一種微波pin驅動器的製造方法
2023-10-05 04:22:44
一種微波pin驅動器的製造方法
【專利摘要】一種微波PIN驅動器，包括驅動輸出控制電路、加速開啟電路、加速關閉電路和濾波電路，驅動輸出控制電路、加速開啟電路、加速關閉電路和濾波電路依次連接，其特徵在於，所述的驅動輸出電路主要是由兩隻並聯的P型MOS型場效應管、限流電阻、輸入隔離電阻、上拉電阻以及通道電感組成。本實用新型所述的微波PIN驅動器基於P型場效應管為核心設計而成，同傳統三極電晶體驅動器相比擊穿電壓可以做得更高，在同等擊穿電壓情況下作比較，場效應管的驅動電流比三極電晶體的大，反應速度更快。
【專利說明】—種微波PIN驅動器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及微波【技術領域】，尤其涉及一種微波PIN驅動器。
【背景技術】
[0002]PIN驅動器功能是將輸入的控制信號邏輯同相或反相輸出控制PIN管。其邏輯輸出一為PIN 二極體提供反向偏置電壓使PIN管關斷，其反相邏輯輸出二為PIN 二極體提供正嚮導通電流。
[0003]驅動器按照應用條件來分:有普通驅動器(應用於微波小信號領域，信號強度小於IOOffo其單元電路的工作電壓通常為±5V，±12V，工作電流不超過60mA，響應時間隨帶載情況在幾十ns導致一個us);專用高速驅動器(應用於直接頻率合成時的高速跳頻控制，信號強度小於1W，響應時間只有幾個ns，工作電壓通常為±5V);專用高正電壓大電流驅動器(應用於電子對抗中的大功率跳頻濾波器，信號強度大於1000W，工作電壓通常為+300V，響應時間5us):市售高反壓、大電流、快速驅動器(應用於信號強度小於1000W的微波鏈路，工作電壓通常為+5V、-60V，工作電流不超過80mA響應時間2us)。
[0004]對於信號強度超過2000W的微波鏈路，此時的微波控制電路就需要高壓、大電流、快速驅動器，其要求為能在關斷狀態提供高的截止電壓(最高可達到-250V)，以避免微波系統器件的損傷及信號的洩漏；在開啟狀態下為防止射頻調製能提供大的驅動電流(+5V電流達到150mA)。同時，由於系統指標的限制必須要求切換時間儘可能短(一般規定在I μ s以下)。
[0005]在現有技術中，傳統的PIN管驅動器是基於三極體為核心設計的，其採用能夠提供大電流的的PNP型三極體。若外控電壓處於低電平時，三極體開啟，驅動電流通過限流電阻到PIN管負載，開啟PIN管；若外控電壓處於高電平電平時，三極體截止，截止電壓通過電阻到PIN管負載，截止PIN管。但是三極電晶體擊穿電壓雖然可以做得很高，而其驅動電流較小，三極體的開關速度也較慢；現有技術方案的加速方案是當控制脈衝跳變的瞬間，控制脈衝通過耦合電容到加速電路達到加速驅動的目的，耦合電容反應時間較短，無法達到提供足夠加速的時間，特別是驅動器要求提供大電流情況下；現有技術方案控制信號輸入端添加了邏輯變換電路，邏輯變換電路不僅會產生額外的脈衝延遲，而且限流電阻還需要額外的功耗。
實用新型內容
[0006]本實用新型所要解決的技術問題和提出的技術任務是對現有技術進行改進，提供一種微波PIN驅動器，解決目前技術中應用於大功率微波鏈路的PIN驅動器的驅動電流小、反應速度慢、反向擊穿電壓低的問題。
[0007]為解決以上技術問題，本實用新型的技術方案是:
