CN105406840B - 基于mosfet的雷达脉冲发生器 - Google Patents

基于mosfet的雷达脉冲发生器 Download PDF

Info

Publication number
CN105406840B
CN105406840B CN201510955171.4A CN201510955171A CN105406840B CN 105406840 B CN105406840 B CN 105406840B CN 201510955171 A CN201510955171 A CN 201510955171A CN 105406840 B CN105406840 B CN 105406840B
Authority
CN
China
Prior art keywords
mosfet
switch
pipe
protecting circuit
mosfet pipe
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201510955171.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105406840A (zh
Inventor
沈永东
胥飞
张元熙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Dianji University
Original Assignee
Shanghai Dianji University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Dianji University filed Critical Shanghai Dianji University
Priority to CN201510955171.4A priority Critical patent/CN105406840B/zh
Publication of CN105406840A publication Critical patent/CN105406840A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105406840B publication Critical patent/CN105406840B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/53—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback
    • H03K3/57—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback the switching device being a semiconductor device

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明提供了一种基于MOSFET的雷达脉冲发生器，包括：高压电源、储能电容、第一驱动保护电路、第二驱动保护电路、第三驱动保护电路、第四驱动保护电路、MOSFET串并联开关、FPGA控制中心、脉冲变压器、并联电容器、并联电阻器和二极管；FPGA控制中心通过所述四个输出端输出分别用于控制第一MOSFET开关管、第二MOSFET开关管、第三MOSFET开关管和第四MOSFET开关管的脉冲调制信号；第一驱动保护电路、第二驱动保护电路、第三驱动保护电路和第四驱动保护电路分别用于将相应的脉冲调制信号经由电平转换而转换成相应的MOSFET驱动信号。

