較器;6、RS觸發器;7、功率單元;8、推挽放大電路;81、第一功率MOS管;82、第二功率MOS管;83、第三功率MOS管。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述:
[0021]實施例1:一種高壓電子開關裝置，如附圖1?3所示，包括:方波發生器1、推挽電路
2、微分電路3、變壓器4、至少2個模擬比較單元5、至少2個RS觸發器6和至少2個功率單元7，所述方波發生器I與推挽電路2之間設置有一非門，所述推挽電路2的輸出端連接到微分電路3的輸入端，所述變壓器4次級側具有至少2個次級線圈，所述次級線圈與模擬比較單元5、RS觸發器6和功率單元7依次串聯且各自數目相同；
[0022]所述微分電路3的輸出端連接到變壓器初級側的初級線圈，每個所述次級線圈均依次連接有所述模擬比較單元5、RS觸發器6，此RS觸發器6的輸出端連接到所述功率單元7;
[0023]所述模擬比較單元5包括并聯連接的第一模擬比較器51、第二模擬比較器52，此第一模擬比較器51的同相輸入端與次級線圈的高電位輸出端連接，此第一模擬比較器51的反相輸入端與次級線圈的低電位輸出端連接，此第二模擬比較器52的反相輸入端與次級線圈的高電位輸出端連接，此第二模擬比較器52的同相輸入端與次級線圈的低電位輸出端連接；
[0024]所述推挽電路2進一步包括并聯的P-MOS管21和N-MOS管22，此P-MOS管和N-MOS管各自的柵極均連接到非門的輸出端，P-MOS管21和N-MOS管22各自的漏極均連接到微分電路3；
[0025]所述RS觸發器6和功率單元7之間設置有推挽放大電路8，所述功率單元7進一步包括一功率管Ml、M2和與功率管Ml、M2反并聯的肖特基二極管SBDUSBD 2;每個模擬比較單元5內第一模擬比較器51、第二模擬比較器52各自的反相輸入端作為相應的參考地電位端，該參考地電位端作為功率單元7、推挽放大電路8的接地端。
[0026]上述推挽放大電路8包括第一功率MOS管81、第二功率MOS管82和第三功率MOS管83，第二功率MOS管82與第三功率MOS管83并聯，第一功率MOS管81與第二功率MOS管82和第三功率MOS管83串聯。
[0027]上述微分電路3包括電容Cl和Rl電阻，此電容Cl與變壓器4的初級線圈串聯，所述Rl電阻與初級線圈并聯。
[0028]實施例2:—種高壓電子開關裝置，如附圖1?3所示，包括:方波發生器1、推挽電路
2、微分電路3、變壓器4、至少2個模擬比較單元5、至少2個RS觸發器6和至少2個功率單元7，所述方波發生器I與推挽電路2之間設置有一非門，所述推挽電路2的輸出端連接到微分電路3的輸入端，所述變壓器4次級側具有至少2個次級線圈，所述次級線圈與模擬比較單元5、RS觸發器6和功率單元7依次串聯且各自數目相同；
[0029]所述微分電路3的輸出端連接到變壓器初級側的初級線圈，每個所述次級線圈均依次連接有所述模擬比較單元5、RS觸發器6，此RS觸發器6的輸出端連接到所述功率單元7;
[0030]所述模擬比較單元5包括并聯連接的第一模擬比較器51、第二模擬比較器52，此第一模擬比較器51的同相輸入端與次級線圈的高電位輸出端連接，此第一模擬比較器51的反相輸入端與次級線圈的低電位輸出端連接，此第二模擬比較器52的反相輸入端與次級線圈的高電位輸出端連接，此第二模擬比較器52的同相輸入端與次級線圈的低電位輸出端連接；
[0031]所述推挽電路2進一步包括并聯的P-MOS管21和N-MOS管22，此P-MOS管和N-MOS管各自的柵極均連接到非門的輸出端，P-MOS管21和N-MOS管22各自的漏極均連接到微分電路3；
[0032]所述RS觸發器6和功率單元7之間設置有推挽放大電路8，所述功率單元7進一步包括一功率管Ml、M2和與功率管Ml、M2反并聯的肖特基二極管SBDUSBD 2;每個模擬比較單元5內第一模擬比較器51、第二模擬比較器52各自的反相輸入端作為相應的參考地電位端，該參考地電位端作為功率單元7、推挽放大電路8的接地端。
[0033]上述推挽放大電路8包括第一功率MOS管81、第二功率MOS管82和第三功率MOS管83，第二功率MOS管82與第三功率MOS管83并聯，第一功率MOS管81與第二功率MOS管82和第三功率MOS管83串聯。
[0034]上述微分電路3包括電容Cl和Rl電阻，此電容Cl與變壓器4的初級線圈串聯，所述Rl電阻與初級線圈并聯。
[0035]上述模擬比較單元、RS觸發器和功率單元的數目均為4個。
[0036]本實用新型高壓高頻電子開關工作過程如下:首先，方波發生器I產生TTL方波信號經由微分電路3變換成只攜帶上升前沿和下降后沿的窄脈沖信號;然后，通過變壓器4耦合，在變壓器4次級側的至少2個次級線圈形成至少2個不同參考地電位的處理后窄脈沖信號，處理后窄脈沖信號再經過
[0037]模擬比較單元5形成窄脈沖方波信號，第一模擬比較器51的同相輸入端與次級線圈的高電位輸出端連接，此第一模擬比較器51的反相輸入端與次級線圈的低電位輸出端連接，將處理后窄脈沖信號中正窄脈沖轉為為正窄脈沖方波，此第二模擬比較器52的反相輸入端與次級線圈的高電位輸出端連接，此第二模擬比較器52的同相輸入端與次級線圈的低電位輸出端連接，將處理后窄脈沖信號中負窄脈沖轉為為負窄脈沖方波轉為為正窄脈沖方波；
[0038]所述窄脈沖方波信號通過RS觸發器6形成解調后的浮動地電位解調方波信號，該浮動地電位解調方波信號經過推挽放大電路8放大至O?20V用以驅動功率單元7，供電電源的GND電位嵌位在功率MOSFET源極電位上，極大地方便了高壓串聯電子開關應用。
[0039]采用上述高壓電子開關裝置時，其采用了脈沖邊緣檢測先形成窄脈沖信號，在形成窄脈沖方波信號，再RS觸發器還原形成浮動地電位解調方波信號，該浮動地電位解調方波信號經過推挽放大電路8放大至O?20V用以驅動功率單元7，驅動電路只需傳遞脈沖電壓的上升沿和下降沿信息即可，無需傳遞功率信號，大大降低了耦合變壓器的體積，突破了電子開關的任意脈寬技術，可滿足電力變化和脈沖功率絕大多數應用;其次，其柵極浮動電源設計技術極大地方便了高壓串聯電子開關應用，與自舉式驅動電路相比，這種驅動電路可滿足任意電壓等級(任意串聯數)電子開關應用;再次，其采用了 PN場效應管推挽電路形式，這種電路不僅可以降低驅動電路的發熱功率，而且還可以改善上升沿特性，使之滿足對上升時間要求較高的脈沖功率應用；其次，其功率單元進一步包括一功率管和與功率管反并聯的肖特基二極管，可將電子開關的工作頻率提升到30MHz以上。
[0040]上述實施例只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本實用新型的內容并據以實施，并不能以此限制本實用新型的保護范圍。凡根據本實用新型精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種高壓電子開關裝置，其特征在于:包括:方波發生器(I)、推挽電路(2)、微分電路(3)、變壓器(4)、至少2個模擬比較單元(5)、至少2個RS觸發器(6)和至少2個功率單元(7)，所述方波發生器(I)與推挽電路(2)之間設置有一非門，所述推挽電路(2)的輸出端連接到微分電路(3)的輸入端，所述變壓器(4)次級側具有至少2個次級線圈，所述次級線圈與模擬比較單元(5)、RS觸發器(6)和功率單元(7)依次串聯且各自數目相同； 所述微分電路(3)的輸出端連接到變壓器初級側的初級線圈，每個所述次級線圈均依次連接有所述模擬比較單元(5)、RS觸發器(6)，此RS觸發器(6)的輸出端連接到所述功率單元(7); 所述模擬比較單元(5)包括并聯連接的第一模擬比較器(51)、第二模擬比較器(52)，此第一模擬比較器(51)的同相輸入端與次級線圈的高電位輸出端連接，此第一模擬比較器(51)的反相輸入端與次級線圈的低電位輸出端連接，此第二模擬比較器(52)的反相輸入端與次級線圈的高電位輸出端連接，此第二模擬比較器(52)的同相輸入端與次級線圈的低電位輸出端連接； 所述推挽電路(2)進一步包括并聯的P-MOS管(21)和N-MOS管(22)，此P-MOS管和N-MOS管各自的柵極均連接到非門的輸出端，P-MOS管(21)和N-MOS管(22 )各自的漏極均連接到微分電路(3)； 所述RS觸發器(6)和功率單元(7)之間設置有推挽放大電路(8)，所述功率單元(7)進一步包括一功率管(M1、M2)和與功率管(M1、M2)反并聯的肖特基二極管(SBD1、SBD2);每個模擬比較單元(5)內第一模擬比較器(51)、第二模擬比較器(52)各自的反相輸入端作為相應的參考地電位端，該參考地電位端作為功率單元(7 )、推挽放大電路(8 )的接地端。2.根據權利要求1所述的高壓電子開關裝置，其特征在于:所述推挽放大電路(8)包括第一功率MOS管(81)、第二功率MOS管(82)和第三功率MOS管(83)，第二功率MOS管(82)與第三功率MOS管(83)并聯，第一功率MOS管(81)與第二功率MOS管(82)和第三功率MOS管(83)串聯。3.根據權利要求1所述的高壓電子開關裝置，其特征在于:所述微分電路(3)包括電容(Cl)和Rl電阻，此電容(Cl)與變壓器(4)的初級線圈串聯，所述Rl電阻與初級線圈并聯。4.根據權利要求1所述的高壓電子開關裝置，其特征在于:所述模擬比較單元(5)、RS觸發器(6)和功率單元(7)的數目均為4個。
【文檔編號】H03K17/687GK205596089SQ201620380248
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月29日
【發明人】陳鵬, 于輝, 黃學軍
【申請人】蘇州泰思特電子科技有限公司