[0008]一種微波PIN驅動器，包括驅動輸出控制電路、加速開啟電路、加速關閉電路和濾波電路，驅動輸出控制電路、加速開啟電路、加速關閉電路和濾波電路依次連接，其特徵在於，所述的驅動輸出控制電路中兩隻P型MOS型場效應管並聯在一起，第一場效應管和第二場效應管的輸入端連接至高電平，第一場效應管和第二場效應管的柵極通過輸入隔離電阻與外控電壓相連，在輸入隔離電阻與高電平間連接有上拉電阻，第一場效應管和第二場效應管的漏極通過第一限流電阻、通道電感和第二限流電阻依次相連後連接到驅動輸出，並且第一場效應管和第二場效應管的漏極通過第一限流電阻和第三限流電阻連接至低電平。當外控電壓為高電平時，第一場效應管和第二場效應管的源極和柵極電勢相等，第一場效應管和第二場效應管截止；當外控電壓為低電平時，第一場效應管和第二場效應管的源極和柵極電勢壓差大於場效應管的開啟電壓，第一場效應管和第二場效應管導通後工作於飽和區，源極電壓通過限流電阻和通道電感驅動PIN管開啟。本實用新型的驅動器基於P型場效應管為核心而設計製成，同傳統三極電晶體驅動器相比擊穿電壓可以做得更高，在同等擊穿電壓情況下，場效應管的驅動電流比三極電晶體的大，反應速度更快。
[0009]進一步的，所述的加速開啟電路採用NPN型的第一三極體將其集電極連接到第一場效應管和第二場效應管的漏極，第一三極體的基極連接在第一限流電阻和通道電感之間，第一三極體的發射極連接在通道電感和第二限流電阻之間。當場效應管開啟後，驅動電壓到達第一限流電阻和第一三極體的集電極處，電壓通過第一限流電阻後到達通道電感時，由於電感電磁效應，閉合導體迴路中的感應電流，其流向總是使感應電流激發的穿過該迴路的磁通量，阻礙迴路中原磁通量的變化，故此瞬間通道電感是阻止電流通過，因此電流通過第一三極體的基極打開第一三極體，在很短時間內，電流直接通過第一三極體的集電極到達發射極以開啟PIN管。
[0010]進一步的，所述的加速關閉電路採用PNP型的第二三極體將其基極連接在第三限流電阻和通道電感之間，第二三極體的發射極通過第二限流電阻連接至驅動輸出。當場效應管關閉後，驅動電壓到第三限流電阻和第二三極體的集電極處，電壓通過第三限流電阻後到達通道電感時，根據楞次定律，此刻通道電感阻止電流通過，因此電流通過第二三極體的基極開啟第二三極體，電流直接通過第二三極體4的發射極到達集電極以截止PIN管。
[0011]進一步的，所述的濾波電路在高電平上增加第一濾波儲能電容來減小正電源的波動，在低電平上增加第二濾波儲能電容和第三濾波儲能電容來減小負壓波動，提高電路的穩定。
[0012]進一步的，所述微波PIN驅動器的殼體選用可伐材料，殼體鍍金，電路基片採用陶瓷材料製作，製作工藝採用薄膜工藝，場效應管、三極體、電感和電阻採用導電膠粘接，晶片元件粘接後進行引線鍵合。
[0013]與現有技術相比，本實用新型優點在於:
[0014]本實用新型所述的微波PIN驅動器基於P型場效應管為核心設計而成，同傳統三極電晶體驅動器相比擊穿電壓可以做得更高，在同等擊穿電壓情況下作比較，場效應管的驅動電流比三極電晶體的大，反應速度更快；同等擊穿電壓情況下，場效應管具有比三極電晶體更小的導通內阻，消耗在導通內阻上的功耗更小；選取場效應管作為驅動核心，具有噪聲小、功耗低、沒有二次擊穿現象、安全工作區域寬、受溫度和輻射影響小等優點；設計電路加速電路，實現驅動器快速開啟和關閉，使用電感短暫關閉驅動通道隔離器件，並啟動開通加速電路和加速關閉電路，提高了可靠性及穩定性；控制信號輸入端無需邏輯變換電路，提高整個電路的反應速度，減小驅動電路的功耗；本實施例採用混合集成薄膜工藝，殼體選用可伐材料，殼體鍍金，基片選用導熱性極佳的陶瓷基片，實現了高反壓、大電流、高速、尺寸小、重量輕、高可靠的驅動器，通過對電路創新性設計，選擇合適的工藝，實現產品的高可靠性，批生產效率高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型的結構示意圖；
