用于脉冲发生装置的脉冲驱动电路的制作方法

1.本实用新型涉及质谱分析技术领域，特别是涉及一种用于脉冲发生装置的脉冲驱动电路。


背景技术：

2.基质辅助激光解析离子源是指在一个微小的区域内，在极短的时间间隔，激光对样品提供高的能量，对它们进行极快的加热，这样可以避免热敏感的化合物加热分解，基质分子能有效地吸收激光的能量，并间接地传给样品分子，从而得到电离，由于激光轰击样品的过程是在一个极短时间内完成的，需要一个高压电场和一个纳秒级突变的电场与激光脉冲配合，使得电离后的离子能够在激光轰击后离开样品板，在高压电场中延时，在纳秒级突变电场中快速获得加速，进而传输到质量分析器中，这样高压突变的电场需要相当快速的脉冲电路切换以及高压电源提供。
3.然而，现有用于脉冲发生装置的脉冲驱动电路相较传统的高压开关管，需要加热功率或复杂的驱动电路，电路结构复杂、反应较慢、无法产生精准的脉冲驱动信号，从而无法得到理想的脉冲信号。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种用于脉冲发生装置的脉冲驱动电路，用于解决现有技术中上述缺陷中的至少一个问题。
5.为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种用于脉冲发生装置的脉冲驱动电路，包括：
6.脉冲信号源，用于产生脉冲信号；
7.信号捕捉模块，其连接所述脉冲信号源的输出端，用于根据所述脉冲信号产生幅值相同且相位相反的一组差分信号；
8.功率放大模块，其连接所述信号捕捉模块的输出端，用于放大该组差分信号；
9.信号耦合模块，其连接所述功率放大模块的输出端，用于耦合放大的差分信号产生尖峰信号；
10.开关部件，其连接所述信号耦合模块的输出端，用于根据所述尖峰信号触发开关部件闭合。
11.优选地，所述开关部件为高压开关管。
12.优选地，所述信号耦合模块至少包括一个耦合电感与两个耦合电容，所述功率放大模块的两个输出端分别连接一个耦合电容的一端，两个所述耦合电容的另一端对应连接耦合电感的两个输入端。
13.优选地，每个所述耦合电容与耦合电感之间具有钳位二极管。
14.优选地，所述耦合电感的输出端具有mos管与稳压管，所述耦合电感的负输出端连接所述稳压管的阳极脚与mos管的栅极，所述耦合电感的正输出端连接mos管的源极，所述
mos管的漏极连接稳压管的阴极脚。
15.优选地，所述信号捕捉模块与功率放大模块之间具有光电耦合模块。
16.优选地，所述脉冲信号源的输出端并联由续流二极管与第一保护电阻构成的续流回路。
17.优选地，所述高压开关管的基极串联限流电阻，所述高压开关管的发射极与基极之间并联第二保护电阻。
18.优选地，所述脉冲发生装置为单/双极性脉冲信号发生器或单/双极性高压脉冲信号发生器。
19.如上所述，本实用新型的用于脉冲发生装置的脉冲驱动电路，具有以下有益效果：
20.通过捕捉脉冲信号内的上升沿信号，根据该上升沿信号产生幅值相同且相位相反的一组差分信号，放大该组差分信号并耦合成尖峰信号，利用该尖峰信号导通或截止开关部件，从而实现脉冲驱动的功能，相比现有的脉冲驱动电路，具有结构简单、反应迅速、精度高的优点。
附图说明
21.图1显示为本实用新型提供的一种用于脉冲发生装置的脉冲驱动电路结构框图；
22.图2显示为本实用新型提供的一种用于脉冲发生装置的脉冲驱动电路电路图；
23.图3显示为本实用新型提供的一种用于脉冲发生装置的脉冲驱动电路一实施例的电路图；
24.图4显示为本实用新型提供的一种脉冲发生装置的电路图。
具体实施方式
25.以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
26.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
27.脉冲发生装置，是指适于施加电压于加速器的电极的装置。脉冲发生器通常包含多个电压源(例如，高电压源)及开关(例如，高速(上升时间小于1毫秒)/高电压开关)。
28.请参阅图1，为本实用新型提供的一种用于脉冲发生装置的脉冲驱动电路结构框图，详述如下：
29.脉冲信号源1，用于产生脉冲信号；
30.信号捕捉模块2，其连接所述脉冲信号源1的输出端，用于根据所述脉冲信号产生幅值相同且相位相反的一组差分信号；
31.功率放大模块3，其连接所述信号捕捉模块2的输出端，用于放大该组差分信号；
32.信号耦合模块4，其连接所述功率放大模块3的输出端，用于耦合放大的差分信号产生尖峰信号；
33.开关部件5，其连接所述信号耦合模块4的输出端，用于根据所述尖峰信号触发开关部件闭合。
34.其中，所述开关部件为高压开关管，例如，该高压开关管q1为igbt型晶体管，优选型号为ixyx25n250cv1hv的快速开关管，高压开关管q1采购成本为两百元左右，而相对于其他高压开关而言，动辄近万元的购买成本，选择本实施例中的高压开关，成本降低了一个数量级，从而大幅度地降低了脉冲发生装置的制造成本，有利于广泛使用。
35.在本实施例中，通过捕捉脉冲信号内的上升沿信号，根据该上升沿信号产生幅值相同且相位相反的一组差分信号，放大该组差分信号并耦合成尖峰信号，利用该尖峰信号导通或截止开关部件，从而实现脉冲驱动的功能，相比现有的脉冲驱动电路，具有结构简单、反应迅速、精度高的优点。
36.在另一些实施例中，详见图2，为本实用新型提供的一种用于脉冲发生装置的脉冲驱动电路电路图，包括：
37.所述信号耦合模块至少包括一个耦合电感与两个耦合电容，所述功率放大模块的两个输出端分别连接一个耦合电容的一端，两个所述耦合电容的另一端对应连接耦合电感的两个输入端。
38.需要说明的是，每个所述耦合电容与耦合电感之间具有钳位二极管。
39.还需要说明的是，所述耦合电感的输出端具有mos管与稳压管，所述耦合电感的负输出端连接所述稳压管的阳极脚与mos管的栅极，所述耦合电感的正输出端连接mos管的源极，所述mos管的漏极连接稳压管的阴极脚。
40.详见图2，脉冲信号源为ttl trig，信号捕捉模块u1为信号捕捉芯片，优先型号为sn74lv3gu04；功率放大模块u2为功率放大芯片，优选型号为sn75372；通过捕捉脉冲信号源产生的上升沿信号进行触发以产生幅值(电压)相同且相位相反的一组信号，通过引脚1y连接功率放大芯片的引脚1a放大该组差分信号，功率放大芯片u2的输出端连接信号耦合模块后产生尖峰信号驱动高压开关管q1。
41.所述信号耦合模块包括两个耦合电容(电容c1和电容c2)与耦合电感t1，所述功率放大芯片u2两个输出端(引脚1out、引脚2out)各连接一个耦合电容(电容c1、电容c2)的一端，两个所述耦合电容(电容c1和电容c2)的另一端对应连接耦合电感t1的输入级两端。
42.具体地，耦合电感t1与电容器并联组成lc耦合电路，将功率放大模块u2放大输出端的两个信号通过该耦合电路耦合到初级线圈的输入端，方便次级线圈输出端输出尖峰信号。
43.其中，每个所述耦合电容与耦合电感t1之间具有钳位二极管，例如，在电容c1和耦合电感t1的一输入端之间具有钳位二极管d1，钳位二极管d1的阴极脚联接在电容c1和耦合电感t1的一输入端之间，钳位二极管d1的阳极脚接地；在电容c2和耦合电感t1的另一输入端之间具有钳位二极管d2，钳位二极管d2的阳极脚联接在电容c2和耦合电感t1的另一输入端之间，钳位二极管d2的阴极脚接地。
44.具体地，当钳位二极管d2阴极脚接地时，则钳位二极管d2的阳极脚的电位比地高时，钳位二极管d2会导通将其电位拉下来，即阳极脚电路被钳位零电位或零电位以下；当钳
位二极管d1的阳极脚接地时，则钳位二极管d1的阴极脚的电位比地高时，钳位二极管d1会截至，其电位将不会受钳位二极管d1的任何作用。
45.在上述实施例基础上，所述脉冲信号源的输出端并联由续流二极管与第一保护电阻构成的续流回路。
46.具体地，脉冲信号源ttl trig通过并联的续流二极管d4与电阻r1构成续流回路以连接信号捕捉芯片的引脚1a，二极管d4优选型号为byv968，电阻r1优先阻值为1.5k。
47.在上述实施例基础上，所述高压开关管的基极串联限流电阻，所述高压开关管的发射极与基极之间并联第二保护电阻。
48.具体地，所述mos管q2为耗近型n沟道，其中，mos管q2的栅极和源极对应连接耦合电感t1输出级的负端(负输出端)、正端(正输出端)，mos管q2的漏极连接电阻r2，使用mos管q2隔离耦合电感t1与开关极管q1，通过调节mos管q2的栅极电压控制漏极电流大小，该电流通过电阻r2起到限流作用，避免流经管基极的电流过大，通过电阻r2的电流确定是否能够导通开关极管q1。
49.具体地，二极管d3并联在mos管q2的栅极与漏极之间，其中，二极管d3的阳极脚连接mos管q2的栅极，二极管d3的阴极脚连接mos管q2的漏极，用于稳压。当开关管q1不导通时，其栅极连接下拉电阻r3，确保开关管q1能够截止，当导通时，电阻r2与电阻r3形成分压；同时，开关管q1的发射结并联电阻r3，避免微小电流通过该管基极造成误导通。
50.在本实施例中，通过mos管q2与二极管d3，该二极管d3优选型号为ss34的整流二极管，使得耦合电感t1中次级线圈输出下降沿脉冲信号时，能够通过二极管d3将该下降沿脉冲信号回流至mos管q2，截止mos管q2，从而使得mos管q2只对上升沿信号有效，而当耦合电感t1中次级线圈输出上升沿信号时，mos管q2单向导通特性通过电阻r2导通开关管q1。
51.在另一些实施例中，详见图3，为本实用新型提供的一种用于脉冲发生装置的脉冲驱动电路一实施例的电路图，包括：
52.所述信号捕捉模块2与功率放大模块3之间具有光电耦合模块。
53.具体地，光电耦合模块为型号hcpl
‑
0600的光电耦合芯片u3，实现直流电路与交流电路隔离，兼容ttl信号。
54.本实施例中开关管与开关均采用光电隔离的驱动方式，能够避免输出端对输入端可能产生的反馈和干扰；具有抑制噪声、抗干扰能力强、耐用、可靠性高和速度快等优点。另外，该脉冲驱动模块采用无源驱动方式，即，无需直流高压电源，即可驱动开关管q1。
55.具体地，所述光电耦合芯片的引脚a通过第四电阻r4分别连接信号捕捉模块与信号放大模块，同时，信号捕捉模块的引脚3y与光电耦合芯片的引脚k相连，为其提供捕捉的脉冲信号，光电耦合芯片的引脚out外接into接口与第三电阻r5，该第三电阻r5r12并联有接地的去耦电容c3，去耦电容c3可以抑制因负载变化而产生的噪声。
56.在本实施例中，利用光电耦合芯片u3的外接into接口来反映信号捕捉芯片u1一引脚3y输出的脉冲信号源，实现对脉冲信号源的实时检测，例如，通过外接into接口根据脉冲信号源能够生成工作日志，防止发生故障时无法有效处理。
57.在另一些实施例中，所述脉冲发生装置为单/双极性脉冲信号发生器或单/双极性高压脉冲信号发生器。
58.详见图4，为本实用新型提供的一种脉冲发生装置的电路图，其中，该脉冲发生装
置产生负脉冲信号，详述如下：
59.直流高压依次串联的第六电阻r6(高压电阻)、第七电阻r7(高压电阻)与第八电阻r8，第八电阻r8的另一端为脉冲输出端hvpo，其中，第六电阻r6与第七电阻r7之间具有储能模块，所述储能模块包括多个并联电容，例如，电容c4、电容c5、电容c6、电容c7、电容c8、电容c9和电容c10依次并联，电容c4的第一端通过串联第六电阻r6连接单极性高压直流电源piehv，电容c10的第二端接地。
60.在本实施例中，第六电阻r6优选阻值为1kω的电阻，且第六电阻r6具有第一端和第二端，根据电路输出脉冲的具体要求，也可以采用其他负载模块(如可变电阻等)，或者增加电阻数量，增大或减小阻值。
61.另外，电容c4至c10中的七个电容，优选耐压15kv，0.01μf的电容器，能够输出1.5万伏的直流高压，根据电路输出脉冲的具体要求，也可以采用其他储能模块，或者增加电容器数量，增大或减小电容值。
62.高压直流电源piehv信号经串联上第六电阻r6和第七电阻r7后连接到开关管的一端；此时脉冲信号源发出一个上升沿信号，通过脉冲驱动电路产生的尖峰信号驱动高压开关管q1使得第六电阻r7与第八电阻r8之间与gnd短接，从而使得脉冲输出端获得一个piehv的下拉(下降沿)脉冲信号。
63.综上所述，本实用新型通过捕捉脉冲信号内的上升沿信号，根据该上升沿信号产生幅值相同且相位相反的一组差分信号，放大该组差分信号并耦合成尖峰信号，利用该尖峰信号导通或截止开关部件，从而实现脉冲驱动的功能，相比现有的脉冲驱动电路，具有结构简单、反应迅速、精度高的优点。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
64.上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。