[0070]3)次级驱动信号产生:
[0071]S1经过P通道MOSFET管开关电路产生中压驱动信号Q1，维持高速高压脉冲成形开关低压端的导通与截止；
[0072]S2经过N通道MOSFET管开关电路产生中压驱动信号Q2，维持高速高压脉冲成形开关尚压端的截止；
[0073]S3和S4经过MOSFET对管构成的推挽电路产生中压驱动信号Q3，加速高速高压脉冲成形开关低压端的导通；
[0074]S5和S6经过MOSFET对管构成的推挽电路产生中压驱动信号Q4，加速高速高压脉冲成形开关高压端的截止，
[0075]S7经过P通道MOSFET管开关电路产生高压驱动信号Q5 ;加速高速高压脉冲成形开关低压端的截止，
[0076]S8经过N通道MOSFET管开关电路产生中压驱动信号Q6 ;加速高速高压脉冲成形开关高压端的导通，
[0077]4)高速高压脉冲成形:
[0078]Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6驱动高速高压脉冲成形开关组输出高速高压门控信号；具体步骤如下:
[0079]4.1)高速高压成型级的推挽电路由高速高压增强型MOSFET对管构成。
[0080]4.2)Q4接于推挽电路高压端耦合电容的一端，Q2和Q6接于推挽电路高压端耦合电容的另一端；Q3接于推挽电路低压端耦合电容的一端，Q1和Q5接于推挽电路低压端耦合电容的另一端；
[0081]4.3)推挽电路输出具有快速下降沿(1ns)和快速上升沿(1ns)幅度为-200V至+50V的方波信号。
【主权项】
1.一种脉宽可调的高压方波发生器，包括触发输入单元、电源输入单元、高压脉冲成形单元及驱动单元，其特征在于: 所述高压脉冲成形单元包括MOSFET推挽电路，所述MOSFET推挽电路包括高压端电路和低压端电路，所述高压端电路的入口处设置有用于与驱动信号耦合和高压隔离的高压端耦合电容，所述低压端电路的入口设置有用于与驱动信号耦合和高压隔离的低压端耦合电容， 所述驱动单元利用触发输入单元的输出信号产生加速高压端电路中MOSFET管截止的中压驱动信号Q4、维持高压端电路中的MOSFET管截止的中压驱动信号Q2、高压端电路中的MOSFET管的中压驱动信号Q6 ;加速低压端电路中的MOSFET管导通的中压驱动信号Q3、维持低压端电路中的MOSFET管导通的中压驱动信号Q1及低压端电路中的MOSFET管的中压驱动信号Q5， Q4连接在高压端电容的一端，Q2和Q6连接在高压端电容的另一端， Q3连接在低压端电容的另一端，Q1和Q5连接在低压端电容的另一端。2.根据权利要求1所述的脉宽可调的高压方波发生器，其特征在于:高压脉冲成形单元的驱动单元包括初级驱动信号产生单元和次级驱动信号产生单元； 所述初级驱动信号产生单元包括8通道缓冲电路、单稳态电路及缓冲电路，所述8通道缓冲电路将触发信号分成8路并输出8路TTL信号，所述单稳态电路用于脉冲宽度展宽与延迟，所述缓冲电路用于增加输出电流； 8路TTL信号中的两路信号S1、S2由触发信号直接倒相，8路TTL信号中的另外3路信号的信号前沿利用单稳态电路形成前沿脉冲S3、后沿脉冲S4及S7，S3的前沿与S4及S7的后沿对齐，S4及S7的前沿与触发信号的前沿对齐；8路TTL信号中的其余3路信号的后沿利用单稳态电路形成前沿脉冲S5、S8及后沿脉冲S6，S5及S8的前沿与触发脉冲的后延对齐，S6的前沿与S5及S8的后沿对齐； 所述次级驱动信号产生单元包括2路推挽电路和4路单管MOSFET开关电路；S1、S2、S7、S8直接输出至4路单管MOSFET开关电路分别产生维持低压端电路中MOSFET管导通的中压驱动信号Q1、维持高压端电路中MOSFET管截止的中压驱动信号Q2、低压端电路中MOSFET管的中压驱动信号Q5、高压端电路中MOSFET管的中压驱动信号Q6 ;S3、S4输出至一个推挽电路产生加速低压端电路中MOSFET管导通的中压驱动信号Q3，S5、S6输出至一个推挽电路产生加速高压端电路中MOSFET管截止的中压驱动信号Q4。3.根据权利要求2所述的脉宽可调的高压方波发生器，其特征在于:所述电源输入单元包括12V直流电源和DC/DC电路，所述DC/DC电路用于将12V直流电源变换成5V、50V.-200V直流电源；所述5V直流电源送入初级驱动产生电路，50V直流电源和-200V直流电源用于次级驱动产生单元产生电路和高压脉冲成形单元的供电。4.根据权利要求3所述的脉宽可调的高压方波发生器，其特征在于:所述DC/DC电路包括二次电源调整电路、偏压产生电路和高压产生电路，分别用于将12V直流电源变换成5V、50V、-200V 直流电源。5.根据权利要求4所述脉宽可调的紧凑型高压方波发生器，其特征在于:高压方波发生器设置在采用层叠式结构三块电路板上，其中一块电路板采用四层设计，顶层放置电源输入单元和另外两块分别放置DC-DC电路的电路板，中间为电源分割层和地，底层为初级驱动产生单元、次级驱动产生单元和高压脉冲成形单元。6.根据权利要求2所述的脉宽可调的高压方波发生器，其特征在于:所述缓冲电路为非门电路。7.根据权利要求1所述的脉宽可调的高压方波发生器，其特征在于:触发输入单元包括外部触发接口和匹配电路；所述外部触发接口用于连接计算机或信号源；所述匹配电路用于输入触发信号的匹配。8.利用权利要求2所述的方波发生器产生方波的方法，其特征在于:包括以下步骤: 1)触发输入: 输入具有一定脉冲宽度的外部触发信号； 2)产生初级驱动信号S1-S8: 利用D触发器，将外部触发信号转换为8路TTL脉冲信号作为初级驱动信号， 8路TTL脉冲信号中的两路信号S1、S2由触发信号直接倒向，8路TTL信号中的另外3路信号利用触发信号前沿形成前沿脉冲S3、后沿脉冲S4、S7，S3的前沿与S4及S7的后沿对齐，S4及S7的前沿与触发信号的前沿对齐；8路TTL信号中的其余3路信号利用触发信号后沿形成前沿脉冲S5、S8及后沿脉冲S6，S5及S8的前沿与触发脉冲的后延对齐，S6的前沿与S5及S8的后沿对齐； 3)产生次级驱动信号Q1-Q6: 第一路信号S1经过P通道MOSFET管开关电路产生中压驱动信号Q1，用于维持高压脉冲成形单元低压端电路中的MOSFET管的导通，Q1与S1时序关系相同，只是通过P通道MOSFET管开关电路加大了驱动功率，电压和电流增强； 第二路信号S2经过N通道MOSFET管开关电路产生中压驱动信号Q2，用于维持高压脉冲成形单元高压端电路中的MOSFET管的截止，Q2与S2时序关系相同，只是通过N通道MOSFET管开关电路加大了驱动功率，电压和电流增强； 第三路信号S3和第四路信号S4经过MOSFET对管构成的推挽电路产生中压驱动信号Q3，用于加速高压脉冲成形单元低压端电路中的MOSFET管的导通，Q3是S3与S4驱动经过MOSFET对管构成的推挽电路产生的信号，增加了功率和加速上升下降沿，Q3的宽度等于S4开，S3关； 第五路信号S5和第六路信号S6经过MOSFET对管构成的推挽电路产生中压驱动信号Q4，用于高压脉冲成形单元高压端电路中MOSFET管的截止，Q4是S5与S6驱动经过MOSFET对管构成的推挽电路产生的信号，同样是增加了功率和加速上升下降沿，Q4的宽度等于S5开，S6关； 第七路信号S7经过P通道MOSFET管开关电路产生高压驱动信号Q5 ;Q5与S7时序关系相同，只是通过P通道MOSFET管开关电路加大了驱动功率，电压和电流增强； 第八路信号S8经过N通道MOSFET管开关电路产生中压驱动信号Q6 ;Q6与S8时序关系相同，只是通过N通道MOSFET管开关电路加大了驱动功率，电压和电流增强； 4)高速高压脉冲成形: 次级驱动信号Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6驱动高压脉冲成形单元输出高速高压门控信号，具体步骤如下: 4.1)中压驱动信号Q4接于高速高压推挽电路高压端耦合电容的一端，中压驱动信号Q2和Q6接于高速高压推挽电路高压端耦合电容的另一端；中压驱动信号Q3接于高速高压推挽电路低压端耦合电容的一端，中压驱动信号Q1和高压驱动信号Q5接于高速高压推挽电路低压端耦合电容的另一端； 4.2)高速高压推挽电路输出方波信号。9.根据权利要求8所述的脉宽可调的紧凑型高压方波发生方法，其特征在于:所述外部触发信号的脉冲宽度等于输出宽度加8ns，幅值为3-5V。10.根据权利要求9所述的脉宽可调的紧凑型高压方波发生方法，其特征在于:所输出的方波信号具有Ins快速下降沿和Ins快速上升沿，幅度为-200V至+50V。
【专利摘要】本发明涉及一种脉宽可调的高压方波发生器及高压方波发生方法，主要基于分级分路驱动替代现有单路单级或单路多级驱动。对脉冲的前沿和后沿分别多级加速驱动，克服现有方式产生前后沿不快的缺点；高压脉冲成形单元的高压端和低压端的导通和截止分别驱动，克服现有方式产生脉宽不窄及重频不高的缺点；维持高压端导通与截止、维持低压端导通与截止分别驱动，克服现有方式脉冲不能太宽的缺点。
【IPC分类】H03K3/02
【公开号】CN105391428
【申请号】CN201510599068
【发明人】郭明安, 杨少华, 高帅, 罗通顶, 严明, 李刚, 刘璐, 杜继业, 宋岩, 李斌康, 刘偲
【申请人】西北核技术研究所
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年9月18日