[發明專利]一種高速功率開關電路的陣列結構在審

申請號：	201410253321.2	申請日：	2014-06-09
公開（公告）號：	CN105207656A	公開（公告）日：	2015-12-30
發明（設計）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（專利權）人：	上海紫竹新興產業技術研究院;袁斌
主分類號：	H03K17/687	分類號：	H03K17/687;H03K17/04
代理公司：	上海科盛知識產權代理有限公司 31225	代理人：	趙志遠
地址：	200240 ***	國省代碼：	上海;31
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種高速功率開關電路陣列結構
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【說明書】：

技術領域

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

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。MOSFET、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。

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，可以提高硅堆在高頻脈沖下的反向耐壓，并使硅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

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。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

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。

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。

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。

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D1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D1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。

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。

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。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

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；

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

圖1為本發明的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。

實施例

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。

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1連接驅動芯片1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。