高压电子开关装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开一种高压电子开关装置，包括：方波发生器、推挽电路、微分电路、变压器、至少2个模拟比较单元、至少2个RS触发器和至少2个功率单元；所述微分电路的输出端连接到变压器初级侧的初级线圈，每个所述次级线圈均依次连接有所述模拟比较单元、RS触发器，此RS触发器的输出端连接到所述功率单元；推挽电路进一步包括并联的P?MOS管和N?MOS管，RS触发器和功率单元之间设置有推挽放大电路，功率单元进一步包括一功率管和与功率管反并联的肖特基二极管；每个模拟比较单元内第一模拟比较器、第二模拟比较器各自的反相输入端作为相应的参考地电位端，该参考地电位端作为功率单元、推挽放大电路的接地端。本实用新型无需传递功率信号，大大降低了耦合变压器的体积，突破了电子开关的任意脉宽技术，且将工作频率提升到30MHz以上。
【专利说明】
高压电子开关装置
技术领域
[0001]本实用新型属于电力电子器件应用技术领域，尤其涉及一种高压电子开关装置。
【背景技术】
[0002]电子开关是指利用电子电路以及电力电子器件实现电路通断的运行单元。现有电子开关的驱动功率脉冲是通过变压器耦合。为了适应任意脉宽驱动要求，耦合变压器的体积必须按照最大脉冲宽度和驱动电压之积设计。由于耦合磁环体积较大，造成了驱动电路板的体积和重量很大，甚至影响驱动电路上升沿特性。其次，现有驱动电路推动级多采用三极管互补推挽电路形式，这种电路的缺点是三极管基极损耗大，电源利用效率低。再次，现有电子开关对利用器件自身的寄生二极管构成反向电流通路，由于寄生二极管开关速率较低，它适合于IMHz左右工作频率。
【发明内容】
[0003]本实用新型目的是提供一种高压电子开关装置，该高压高频电子开关无需传递功率信号，大大降低了耦合变压器的体积，突破了电子开关的任意脉宽技术，且将工作频率提升到30MHz以上。
[0004]为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是:一种高压电子开关装置，包括:方波发生器、推挽电路、微分电路、变压器、至少2个模拟比较单元、至少2个RS触发器和至少2个功率单元，所述方波发生器与推挽电路之间设置有一非门，所述推挽电路的输出端连接到微分电路的输入端，所述变压器次级侧具有至少2个次级线圈，所述次级线圈与模拟比较单元、RS触发器和功率单元依次串联且各自数目相同；
[0005]所述微分电路的输出端连接到变压器初级侧的初级线圈，每个所述次级线圈均依次连接有所述模拟比较单元、RS触发器，此RS触发器的输出端连接到所述功率单元；
[0006]所述模拟比较单元包括并联连接的第一模拟比较器、第二模拟比较器，此第一模拟比较器的同相输入端与次级线圈的高电位输出端连接，此第一模拟比较器的反相输入端与次级线圈的低电位输出端连接，此第二模拟比较器的反相输入端与次级线圈的高电位输出端连接，此第二模拟比较器的同相输入端与次级线圈的低电位输出端连接；
[0007]所述推挽电路进一步包括并联的P-MOS管和N-MOS管，此P-MOS管和N-MOS管各自的栅极均连接到非门的输出端，P-MOS管和N-MOS管各自的漏极均连接到微分电路；
[0008]所述RS触发器和功率单元之间设置有推挽放大电路，所述功率单元进一步包括一功率管和与功率管反并联的肖特基二极管;每个模拟比较单元内第一模拟比较器、第二模拟比较器各自的反相输入端作为相应的参考地电位端，该参考地电位端作为功率单元、推挽放大电路的接地端。
[0009]上述技术方案中进一步改进方案如下:
[0010]1.上述方案中，所述推挽放大电路包括第一功率MOS管、第二功率MOS管和第三功率MOS管，第二功率MOS管与第三功率MOS管并联，第一功率MOS管与第二功率MOS管和第三功率MOS管串联。
