CN202231633U - 高压脉冲电源 - Google Patents
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Abstract
一种高压脉冲电源，包括：驱动单元,包括第一驱动模块和第二驱动模块；脉冲变压单元；绝缘栅双极晶体管单元，由并联在所述驱动单元和所述脉冲变压单元之间的第一绝缘栅双极晶体管和第二绝缘栅双极晶体管构成；基极和发射极保护电路单元，包括第一基极和发射极保护电路单元和第二基极和发射极保护电路单元；电容单元，设置在所述绝缘栅双极晶体管单元与所述脉冲变压单元之间。基极和发射极保护电路单元形成一个限幅电路，减小基极电荷积累，抑制基极电压出现尖峰，使绝缘栅双极晶体管导通速度减慢，降低控制脉冲信号的前后沿陡度，抑制振荡。
Description
技术领域
本实用新型涉及脉冲电源技术领域，特别是一种高压脉冲电源。
技术背景
大功率微波发射机由调制器、高压电源控保、主控单元等构成。由于高压脉冲调制器是大功率微波发射机的重要组成部分，发射机的射频脉冲取决于高压脉冲调制器，故大功率微波发射机的主要设计是高压脉冲调制器和高压电源的设计。
中国专利文献CN1635703A公开了一种大功率微波功率放大器高压脉冲电源，提出了一种低压电源直接产生高压脉冲电源的方案，具体是一种大功率微波功率放大器高压脉冲电源，包括驱动电路、绝缘栅双极晶体管、电容、脉冲变压器和固态电源，在驱动电路和脉冲变压器之间并联有两只绝缘栅双极晶体管IGBT （全称为Insulated Gate Bipolar Transistor），驱动电路输出端与两绝缘栅双极晶体管输入端相连，绝缘栅双极晶体管与脉冲变压器之间设有电容；绝缘栅双极晶体管的电源由固态电源提供，解决传统方法中人工线须与速调管阻抗匹配、脉冲宽度做成即不可调、体积重量大的技术问题，该方法控制两个IGBT分时工作，形成对电容的充放电，作为对电容充放电的开关，利用电容瞬间放电产生大功率脉冲。相对现有技术，该技术方案体积小、性能稳定，IGBT的驱动芯片选用的是EXB841。作为EXB841的专用驱动芯片，EXB841有着很多优点，能够满足一般用户的要求,但在大功率高压脉冲电源等具有较大电磁干扰的应用场合，其不足之处显而易见。上述专利文献应用于大功率高压脉冲电源， EXB841过流保护阈值过高。通常IGBT在通过额定电流时导通压降约为3.5V，而EXB841的过流识别阈值为7.5V左右，对应电流为IGBT额定电流的2-3倍，此时IGBT已严重过流，容易损坏。IGBT在导通的瞬间，会出现电压尖峰（即电压尖脉冲），使得所述IGBT在导通的瞬间振荡电压较大，而驱动芯片EXB841的过流识别阈值过大，导致无法及时识别，使得IGBT因严重过流而损坏。
实用新型内容
为此，本实用新型所要解决的是现有脉冲电源中IGBT瞬间导通出现电压尖峰带来的容易损坏IGBT的技术问题，提供一种抑制IGBT导通瞬间电压振荡的高压脉冲电源。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：
一种高压脉冲电源，包括：驱动单元,包括第一驱动模块和第二驱动模块；脉冲变压单元；绝缘栅双极晶体管单元，由并联在所述驱动单元和所述脉冲变压单元之间的第一绝缘栅双极晶体管和第二绝缘栅双极晶体管构成，所述第一驱动模块的控制信号输出端与所述第一绝缘栅双极晶体管的栅极相连；所述第二驱动模块的控制信号输出端与所述第二绝缘栅双极晶体管的栅极相连；基极和发射极保护电路单元，包括第一基极和发射极保护电路单元和第二基极和发射极保护电路单元，所述第一基极和发射极保护电路单元并联在所述第一绝缘栅双极晶体管的基极和发射极之间；所述第二基极和发射极保护电路单元并联在所述第二绝缘栅双极晶体管的基极和发射极之间；电容单元，设置在所述绝缘栅双极晶体管单元与所述脉冲变压单元之间。
所述的高压脉冲电源每个所述驱动模块包括绝缘栅双极晶体管驱动芯片及其外围驱动电路。
所述的高压脉冲电源还包括并联在所述第一绝缘栅双极晶体管集电极和发射极之间的集电极和发射极保护电路单元。
所述集电极和发射极保护电路单元包括二极管和限流电阻，所述二极管的正极与所述限流电阻的一端相连，所述二极管的负极与所述电容单元的电容相连，所述限流电阻的另一端接地。