Description

基于MOSFET的雷达脉冲发生器
技术领域
本发明涉及电力电子领域，更具体地说，本发明涉及一种基于MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效晶体管)的雷达脉冲发生器。
背景技术
现有海航脉冲发生器普遍采用传统方案的氢闸流管作为主开关，这种方案普遍低效率、故障率高、体积庞大，而且这种方案最突出的问题是技术性能相对很低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在传统脉冲发生器体积大、精度低、效率低、故障率高等缺陷，提供一种采用MOSFET作为主开关电路的脉冲发生器，其具有更小的体积、故障率明显降低，而且其最突出的优点是技术性能得到了极大的提升。
为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种基于MOSFET的雷达脉冲发生器，包括：高压电源、储能电容、第一驱动保护电路、第二驱动保护电路、第三驱动保护电路、第四驱动保护电路、MOSFET串并联开关、FPGA控制中心、脉冲变压器、并联电容器、并联电阻器和二极管；其中，高压电源与储能电容并联；其中储能电容的第一端连接至并联电容器的第一端、并联电阻器的第一端以及脉冲变压器的初级电感的第一端；并联电容器的第二端和并联电阻器的第二端连接至二极管的输出端，二极管的输入端连接至脉冲变压器的初级电感的第二端；而且其中，MOSFET串并联开关包括：第一MOSFET开关管、第二MOSFET开关管、第三MOSFET开关管和第四MOSFET开关管；其中FPGA控制中心的四个输出端分别通过第一驱动保护电路、第二驱动保护电路、第三驱动保护电路和第四驱动保护电路连接至第一MOSFET开关管的基极、第二MOSFET开关管的基极、第三MOSFET开关管的基极和第四MOSFET开关管的基极；而且，第一MOSFET开关管的源极和第三MOSFET开关管的源极连接至初级电感的第二端，第一MOSFET开关管的漏极和第三MOSFET开关管的漏极分别连接至第二驱动保护电路的源极和第四驱动保护电路的源极，而且第二驱动保护电路的漏极和第四驱动保护电路的漏极连接至储能电容的第二端。
优选地，FPGA控制中心通过所述四个输出端输出分别用于控制第一MOSFET开关管、第二MOSFET开关管、第三MOSFET开关管和第四MOSFET开关管的脉冲调制信号。
优选地，第一驱动保护电路、第二驱动保护电路、第三驱动保护电路和第四驱动保护电路分别用于将相应的脉冲调制信号经由电平转换而转换成相应的MOSFET驱动信号。
优选地，高压电源经由保护电阻与储能电容并联。
优选地，第一MOSFET开关管、第二MOSFET开关管、第三MOSFET开关管和第四MOSFET开关管是增强型MOSFET晶体管。
优选地，第一MOSFET开关管、第二MOSFET开关管、第三MOSFET开关管和第四MOSFET开关管是增强型N型MOSFET晶体管。
优选地，高压电源是一个反激式开关电源。
优选地，第一驱动保护电路、第二驱动保护电路、第三驱动保护电路和第四驱动保护电路采用图腾柱驱动电路结构。
附图说明
结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的基于MOSFET的雷达脉冲发生器的总体框图。
图2示意性地示出了根据本发明优选实施例采用的的反激式开关电源的示例。
图3示意性地示出了根据本发明优选实施例的驱动保护电路的示意图。
需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
具体实施方式
为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的基于MOSFET的雷达脉冲发生器的总体框图。
如图1所示，根据本发明优选实施例的基于MOSFET的雷达脉冲发生器包括：高压电源10、储能电容20、第一驱动保护电路31、第二驱动保护电路32、第三驱动保护电路33、第四驱动保护电路34、MOSFET串并联开关、FPGA(Field-Programmable GateArray，现场可编程门阵列)控制中心40、脉冲变压器50、并联电容器70、并联电阻器80和二极管90。
其中，高压电源10与储能电容20并联；其中储能电容20的第一端连接至并联电容器70的第一端、并联电阻器80的第一端以及脉冲变压器50的初级电感(初级线圈)的第一端；并联电容器70的第二端和并联电阻器80的第二端连接至二极管90的输出端，二极管90的输入端连接至脉冲变压器50的初级电感的第二端。