[0011]2.上述方案中，所述微分电路包括电容和Rl电阻，此电容与变压器的初级线圈串联，所述Rl电阻与初级线圈并联。
[0012]3.上述方案中，所述模拟比较单元、RS触发器和功率单元的数目均为4个。
[0013]由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点:
[0014]1.本实用新型高压电子开关装置，其采用了脉冲边缘检测先形成窄脉冲信号，在形成窄脉冲方波信号，再RS触发器还原形成浮动地电位解调方波信号，该浮动地电位解调方波信号经过推挽放大电路8放大至O?20V用以驱动功率单元7，驱动电路只需传递脉冲电压的上升沿和下降沿信息即可，无需传递功率信号，大大降低了耦合变压器的体积，突破了电子开关的任意脉宽技术，可满足电力变化和脉冲功率绝大多数应用;其次，其栅极浮动电源设计技术极大地方便了高压串联电子开关应用，与自举式驱动电路相比，这种驱动电路可满足任意电压等级(任意串联数)电子开关应用。
[0015]2.本实用新型高压电子开关装置，其采用了PN场效应管推挽电路形式，这种电路不仅可以降低驱动电路的发热功率，而且还可以改善上升沿特性，使之满足对上升时间要求较高的脉冲功率应用；其次，其功率单元进一步包括一功率管和与功率管反并联的肖特基二极管，可将电子开关的工作频率提升到30MHz以上。
【附图说明】
[0016]附图1为本实用新型高压高频电子开关局部结构示意图一；
[0017]附图2为附图1的局部结构示意图；
[0018]附图3为本实用新型高压高频电子开关局部结构示意图二。
[0019]以上附图中:1、方波发生器;2、推挽电路;21、P-MOS管;22、N-MOS管;3、微分电路；
4、变压器;5、模拟比较单元;51、第一模拟比较器;52、第二模拟比较器;6、RS触发器;7、功率单元;8、推挽放大电路;81、第一功率MOS管;82、第二功率MOS管;83、第三功率MOS管。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述:
[0021]实施例1:一种高压电子开关装置，如附图1?3所示，包括:方波发生器1、推挽电路
2、微分电路3、变压器4、至少2个模拟比较单元5、至少2个RS触发器6和至少2个功率单元7，所述方波发生器I与推挽电路2之间设置有一非门，所述推挽电路2的输出端连接到微分电路3的输入端，所述变压器4次级侧具有至少2个次级线圈，所述次级线圈与模拟比较单元5、RS触发器6和功率单元7依次串联且各自数目相同；
[0022]所述微分电路3的输出端连接到变压器初级侧的初级线圈，每个所述次级线圈均依次连接有所述模拟比较单元5、RS触发器6，此RS触发器6的输出端连接到所述功率单元7;
[0023]所述模拟比较单元5包括并联连接的第一模拟比较器51、第二模拟比较器52，此第一模拟比较器51的同相输入端与次级线圈的高电位输出端连接，此第一模拟比较器51的反相输入端与次级线圈的低电位输出端连接，此第二模拟比较器52的反相输入端与次级线圈的高电位输出端连接，此第二模拟比较器52的同相输入端与次级线圈的低电位输出端连接；
[0024]所述推挽电路2进一步包括并联的P-MOS管21和N-MOS管22，此P-MOS管和N-MOS管各自的栅极均连接到非门的输出端，P-MOS管21和N-MOS管22各自的漏极均连接到微分电路3；
[0025]所述RS触发器6和功率单元7之间设置有推挽放大电路8，所述功率单元7进一步包括一功率管Ml、M2和与功率管Ml、M2反并联的肖特基二极管SBDUSBD 2;每个模拟比较单元5内第一模拟比较器51、第二模拟比较器52各自的反相输入端作为相应的参考地电位端，该参考地电位端作为功率单元7、推挽放大电路8的接地端。
[0026]上述推挽放大电路8包括第一功率MOS管81、第二功率MOS管82和第三功率MOS管83，第二功率MOS管82与第三功率MOS管83并联，第一功率MOS管81与第二功率MOS管82和第三功率MOS管83串联。
[0027]上述微分电路3包括电容Cl和Rl电阻，此电容Cl与变压器4的初级线圈串联，所述Rl电阻与初级线圈并联。
[0028]实施例2:—种高压电子开关装置，如附图1?3所示，包括:方波发生器1、推挽电路
2、微分电路3、变压器4、至少2个模拟比较单元5、至少2个RS触发器6和至少2个功率单元7，所述方波发生器I与推挽电路2之间设置有一非门，所述推挽电路2的输出端连接到微分电路3的输入端，所述变压器4次级侧具有至少2个次级线圈，所述次级线圈与模拟比较单元5、RS触发器6和功率单元7依次串联且各自数目相同；
[0029]所述微分电路3的输出端连接到变压器初级侧的初级线圈，每个所述次级线圈均依次连接有所述模拟比较单元5、RS触发器6，此RS触发器6的输出端连接到所述功率单元7;
[0030]所述模拟比较单元5包括并联连接的第一模拟比较器51、第二模拟比较器52，此第一模拟比较器51的同相输入端与次级线圈的高电位输出端连接，此第一模拟比较器51的反相输入端与次级线圈的低电位输出端连接，此第二模拟比较器52的反相输入端与次级线圈的高电位输出端连接，此第二模拟比较器52的同相输入端与次级线圈的低电位输出端连接；
[0031]所述推挽电路2进一步包括并联的P-MOS管21和N-MOS管22，此P-MOS管和N-MOS管各自的栅极均连接到非门的输出端，P-MOS管21和N-MOS管22各自的漏极均连接到微分电路3；
[0032]所述RS触发器6和功率单元7之间设置有推挽放大电路8，所述功率单元7进一步包括一功率管Ml、M2和与功率管Ml、M2反并联的肖特基二极管SBDUSBD 2;每个模拟比较单元5内第一模拟比较器51、第二模拟比较器52各自的反相输入端作为相应的参考地电位端，该参考地电位端作为功率单元7、推挽放大电路8的接地端。
[0033]上述推挽放大电路8包括第一功率MOS管81、第二功率MOS管82和第三功率MOS管83，第二功率MOS管82与第三功率MOS管83并联，第一功率MOS管81与第二功率MOS管82和第三功率MOS管83串联。
[0034]上述微分电路3包括电容Cl和Rl电阻，此电容Cl与变压器4的初级线圈串联，所述Rl电阻与初级线圈并联。
[0035]上述模拟比较单元、RS触发器和功率单元的数目均为4个。
[0036]本实用新型高压高频电子开关工作过程如下:首先，方波发生器I产生TTL方波信号经由微分电路3变换成只携带上升前沿和下降后沿的窄脉冲信号;然后，通过变压器4耦合，在变压器4次级侧的至少2个次级线圈形成至少2个不同参考地电位的处理后窄脉冲信号，处理后窄脉冲信号再经过
[0037]模拟比较单元5形成窄脉冲方波信号，第一模拟比较器51的同相输入端与次级线圈的高电位输出端连接，此第一模拟比较器51的反相输入端与次级线圈的低电位输出端连接，将处理后窄脉冲信号中正窄脉冲转为为正窄脉冲方波，此第二模拟比较器52的反相输入端与次级线圈的高电位输出端连接，此第二模拟比较器52的同相输入端与次级线圈的低电位输出端连接，将处理后窄脉冲信号中负窄脉冲转为为负窄脉冲方波转为为正窄脉冲方波；
[0038]所述窄脉冲方波信号通过RS触发器6形成解调后的浮动地电位解调方波信号，该浮动地电位解调方波信号经过推挽放大电路8放大至O?20V用以驱动功率单元7，供电电源的GND电位嵌位在功率MOSFET源极电位上，极大地方便了高压串联电子开关应用。
