CN109039140A - 一种紧凑的高压开关组件 - Google Patents

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石小燕
任先文
刘平
丁恩燕
杨周柄
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    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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Abstract

本发明提供了一种紧凑的高压开关组件，该方案包括有电源电路、若干个单元开关电路以及若干个连接件；每个开单元开关电路独立设置在一块PCB板上，各PCB板之间通过连接件固定连接；所述电源电路为每个单元开关电路分别供电。该方案采用一个开关可同时满足脉冲源的脉冲宽度、重频、电压等参数宽范围调节，大大提高了单个脉冲源的多功能应用，可广泛应用于各类高速高压测试仪器、等离子体发生器及激光器驱动等领域。

Description

一种紧凑的高压开关组件
技术领域
本发明涉及的是高压开关模块研制技术领域，尤其是一种紧凑的高压开关组件。
背景技术
高压开关组件是指为了满足使用要求通过叠加低压的开关来达到高压工作的一种开关模块。与所有开关类似，高压开关的性能指标也包括开关的耐压，导通电流，导通时间，关断时间，功耗等等参数表征。高速高重复频率高压开关广泛应用于各类特殊的高压脉冲源产生装置，譬如，高速瞬态特性测试仪、脉冲群测试仪、电脉冲肿瘤消融系统、快速移动目标的测速测距等众多测试仪器、等离子体发生器及激光器驱动等领域。因高速高重复频率的开关一般为低耐压的半导体器件，因此传统的基于MOSFET开关的高速高压脉冲源一般通过Marx电路，或者磁芯隔离驱动串联MOSFET开关，或者外部延时调整光隔离驱动MOSFET开关电路产生高压脉冲，此类脉冲源要么脉宽调节范围有限，要么系统复杂，难于胜任一些特殊的要求，为此国内外一直在开展耐高压开关模块的研制。
发明内容
本发明的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种紧凑的高压开关组件的技术方案，该方案采用一个开关可同时满足脉冲源的脉冲宽度、重频、电压等参数宽范围调节，大大提高了单个脉冲源的多功能应用，可广泛应用于各类高速高压测试仪器、等离子体发生器及激光器驱动等领域。
本方案是通过如下技术措施来实现的：
一种紧凑的高压开关组件，其特征是：包括有电源电路、若干个单元开关电路以及若干个连接件；每个开单元开关电路独立设置在一块PCB板上，各PCB板之间通过连接件固定连接；电源电路为每个单元开关电路分别供电；单元开关电路包括有高压光耦、集成驱动器、整流滤波电路、MOSFET；整流滤波电路分别与电源电路、集成驱动器和高压光耦电连接；集成驱动器分别与高压光耦的输出端以及MOSFET的G极电连接；上一级单元开关电路的MOSFET的漏极（D）与下一级单元开关电路的MOSFET的源极（S）极相连接；上一级单元开关电路的高压光耦的阴极（K）与下一级单元开关电路的光耦的阳极（A）相连接。
作为本方案的优选：电源电路通过磁环向整流滤波电路输送感应电流。
作为本方案的优选：各PCB板间垂直堆叠固定。
作为本方案的优选：高压光耦的阴极（K）和阳极（A）从PCB板上引出。
作为本方案的优选：MOSFET的源极（S）和漏极（D）从PCB板上引出。
作为本方案的优选：各PCB板完全相同。
作为本方案的优选：各单元开关电路所使用的元器件以及电路结构完全相同。
作为本方案的优选：连接件为Z字形矩形结构。
作为本方案的优选：连接件的尺寸为在在保证绝缘的情况下的最小尺寸。
本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，当外加触发脉冲输入单元开关电路的高压光耦，通过光耦隔离传递后的信号输入集成驱动器，集成驱动器输出大电流驱动MOSFET工作。将多个单元开关电路通过链接件连接，将上一单元开关电路的MOSFET的漏极（D）与下一单元开关电路的MOSFET的源极（S）极相连接；上一单元开关电路的光耦的阴极（K）与下一单元开关电路的光耦的阳极（A）相连接。多个单元开关电路的串联后的高压开关组件耐压相对于单个MOSFET，增加了单元路数的倍数，即若n个单元开关电路的串联，单个MOSFET的耐压为V，则串联后的开关组件耐压为nV。开关组件工作时，各单元开关电路中的开关同时导通关断，则高压开关组件类似于单个开关，只是其耐压提升到串联单元电路的n倍。能够大大提高开关电路的耐压强度，大大提高了单个脉冲源的多功能应用。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有实质性特点和进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
图1为本发明的主体电路结构示意图。
图2为单元开关电路的电路结构示意图。
图3为本发明的PCB硬件连接示意图。
图中，1为高压光耦，2为电源电路PCB，3为单元开关电路PCB，4为连接件，5为磁环。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图所示，本方案包括有电源电路、若干个单元开关电路以及若干个连接件；每个开单元开关电路独立设置在一块PCB板上，各PCB板之间通过连接件固定连接；电源电路为每个单元开关电路分别供电；单元开关电路包括有高压光耦、集成驱动器、整流滤波电路、MOSFET；整流滤波电路分别与电源电路、集成驱动器和高压光耦电连接；集成驱动器分别与高压光耦的输出端以及MOSFET的G极电连接；上一级单元开关电路的MOSFET的漏极（D）与下一级单元开关电路的MOSFET的源极（S）极相连接；上一级单元开关电路的高压光耦的阴极（K）与下一级单元开关电路的光耦的阳极（A）相连接。电源电路通过磁环向整流滤波电路输送感应电流。各PCB板间垂直堆叠固定。高压光耦的阴极（K）和阳极（A）从PCB板上引出。MOSFET的源极（S）和漏极（D）从PCB板上引出。各PCB板完全相同。各单元开关电路所使用的元器件以及电路结构完全相同。连接件为Z字形矩形结构。连接件的尺寸为在在保证绝缘的情况下的最小尺寸。
当外加触发脉冲输入单元开关电路的高压光耦，通过光耦隔离传递后的信号输入集成驱动器，集成驱动器输出大电流驱动MOSFET工作。将多个单元开关电路通过链接件连接，将上一单元开关电路的MOSFET的漏极（D）与下一单元开关电路的MOSFET的源极（S）极相连接；上一单元开关电路的光耦的阴极（K）与下一单元开关电路的光耦的阳极（A）相连接。多个单元开关电路的串联后的高压开关组件耐压相对于单个MOSFET，增加了单元路数的倍数，即若n个单元开关电路的串联，单个MOSFET的耐压为V，则串联后的开关组件耐压为nV。开关组件工作时，各单元开关电路中的开关同时导通关断，则高压开关组件类似于单个开关，只是其耐压提升到串联单元电路的n倍。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种紧凑的高压开关组件，其特征是：包括有电源电路、若干个单元开关电路以及若干个连接件；每个开单元开关电路独立设置在一块PCB板上，各PCB板之间通过连接件固定连接；所述电源电路为每个单元开关电路分别供电；所述单元开关电路包括有高压光耦、集成驱动器、整流滤波电路、MOSFET；所述整流滤波电路分别与电源电路、集成驱动器和高压光耦电连接；所述集成驱动器分别与高压光耦的输出端以及MOSFET的G极电连接；上一级单元开关电路的MOSFET的漏极（D）与下一级单元开关电路的MOSFET的源极（S）极相连接；上一级单元开关电路的高压光耦的阴极（K）与下一级单元开关电路的光耦的阳极（A）相连接。
2.根据权利要求1所述的一种紧凑的高压开关组件，其特征是：所述电源电路通过磁环向整流滤波电路输送感应电流。
3.根据权利要求1所述的一种紧凑的高压开关组件，其特征是：所述各PCB板间垂直堆叠固定。
4.根据权利要求1所述的一种紧凑的高压开关组件，其特征是：所述高压光耦的阴极（K）和阳极（A）从PCB板上引出。
5.根据权利要求1所述的一种紧凑的高压开关组件，其特征是：所述MOSFET的源极（S）和漏极（D）从PCB板上引出。
6.根据权利要求1所述的一种紧凑的高压开关组件，其特征是：所述各PCB板完全相同。
7.根据权利要求1所述的一种紧凑的高压开关组件，其特征是：所述各单元开关电路所使用的元器件以及电路结构完全相同。
8.根据权利要求1所述的一种紧凑的高压开关组件，其特征是：所述连接件为Z字形矩形结构。
9.根据权利要求1所述的一种紧凑的高压开关组件，其特征是：所述连接件的尺寸为在在保证绝缘的情况下的最小尺寸。
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