CN219247727U - 一种基于mems工艺高集成度的微型高压放电单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于MEMS工艺高集成度的微型高压放电单元，包括高压脉冲电容器、高压二极管、高压放电开关、第一采样电阻和第二采样电阻；高压放电开关的阳极与高压二极管的阴极连接；第一采样电阻和第二采样电阻串联连接至高压二极管的阳极与高压放电开关的阴极之间；高压脉冲电容器的一端连接至高压二极管的阳极，高压脉冲电容器的另一端连接负载电阻。高压脉冲电容器、高压二极管和高压放电开关经过MEMS工艺串联集成，焊接在PCB基板上。本实用新型有效减少了PCB板上的元器件，使得整个放电单元在PCB上的投影面积减少，PCB尺寸减小，同时各个器件以MEMS工艺连接在一起，减小了PCB走线带来的回路寄生参数，使得放电单元的输出特性得到了较大的提升。

Description

一种基于MEMS工艺高集成度的微型高压放电单元

技术领域

本实用新型属于脉冲功率技术领域，更具体地，涉及一种基于MEMS工艺高集成度的微型高压放电单元。

背景技术

脉冲功率技术原理是通过高功率脉冲装置将低功率的能量储存起来，被储存起来的能量经过压缩变换之后，在极短的时间内释放给特别的负载。脉冲功率技术在军事、高能激光、电力电工等领域中起着至关重要的作用。

脉冲功率系统由三部分组成：储能系统、脉冲发生系统和负载及应用系统。电容储能是对电容器进行充电，通过脉冲发生系统进行放电而产生高脉冲电流。相比电感储能，电容器储能充放电速度快、功率高，技术成熟度高。储能和脉冲发生系统是脉冲功率装置的关键部件，其性能直接决定着脉冲功率系统的高功率输出、快脉冲放电的核心能力。

目前脉冲功率系统中经常用到的电气开关产品有真空开关、晶闸管、引燃管开关、气体开关等。除晶闸管外，其他均为气体开关，且晶闸管也是封装完成的成品，均不能采用MEMS工艺与电路其他部件进行集成；加之高压放电单元其本身工作在高电压等级、大电流的条件下，导致放电单元中器件体积较大，一般通过焊接连接在PCB基板上，分散的器件走线会在整个电路中产生较大的寄生参数，对整个电容放电单元的输出性能存在一定的影响。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种基于MEMS工艺高集成度的微型高压放电单元，旨在解决现有的高压放电单元的体积偏大，集成度低以及放电回路寄生参数高的技术性问题。

本发明提供了一种基于MEMS工艺高集成度的微型高压放电单元，包括：高压脉冲电容器C_HV、高压二极管D₁、高压放电开关RBDT、第一采样电阻R₁和第二采样电阻R₂；所述高压放电开关RBDT的阳极与所述高压二极管D₁的阴极连接；所述第一采样电阻R₁和所述第二采样电阻R₂依次串联连接至所述高压二极管D₁的阳极与所述高压放电开关RBDT的阴极之间；所述高压脉冲电容器C_HV的一端连接至所述高压二极管D₁的阳极，所述高压脉冲电容器C_HV的另一端连接负载电阻R_LOAD。

其中，高压脉冲电容器C_HV、所述高压二极管D₁和所述高压放电开关RBDT经过MEMS工艺串联集成后焊接在PCB基板上。

更进一步地，高压放电开关RBDT可以采用双面电极高压开关；该双面电极高压开关只有两个电极，在芯片级易于实现系统堆叠集成。

更进一步地，高压脉冲电容器C_HV为储能器件，为高压放电提供能量。

更进一步地，高压脉冲电容器C_HV与第一采样电阻R₁和第二采样电阻R₂进行集成；高压脉冲电容器C_HV的一个引脚与高压二极管D₁的阳极通过烧结工艺连接在一起；高压二极管D₁的阴极和高压放电开关RBDT的阳极烧结成一体。

通过本实用新型所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本实用新型可以有效减少PCB基板上的元器件，使得整个放电单元在PCB基板上的投影面积减少，PCB基板尺寸减小，同时各个器件以MEMS工艺连接在一起，减小了PCB上的走线带来的寄生参数，使得放电单元的输出特性得到了较大的提升。

附图说明

图1是本实用新型提供的基于MEMS工艺高集成度的微型高压放电单元的电路原理图；

图2是本实用新型提供的微型高压放电单元中高压采样电阻器与高压脉冲电容器的集成结构示意图；

图3是本实用新型提供的高集成度的微型高压放电单元的整体结构示意图；

图4是本实用新型提供的高集成度的微型高压放电单元的爆破结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型提供的基于MEMS工艺高集成度的微型高压放电单元包括：高压脉冲电容器C_HV、高压二极管D₁、高压放电开关RBDT、第一采样电阻R₁和第二采样电阻R₂；高压放电开关RBDT的阳极与高压二极管D₁的阴极连接；第一采样电阻R₁和第二采样电阻R₂依次串联连接至高压二极管D₁的阳极与高压放电开关RBDT的阴极之间；高压脉冲电容器C_HV的一端连接至高压二极管D₁的阳极，高压脉冲电容器C_HV的另一端连接负载电阻R_LOAD。其中高压脉冲电容器、高压二极管以及高压放电开关经过MEMS工艺串联集成后，焊接在PCB基板上。

在本实用新型中，高压放电开关RBDT可以选用双面电极高压开关，该双面电极高压开关只有两个电极，在芯片级易于实现系统堆叠集成，并且高触发条件(数kV/μs至数十kV/μs的高dv/dt触发脉冲)也使其不易受到极端环境的电磁干扰影响而产生误触发的风险，有着更高的可靠性。

在本实用新型中，高压脉冲电容器C_HV为储能器件，可以选用脉冲功率瓷介储能电容器；为最终的高压放电提供能量。第一采样电阻R₁和第二采样电阻R₂用于将高压电容端的电压按比例进行缩放后进入微控制器，微控制器则对其进行实时监控。本实用新型将高压脉冲电容器与采样电阻一体化设计，可以减少元器件数量，缩减PCB尺寸。

图3示出了本实用新型提供的高集成度的微型高压放电单元的整体结构；图4示出了本实用新型提供的高集成度的微型高压放电单元的爆破结构；参照图3和图4所示，高压脉冲电容器C_HV、所述高压二极管D₁和所述高压放电开关RBDT经过MEMS工艺串联集成后焊接在PCB基板上。

在本实用新型中，高压脉冲电容器C_HV与第一采样电阻R₁和第二采样电阻R₂进行集成；高压脉冲电容器C_HV的一个引脚与高压二极管D₁的阳极通过烧结工艺连接在一起；高压二极管D₁的阴极和高压放电开关RBDT的阳极烧结成一体，形成高压放电单元。

本实用新型提供的微型高压放电单元工作原理如下：使用高压电源对高压脉冲电容器进行充电，同时脉冲电容器两端电压经过高压采样电阻后送去控制器，需要触发放电时，触发信号经过二极管后，触发RBDT导通，RBDT导通后，高压脉冲电容器、负载与RBDT形成放电回路，在负载上产生瞬时高功率脉冲。

图2示出了本实用新型提供的微型高压放电单元中高压采样电阻器与高压脉冲电容器的集成结构，可以根据如下操作步骤：

(1)高压脉冲电容器本体烧结完成并倒角之后，在电容器本体表面印刷电阻浆料，根据所需电阻值的大小，设计电阻丝的图形、宽度和厚度。

(2)在上述半成品的基础上，进行涂端工序，烘干后进行烧结，将电阻浆料和电容器端浆同时烧结好。使电阻丝和电容器内电极并联引出。

(3)在电阻丝表面涂敷玻璃釉，并烧成。进行表面处理工序，在电容器两个端电极表面形成镍阻挡层和锡铅焊接层。

将高压采样电阻与高压脉冲电容器集成后，将形成一个整体，减少了PCB板上的器件，缩小了放电单元的体积，提高了集成度。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于MEMS工艺高集成度的微型高压放电单元，其特征在于，包括：高压脉冲电容器C_HV、高压二极管D₁、高压放电开关RBDT、第一采样电阻R₁和第二采样电阻R₂；

所述高压放电开关RBDT的阳极与所述高压二极管D₁的阴极连接；

所述第一采样电阻R₁和所述第二采样电阻R₂依次串联连接至所述高压二极管D₁的阳极与所述高压放电开关RBDT的阴极之间；

所述高压脉冲电容器C_HV的一端连接至所述高压二极管D₁的阳极，所述高压脉冲电容器C_HV的另一端连接负载电阻R_LOAD。

2.如权利要求1所述的微型高压放电单元，其特征在于，所述高压脉冲电容器C_HV、所述高压二极管D₁和所述高压放电开关RBDT经过MEMS工艺串联集成后焊接在PCB基板上。

3.如权利要求1所述的微型高压放电单元，其特征在于，所述高压放电开关RBDT采用双面电极高压开关。

4.如权利要求1所述的微型高压放电单元，其特征在于，所述高压脉冲电容器C_HV为储能器件，为高压放电提供能量。

5.如权利要求1所述的微型高压放电单元，其特征在于，所述高压脉冲电容器C_HV与第一采样电阻R₁和第二采样电阻R₂进行集成。

6.如权利要求5所述的微型高压放电单元，其特征在于，所述高压脉冲电容器C_HV的一个引脚与高压二极管D₁的阳极通过烧结工艺连接在一起。

7.如权利要求5或6所述的微型高压放电单元，其特征在于，高压二极管D₁的阴极和高压放电开关RBDT的阳极烧结成一体。

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