[發明專利]納秒級高壓脈沖開關驅動電路

有效

• 申請號: 202010878276.5
• 申請日: 2020-08-27
• 公開（公告）號: CN112165240B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 裴崇雷;金東東;紀春恒;孫磊
• 申請（專利權）人: 山東航天電子技術研究所
• 主分類號: H02M1/088
• 分類號: H02M1/088;H03K3/353
• 代理公司: 北京金碩果知識產權代理事務所(普通合伙) 11259
• 代理人: 郝曉霞

1.一種納秒級高壓脈沖開關驅動電路，其特征在于：包括信號邊沿鎖存提取電路、正負高壓轉換電路、控制信號反向增強電路和MOSFET開關電路；

信號邊沿鎖存提取電路用于輸入信號的脈寬提取，選用高速觸發邏輯器件對輸入的TTL信號進行邊沿提取，輸入信號脈寬最窄為納秒級；

正負高壓轉換電路用于進行跟隨控制，具有一定時間差的正負脈沖信號作為跟隨控制芯片的時鐘信號和控制信號；

控制信號反向增強電路，采用數個高速反相器對兩路、具有一定寬度的脈沖信號進行邊沿采集以獲得多路脈沖信號；

MOSFET開關電路選用高速MOSFET開關管，在驅動信號控制下，MOSFET開關管實現納秒級通斷操作，以輸出納秒級正負高壓脈沖信號；

所述的信號邊沿鎖存提取電路，電容C1、電阻R1、電阻R2、電阻R3和電阻R4的一端均與TTL輸入信號signal及觸發器U2的9端相連，電容C1、電阻R1、電阻R2、電阻R3和電阻R4的另一端均接GND端；電容C2一端與觸發器U2的10端及+5VCC相連，其另一端接GND端；電阻R10一端與觸發器U2的11端、12端、13端相連，其另一端與電容C11及觸發器U5的3端相連，電容C11的另一端接GND端；觸發器U2的1端、14端與+5VCC相連，7端接GND端；電阻R6、電阻R7、電阻R8、二極管D14正端和觸發器U2的6端相連，電阻R6的另一端為控制B端，電阻R7的另一端與二極管D14負端及電容C5相連，電容C5的另一端接GND端，電阻R8的另一端接三極管M11的基極；三極管M11的發射極接+5VCC，集電極為控制A端；電容C3一端與觸發器U3的2端、4端、13端、14端相連至+5VCC，其另一端接GND端；電容C4、電阻R5、二極管D12負端與觸發器U3的10端相連，電容C4的另一端接GND端，電阻R5的另一端與二極管D12的正端及觸發器U3的3端、9端相連，觸發器U3的7端接GND端，觸發器U3的1端、6端與觸發器U2的12端相連，觸發器U3的11端與觸發器U2的2端、8端相連；電阻R9、二極管D13負端與觸發器U2的3端、4端、5端及觸發器U5的2端相連，電阻R9的另一端、二極管D13正端、電容C6與觸發器U4的3端相連；電容C6的另一端接GND端，電容C7的一端與觸發器U4的2端、4端、10端、12端、14端 相連至+5VCC，電容C7的另一端接GND端；電容C8一端與GND 相連，另一端與觸發器U4的1端、6端相連為信號SIG_B端；電容C9一端與GND相連，另一端與觸發器U4的8端、11端、13端相連；觸發器U4的9端為信號SIG_A端，觸發器U4的7端接GND端；電容C12的一端與觸發器U5的4端、5端相連，其另一端接GND端；電容C10的一端與觸發器U5的1端、10端、12端、14端相連至+5VCC，其另一端接GND端；電容C13的一端接GND端，另一端與觸發器U5的8端、11端、13端相連為信號SIG_C端；觸發器U5的7端接GND端，觸發器U5的6端為信號SIG_D端；