MOSFET串并联开关包括：第一MOSFET开关管61、第二MOSFET开关管62、第三MOSFET开关管63和第四MOSFET开关管64；其中FPGA控制中心40的四个输出端分别通过第一驱动保护电路31、第二驱动保护电路32、第三驱动保护电路33和第四驱动保护电路34连接至第一MOSFET开关管61的基极、第二MOSFET开关管62的基极、第三MOSFET开关管63的基极和第四MOSFET开关管64的基极；而且，第一MOSFET开关管61的源极和第三MOSFET开关管63的源极连接至初级电感的第二端，第一MOSFET开关管61的漏极和第三MOSFET开关管63的漏极分别连接至第二驱动保护电路32的源极和第四驱动保护电路34的源极，而且第二驱动保护电路32的漏极和第四驱动保护电路34的漏极连接至储能电容20的第二端。
优选地，如图1所示，高压电源10经由保护电阻R1与储能电容20并联。
例如，第一MOSFET开关管61、第二MOSFET开关管62、第三MOSFET开关管63和第四MOSFET开关管64是增强型MOSFET晶体管，例如增强型N型MOSFET晶体管。
例如，FPGA控制中心40通过所述四个输出端输出分别用于控制第一MOSFET开关管61、第二MOSFET开关管62、第三MOSFET开关管63和第四MOSFET开关管64的脉冲调制信号，第一驱动保护电路31、第二驱动保护电路32、第三驱动保护电路33和第四驱动保护电路34分别用于将相应的脉冲调制信号经由电平转换而转换成相应的MOSFET驱动信号。
其中，脉冲变压器50的次级电感连接负载。
在具体工作时，高压电源10与储能电容20并联作为初级电源；当MOSFET串并联开关处于关断状态时，储能电容20储存能量，同时脉冲变压器处于非工作状态；当FPGA控制中心发出脉冲调制信号后，驱动保护电路将脉冲调制信号转化为符合要求的MOSFET驱动信号打开MOSFET开关管，此时高压电源与储能电容通过脉冲变压器向脉冲变压器的次级电感连接的负载释放能量。释放能量的脉冲宽度由FPGA控制中心决定，当FPGA控制调制信号关断后，MOSFET开关管迅速关断，脉冲变压器停止工作。此时初级电感中的残存能量通过DCR电路(即并联电容器70、并联电阻器80和二极管90组成的电路)迅速释放，如此一个工作周期结束，循环往复。当发生短路故障时，过流保护电阻R1会迅速烧毁，切断电路，保护主要元器件。
<高压电源模块>
高压电源模块为负载提供初级电源，常用的初级电源形式有正激式开关电源与反激式开关电源，所有在优选示例中可以采用反激式开关电源。
图2示意性地示出了根据本发明优选实施例采用的的反激式开关电源的示例。如图2所示，输入电压为Ui，晶体管K开通时由于二极管Do因反向阻断，变压器T储存能量，关断时能量通过与电容Co并联的负载R释放(负载R上的电压为Uo)，为形成闭环电路通过分压电阻Ro采集输出电压，经由A/D电路转换，PWM控制器通过对A/D输出数据进行分析产生PWM波形信号，使得输出电压稳定可靠。
之所以选用反激式开关电源作为高压电源，主要考虑到以下几个方面：1、结构简单、体积小，因为在反激式开关电源中，在开关管关断的时候，反激式变换器的变压器储能向负载释放，磁芯自然复位，不需要加磁复位措施，省略了复磁电路，所以体积大幅度减小；2、成本较低，适合用于100W以下电路。反激式开关电源的优点是电路比较简单，比正激式开关电源少用了一个大的储能滤波电感，以及一个续流二极管，一次，反激式开关电源的体积要比正激式开关电源的体积小，且成本也要低。此外，反激式开关电源输出电压受占空比的调制幅度，相对于正激式开关电源来要高很多，因此，反激式开关电源要求调控占空比的误差信号幅度要比较低，误差信号放大器的增益和动态范围也要较小。由于这些优点，所以优选地采用反激式开关电源作为脉冲发生器的储能电源。
<驱动保护电路>
为使得脉冲波形快速开通与关断，驱动电路起着至关重要的作用，因此在优选示例中采用图腾柱驱动电路结构，图腾柱驱动电路结构的驱动速度极快且电路形式简单。如图3所示，FPGA控制中心发出脉冲工作信号，经驱动芯片进行一级增强放大后，进入图腾驱动电路(N型管2与P型管3串联)进行二次驱动放大，最终通过栅极电阻(Rg)对MOSFET进行驱动，D1为反向并联二极管以防止开机时误导通，MOSFET开关管的基极-源极电阻(Rgs)通常用来泄放空间集聚电荷。
图腾柱驱动电路结构的驱动芯片1提供非常强大的驱动能力，N型MOS管2与P型MOS管3确保电路安全可靠、开关迅速。当开机时没有驱动信号，而主电路中的MOSFET两端突然施加高电压时，可能误触发该主电路MOSFET，所以快速二极管的存在能够确保突然开机不会导致误触发；二极管90的等效电阻过小会导致源漏两端电压振荡，过大会明显延迟脉冲开通与关断，一般对于海航脉冲发生器驱动电路，此处选用电阻一般为0.5Ω～1Ω；MOSFET开关管的基极-源极电阻的存在是确保当设备在脉冲间歇或关机时MOSFET的基极集聚空间电荷，通过电阻基极-源极电阻释放能量。
<FPGA控制中心>
本发明优选实施例中采用FPGA作为脉冲控制发生芯片，由FPGA产生的脉冲信号比较微弱，无法驱动功率开关管。FPGA同时产生多路MOSFET的开关信号，通过驱动芯片来进行电平转换，驱动功率开关管形成符合要求的信号形式。
<脉冲变压器>
