高壓電子開關(guān)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(guān)裝置，包括：方波發(fā)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(fā)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(cè)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(fā)器，此RS觸發(fā)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(lián)的P?MOS管和N?MOS管，RS觸發(fā)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(lián)的肖特基二極管；每個模擬比較單元內(nèi)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(guān)的任意脈寬技術(shù)，且將工作頻率提升到30MHz以上。
【專利說明】
高壓電子開關(guān)裝置
技術(shù)領域
[0001]本實用新型屬于電力電子器件應用技術(shù)領域，尤其涉及一種高壓電子開關(guān)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電子開關(guān)是指利用電子電路以及電力電子器件實現(xiàn)電路通斷的運行單元?，F(xiàn)有電子開關(guān)的驅(qū)動功率脈沖是通過變壓器耦合。為了適應任意脈寬驅(qū)動要求，耦合變壓器的體積必須按照最大脈沖寬度和驅(qū)動電壓之積設計。由于耦合磁環(huán)體積較大，造成了驅(qū)動電路板的體積和重量很大，甚至影響驅(qū)動電路上升沿特性。其次，現(xiàn)有驅(qū)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(xiàn)有電子開關(guān)對利用器件自身的寄生二極管構(gòu)成反向電流通路，由于寄生二極管開關(guān)速率較低，它適合于IMHz左右工作頻率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型目的是提供一種高壓電子開關(guān)裝置，該高壓高頻電子開關(guān)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(guān)的任意脈寬技術(shù)，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(shù)方案是:一種高壓電子開關(guān)裝置，包括:方波發(fā)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(fā)器和至少2個功率單元，所述方波發(fā)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(cè)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(fā)器和功率單元依次串聯(lián)且各自數(shù)目相同；
[0005]所述微分電路的輸出端連接到變壓器初級側(cè)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(fā)器，此RS觸發(fā)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(lián)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(lián)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(fā)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(lián)的肖特基二極管;每個模擬比較單元內(nèi)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(shù)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(lián)，第一功率MOS管與第二功率MOS管和第三功率MOS管串聯(lián)。
[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(lián)，所述Rl電阻與初級線圈并聯(lián)。
[0012]3.上述方案中，所述模擬比較單元、RS觸發(fā)器和功率單元的數(shù)目均為4個。
[0013]由于上述技術(shù)方案運用，本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點:
[0014]1.本實用新型高壓電子開關(guān)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(fā)器還原形成浮動地電位解調(diào)方波信號，該浮動地電位解調(diào)方波信號經(jīng)過推挽放大電路8放大至O?20V用以驅(qū)動功率單元7，驅(qū)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(guān)的任意脈寬技術(shù)，可滿足電力變化和脈沖功率絕大多數(shù)應用;其次，其柵極浮動電源設計技術(shù)極大地方便了高壓串聯(lián)電子開關(guān)應用，與自舉式驅(qū)動電路相比，這種驅(qū)動電路可滿足任意電壓等級(任意串聯(lián)數(shù))電子開關(guān)應用。
[0015]2.本實用新型高壓電子開關(guān)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(qū)動電路的發(fā)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(lián)的肖特基二極管，可將電子開關(guān)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(guān)局部結(jié)構(gòu)示意圖一；
[0017]附圖2為附圖1的局部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]附圖3為本實用新型高壓高頻電子開關(guān)局部結(jié)構(gòu)示意圖二。
[0019]以上附圖中:1、方波發(fā)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(fā)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(jié)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(guān)裝置，如附圖1?3所示，包括:方波發(fā)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(fā)器6和至少2個功率單元7，所述方波發(fā)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(cè)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(fā)器6和功率單元7依次串聯(lián)且各自數(shù)目相同；
[0022]所述微分電路3的輸出端連接到變壓器初級側(cè)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(fā)器6，此RS觸發(fā)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(lián)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(lián)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(fā)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(lián)的肖特基二極管SBDUSBD 2;每個模擬比較單元5內(nèi)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(lián)，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(lián)。
[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(lián)，所述Rl電阻與初級線圈并聯(lián)。
[0028]實施例2:—種高壓電子開關(guān)裝置，如附圖1?3所示，包括:方波發(fā)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(fā)器6和至少2個功率單元7，所述方波發(fā)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(cè)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(fā)器6和功率單元7依次串聯(lián)且各自數(shù)目相同；
[0029]所述微分電路3的輸出端連接到變壓器初級側(cè)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(fā)器6，此RS觸發(fā)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(lián)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(lián)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(fā)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(lián)的肖特基二極管SBDUSBD 2;每個模擬比較單元5內(nèi)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(lián)，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(lián)。
[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(lián)，所述Rl電阻與初級線圈并聯(lián)。
[0035]上述模擬比較單元、RS觸發(fā)器和功率單元的數(shù)目均為4個。
[0036]本實用新型高壓高頻電子開關(guān)工作過程如下:首先，方波發(fā)生器I產(chǎn)生TTL方波信號經(jīng)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(cè)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(jīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)為為負窄脈沖方波轉(zhuǎn)為為正窄脈沖方波；
[0038]所述窄脈沖方波信號通過RS觸發(fā)器6形成解調(diào)后的浮動地電位解調(diào)方波信號，該浮動地電位解調(diào)方波信號經(jīng)過推挽放大電路8放大至O?20V用以驅(qū)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(lián)電子開關(guān)應用。
[0039]采用上述高壓電子開關(guān)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(fā)器還原形成浮動地電位解調(diào)方波信號，該浮動地電位解調(diào)方波信號經(jīng)過推挽放大電路8放大至O?20V用以驅(qū)動功率單元7，驅(qū)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(guān)的任意脈寬技術(shù)，可滿足電力變化和脈沖功率絕大多數(shù)應用;其次，其柵極浮動電源設計技術(shù)極大地方便了高壓串聯(lián)電子開關(guān)應用，與自舉式驅(qū)動電路相比，這種驅(qū)動電路可滿足任意電壓等級(任意串聯(lián)數(shù))電子開關(guān)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(qū)動電路的發(fā)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(lián)的肖特基二極管，可將電子開關(guān)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(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本實用新型的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本實用新型的保護范圍。凡根據(jù)本實用新型精神實質(zhì)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(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種高壓電子開關(guān)裝置，其特征在于:包括:方波發(fā)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(fā)器(6)和至少2個功率單元(7)，所述方波發(fā)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(cè)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(fā)器(6)和功率單元(7)依次串聯(lián)且各自數(shù)目相同； 所述微分電路(3)的輸出端連接到變壓器初級側(cè)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(fā)器(6)，此RS觸發(fā)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(lián)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(lián)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(fā)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(lián)的肖特基二極管(SBD1、SBD2);每個模擬比較單元(5)內(nèi)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(jù)權(quán)利要求1所述的高壓電子開關(guān)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(lián)，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(lián)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓電子開關(guān)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(lián)，所述Rl電阻與初級線圈并聯(lián)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓電子開關(guān)裝置，其特征在于:所述模擬比較單元(5)、RS觸發(fā)器(6)和功率單元(7)的數(shù)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(fā)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