一种用于容性和感性负载的高速脉冲电路 |
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| 申请号 | CN202410204462.9 | 申请日 | 2024-02-24 | 公开(公告)号 | CN117792141B | 公开(公告)日 | 2024-04-26 |
| 申请人 | 厦门理工学院; | 发明人 | 张强; 陈正威; 曾建斌; 张达敏; 林万辉; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及高压脉冲技术领域，尤其涉及一种用于容性和感性负载的高速脉冲 电路 。该高速脉冲电路，包括直流 电压 源V1、负载以及连接于直流电压源V1与负载之间高速脉冲电路；高速脉冲电路包括第一场效应管S1、第二场效应管S2和第三场效应管S3以及 二极管 D1。本发明通过设置三个N 沟道 场效应管及一个二极管，控制场效应管之间的导通与截止，从而可以输出不同宽度、 频率 的脉冲，同时可以根据负载性质的不同切换方案，当负载为容性时，通过部分场效应管的同时导通，为负载电容提供快速放电的回路，陡化脉冲下降沿，当负载为感性时，通过并联场效应管上的二极管与电路中的二极管，为负载电感提供反向电压，陡化脉冲下降沿。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于容性和感性负载的高速脉冲电路，其特征在于，包括直流电压源V1、负载以及连接于直流电压源V1与负载之间高速脉冲电路；高速脉冲电路包括第一场效应管S1、第二场效应管S2和第三场效应管S3以及二极管D1； |
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| 说明书全文 | 一种用于容性和感性负载的高速脉冲电路技术领域[0001] 本发明涉及高压脉冲技术领域，尤其是涉及的是一种用于容性和感性负载的高速脉冲电路。 背景技术[0002] 脉冲功率电源的基本原理是控制电荷的长时积累和瞬时释放，利用快速开关在短时间内同时释放储存在储能元件内的电能，获得幅值很高的电脉冲。电路中通过电感和者 电容实现能量的存储，然后通过开关的周期性导通与关断产生一定宽度的脉冲。在这样一 个脉冲形成电路中，由于储能元件电感和电容的放电效应，脉冲电压下降到零需要一定的 时间。 [0003] 最近几十年来,功率半导体器件在功率处理能力和开关速度方面取得快速发展，以体积小、重频高、易触发、可控性强、寿命长、可靠性高等优点，成为了脉冲功率源中的主 导开关。而电路中多个器件的串并联使用会导致系统体积增大，回路杂散电感和分布电容 增加,放电时间变长，增加脉冲上升沿和下降沿时间，使脉冲输出的波形质量变差，在容性 和感性负载下，脉冲的下降沿会进一步变慢。 [0004] 在基于磁开关的高功率脉冲后沿陡化电路中，磁开关也有明显缺点，磁开关不可控制，必须要和半导体开关的优良可控性结合在一起才能发挥出快速开通特性，除此之外， 磁开关的磁芯必须复位，磁材料有损耗，在重复频率运行时，可能会超过磁芯允许温度，导 致开关性能变差，同时磁开关会在电路中产生预脉冲。 [0005] 容性负载下的截尾电路只适用于负载为容性的情况，现代有多数感性设备被广泛应用于生产中，并且在回路很长的情况下，线路上也具有杂散电感，电路中的所有电感会对 脉冲下降沿起着决定性作用。 发明内容[0006] 本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及其他 说明书附图中所特别指出的结构来实现和获得。 [0007] 本发明的目的在于克服上述不足，提供一种用于容性和感性负载的高速脉冲电路，通过设置三个N沟道场效应管及一个二极管，控制场效应管之间的导通与截止，从而可 以输出不同宽度、频率的脉冲，同时可以根据负载性质的不同切换方案，当负载为容性时， 通过部分场效应管的同时导通，为负载电容提供快速放电的回路，加速脉冲下降过程，陡化 脉冲下降沿，当负载为感性时，通过并联场效应管上的二极管与电路中的二极管，为负载电 感提供反向电压，加速脉冲下降过程，陡化脉冲下降沿，当负载电流下降为0时，场效应管截 止，反压自动消失。 [0008] 本发明提供一种用于容性和感性负载的高速脉冲电路，包括直流电压源V1、负载以及连接于直流电压源V1与负载之间高速脉冲电路；高速脉冲电路包括第一场效应管S1、 第二场效应管S2和第三场效应管S3以及二极管D1； [0009] 直流电压源V1的正极与第一场效应管S1的漏极、二极管D1的负极连接，第二场效应管S2的漏极与第一场效应管S1的源极连接，二极管D1的正极与第三场效应管S3的漏极连 接，直流电压源V1的负极与第二场效应管S2的源极、第三场效应管S3的源极连接，负载的正 极与第二场效应管S2的漏极、第一场效应管S1的源极连接，负载的负极与二极管D1的正极、 第三场效应管S3的漏极连接。 [0010] 在一些实施例中，第一场效应管S1、第二场效应管S2和第三场效应管S3均为N沟道场效应管。 [0011] 在一些实施例中，负载为容性负载或感性负载。 [0012] 在一些实施例中，当负载为容性负载时，输出的脉冲电压包括三个阶段： [0013] 充电阶段：直流电压源V1对容性负载充电，第一场效应管S1和第三场效应管S3导通，在第一场效应管S1和第三场效应管S3同时导通期间，容性负载获得高电压； [0014] 放电阶段：断开第一场效应管S1，第二场效应管S2、第三场效应管S3导通，容性负载、第二场效应管S2和第三场效应管S3之间形成闭合回路，对容性负载快速放电，加速输出 脉冲电压下降过程； [0015] 归零阶段：容性负载电压下降到零，断开第二场效应管S2。 [0016] 在一些实施例中，当负载为感性负载时，输出的脉冲电压包括两个阶段： [0017] 充电阶段:直流电压源V1对感性负载充电，第一场效应管S1和第三场效应管S3导通，在第一场效应管S1和第三场效应管S3同时导通期间，感性负载获得高电压； [0018] 截尾阶段：对感性负载充电之后进入截尾阶段，第一场效应管S1截止，通过并联第二场效应管S2上的二极管与二极管D1,为感性负载提供反向电压，获得快速的下降沿。 [0019] 在一些实施例中，在充电阶段，直流电压源V1对感性负载的电压为左正右负，在截尾阶段，直流电压源V1对感性负载输出反向电压，使感性负载中电感上的电流快速下降。 [0020] 在一些实施例中，通过控制第一场效应管S1和第三场效应管S3的导通和截止，控制输出脉冲的宽度和频率。 [0021] 通过采用上述的技术方案，本发明的有益效果是： [0022] 本发明通过设置三个N沟道场效应管及一个二极管，控制场效应管之间的导通与截止，从而可以输出不同宽度、频率的脉冲，同时可以根据负载性质的不同切换方案，有效 减小脉冲的下降沿时间，陡化脉冲下降沿，适用于对脉冲输出边沿有严格速度要求的场合。 [0023] 本发明的高速脉冲电路，当负载为容性时，通过部分场效应管的同时导通，为负载电容提供快速放电的回路，加速脉冲下降过程，陡化脉冲下降沿，当负载为感性时，通过并 联场效应管上的二极管与电路中的二极管，为负载电感提供反向电压，加速脉冲下降过程， 陡化脉冲下降沿，当负载电流下降为0时，场效应管截止，反压自动消失。 [0024] 应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。 [0025] 无疑的，本发明的此类目的与其他目的在下文以多种附图与绘图来描述的较佳实施例细节说明后将变为更加显见。 [0026] 为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一个或数个较佳实施例，并配合所示附图，作详细说明如下。 附图说明[0027] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。 [0028] 在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，并且附图是示意性的，并不一定按照实际的比例绘制。 [0029] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一个或数个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据此类附图获得其他的附图。 [0030] 图1为本发明一些实施例中的高速脉冲电路结构示意图； [0031] 图2为本发明一些实施例中的负载获得高电压时的等效电路示意图； [0032] 图3为本发明一些实施例中的加快容性负载下降沿过程的等效电路示意图； [0033] 图4为本发明一些实施例中的加快感性负载下降沿过程的等效电路示意图。 具体实施方式[0034] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，但并 不用于限定本发明。 [0035] 另外，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此 不能理解为对本发明的限制。 [0036] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关 系。