CN106025784B - 一种升压式电光调q电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种升压式电光调Q电路，包括场效应管Q1、Q2，电容C1、C2，电阻R1、R2、R3、R4和调Q晶体；场效应管Q1的漏极连接正高压HV，源极与电阻R2相连接；场效应管Q2的源极连接负高压‑HV，漏极与电阻R1相连接，电容C1的一端与场效应管Q1和电阻R2的连接处相连，另一端连接电阻R3后与正负高压‑HV的公共接地端相连；电容C2的一端与场效应管Q2和电阻R1的连接处相连接，另一端连接电阻R4后与正负高压‑HV的公共接地端相连；调Q晶体的一端与电容C1和电阻R3的连接处相连接，另一端与电容C2和电阻R4的连接处相连接；本发明电路上升沿快、工作稳定；能获得更高的电压输出，脉冲幅值调节范围大；可靠性高、成本低；提高了激光器电光转换的效率。
Description
技术领域
本发明属于高压快速驱动电源技术领域，具体涉及一种升压式电光调Q电路。
背景技术
在激光技术领域中，电光调Q利用电光晶体的电光效应来实现激光腔的Q值突变，即控制加在电光晶体两端高压的突变，使通过晶体的线偏振光相位延迟的突变，从而使激光腔的损耗突变，来产生高峰值功率、窄脉冲宽度的激光巨脉冲。
电光Q开关是产生高峰值功率激光脉冲的关键器件，影响电光调Q激光电光效率的一个重要因素是Q开关速度，Q开关速度主要由调Q电路决定，如何提高调Q电路的开关速度是电光调Q激光器的首要任务。
现有的调Q电路多采用雪崩三极管级联或者变压器升压的方式，对于雪崩三极管级联式调Q电路，输出脉冲幅度调节范围小，雪崩三极管一致性要求较高；对于变压器升压式调Q电路，开关速度慢，电路一致性差。
发明内容
本发明的目的在于根据现有技术的不足，提供一种升压式电光调Q电路，以实现纳秒级高压脉冲输出，具有快速、调节范围大、成本低和可靠性高等特点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种升压式电光调Q电路，包括第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和调Q晶体；所述第一场效应管Q1的漏极连接正高压HV，第一场效应管Q1的源极与第二电阻R2相连接；所述第二电阻R2的另一端与负高压-HV相连接；所述第二场效应管Q2的源极连接负高压-HV，第二场效应管Q2的漏极与第一电阻R1相连接；所述第一电阻R1的另一端与正高压HV相连接；所述第一电容C1的一端与第一场效应管Q1和第二电阻R2的连接处相连，第一电容C1的另一端连接第三电阻R3后与正高压HV和负高压-HV的公共接地端相连；所述第二电容C2的一端与第二场效应管Q2和第一电阻R1的连接处相连接，第二电容C2的另一端连接第四电阻R4后与正高压HV和负高压-HV的公共接地端相连；所述调Q晶体的一端与第一电容C1和第三电阻R3的连接处相连接，调Q晶体的另一端与第二电容C2和第四电阻R4的连接处相连接。
所述的一种升压式电光调Q电路，还包括第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第三电容C3、第四电容C4以及与第三电阻R3并联的第一二极管D1和与第四电阻R4并联的第二二极管D2；所述的第一场效应管Q1的栅极和源极之间连接第六电阻R6，所述的第二场效应管Q2的栅极和源极之间连接第七电阻R7；所述的第三电容C3和第五电阻R5并联后两端分别与正高压HV和公共接地端相连接，所述的第四电容C4和第八电阻R8并联后两端分别与负高压-HV和公共接地端相连接。
所述的一种升压式电光调Q电路，还包括第九电阻R9、第十电阻R10、第三场效应管Q3和第四场效应管Q4；所述的第三场效应管Q3的漏极端与第一场效应管Q1的源极端相连接，所述的第三场效应管Q3的源极端与第二电阻R2相连接，所述的第三场效应管Q3的栅极和源极之间连接第九电阻R9；所述的第四场效应管Q4的源极端与负高压-HV相连接，所述的第四场效应管Q4的漏极端与第二场效应管Q2的源极端相连接，所述的第四场效应管Q4的栅极和源极之间连接第十电阻R10。
所述的一种升压式电光调Q电路，其第一场效应管Q1和第二场效应管Q2由触发电路同步触发。所述的第三场效应管Q3和第四场效应管Q4由触发电路同步触发。
所述的一种升压式电光调Q电路，其调Q晶体为KDP或
。
所述的一种升压式电光调Q电路，其第一电容C1和第二电容C2为瓷介电容或聚丙烯电容。其所述的第三电容C3和第四电容C4为瓷介电容或聚丙烯电容。