本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
基极和发射极保护电路单元形成一个限幅电路，减少基极电荷积累，使IGBT导通速度减慢，降低控制脉冲信号的前后沿陡度，抑制振荡，减小IGBT基极和发射极之间的电压尖峰，进而保护IGBT在导通瞬间不被损坏。
附图说明
为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中
图1为实用新型高压脉冲电源一个实施例的结构框图；
图2为图1所示高压脉冲电源一个实施例的电路结构图。
图中附图标记表示为：20-驱动单元，21-绝缘栅双极晶体管单元，22-集电极和发射极保护电路单元，23-电容单元，24-脉冲变压单元, 25-基极和发射极保护电路单元。
具体实施方式
参见图1、图2所示，本实用新型一个实施例的高压脉冲电源包括驱动单元20、绝缘栅双极晶体管单元21、集电极和发射极保护电路单元22、电容单元23、脉冲变压单元24和基极和发射极保护电路单元25。
所述驱动单元20由两个相同的驱动模块组成，为第一驱动模块和第二驱动模块，所述第一驱动模块包括电阻R1、R2、R3、R4和R7、三极管N1和N2、光电耦合器O1、驱动芯片IC1、极性电容C2、 C3、二极管D1。本实用新型中所述驱动芯片IC1和驱动芯片IC2均以型号为EXB841的驱动芯片为例。
其中，所述三极管N1的基极作为所述第一驱动模块的控制信号输入端，所述三极管N1的集电极分别与所述三极管N2的基极和所述电阻R1的一端相连，所述三极管N2的集电极和所述电阻R1的另一端相连并共同接15V电源，所述三极管N2的发射极接所述电阻R3的一端和所述电阻R4的一端，所述三极管N1的发射极接所述电阻R2的一端；所述电阻R2的另一端、所述电阻R3的另一端和所述驱动芯片IC1的一个输入端14相连并共同接地，所述电阻R4的另一端接所述驱动芯片IC1的另一个输端15，所述驱动芯片IC1的管脚5与光电耦合器O1的管脚2相连，所述光电耦合器O1的管脚1通过电阻R7与所述驱动芯片IC1的管脚2相连，并共同接入20V电压；所述驱动芯片IC1的管脚2接所述极性电容C2的正极，所述驱动芯片IC1的管脚1接所述极性电容C3的正极，所述驱动芯片IC1的管脚9与所述极性电容C2、极性电容C3的负极相连，并共同接0V电压，所述驱动芯片IC1的管脚6接所述二极管D1的正极；所述二极管D1的负极与第一IGBTQ1的集电极相连；所述驱动芯片IC1的管脚3与电阻R5的一端相连，所述电阻R5的另一端与所述第一IGBTQ1的栅极相连。
所述第二驱动模块包括电阻R9、R10、R11、R12和R13、三极管N3和N4、光电耦合器O2、驱动芯片IC2、极性电容C5、C6、二极管D3。
其中，所述的三极管N4的基极作为所述第二驱动模块的控制信号输入端，所述三极管N4的集电极分别与所述三极管N3的基极和所述电阻R12的一端相连，所述三极管N3的集电极和所述电阻R12的另一端相连并共同接15V电源，所述三极管N3的发射极接所述电阻R11的一端和所述电阻R10的一端，所述三极管N4的发射极接所述电阻R13的一端；所述电阻R13的另一端、所述电阻R11的另一端和所述驱动芯片IC2的一个输入端14相连并共同接地；所述电阻R10的另一端接所述驱动芯片IC2的另一个输入端15，所述驱动芯片IC2的管脚5与光电耦合器O2的管脚2相连；所述光电耦合器O2的管脚1通过电阻R9与所述驱动芯片IC2的管脚2相连，并共同接入20V电压；所述驱动芯片IC2的管脚2接所述极性电容C6的正极，所述驱动芯片IC2的管脚1接所述极性电容C5的正极，所述驱动芯片IC2的管脚9与所述极性电容C6、极性电容C5的负极相连，并共同接0V电压；所述驱动芯片IC2的管脚6接所述二极管D3的正极，所述二极管D3的负极与所述第二IGBTQ2的集电极相连；所述驱动芯片IC2的管脚3与电阻R14的一端相连，所述电阻14的另一端与所述第二IGBTQ2的栅极相连。