但注明直接连接则说明连接地两个主体之间并不通过过渡结构构建连接关系，只通过 连接结构相连形成一个整体。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上 述术语在本发明中的具体含义。 [0037] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描 述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个 实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例 或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中 以合适的方式结合。 [0038] 参照图1，图1为本发明一些实施例中的高速脉冲电路结构示意图。 [0039] 根据本发明的一些实施例，本发明提供了一种用于容性和感性负载的高速脉冲电路，包括直流电压源V1、负载以及连接于直流电压源V1与负载之间高速脉冲电路；高速脉冲 电路包括第一场效应管S1、第二场效应管S2和第三场效应管S3以及二极管D1； [0040] 第一场效应管S1、第二场效应管S2和第三场效应管S3均为N沟道场效应管，负载为容性负载或感性负载； [0041] 直流电压源V1的正极与第一场效应管S1的漏极、二极管D1的负极连接，第二场效应管S2的漏极与第一场效应管S1的源极连接，二极管D1的正极与第三场效应管S3的漏极连 接，直流电压源V1的负极与第二场效应管S2的源极、第三场效应管S3的源极连接，负载的正 极与第二场效应管S2的漏极、第一场效应管S1的源极连接，负载的负极与二极管D1的正极、 第三场效应管S3的漏极连接。 [0042] 参照图2，图2为本发明一些实施例中的负载获得高电压时的等效电路示意图。 [0043] 根据本发明的一些实施例，可选地，当负载为容性负载时，充电阶段，直流电压源V1对容性负载充电，第一场效应管S1和第三场效应管S3导通，在第一场效应管S1和第三场 效应管S3同时导通期间，容性负载获得高电压； [0044] 当负载为感性负载时，充电阶段，直流电压源V1对感性负载充电，第一场效应管S1和第三场效应管S3导通，在第一场效应管S1和第三场效应管S3同时导通期间，感性负载获 得高电压； [0045] 通过控制第一场效应管S1和第三场效应管S3的导通和截止，控制输出脉冲的宽度和频率。 [0046] 参照图3，图3为本发明一些实施例中的加快容性负载下降沿过程的等效电路示意图。 [0047] 根据本发明的一些实施例，可选地，当负载为容性负载时，放电阶段，断开第一场效应管S1，第二场效应管S2、第三场效应管S3导通，容性负载、第二场效应管S2和第三场效 应管S3之间形成闭合回路，对容性负载快速放电，加速输出脉冲电压下降过程；归零阶段， 容性负载电压下降到零，断开第二场效应管S2。 [0048] 参照图4，图4为本发明一些实施例中的加快感性负载下降沿过程的等效电路示意图。 [0049] 根据本发明的一些实施例，可选地，当负载为感性负载时，截尾阶段，对感性负载充电之后进入截尾阶段，第一场效应管S1截止，通过并联第二场效应管S2上的二极管与二 极管D1,为感性负载提供反向电压，获得快速的下降沿。 [0050] 在充电阶段，直流电压源V1对感性负载的电压为左正右负，在截尾阶段，直流电压源V1对感性负载输出反向电压，使感性负载中电感上的电流快速下降。 [0051] 应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于此处所公开的特定处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的此类特征的等同替代。还应当理解的 是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。 [0052] 说明书中提到的“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语或“实施例”并不一定均指同 一个实施例。 [0053] 此外，所描述的特征或特性可以任何其他合适的方式结合到一个或多个实施例中。在上面的描述中，提供一些具体的细节，例如厚度、数量等，以提供对本发明的实施例的 全面理解。然而，相关领域的技术人员将明白，本发明无需上述一个或多个具体的细节便可 实现或者也可采用其他方法、组件、材料等实现。 |
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