本发明的有益效果是：
1、本发明实现的升压式电光调Q电路上升沿快、工作稳定；
2、本发明实现的升压式电光调Q电路通过场效应管串联的方式可获得更高的电压输出，脉冲幅值调节范围大；
3、本发明实现的升压式电光调Q电路可靠性高、成本低；
4、本发明实现的升压式电光调Q电路可以提高激光器电光转换效率。
附图说明
图1是本发明第一实施例的电路原理框图；
图2是本发明的第二实施例电路原理框图；
图3是本发明的第三实施例电路原理框图；
图4是本发明的测试波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
参照图1所示，作为本发明的基本实施例，一种升压式电光调Q电路，包括第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和调Q晶体；所述第一场效应管Q1的漏极连接正高压HV，第一场效应管Q1的源极与第二电阻R2相连接；所述第二电阻R2的另一端与负高压-HV相连接；所述第二场效应管Q2的源极连接负高压-HV，第二场效应管Q2的漏极与第一电阻R1相连接；所述第一电阻R1的另一端与正高压HV相连接；所述第一电容C1的一端与第一场效应管Q1和第二电阻R2的连接处相连，第一电容C1的另一端连接第三电阻R3后与正负高压-HV的公共接地端相连；所述第二电容C2的一端与第二场效应管Q2和第一电阻R1的连接处相连接，第二电容C2的另一端连接第四电阻R4后与正负高压-HV的公共接地端相连；所述调Q晶体的一端与第一电容C1和第三电阻R3的连接处相连接，调Q晶体的另一端与第二电容C2和第四电阻R4的连接处相连接。
进一步，所述的调Q晶体为KDP或
。
本发明的原理是：
第一场效应管Q1和第二场效应管Q2在触发信号到来前均处于关闭状态，此时第一电容C1和第二电阻R2的连接端电位为负高压-HV，第二电容C2和第一电阻R1的连接端电位为正高压HV，第一电容C1与第三电阻R3的连接端电位为零，第二电容C2与第四电阻R4的连接端电位也为零，调Q晶体两端的电位差为零。
那么，第一电容C1与第三电阻R3的连接端的电位比第一电容C1和第二电阻R2的连接端的电位高HV，第二电容C2与第四电阻R4的连接端的电位比第二电容C2和第一电阻R1的连接端电位低HV。
当第一场效应管Q1和第二场效应管Q2的同步触发信号到来后，场效应管均导通。此时，第一电容C1和第二电阻R2的连接端电位为HV，第二电容C2和第一电阻R1的连接端电位为-HV。
由于第一电容C1和第二电容C2两端的压差不能突变，那么，第一电容C1与第三电阻R3的连接端电位为2HV，第二电容C2与第四电阻R4的连接端的电位为-2HV，调Q晶体两端的电位差为4HV，从而在调Q晶体两端获得纳秒级高压脉冲输出。
因此，通过场效应管串联的方式提高耐压可以获得更大的调节范围，调节正负高压HV可以获得4HV高压脉冲输出。
实施例2：
是相较实施例1进一步的实施例，如图2所示，它还包括第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8，第三电容C3、第四电容C4以及第一二极管D1和第二二极管D2。其中，第一场效应管Q1的栅极和源极之间连接第六电阻R6，所述的第二场效应管Q2的栅极和源极之间连接第七电阻R7；第三电容C3和第五电阻R5并联后两端分别与正高压HV和公共接地端相连接，所述的第四电容C4和第八电阻R8并联后两端分别与负高压-HV和公共接地端相连接。
具体而言，所述的第一场效应管Q1的漏极端与正高压HV相连接，第一场效应管Q1的源极端连接第二电阻R2，第二电阻R2的另一端连接负高压-HV；所述的第二场效应管Q2源极端连接负高压-HV，漏极端连接第一电阻R1，第一电阻R1的另一端连接正高压HV；所述的第一电容C1的一端连接第一场效应管Q1源极端与第二电阻R2的连接端，第一电容C1的另一端连接第三电阻R3，第三电阻R3的另一端接正负高压的公共接地端，第一二极管D1与第三电阻R3并联；所述的第二电容C2一端连接第二场效应管Q2的漏极端与第一电阻R1的连接端，第二电容C2的另一端连接第四电阻R4，第四电阻R4的另一端接正负高压的公共接地端，第二二极管D2与第四电阻R4并联；所述的调Q晶体KDP的一端连接第一电容C1与第三电阻R3的连接端，调Q晶体KDP的另一端连接第二电容C2与第四电阻R4的连接端；所述的第六电阻R6连接到第一场效应管Q1的栅极和源极之间，第七电阻R7连接到第二场效应管Q2的栅极和源极之间；所述的第三电容C3和第五电阻电容R5并联后连接到正高压HV和公共接地端，第四电容C4和第八电阻R8并联后连接到负高压-HV和公共接地端。
