高压脉冲发生电路和高压脉冲发生器的制作方法

本发明涉及电路的技术领域，尤其是涉及一种高压脉冲发生电路和高压脉冲发生器。

背景技术：

现有的高压脉冲发生电路利用5v数字逻辑电路、高速脉冲整形电路及多种高低压高速金属氧化物半导体场效应晶体管为驱动，通过对输入脉冲的整形、加速、高压叠加等方式，实现高压快速脉冲的转换与生成，从而实现对设备的高速开或者关控制。

在实际的高压脉冲生成装置中，如图1所示，大多数此类脉冲生成器，都不具备dc电压信号带宽，其在实现推挽场效应管驱动时，都是采用二极管配合电容的自举升压的方式，实现低压控制高压侧边的mos管，但是这种方式具有开关控制的重要缺陷，即无法实现100％占空比的持续高压输出。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高压脉冲发生电路和高压脉冲发生器，以缓解现有的高压脉冲发生电路无法实现100％占空比的持续高压输出的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种高压脉冲发生电路，包括：脉冲处理电路、悬浮电压升压电路、第一级推挽电路和第二级推挽电路；

所述脉冲处理电路与所述第一级推挽电路连接，用于发出互补的方波脉冲；

所述悬浮电压升压电路分别与所述第一级推挽电路、所述第二级推挽电路连接，用于为所述第二级推挽电路进行供电；

所述第一级推挽电路与所述第二级推挽电路连接，用于在所述方波脉冲的推动下，产生高压驱动脉冲；

所述第二级推挽电路，用于在所述高压驱动脉冲的推动下，且在所述悬浮电压升压电路供电的情况下，产生目标高压脉冲，以对高压控制设备的开关状态进行控制。

进一步的，所述第一级推挽电路包括：第一mos管、第二mos管、第三mos管和第四mos管；

所述脉冲处理电路的第一输出端分别与所述第一mos管的栅极、所述第二mos管的栅极连接；

所述脉冲处理电路的第二输出端分别与所述第三mos管的栅极、所述第四mos管的栅极连接，其中，所述脉冲处理电路的第一输出端和所述脉冲处理电路的第二输出端输出的信号互补；

所述第一mos管的源极与所述第二mos管的漏极连接，所述第三mos管的源极与所述第四mos管的漏极连接，所述第四mos管的源极接地。

进一步的，所述悬浮电压升压电路包括：独立电源和电容；

所述独立电源的一端与所述第一mos管的漏极、所述电容的一端连接，所述独立电源的另一端与所述第二mos管的源极、所述电容的另一端连接。

进一步的，所述第二级推挽电路包括：第五mos管和第六mos管；

所述第五mos管的栅极与所述第一mos管的源极连接，所述第五mos管的源极与所述第二mos管的源极、所述第六mos管的漏极、所述高压控制设备连接，所述第五mos管的漏极与可变高压电源连接；

所述第六mos管的栅极与所述第三mos管的源极连接，所述第六mos管的源极接地。

进一步的，所述脉冲处理电路包括：迟滞比较器、单稳态触发器和rs触发器。

进一步的，还包括：第一电阻；

所述第五mos管的栅极通过所述第一电阻与所述第一mos管的源极连接。

进一步的，还包括：第二电阻；

所述第六mos管的栅极通过所述第二电阻与所述第三mos管的源极连接。

进一步的，还包括第三电阻；

所述第五mos管的源极通过所述第三电阻与所述高压控制设备连接。

进一步的，所述独立电源的电压值为12v。

第二方面，本发明实施例还提供了一种高压脉冲发生器，包括：上述第一方面中任一项所述的高压脉冲发生电路，还包括：可变高压电源；

所述可变高压电源与所述高压脉冲发生电路中的第五mos管的漏极连接。

在本发明实施例中，该高压脉冲发生电路包括：脉冲处理电路、悬浮电压升压电路、第一级推挽电路和第二级推挽电路；脉冲处理电路与第一级推挽电路连接，用于发出互补的方波脉冲；悬浮电压升压电路分别与第一级推挽电路、第二级推挽电路连接，用于为第二级推挽电路进行供电；第一级推挽电路与第二级推挽电路连接，用于在方波脉冲的推动下，产生高压驱动脉冲；第二级推挽电路，用于在高压驱动脉冲的推动下，且在悬浮电压升压电路供电的情况下，产生目标高压脉冲，以对高压控制设备的开关状态进行控制。通过上述描述可知，在本发明的高压脉冲发生电路中，采用了悬浮电压升压电路一直对第二级推挽电路进行供电，即第二级推挽电路的驱动电压可以悬浮起来，所以该高压脉冲发生电路能实现100％占空比的持续高压输出，缓解了现有的高压脉冲发生电路无法实现100％占空比的持续高压输出的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的传统的高压脉冲发生电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的高压脉冲发生电路的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种高压脉冲发生电路的电路结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种高压脉冲发生电路的电路结构示意图。