脉冲变压器是整个脉冲发生器中必不可少的一部分，它将初级电压电路转化为符合磁控管需求的脉冲形式，同时脉冲变压器最重要技术特点是非线性畸变，采用高性能材料作为磁芯材料，优选地可以选用坡莫合金EI35作为铁心材料，采用1：20的变比。
总之，传统脉冲发生器采用的主开关器件为氢闸流管，本发明主要采用MOSFET作为主开关器件，并相应地采用新型拓扑结构，使得该脉冲发生器明显优于传统的脉冲发生器。
优选地，例如可以采用下述器件参数：0.075us(窄脉冲)射频输出波形的技术指标参数为上升沿8ns，下降沿60ns左右，脉冲宽度为0.100us；0.25us(中脉冲)输出波形的技术指标参数为上升沿8ns，下降沿70ns，脉冲宽度为0.317us；0.75us(长脉冲)输出波形的技术指标参数为上升沿8ns，下降沿80ns，脉冲宽度为0.816us；1.2us(超长脉冲)输出波形的技术指标为上升沿8ns，下降沿80ns，脉冲宽度为1.26us。
此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种基于MOSFET的雷达脉冲发生器，其特征在于包括：高压电源、储能电容、第一驱动保护电路、第二驱动保护电路、第三驱动保护电路、第四驱动保护电路、MOSFET串并联开关、FPGA控制中心、脉冲变压器、并联电容器、并联电阻器和二极管；
其中，高压电源与储能电容并联；其中储能电容的第一端连接至并联电容器的第一端、并联电阻器的第一端以及脉冲变压器的初级电感的第一端；并联电容器的第二端和并联电阻器的第二端连接至二极管的输出端，二极管的输入端连接至脉冲变压器的初级电感的第二端；
而且其中，MOSFET串并联开关包括：第一MOSFET开关管、第二MOSFET开关管、第三MOSFET开关管和第四MOSFET开关管；其中FPGA控制中心的四个输出端分别通过第一驱动保护电路、第二驱动保护电路、第三驱动保护电路和第四驱动保护电路连接至第一MOSFET开关管的基极、第二MOSFET开关管的基极、第三MOSFET开关管的基极和第四MOSFET开关管的基极；而且，第一MOSFET开关管的源极和第三MOSFET开关管的源极连接至初级电感的第二端，第一MOSFET开关管的漏极和第三MOSFET开关管的漏极分别连接至第二MOSFET开关管的源极和第四MOSFET开关管的源极，而且第二MOSFET开关管的漏极和第四MOSFET开关管的漏极连接至储能电容的第二端。
2.根据权利要求1所述的基于MOSFET的雷达脉冲发生器，其特征在于，FPGA控制中心通过所述四个输出端输出分别用于控制第一MOSFET开关管、第二MOSFET开关管、第三MOSFET开关管和第四MOSFET开关管的脉冲调制信号。
3.根据权利要求2所述的基于MOSFET的雷达脉冲发生器，其特征在于，第一驱动保护电路、第二驱动保护电路、第三驱动保护电路和第四驱动保护电路分别用于将相应的脉冲调制信号经由电平转换而转换成相应的MOSFET驱动信号。
4.根据权利要求1或2所述的基于MOSFET的雷达脉冲发生器，其特征在于，高压电源经由保护电阻与储能电容并联。
5.根据权利要求1或2所述的基于MOSFET的雷达脉冲发生器，其特征在于，第一MOSFET开关管、第二MOSFET开关管、第三MOSFET开关管和第四MOSFET开关管是增强型MOSFET晶体管。
6.根据权利要求1或2所述的基于MOSFET的雷达脉冲发生器，其特征在于，第一MOSFET开关管、第二MOSFET开关管、第三MOSFET开关管和第四MOSFET开关管是增强型N型MOSFET晶体管。
7.根据权利要求1或2所述的基于MOSFET的雷达脉冲发生器，其特征在于，高压电源是一个反激式开关电源。
8.根据权利要求1或2所述的基于MOSFET的雷达脉冲发生器，其特征在于，第一驱动保护电路、第二驱动保护电路、第三驱动保护电路和第四驱动保护电路采用图腾柱驱动电路结构。
CN201510955171.4A 2015-12-17 2015-12-17 基于mosfet的雷达脉冲发生器 Expired - Fee Related CN105406840B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510955171.4A CN105406840B (zh) 2015-12-17 2015-12-17 基于mosfet的雷达脉冲发生器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510955171.4A CN105406840B (zh) 2015-12-17 2015-12-17 基于mosfet的雷达脉冲发生器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105406840A CN105406840A (zh) 2016-03-16
CN105406840B true CN105406840B (zh) 2018-06-26

Family

ID=55472134

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510955171.4A Expired - Fee Related CN105406840B (zh) 2015-12-17 2015-12-17 基于mosfet的雷达脉冲发生器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105406840B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE60125071T2 (de) * 2000-08-24 2007-03-15 Commissariat à l'Energie Atomique Hochspannungsimpulsgenerator und mit solchem Generator ausgerüstete elektrische Versorgungseinrichtung
CN203590071U (zh) * 2013-11-07 2014-05-07 南京三乐电子信息产业集团有限公司 一种脉冲变压器的磁控管调制器
CN203617979U (zh) * 2013-12-24 2014-05-28 国家电网公司 一种高压方波发生器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE60125071T2 (de) * 2000-08-24 2007-03-15 Commissariat à l'Energie Atomique Hochspannungsimpulsgenerator und mit solchem Generator ausgerüstete elektrische Versorgungseinrichtung
CN203590071U (zh) * 2013-11-07 2014-05-07 南京三乐电子信息产业集团有限公司 一种脉冲变压器的磁控管调制器
CN203617979U (zh) * 2013-12-24 2014-05-28 国家电网公司 一种高压方波发生器

Also Published As

Publication number Publication date
CN105406840A (zh) 2016-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN203166497U (zh) 一种防浪涌直流保护电路
EP2955529B1 (en) Power converter, short-circuit detecting device thereof and short-circuit detecting method thereof
CN203014660U (zh) 一种双路输出的igbt驱动模块及其电路板
CN112230115B (zh) 一种集成氮化镓二极管和三极管的雪崩测试电路及其控制方法
CN109638797A (zh) 一种带过流保护的多开关同步隔离驱动电路
CN105406840B (zh) 基于mosfet的雷达脉冲发生器
CN202330630U (zh) 一种mos管的电流与工作状态检测电路
CN207070035U (zh) 氮化镓高电子迁移率晶体管的漏极调制电路
CN201063539Y (zh) 一种llc串联谐振变换器保护电路
CN103066850B (zh) 隔离式升压电路、背光模块及液晶显示装置
CN202759376U (zh) 一种新型rcd吸收电路
CN205901700U (zh) 一种有源门极控制电路
CN104155507A (zh) 一种漏电流检测电路及方法
CN212114767U (zh) 一种脱扣电路、控制电路及其漏电检测系统
CN205070778U (zh) 电压尖峰吸收电路及开关电源电路
CN203826926U (zh) 欠压脱扣器的内部电路
CN109449915B (zh) 适用于tr组件无次序加电的内置小型化保护电路
CN108599573B (zh) 一种正激有源钳位驱动电路
CN107317489A (zh) 一种三相开关电源及其过压防护电路与过压防护方法
CN101888237B (zh) 一种具有抗干扰保护功能的电平转移电路
CN203352450U (zh) 一种功放开关电源
CN205356130U (zh) 一种igbt驱动电路
CN205596089U (zh) 高压电子开关装置
CN205596090U (zh) 基于脉冲边缘检测的高压高频电子开关
CN205039694U (zh) 一种阈值可调的驱动电路及具有该电路的电器设备

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20180626

Termination date: 20201217

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee