CN102355236A - 高频高压脉冲发生器 - Google Patents

Abstract

高频高压脉冲发生器是一种适用于显示测量、显示驱动、通讯技术等领域的脉冲驱动和发射源。该发生器是由脉冲信号放大电路、MOSFET驱动电路、高压脉冲输出电路依次串行连接而组成。脉冲信号放大电路的输入端为该发生器的输入端，高压脉冲输出电路的输出端是该发生器的输出端。该发生器的MOSFET驱动电路的上端悬浮电源是由高压脉冲分压器构成，因此能在显示测量中产生一帧周期内占空比为0.0005%且符合技术指标的正/负向高频脉冲、在显示驱动中提供占空比为50%且满足大于8个子场的维持脉冲、在通讯技术中输出100%工作效率且大功率低损耗的发射源脉冲。

Description

高频高压脉冲发生器

技术领域

本发明是一种产生高频高压脉冲的装置，适用于显示测量、显示驱动、通讯技术等领域。

背景技术

高频高压脉冲发生器可应用于显示测量、显示驱动和通讯技术等多个领域，在不同的领域中，高频高压脉冲的应用目的和技术指标不尽相同。

在显示测量中，首先要求高频高压脉冲在一帧周期内具有极小的占空比，即在一帧周期内的脉冲宽度≤100ns，此外为确保测量精度，对高频高压脉冲的技术指标有严格的规定，其中脉冲幅度≥200V，脉冲上升/下降沿≤10ns，脉冲顶部波动≤2V。

显示驱动中高频高压脉冲的技术指标虽然较低，但它应该具有极高的重复率，也就是说显示驱动需要的是占空比为50％的高频脉冲，尤其是需要提供大于8个子场的维持脉冲时，要求在较短的期间内获得更多的脉冲个数。

应用于通讯技术的高频高压脉冲发生器通常称为D类脉冲放大器，这类脉冲放大器作为发射源时具有很高的功率输出和100％的工作效率，它的应用范围一般是HF(高频)和VHF(甚高频)，然而随着发射频率的进一步升高，它的损耗也会增加。

因此，高频高压脉冲发生器应该满足输出高质量脉冲、高重复率脉冲或低损耗脉冲的需求。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种高频高压脉冲发生器。该发生器能在显示测量中产生一帧周期内占空比为0.0005％且符合技术指标的正/负向高频脉冲、在显示驱动中提供占空比为50％且满足大于8个子场的维持脉冲、在通讯技术中输出100％工作效率且大功率低损耗的发射源脉冲。

技术方案：本发明高频高压脉冲发生器包括按顺序串行连接的脉冲信号放大电路、金属氧化物半导体场效应管驱动电路和高压脉冲输出电路。脉冲信号放大电路的输出端即同相放大器、反相放大器的输出端接金属氧化物半导体场效应管驱动电路的输入端即高低端驱动器的高低输入端，金属氧化物半导体场效应管驱动电路的输出端即高低端驱动器的高低输出端接高压脉冲输出电路的输入端即金属氧化物半导体场效应管开关电路的高低输入端，脉冲信号放大电路的输入端为该发生器的输入端，高压脉冲输出电路的输出端是该发生器的输出端。

在脉冲信号放大电路中，输入端口与输入匹配电阻、输入限流电阻的一端并接，输入匹配电阻的另一端接地，输入限流电阻的另一端与正向保护二极管的正端、负向保护二极管的负端、同相放大器的3脚、反相放大器的输入电阻的一端并接，正向保护二极管的负端接+5V，负向保护二极管的正端接-5V，同相放大器的2脚与同相放大器的输入电阻、同相放大器的反馈电阻的一端并接，同相放大器的输入电阻的另一端接地，同相放大器的反馈电阻的另一端与同相放大器的6脚、同相放大器的输出电阻的一端并接，反相放大器的2脚与反相放大器的输入电阻的另一端、反相放大器的反馈电阻的一端并接，反相放大器的3脚接地，反相放大器的6脚与反相放大器的反馈电阻的另一端、反相放大器的输出电阻的一端并接，同相放大器的4脚、同相放大器的-15V去耦电容的一端并接-15V，同相放大器-15V去耦电容的另一端接地，同相放大器的7脚、同相放大器+15V去耦电容的一端并接+15V，同相放大器+15V去耦电容的另一端接地，反相放大器的4脚、反相放大器-15V去耦电容的一端并接-15V，反相放大器-15V去耦电容的另一端接地，反相放大器的7脚、反相放大器+15V去耦电容的一端并接+15V，反相放大器+15V去耦电容的另一端接地。

在金属氧化物半导体场效应管驱动电路中，高低端驱动器的2脚与同相放大器的输出电阻的另一端相接，高低端驱动器的4脚与反相放大器的输出电阻的另一端相接，高低端驱动器的1脚、高低端驱动器+5V去耦电容的一端接+5V，高低端驱动器的3脚、5脚、10脚、高低端驱动器+5V去耦电容的另一端、高低端驱动器+15V去耦电容的一端接地，高低端驱动器的9脚、高低端驱动器+15V去耦电容的另一端接+15V，高低端驱动器的7脚与上分压电容的一端、下分压电容的一端、高低端驱动器的高端悬浮电源隔离二极管的负端并接，上分压电容的另一端与高压隔离二极管的负端相接，高压隔离二极管的正端、上分压电阻的一端接+200V，上分压电阻的另一端、高端悬浮电源隔离二极管的正端、下分压电阻的一端并接，高低端驱动器的8脚、下分压电容的另一端、下分压电阻的另一端接输出端，高低端驱动器的6脚、高端栅极限流电阻的一端、高端栅极保护二极管的负端并接，高低端驱动器的11脚、低端栅极限流电阻的一端、低端栅极保护二极管的负端并接。

在高压脉冲输出电路中，高端金属氧化物半导体场效应管的栅极并接高端栅极限流电阻的另一端、高端栅极保护二极管的正端，高端金属氧化物半导体场效应管的漏极与高端充电限流电阻的一端相接，高端充电限流电阻的另一端、+200V去耦电容的一端接+200V，+200V去耦电容的另一端接地，高端金属氧化物半导体场效应管的源极、低端放电限流电阻的一端接输出端，低端金属氧化物半导体场效应管的栅极并接低端栅极限流电阻的另一端、低端栅极保护二极管的正端，低端金属氧化物半导体场效应管的漏极与低端放电限流电阻的另一端相接，低端金属氧化物半导体场效应管的源极接地。

有益效果：本发生器以高压脉冲分压器作为MOSFET驱动电路的高端悬浮电源，克服了以往脉冲质量、脉冲重复率以及脉冲损耗等方面遇到的问题，其主要特点如下：

1.高压脉冲分压器能够为MOSFET驱动电路高端提供充电时间极短、供电时间很长的悬浮电源，从而能够在显示测量中获得一帧周期内占空比为0.0005％的正/负向高频脉冲；此外，MOSFET驱动电路高端不再有电容耦合和叠加到高压脉冲输出电路的输出端，确保了高频高压脉冲的质量。

2.当显示驱动要求获得大于8个子场的维持脉冲时，高压脉冲分压器能够为MOSFET驱动电路高端提供高效的悬浮电源，从而轻易地在极短的期间内产生更多占空比为50％的脉冲个数。

3.通讯技术中的脉冲发生器的应用频率大于VHF时，负载电容的冲放电损耗明显增加，由于以高压脉冲分压器作为MOSFET驱动电路高端的悬浮电源时不再有电容耦合到输出端，因此采用漏极电容极小的MOSFET，可以使负载电容的充放电损耗不会随着应用频率的进一步提高而明显地增加。

附图说明

图1是本发生器的总体结构框图，它包括脉冲信号放大电路1、MOSFET驱动电路2、高压脉冲输出电路3。

图2是本发生器的电原理图，该图中用虚线划分出组成它的三个部分，即：脉冲信号放大电路1，MOSFET驱动电路2，高压脉冲输出电路3。

具体实施方式

本发生器的实施方式主要分为脉冲信号放大电路、MOSFET驱动电路和高压脉冲输出电路，具体内容如下：

脉冲信号放大电路将一路小信号脉冲放大为两路时序相同、相位相反、幅度5V的脉冲；在脉冲信号放大电路中，输入端口与输入匹配电阻R₁、输入限流电阻R₂的一端并接，输入匹配电阻R₁的另一端接地，输入限流电阻R₂的另一端与正向保护二极管D₁的正端、负向保护二极管D₂的负端、同相放大器U₁的3脚、反相放大器U₂的输入电阻R₅的一端并接，正向保护二极管D₁的负端接+5V，负向保护二极管D₂的正端接-5V，同相放大器U₁的2脚与同相放大器U₁的输入电阻R₃、同相放大器U₁的反馈电阻R₄的一端并接，同相放大器U₁的输入电阻R₃的另一端接地，同相放大器U₁的反馈电阻R₄的另一端与同相放大器U₁的6脚、同相放大器U₁的输出电阻R₇的一端并接，反相放大器U₂的2脚与反相放大器U₂的输入电阻R₅的另一端、反相放大器U₂的反馈电阻R₆的一端并接，反相放大器U₂的3脚接地，反相放大器U₂的6脚与反相放大器U₂的反馈电阻R₆的另一端、反相放大器U₂的输出电阻R₈的一端并接，同相放大器U₁的4脚、同相放大器U₁的-15V去耦电容C₁的一端并接-15V，同相放大器U₁的-15V去耦电容C₁的另一端接地，同相放大器U₁的7脚、同相放大器U₁的+15V去耦电容C₂的一端并接+15V，同相放大器U₁的去耦电容C₂的另一端接地，反相放大器U₂的4脚、反相放大器U₂的-15V去耦电容C₃的一端并接-15V，反相放大器U₂的-15V去耦电容C₃的另一端接地，反相放大器U₂的7脚、反相放大器U₂的+15V去耦电容C₄的一端并接+15V，反相放大器U₂的+15V去耦电容C₄的另一端接地。

MOSFET驱动电路应用低端+15V电源和高端C₉提供的悬浮电源产生高低端MOSFET的栅极驱动脉冲；在MOSFET驱动电路中，高低端驱动器U₃的2脚与同相放大器U₁的输出电阻R₇的另一端相接，高低端驱动器U₃的4脚与反相放大器U₂的输出电阻R₈的另一端相接，高低端驱动器U₃的1脚、高低端驱动器U₃的+5V去耦电容C₅的一端接+5V，高低端驱动器U₃的3脚、5脚、10脚、高低端驱动器U₃的+5V去耦电容C₅的另一端、高低端驱动器U₃的+15V去耦电容C₆的一端接地，高低端驱动器U₃的9脚、高低端驱动器U₃的+15V去耦电容C₆的另一端接+15V，高低端驱动器U₃的7脚与上分压电容C₈的一端、下分压电容C₉的一端、高低端驱动器U₃的高端悬浮电源隔离二极管D₆的负端并接，上分压电容C₈的另一端与高压隔离二极管D₅的负端相接，高压隔离二极管D₅的正端、上分压电阻R₁₃的一端接+200V，上分压电阻R₁₃的另一端、高端悬浮电源隔离二极管D₆的正端、下分压电阻R₁₄的一端并接，高低端驱动器U₃的8脚、下分压电容C₉的另一端、下分压电阻R₁₄的另一端接输出端，高低端驱动器U₃的6脚、高端栅极限流电阻R₉的一端、高端栅极保护二极管D₃的负端并接，高低端驱动器U₃的11脚、低端栅极限流电阻R₁₀的一端、低端栅极保护二极管D₄的负端并接。

高压脉冲输出电路采用MOSFET开关电路生成高频高压脉冲；在高压脉冲输出电路中，高端金属氧化物半导体场效应管Q₁的栅极并接高端栅极限流电阻R₉的另一端、高端栅极保护二极管D₃的正端，高端金属氧化物半导体场效应管Q₁的漏极与高端充电限流电阻R₁₁的一端相接，高端充电限流电阻R₁₁的另一端、+200V的去耦电容C₇的一端接+200V，+200V的去耦电容C₇的另一端接地，高端金属氧化物半导体场效应管Q₁的源极、低端放电限流电阻R₁₂的一端接输出端，低端金属氧化物半导体场效应管Q₂的栅极并接低端栅极限流电阻R₁₀的另一端、低端栅极保护二极管D₄的正端，低端金属氧化物半导体场效应管Q₂的漏极与低端放电限流电阻R₁₂的另一端相接，低端金属氧化物半导体场效应管Q₂的源极接地。

Claims (4)

1.一种高频高压脉冲发生器，其特征在于该发生器包括按顺序串行连接的脉冲信号放大电路(1)、金属氧化物半导体场效应管驱动电路(2)和高压脉冲输出电路(3)，脉冲信号放大电路(1)的输出端即同相放大器(U₁)、反相放大器(U₂)的输出端接金属氧化物半导体场效应管驱动电路(2)的输入端即高低端驱动器(U₃)的高低输入端，金属氧化物半导体场效应管驱动电路(2)的输出端即高低端驱动器(U₃)的高低输出端接高压脉冲输出电路(3)的输入端即金属氧化物半导体场效应管开关电路的高低输入端，脉冲信号放大电路(1)的输入端为该发生器的输入端，高压脉冲输出电路(3)的输出端是该发生器的输出端。