所述绝缘栅双极晶体管单元21包括第一IGBTQ1和第二IGBTQ2、电阻R5和R14。所述第二IGBTQ2的集电极通过电阻R16接500V电压，发射极与和所述第一IGBTQ1的集电极相连，并共同接所述电容C1的一端，所述第一IGBTQ1的发射极接地。所述第一IGBTQ1和所述第二IGBTQ2电源均在28～500V可选。
所述集电极和发射极保护电路单元22包括二极管D2和与所述二极管D2串联的电阻R6，所述二极管D2的负极与所述电容C1的另一端相连，所述二极管D2正极通过电阻R6接地。
所述基极和发射极保护电路单元25包括第一基极和发射极保护电路单元和第二基极和发射极保护电路单元，所述第一基极和发射极保护电路单元并联在所述第一IGBT Q1的基极和发射极之间，包括两个串联对接的稳压二极管Z1、Z2和电阻R8，稳压二极管Z2正极接第一IGBTQ1的栅极，所述稳压二极管Z2正极接地，所述电阻R8接于所述第一IGBTQ1的基极和发射极之间。
所述第二基极和发射极保护电路单元并联在所述第二IGBT Q2的基极和发射极之间，包括两个串联对接的稳压二极管Z3、Z4和电阻R15，稳压二极管Z4正极接第二IGBTQ2的栅极，所述稳压二极管Z3正极接地，所述电阻R15接于所述第二IGBTQ2的基极和发射极之间。
所述脉冲变压单元24包括脉冲变压器T，所述脉冲变压单元24的输入端接所述二极管D2的负极，另一端接地，输出端为高压脉冲电源输出端。
本实用新型的微波高压脉冲电源工作过程具体论述如下：所述驱动单元20接入两个脉冲电源控制信号，通过所述驱动芯片IC1、驱动芯片IC2，控制所述第一IGBTQ1和第二IGBTQ2分时开通和关断。若第一IGBTQ1和第二IGBTQ2同时导通，在导通的瞬间振荡电压过大，会出现电压尖峰（即电压尖脉冲），所述第一基极和发射极保护电路单元和所述第二基极和发射极保护电路单元各自形成限幅电路，所述电阻R8和所述电阻R15防止基极电荷积累，所述串联对接的稳压二极管Z1、Z2和所述串联对接的稳压二极管Z3、Z4防止基极电压出现尖峰，所述电阻R5和所述电阻R14使第一IGBTQ1和第二IGBTQ2导通速度减慢，降低控制脉冲的前后沿陡度，抑制振荡，减小第一IGBTQ1和第二IGBTQ2基极和发射极之间的电压尖峰。这样，保证所述绝缘栅双极晶体管单元21的第一IGBTQ1和第二IGBTQ2分时工作，形成对所述电容单元23的电容C1的充放电，利用所述电容C1的瞬间放电产生大功率脉冲作为输出。所述保护单元22增加所述第一IGBTQ1和第二IGBTQ2的耐压性，大大提高它们的安全性，起到保护所述第一IGBTQ1和所述第二IGBTQ2的作用。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。
Claims (4)
1.一种高压脉冲电源，其特征在于，包括：
驱动单元,包括第一驱动模块和第二驱动模块；
脉冲变压单元；
绝缘栅双极晶体管单元，由并联在所述驱动单元和所述脉冲变压单元之间的第一绝缘栅双极晶体管和第二绝缘栅双极晶体管构成，所述第一驱动模块的控制信号输出端与所述第一绝缘栅双极晶体管的栅极相连；所述第二驱动模块的控制信号输出端与所述第二绝缘栅双极晶体管的栅极相连；
基极和发射极保护电路单元，包括第一基极和发射极保护电路单元和第二基极和发射极保护电路单元，所述第一基极和发射极保护电路单元并联在所述第一绝缘栅双极晶体管的基极和发射极之间；所述第二基极和发射极保护电路单元并联在所述第二绝缘栅双极晶体管的基极和发射极之间；
电容单元，设置在所述绝缘栅双极晶体管单元与所述脉冲变压单元之间。
2.如权利要求1所述的高压脉冲电源，其特征在于，每个所述驱动模块包括绝缘栅双极晶体管驱动芯片及其外围驱动电路。
3.如权利要求2所述的高压脉冲电源，其特征在于，还包括并联在所述第一绝缘栅双极晶体管集电极和发射极之间的集电极和发射极保护电路单元。
4.如权利要求3所述的高压脉冲电源，其特征在于，所述集电极和发射极保护电路单元包括二极管和限流电阻，所述二极管的正极与所述限流电阻的一端相连，所述二极管的负极与所述电容单元的电容相连，所述限流电阻的另一端接地。
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