輸入TTL信號signal的周期為T0，脈寬是可變的，當納秒TTL信號輸入時，雙路高速觸發器U2采集TTL輸入信號signal的邊沿信息，并由高速鎖存器U3鎖存signal的上升沿和下降沿，由U2緩沖后，上升沿用于驅動開關管M11，得到控制A信號，用于提升+50V輸出開關電平，下降沿經R6緩沖后得到控制B，用于拉低-200V輸出的開關電平；同時U4和U5觸發器分別將U2采集的signal信號的邊沿信息轉換成弱驅動信號SIG_A、SIG_B、SIG_C和SIG_D，其中SIG_A和SIG_B經反向增強后用于驅動控制+50V的MOSFET開關管M17的通斷，SIG_C和SIG_D經反向增強后用于驅動控制-200V的MOSFET開關管M14的通斷；

所述的正負高壓轉換電路，電容C19的一端與電源轉換模塊U10的22端、23端相連至供電+12V端，電阻R16一端與電源轉換模塊U10的16端、17端相連，電阻R16的另一端與電源轉換模塊U10的15端相連至輸出-200V端，電源轉換模塊U10的8端與9端相連，電源轉換模塊U10的2端、3端、12端、13端接GND端；電容C18的一端與電壓轉換模塊U9的22端、23端相連至供電+12V端，電阻R15一端與電壓轉換模塊U9的16端相連，電阻R15的另一端與電壓轉換模塊U9的8端、10端、15端、17端相連至GND端，電壓轉換模塊U9的2端、3端接GND端，電壓轉換模塊U9的13端為輸出+50V端；

所述的控制信號反向增強電路，電容C21的一端接GND端，另一端與反相器U12的14端相連至+7VDC端；反相器U12的1端、3端、5端、9端、11端、13 端與輸入信號SIG_A端相連，反相器U12的2端、4端、6端、8端、10端、12端與輸出端反向A相連；電容C22的一端接GND端，另一端與反相器U13的14端相連至+7VDC端；反相器U13的1端、3端、5端、9端、11端、13端與輸入信號SIG_B端相連，反相器U13的2端、4端、6端、8端、10端、12端與輸出端反向B相連；電容C23的一端接GND端，另一端與反相器U14的14端相連至+7VDC端；反相器U14的1端、3端、5端、9端、11端、13端與輸入信號SIG_C端相連，反相器U14的2端、4端、6端、8端、10端、12端與輸出端反向C相連；電容C24的一端接GND端，另一端與反相器U15的14端相連至+7VDC端；反相器U15的1端、3端、5端、9端、11端、13端與輸入信號SIG_D端相連，反相器U15的2端、4端、6端、8端、10端、12端與輸出端反向D相連；

所述的MOSFET開關電路，電容C26一端與輸入反向A端相連，另一端與電阻R20、開關管M15的基極相連；電阻R20另一端與電容C27 的正端、開關管M15的發射極相連至+50V端；電容C27的負端接GND端，開關管M15的集電極、開關管M19的集電極與電容C28的一端相連，開關管M19的基極與輸入反向B端相連，開關管M19的發射極接GND端，電容C28的另一端與開關管M16的集電極、開關管M17的基極相連；開關管M16的基極與控制A端相連，開關管M16的發射極接+50V端；開關管M17的集電極與開關管M14的集電極相連至輸出SMA端，電容C29、電阻R21、穩壓管KZ6正端與開關管M17的發射極相連，電容C29的另一端與電阻R21的另一端相連至GND端，穩壓管KZ6的負端接+50V端；電容C30一端接輸入反向C端，其另一端與電阻R22、開關管M18的基極相連；電阻R22的另一端與電容C31的正端、開關管M18的發射極相連至+50V端，電容C31的負端接GND端，開關管M18的集電極、開關管M12的集電極與電容C32一端相連；開關管M12的基極與輸入反向D端相連，開關管M12的發射極接GND端，電容C32的另一端與開關管M13集電極、開關管M14的基極相連，電容C32的另一端與開關管M13的集電極、開關管M14的基極相連，開關管M13的基極與輸入控制B端相連，開關管M13的發射極接-200V端；電阻R23、電容C33、穩壓管KZ5的負端與開關管M14的發射極相連，電阻R23的另一端與電容C33的另一端相連至 GND端，穩壓管KZ5的正端接-200V端。