2.根据权利要求1所述的高频高压脉冲发生器，其特征在于在脉冲信号放大电路(1)中，输入端口与输入匹配电阻(R₁)、输入限流电阻(R₂)的一端并接，输入匹配电阻(R₁)的另一端接地，输入限流电阻(R₂)的另一端与正向保护二极管(D₁)的正端、负向保护二极管(D₂)的负端、同相放大器(U₁)的3脚、反相放大器(U₂)的输入电阻(R₅)的一端并接，正向保护二极管(D₁)的负端接+5V，负向保护二极管(D₂)的正端接-5V，同相放大器(U₁)的2脚与同相放大器(U₁)的输入电阻(R₃)、同相放大器(U₁)的反馈电阻(R₄)的一端并接，同相放大器(U₁)的输入电阻(R₃)的另一端接地，同相放大器(U₁)的反馈电阻(R₄)的另一端与同相放大器(U₁)的6脚、同相放大器(U₁)的输出电阻(R₇)的一端并接，反相放大器(U₂)的2脚与反相放大器(U₂)的输入电阻(R₅)的另一端、反相放大器(U₂)的反馈电阻(R₆)的一端并接，反相放大器(U₂)的3脚接地，反相放大器(U₂)的6脚与反相放大器(U₂)的反馈电阻(R₆)的另一端、反相放大器(U₂)的输出电阻(R₈)的一端并接，同相放大器(U₁)的4脚、同相放大器(U₁)的-15V去耦电容(C₁)的一端并接-15V，同相放大器(U₁)的-15V去耦电容(C₁)的另一端接地，同相放大器(U₁)的7脚、同相放大器(U₁)的+15V去耦电容(C₂)的一端并接+15V，同相放大器U₁的去耦电容(C₂)的另一端接地，反相放大器(U₂)的4脚、反相放大器(U₂)的-15V去耦电容(C₃)的一端并接-15V，反相放大器(U₂)的-15V去耦电容(C₃)的另一端接地，反相放大器(U₂)的7脚、反相放大器(U₂)的+15V去耦电容(C₄)的一端并接+15V，反相放大器(U₂)的+15V去耦电容(C₄)的另一端接地。

3.根据权利要求1所述的高频高压脉冲发生器，其特征在于在金属氧化物半导体场效应管驱动电路(2)中，高低端驱动器(U₃)的2脚与同相放大器(U₁)的输出电阻(R₇)的另一端相接，高低端驱动器(U₃)的4脚与反相放大器(U₂)的输出电阻(R₈)

的另一端相接，高低端驱动器(U₃)的1脚、高低端驱动器(U₃)的+5V去耦电容(C₅)的一端接+5V，高低端驱动器(U₃)的3脚、5脚、10脚、高低端驱动器(U₃)的+5V去耦电容(C₅)的另一端、高低端驱动器(U₃)的+15V去耦电容(C₆)的一端接地，高低端驱动器(U₃)的9脚、高低端驱动器(U₃)的+15V去耦电容(C₆)的另一端接+15V，高低端驱动器(U₃)的7脚与上分压电容(C₈₎的一端、下分压电容(C₉)的一端、高低端驱动器(U₃)的高端悬浮电源隔离二极管(D₆)的负端并接，上分压电容(C₈)的另一端与高压隔离二极管(D₅)的负端相接，高压隔离二极管(D₅)的正端、上分压电阻(R₁₃)的一端接+200V，上分压电阻(R₁₃)的另一端、高端悬浮电源隔离二极管(D₆)的正端、下分压电阻(R₁₄)的一端并接，高低端驱动器(U₃)的8脚、下分压电容(C₉)的另一端、下分压电阻(R₁₄)的另一端接输出端，高低端驱动器(U₃)的6脚、高端栅极限流电阻(R₉)的一端、高端栅极保护二极管(D₃)的负端并接，高低端驱动器(U₃)的11脚、低端栅极限流电阻(R₁₀)的一端、低端栅极保护二极管(D₄)的负端并接。

4.根据权利要求1所述的高频高压脉冲发生器，其特征在于在高压脉冲输出电路(3)中，高端金属氧化物半导体场效应管(Q₁)的栅极并接高端栅极限流电阻(R₉)的另一端、高端栅极保护二极管(D₃)的正端，高端金属氧化物半导体场效应管(Q₁)的漏极与高端充电限流电阻(R₁₁)的一端相接，高端充电限流电阻(R₁₁)的另一端、+200V的去耦电容(C₇)的一端接+200V，+200V的去耦电容(C₇)的另一端接地，高端金属氧化物半导体场效应管(Q₁)的源极、低端放电限流电阻(R₁₂)的一端接输出端，低端金属氧化物半导体场效应管(Q₂)的栅极并接低端栅极限流电阻(R₁₀)的另一端、低端栅极保护二极管(D₄)的正端，低端金属氧化物半导体场效应管(Q₂)的漏极与低端放电限流电阻(R₁₂)的另一端相接，低端金属氧化物半导体场效应管(Q₂)的源极接地。

Images