进一步，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4为瓷介电容或聚丙烯电容。
这样两路隔离的同步触发信号分别连接到第六电阻R6和第七电阻R7两端，一路触发信号正连接到第六电阻R6和第一场效应管Q1栅极连接端G1，触发信号负连接到第六电阻R6和第一场效应管Q1源极的连接端S1；另一路触发信号正连接到第七电阻R7和第二场效应管Q2栅极连接端G2，触发信号负连接到第七电阻R7和第二场效应管Q2源极的连接端S2。
实施例3：
如图3所示，在实施例2基础上更进一步，采用两个场效应管串联的方式，来获得更高的调Q电压，它还包括第九电阻R9、第十电阻R10、第三场效应管Q3和第四场效应管Q4。其中第三场效应管Q3的漏极端与第一场效应管Q1的源极端相连接，第三场效应管Q3的源极端与第二电阻R2相连接，第三场效应管Q3的栅极和源极之间连接第九电阻R9；第四场效应管Q4的源极端与负高压-HV相连接，第四场效应管Q4的漏极端与第二场效应管Q2的源极端相连接，第四场效应管Q4的栅极和源极之间连接第十电阻R10。
具体而言，所述的第一场效应管Q1漏极端连接正高压HV，第一场效应管Q1源极端连接第三场效应管Q3的漏极端，第三场效应管Q3的源极端连接第二电阻R2，第二电阻R2的另一端连接负高压-HV；所述的第四场效应管Q4源极端连接负高压-HV，第四场效应管Q4的漏极端连接第二场效应管Q2的源极端，第二场效应管Q2的漏极端连接第一电阻R1，第一电阻R1的另一端连接正高压HV；所述的第一电容C1一端连接第三场效应管Q3源极端与第二电阻R2的连接端，第一电容C1的另一端连接第三电阻R3，第三电阻R3的另一端接正负高压的公共接地端，第一二极管D1与第三电阻R3并联；所述的第二电容C2一端连接第二场效应管Q2漏极端与第一电阻R1的连接端，第二电容C2的另一端连接第四电阻R4，第四电阻R4的另一端接正负高压的公共接地端，第二二极管D2与第四电阻R4并联；所述的调Q晶体KDP的一端连接第一电容C1与第三电阻R3的连接端，调Q晶体KDP的另一端连接第二电容C2与第四电阻R4的连接端；所述的第六电阻R6连接到第一场效应管Q1的栅极和源极之间，第九电阻R9连接到第三场效应管Q3的栅极和源极之间，第七电阻R7连接到第二场效应管Q2的栅极和源极之间，第十电阻R10连接到第四场效应管Q4的栅极和源极之间；所述的第三电容C3和第五电阻R5并联后连接到正高压HV和公共接地端，第四电容C4和第八电阻R8并联后连接到负高压-HV和公共接地端。
四路隔离的同步触发信号分别连接到第六电阻R6、第九电阻R9、第七电阻R7和第十电阻R10两端，第一路触发信号正连接到第六电阻R6和第一场效应管Q1栅极连接端G1，第一路触发信号负连接到第六电阻R6和第一场效应管Q1源极的连接端S1；第二路触发信号正连接到第九电阻R9和第三场效应管Q3栅极连接端G3，第二路触发信号负连接到第九电阻R9和第三场效应管Q3源极的连接端S3；第三路触发信号正连接到第七电阻R7和第二场效应管Q2栅极连接端G2，第三路触发信号负连接到第七电阻R7和第二场效应管Q2源极的连接端S2；第四路触发信号正连接到第十电阻R10和第四场效应管Q4栅极连接端G4，触发信号负连接到第十电阻R10和第四场效应管Q4源极的连接端S4。
进一步，第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3和第四场效应管Q4由触发电路同步触发。
本发明采用正负高压电源供电，实现了纳秒级高压脉冲输出，具有快速、调节范围大、成本低、可靠性高等特点，可用于升压式电光调Ｑ、高能物理、雷达等领域。
