专利名称：高压脉冲发生器的单管触发式开关电路的制作方法
技术领域：
本实用新型属于脉冲功率技术，特别是仅用单个触发信号触发导通的高压脉冲发 生器的单管触发式开关电路。
背景技术：
开关技术是脉冲功率领域的重要技术。近年，随着脉冲功率技术向高重复频率、高 功率和紧凑型方向发展，固体开关技术得到了快速的发展。功率型场效应管是固体开关的 一种，具有优异的高频特性和开关性能，但其单管工作电压低，需采用串联、叠加等电路结 构提高输出电压才能满足脉冲功率系统的要求。于是功率型场效应管和高压脉冲发生器被 结合在一起，高压脉冲发生器是利用储能电容并联充电、串联放电使输出电压倍加的脉冲 功率装置，一般采用的火花间隙作为开关器件，并利用其过压击穿特性实现串联放电，而功 率型场效应管过压击穿会导致失效，故目前高压脉冲发生器结构功率型场效应管串联开关 电路均采用多管触发结构，即通过多个同步的触发信号驱动功率型场效应管导通实现串联 放电。虽然这样能实现高压串联放电，但也存在一些问题首先，每只功率型场效应管都需 有对应的驱动电路，结构复杂且可靠性低；其次，串联导通过程中每只功率型场效应管的源 极电位不一致，栅极驱动电路不共地，触发信号和供电电源需隔离，且隔离电压接近输出电 压；最后，为保证输出特性，要求功率型场效应管导通一致性好，这对驱动信号同步性和功 率型场效应管的特性匹配提出较高的要求。《强激光与粒子束》2010年发表了题为《基于金属氧化物半导体场效应管的MARX 发生器》的文章，文章中的MARX(高压脉冲发生器)结合功率型场效应管串联开关电路采用 了多管触发的结构，每只功率型场效应管栅极连接独立的驱动电路，触发信号采用光纤隔 离传输，电路结构复杂。除文中提及内容外，还需解决供电电源高压隔离和功率型场效应管 同步导通等问题。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种驱动电路结构简单， 无需解决驱动信号同步和隔离问题的高压脉冲发生器的单管触发式开关电路。本实用新型的解决方案是一种高压脉冲发生器的单管触发式开关电路，包括高 压脉冲发生器的多级充、放电电路，高压脉冲发生器的开关器件功率型场效应管，对功率型 场效应管进行触发的驱动电路形成的触发信号，其特点是第一级充、放电电路中功率型场 效应管的栅极连接驱动电路，之后每级充、放电电路中功率型场效应管的栅极与一只接地 电容串联，接地电容另一端接地。本实用新型的工作过程是电源通过电阻将储能电容充电，相应各级储能电容均 被充电至相同输入电压，当触发信号驱动功率型场效应管开始导通后，功率型场效应管漏 极电压开始下降，因为储能电容的存在，下一级功率型场效应管的源极电压跟随下降，由于 接地电容的存在，上述下一级功率型场效应管的栅极电压维持不变，于是在上述下一级功率型场效应管的栅极和源极之间形成电压差，当电压差大于功率型场效应管的门限电压 后，功率型场效应管开始导通，同理各级功率型场效应管依次导通。当功率型场效应管全部 导通后，储能电容串联对负载RL放电，实现电压倍加输出功能。本实用新型的解决方案中，功率型场效应管采用M0SFET。本实用新型的解决方案中，高压脉冲发生器为MARX发生器。本实用新型的优点是由于每级充、放电电路中功率型场效应管的栅极与一只接 地电容串联，接地电容另一端接地，工作时各级功率型场效应管依次导通，所以无需解决驱 动信号同步和隔离问题，触发信号只需一个，实现单管触发功率型场效应管，大大减少驱动 电路。
本实用新型将通过附图比较以及结合实例的方式说明图1是本实用新型结电路示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图及实施 例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释 本实用新型，并不用于限定本实用新型。本实用新型实施例如图1所示MARX发生器的单管触发式开关电路，包括多级充、 放电电路，MARX发生器的开关器件功率型场效应管Q，对功率型场效应管Q进行触发的驱动 电路形成的触发信号Vd，第一级充、放电电路中功率型场效应管Ql的栅极连接驱动电路， 之后每级充、放电电路中功率型场效应管Q2 Qn的栅极与一只接地电容Cg串联，接地电 容Cg另一端接地。电源通过电阻Rdl和Rs2将储能电容Cl充电至Vh，同理C2 Cn被并 联充电至Vh，当触发信号Vd驱动功率型场效应管Ql开始导通后，功率型场效应管Ql漏极 电压开始下降，因为电容Cl的存在，功率型场效应管Q2的源极电压跟随下降，由于接地电 容Cg2的存在，功率型场效应管Q2的栅极电压维持不变，于是在功率型场效应管Q2的栅极 和源极之间形成电压差，当电压差大于功率型场效应管Q2的门限电压后，功率型场效应管 Q2开始导通，同理功率型场效应管Q3 Qn开始导通。当功率型场效应管Ql Qn全部开 始导通后，电容Cl Cn串联对负载RL放电，输出电压约等于nVh。上述的功率型场效应管 采用 MOSFET。本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式组合。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙 述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只 是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
权利要求1.一种高压脉冲发生器的单管触发式开关电路，包括高压脉冲发生器的多级充、放电 电路，高压脉冲发生器的开关器件功率型场效应管to)，对功率型场效应管(Q)进行触发的 驱动电路形成的触发信号(Vd)，其特征在于第一级充、放电电路中功率型场效应管⑴)的 栅极连接驱动电路，之后每级充、放电电路中功率 型场效应管(Q)的栅极与一只接地电容 (Cg)串联，接地电容(Cg)另一端接地。
2.根据权利要求1所述的高压脉冲发生器的单管触发式开关电路，其特征在于功率型 场效应管(Q)采用MOSFET。
3.根据权利要求1所述的高压脉冲发生器的单管触发式开关电路，其特征在于高压脉 冲发生器为MARX发生器。
专利摘要本实用新型属于高压脉冲发生器的单管触发式开关电路，包括高压脉冲发生器的多级充、放电电路，高压脉冲发生器的开关器件功率型场效应管，触发信号，其第一级充、放电电路中功率型场效应管的栅极连接驱动电路，之后每级充、放电电路中功率型场效应管的栅极与一只接地电容串联，接地电容另一端接地。本实用新型工作时各级功率型场效应管依次导通，所以无需解决驱动信号同步和隔离问题，触发信号只需一个，实现单管触发功率型场效应管，大大减少驱动电路。
文档编号H03K3/36GK201928248SQ201020635868
公开日2011年8月10日 申请日期2010年11月30日 优先权日2010年11月30日
发明者丁明军, 于治国, 代刚, 任青毅, 冯宗明, 冯莉, 叶超, 吴红光, 张振涛, 曹宁翔, 曹科峰, 李亚维, 李巨, 李晏敏, 李波, 李玺钦, 梁川, 王卫, 王浩, 谢敏, 贾兴, 赵娟, 邓明海, 邓维军, 马军, 马勋, 马成刚, 黄斌, 黄雷, 龙燕 申请人:中国工程物理研究院流体物理研究所