图标：11-脉冲处理电路；12-悬浮电压升压电路；13-第一级推挽电路；14-第二级推挽电路。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种高压脉冲发生电路进行详细介绍。

实施例一：

图2是根据本发明实施例的一种高压脉冲发生电路的结构示意图，如图2所示，该高压脉冲发生电路包括：脉冲处理电路11、悬浮电压升压电路12、第一级推挽电路13和第二级推挽电路14；

脉冲处理电路11与第一级推挽电路13连接，用于发出互补的方波脉冲；

悬浮电压升压电路12分别与第一级推挽电路13、第二级推挽电路14连接，用于为第二级推挽电路14进行供电；

第一级推挽电路13与第二级推挽电路14连接，用于在方波脉冲的推动下，产生高压驱动脉冲；

第二级推挽电路14，用于在高压驱动脉冲的推动下，且在悬浮电压升压电路12供电的情况下，产生目标高压脉冲，以对高压控制设备的开关状态进行控制。

发明人考虑到现有的高压脉冲发生电路中，参考图1，都是采用二极管d配合电容c自举升压的方式实现场效应管的驱动，但是这种方式中由于二极管d的整流特性，其不具备dc电压信号带宽(即直流电压信号带宽)。若经过二极管d的为直流电压信号，电容c无法实现充放电，电容c两端保持的为微小的电压，这样无法驱动第二级推挽电路14中的第五mos管q5，也就无法产生目标高压脉冲。所以，现有的高压脉冲发生电路只具备交流电压信号带宽，即交流信号通过二极管d进行整流，会形成半波直流脉动电，该半波直流脉动电对电容c进行充放电，驱动第二级推挽电路14中的第五mos管q5的开和关，通过上述描述可知，最终的第五mos管q5无法实现100％占空比的持续高压输出。

基于此，发明人设计了悬浮电压升压电路12为第二级推挽电路14进行供电，第二级推挽电路14的驱动电压可以悬浮起来，不用依靠输入的脉冲频率对电容充放电升压驱动，一直依靠悬浮的电源供电，所以该高压脉冲发生电路能实现100％占空比的持续高压输出。

在本发明实施例中，该高压脉冲发生电路包括：脉冲处理电路11、悬浮电压升压电路12、第一级推挽电路13和第二级推挽电路14；脉冲处理电路11与第一级推挽电路13连接，用于发出互补的方波脉冲；悬浮电压升压电路12分别与第一级推挽电路13、第二级推挽电路14连接，用于为第二级推挽电路14进行供电；第一级推挽电路13与第二级推挽电路14连接，用于在方波脉冲的推动下，产生高压驱动脉冲；第二级推挽电路14，用于在高压驱动脉冲的推动下，且在悬浮电压升压电路12供电的情况下，产生目标高压脉冲，以对高压控制设备的开关状态进行控制。通过上述描述可知，在本发明的高压脉冲发生电路中，采用了悬浮电压升压电路12一直对第二级推挽电路14进行供电，即第二级推挽电路14的驱动电压可以悬浮起来，所以该高压脉冲发生电路能实现100％占空比的持续高压输出，缓解了现有的高压脉冲发生电路无法实现100％占空比的持续高压输出的技术问题。

上述内容对本发明的高压脉冲发生电路进行了简要介绍，下面对其中涉及到的具体结构进行详细介绍。

在本发明的一个可选实施例中，参考图3和图4，第一级推挽电路13包括：第一mos管q1、第二mos管q2、第三mos管q3和第四mos管q4；

脉冲处理电路11的第一输出端分别与第一mos管q1的栅极、第二mos管q2的栅极连接；

脉冲处理电路11的第二输出端分别与第三mos管q3的栅极、第四mos管q4的栅极连接，其中，脉冲处理电路11的第一输出端和脉冲处理电路11的第二输出端输出的信号互补；