第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3和第四场效应管Q4耐压值Vds不小于1500V，输入电容尽量小；第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4耐压值不低于1500V，第三电容C3和第四电容C4容量为22nF，第一电容C1和第二电容C2容量为1nF；第五电阻R5和第八电阻R8为2512封装，阻值为10MΩ；第六电阻R6、第七电阻R7、第九电阻R9和第十电阻R10阻值为51Ω；第一电阻R1和第二电阻R2为2512封装，阻值为100kΩ；第三电阻R3和第四电阻R4为2512封装，阻值为10kΩ；第一二极管D1和第二二极管D2耐压值大于3000V。测试时，采用Agilent MSO6032A示波器，采用Tektronix P6015A探头，衰减1000倍，测试波形如图4所示。测试脉冲个数为1282个，脉冲上升沿最大、最小值分别为4.4ns和7.1ns，脉冲幅度最大、最小值分别为5320V和5450V。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种升压式电光调Q电路，其特征在于：包括第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和调Q晶体；
所述第一场效应管Q1的漏极连接正高压HV，第一场效应管Q1的源极与第二电阻R2相连接；所述第二电阻R2的另一端与负高压-HV相连接；
所述第二场效应管Q2的源极连接负高压-HV，第二场效应管Q2的漏极与第一电阻R1相连接；所述第一电阻R1的另一端与正高压HV相连接；
所述第一电容C1的一端与第一场效应管Q1和第二电阻R2的连接处相连，第一电容C1的另一端连接第三电阻R3后与正高压HV和负高压-HV的公共接地端相连；
所述第二电容C2的一端与第二场效应管Q2和第一电阻R1的连接处相连接，第二电容C2的另一端连接第四电阻R4后与正高压HV和负高压-HV的公共接地端相连；
所述调Q晶体的一端与第一电容C1和第三电阻R3的连接处相连接，调Q晶体的另一端与第二电容C2和第四电阻R4的连接处相连接。
2.根据权利要求1所述的一种升压式电光调Q电路，其特征在于，还包括第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第三电容C3、第四电容C4以及与第三电阻R3并联的第一二极管D1和与第四电阻R4并联的第二二极管D2；
所述的第一场效应管Q1的栅极和源极之间连接第六电阻R6，所述的第二场效应管Q2的栅极和源极之间连接第七电阻R7；
所述的第三电容C3和第五电阻R5并联后两端分别与正高压HV和公共接地端相连接，所述的第四电容C4和第八电阻R8并联后两端分别与负高压-HV和公共接地端相连接。
3.根据权利要求2所述的一种升压式电光调Q电路，其特征在于，还包括第九电阻R9、第十电阻R10、第三场效应管Q3和第四场效应管Q4；
所述的第三场效应管Q3的漏极端与第一场效应管Q1的源极端相连接，所述的第三场效应管Q3的源极端与第二电阻R2相连接，所述的第三场效应管Q3的栅极和源极之间连接第九电阻R9；
所述的第四场效应管Q4的源极端与负高压-HV相连接，所述的第四场效应管Q4的漏极端与第二场效应管Q2的源极端相连接，所述的第四场效应管Q4的栅极和源极之间连接第十电阻R10。
4.根据权利要求3所述的一种升压式电光调Q电路，其特征在于，所述的第三场效应管Q3和第四场效应管Q4由触发电路同步触发。
5.根据权利要求1所述的一种升压式电光调Q电路，其特征在于，所述的第一场效应管Q1和第二场效应管Q2由触发电路同步触发。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的一种升压式电光调Q电路，其特征在于，所述的调Q晶体为KDP或
。
7.根据权利要求1至5任意一项所述的一种升压式电光调Q电路，其特征在于，所述的第一电容C1和第二电容C2为瓷介电容或聚丙烯电容。
8.根据权利要求2至4任意一项所述的一种升压式电光调Q电路，其特征在于，所述的第三电容C3和第四电容C4为瓷介电容或聚丙烯电容。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 430223 No. 9 Ming Ze street, mien Shan development area, Jiangxia District, Wuhan, Hubei Applicant after: Jiuzhiyang Infrared System Co., Ltd. Address before: 430223 Jiangxia City, Wuhan province sunshine road, No. 717, Applicant before: Jiuzhiyang Infrared System Co., Ltd. |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |