[發明專利]基于雪崩三極管級聯電路的輸出可調納秒脈沖源

有效

• 申請號: 201911207047.4
• 申請日: 2019-11-29
• 公開（公告）號: CN110880884B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 談宇光;魯遠甫;陳良培;焦國華;章逸舟;劉鵬
• 申請（專利權）人: 深圳先進技術研究院
• 主分類號: H02M9/04
• 分類號: H02M9/04;H03K3/57
• 代理公司: 深圳智趣知識產權代理事務所(普通合伙) 44486
• 代理人: 王策

本發明公開了一種脈沖輸出源的控制電路、控制方法以及相應的脈沖源系統。所述控制電路包括觸發部分、級聯充放電部分和負載部分，所述級聯充放電部分包括多個依次級聯的單元，每個上述單元都包括一個雪崩晶體管、一個用于開關控制的雪崩晶體管(以下簡稱：可控晶體管)、限流電阻和充電電容；其中每個上述單元中的所述可控晶體管的基極用于接收控制信號，從而能夠選擇將該單元中的充電電容排除在放電電容組之外，以實現脈沖輸出源輸出功率的調節。本發明從能量源頭對電量選擇性地匯集，成本低廉、容易制作,脈沖源系統能夠在增加控制靈活性的同時，滿足更多應用場景的需求。

技術領域

本發明涉及控制電路技術領域，尤其涉及脈沖源的控制電路、控制方法以及脈沖源系統。

背景技術

隨著電子產品的日益革新，在比如探地雷達、殺菌、工業加工、激光選通成像等諸多領域中，對高電壓、大功率、重復頻率的納秒級窄脈沖信號源的需求也越來越多。以應用越來越廣泛的激光器件為例，常用的小型激光器工作時的功率約為十毫瓦級至百毫瓦級，乃至部分到達瓦級。一般情況下供電功率過大會導致激光器損壞，然而瞬間的高功率并不會致使激光器損壞，因而瞬間觸發點亮激光器的應用也油然而生，隨之瞬間觸發激光點亮的方法，比如將一般輸出的連續激光能量壓縮到寬度極窄的脈沖中發射的調Q技術也得到了發展。盡管調Q激光器的峰值功率可以提高幾個數量級，但是這種觸發激光器的方法有頻段限制的缺點，并不是所有的激光器都可以這么做，相比較之下，同樣能獲得高峰值功率、窄脈沖的雪崩級聯電路控制方法具有更好的頻段普適性。

在實際應用中，電壓或功率并不是一成不變的越高越好，有時需要在多種電壓或功率之間進行切換，以根據不同的應用場景適用不同的輸出結果。例如在驅動激光管的應用中，為使激光的亮度隨應用場景發生自動調節，此時就需要通過調節驅動功率來實現等。現有雪崩級聯電路盡管款式多樣，但基本都是基于Mark級聯電路，且輸出功率固定，對輸出要求多樣性的設備來說有著非常大的局限性。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種高壓窄脈沖輸出源的控制電路，對多級Mark級聯電路的結構進行改進，增加特定的開關控制模塊，并結合軟件來實現對級聯電路中部分單元進行選擇性級聯，從而到達輸出可控的目的。

具體地，一種脈沖輸出源控制電路包括觸發部分、級聯充放電部分和負載部分。所述級聯充放電部分包括多個依次級聯的單元，每個上述單元都包括一個雪崩晶體管、一個可控晶體管、限流電阻和充電電容；其中直流電源經過限流電阻加到所述雪崩晶體管的集電極，當所述雪崩晶體管處于截止狀態時，所述直流電源能夠經過限流電阻為所述充電電容充電；所述雪崩晶體管的發射極接地；每個上述單元中的雪崩晶體管的基極連接與當前所述單元緊鄰的上一個單元或者與當前所述單元緊鄰的所述觸發部分中的充電電容。每個上述單元中的所述可控晶體管的基極用于接收控制信號，所述可控晶體管的發射極連接當前單元中雪崩晶體管的基極，所述可控晶體管的集電極連接與當前所述單元緊鄰的下一個單元中雪崩晶體管的集電極。

優選地，所述可控晶體管與所述雪崩晶體管為同型號的晶體管。例如所述可控晶體管為NPN型。

進一步，所述雪崩晶體管的觸發方式為觸發導通、過壓導通或者快速上升沿導通。當所述可控晶體管的觸發方式為硬件觸發，或軟件觸發。

此外，為實現上述目的，本發明還提供一種高壓窄脈沖輸出源的控制方法，其使用上述脈沖輸出源的控制電路，當所述觸發部分沒有接收到觸發信號時，所述直流電源為所述充電電容充電；當所述觸發部分接收到所述觸發信號時，包括了多個所述充電電容的電容組開始放電以實現功率輸出；為了實現輸出功率的調節，向一個、兩個或者多個所述單元中的所述可控晶體管的基極提供觸發信號以將該可控晶體管所在單元中的充電電容排除在所述電容組之外，從而實現輸出功率的調節。

優選地，向所述可控晶體管的基極提供觸發信號具體為向相互間隔的兩個或多個單元的可控晶體管的基極提供觸發信號。同時，向所述觸發部分提供的觸發信號與向所述可控晶體管的基極提供的觸發信號也可以相同