[0039]采用上述高压电子开关装置时，其采用了脉冲边缘检测先形成窄脉冲信号，在形成窄脉冲方波信号，再RS触发器还原形成浮动地电位解调方波信号，该浮动地电位解调方波信号经过推挽放大电路8放大至O?20V用以驱动功率单元7，驱动电路只需传递脉冲电压的上升沿和下降沿信息即可，无需传递功率信号，大大降低了耦合变压器的体积，突破了电子开关的任意脉宽技术，可满足电力变化和脉冲功率绝大多数应用;其次，其栅极浮动电源设计技术极大地方便了高压串联电子开关应用，与自举式驱动电路相比，这种驱动电路可满足任意电压等级(任意串联数)电子开关应用;再次，其采用了 PN场效应管推挽电路形式，这种电路不仅可以降低驱动电路的发热功率，而且还可以改善上升沿特性，使之满足对上升时间要求较高的脉冲功率应用；其次，其功率单元进一步包括一功率管和与功率管反并联的肖特基二极管，可将电子开关的工作频率提升到30MHz以上。
[0040]上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种高压电子开关装置，其特征在于:包括:方波发生器(I)、推挽电路(2)、微分电路(3)、变压器(4)、至少2个模拟比较单元(5)、至少2个RS触发器(6)和至少2个功率单元(7)，所述方波发生器(I)与推挽电路(2)之间设置有一非门，所述推挽电路(2)的输出端连接到微分电路(3)的输入端，所述变压器(4)次级侧具有至少2个次级线圈，所述次级线圈与模拟比较单元(5)、RS触发器(6)和功率单元(7)依次串联且各自数目相同； 所述微分电路(3)的输出端连接到变压器初级侧的初级线圈，每个所述次级线圈均依次连接有所述模拟比较单元(5)、RS触发器(6)，此RS触发器(6)的输出端连接到所述功率单元(7); 所述模拟比较单元(5)包括并联连接的第一模拟比较器(51)、第二模拟比较器(52)，此第一模拟比较器(51)的同相输入端与次级线圈的高电位输出端连接，此第一模拟比较器(51)的反相输入端与次级线圈的低电位输出端连接，此第二模拟比较器(52)的反相输入端与次级线圈的高电位输出端连接，此第二模拟比较器(52)的同相输入端与次级线圈的低电位输出端连接； 所述推挽电路(2)进一步包括并联的P-MOS管(21)和N-MOS管(22)，此P-MOS管和N-MOS管各自的栅极均连接到非门的输出端，P-MOS管(21)和N-MOS管(22 )各自的漏极均连接到微分电路(3)； 所述RS触发器(6)和功率单元(7)之间设置有推挽放大电路(8)，所述功率单元(7)进一步包括一功率管(M1、M2)和与功率管(M1、M2)反并联的肖特基二极管(SBD1、SBD2);每个模拟比较单元(5)内第一模拟比较器(51)、第二模拟比较器(52)各自的反相输入端作为相应的参考地电位端，该参考地电位端作为功率单元(7 )、推挽放大电路(8 )的接地端。2.根据权利要求1所述的高压电子开关装置，其特征在于:所述推挽放大电路(8)包括第一功率MOS管(81)、第二功率MOS管(82)和第三功率MOS管(83)，第二功率MOS管(82)与第三功率MOS管(83)并联，第一功率MOS管(81)与第二功率MOS管(82)和第三功率MOS管(83)串联。3.根据权利要求1所述的高压电子开关装置，其特征在于:所述微分电路(3)包括电容(Cl)和Rl电阻，此电容(Cl)与变压器(4)的初级线圈串联，所述Rl电阻与初级线圈并联。4.根据权利要求1所述的高压电子开关装置，其特征在于:所述模拟比较单元(5)、RS触发器(6)和功率单元(7)的数目均为4个。
【文档编号】H03K17/687GK205596089SQ201620380248
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】陈鹏, 于辉, 黄学军
【申请人】苏州泰思特电子科技有限公司