第一mos管q1的源极与第二mos管q2的漏极连接，第三mos管q3的源极与第四mos管q4的漏极连接，第四mos管q4的源极接地。

在本发明的一个可选实施例中，参考图3和图4，悬浮电压升压电路12包括：独立电源vcc和电容c；

独立电源vcc的一端与第一mos管q1的漏极、电容c的一端连接，独立电源vcc的另一端与第二mos管q2的源极、电容c的另一端连接。

在本发明的一个可选实施例中，参考图3和图4，第二级推挽电路14包括：第五mos管q5和第六mos管q6；

第五mos管q5的栅极与第一mos管q1的源极连接，第五mos管q5的源极与第二mos管q2的源极、第六mos管q6的漏极、高压控制设备连接，第五mos管q5的漏极与可变高压电源hv-600v连接；

第六mos管q6的栅极与第三mos管q3的源极连接，第六mos管q6的源极接地。

在本发明的一个可选实施例中，参考图3和图4，该高压脉冲发生电路还包括：第一电阻r1；

第五mos管q5的栅极通过第一电阻r1与第一mos管q1的源极连接。

在本发明的一个可选实施例中，参考图3和图4，该高压脉冲发生电路还包括：第二电阻r2；

第六mos管q6的栅极通过第二电阻r2与第三mos管q3的源极连接。

在本发明的一个可选实施例中，参考图3和图4，该高压脉冲发生电路还包括第三电阻r3；

第五mos管q5的源极通过第三电阻r3与高压控制设备连接。

在本发明实施例中，输入的脉冲信号经过脉冲处理电路11的处理后，输出得到互补的方波脉冲，一路方波脉冲经过第一mos管q1、第二mos管q2和第五mos管q5，互补的另一路方波脉冲经过第三mos管q3、第四mos管q4和第六mos管q6，互补的方波脉冲先作为第一级推挽电路13的推动部分，在第一级推挽电路13的作用下产生高压驱动脉冲，再为第二级推挽提供驱动，最终实现目标高压脉冲的输出。在此期间，悬浮电压升压电路12中的独立电源(本发明实施例中，独立电源的电压值为12v)提供高压驱动脉冲的电平，一直为第二级推挽电路14进行供电。

另外，本发明实施例中的第一mos管q1、第二mos管q2、第三mos管q3、第四mos管q4、第五mos管q5和第六mos管q6都为高速mos管，能够最大限度的提高沿变速度。

此外，脉冲处理电路11包括：迟滞比较器、单稳态触发器和rs触发器(图中未示出)，能够对输入脉冲信号进行整形、消除过冲、提高沿变速度。

本发明的高压脉冲发生电路中，各个指标的特点为：(1)、高压最高到600v，输出脉冲峰值可以实现50v—600v电压压控控制；(2)、单电源12v供电，低功耗100ma；(3)、输出脉冲过冲小于峰值的0.5％，沿变抖动小于5ns；(4)、信号通过带宽：dc—1mhz，支持0-100％占空比控制；(5)、内置可变高压电源，实现50v—600v高压产生；(6)、高速上升沿＜80ns，下降沿＜120ns，typ@200v。

本发明的高压脉冲发生电路能够将一个外部输入的脉冲信号(0-100％占空比)实现电压的放大，实现快速输出，进而实现对设备功能的开启和关闭。

本发明的高压脉冲发生电路能够对输入脉冲进行整形和沿变速度改善，抗干扰和通用性更强，对输入信号的要求不高，不需要太高指标的输入脉冲控制信号，即可操作本电路；当本设计电路工作时，可以通过压控接口控制输出的高压电压，实现50v-600v电压的任意调整，使该电路输出的脉冲能兼容不同的高压控制设备；外部脉冲输入，即可对高压实现推动，产生相同占空比或者脉宽的高压脉冲。

实施例二：

本发明实施例还提供了一种高压脉冲发生器，该高压脉冲发生器包括上述实施例一中的高压脉冲发生电路，还包括：可变高压电源；

可变高压电源与高压脉冲发生电路中的第五mos管的漏极连接。

具体的，可变高压电源为压控的高压源。例如，输入3v，可能对应300v，6v可能对应600v。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。