[0016]圖2為驅動輸出控制電路的結構示意圖；
[0017]圖3為理論驅動輸出電路輸入、輸出邏輯圖；
[0018]圖4為實際驅動輸出電路輸入、輸出邏輯圖；
[0019]圖5為加速開啟電路的結構示意圖；
[0020]圖6為加速關閉電路的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。
[0022]本實用新型實施例公開的一種微波PIN驅動器，以實現對大功率微波鏈路的PIN控制達到高反向擊穿電壓、大驅動電流、反應速度快為目的。
[0023]如圖1和圖2所示，一種微波PIN驅動器，包括驅動輸出控制電路、加速開啟電路、加速關閉電路和濾波電路，驅動輸出控制電路、加速開啟電路、加速關閉電路和濾波電路依次連接，驅動輸出控制電路中兩隻P型MOS型場效應管並聯在一起，第一場效應管Ql和第二場效應管Q2的輸入端連接至高電平V+，第一場效應管Ql和第二場效應管Q2的柵極通過輸入隔離電阻R2與外控電壓Vc相連，在輸入隔離電阻R2與高電平V+間連接有上拉電阻R1，第一場效應管Ql和第二場效應管Q2的漏極通過第一限流電阻R3、通道電感LI和第二限流電阻R4依次相連後連接到驅動輸出Vo，並且第一場效應管Ql和第二場效應管Q2的漏極通過第一限流電阻R3和第三限流電阻R5連接至低電平V-。其主要作用是將輸入端的控制電平通過場效應電晶體後反相輸出，穩態時直接通過通道電感和限流電阻驅動PIN 二極體。其中，上拉電阻Rl在當外接控制狀態模糊時，將第一場效應管Ql和第二場效應管Q2的輸入端置為高電平，截止第一場效應管Ql和第二場效應管Q2，避免因為輸入電平的波動影響驅動電路的穩定性；輸入隔離電阻R2能適當過濾輸入控制信號可能存在的雜波，使控制信號電平的紋波儘量小，減小外圍輸入信號波動對電路性能的影響。
[0024]如圖2所不，當外控電壓Vc為高電平時,第一場效應管Ql和第二場效應管Q2的源極和柵極電勢相等，第一場效應管Ql和第二場效應管Q2截止；當外控電壓Vc為低電平時，第一場效應管Ql和第二場效應管Q2的源極和柵極電勢壓差大於場效應管的開啟電壓，第一場效應管Ql和第二場效應管Q2導通後工作於飽和區，源極電壓通過限流電阻和通道電感LI驅動PIN管開啟。
[0025]根據以上分析，輸入電平和輸出電平邏輯關係見圖3。但是在實際使用時，驅動輸出Vo相比較控制輸入信號Vc是有延時的，見圖4。[0026]其中，脈衝前沿的延時時間ton主要由驅動場效應管的開啟時間和PIN管的開啟時間構成，而場效應的開啟時間包括導通延遲時間tdn和上升時間tr。脈衝後沿的延時時間toff主要由驅動場效應管的關閉時間和PIN管的截止時間構成，而場效應的開啟時間包括關斷延遲時間tdf和下降時間tf。
[0027]場效應管的開關時間來源於兩個方面:其一是載流子通過溝道輸運所造成的時間延遲，稱之為本徵延遲；其二是場效應管的結電容、引線電容、雜散電容以及負載電容引起的延遲，稱之為負載延遲。場效應管在飽和區的本徵延遲渡越時間tchs為:
tchs=4Z2/3w(F必—匕)，其中L為溝道長度。由此可知，只要VGS定下來了，那麼tchs由場
效應管本身確定。而考慮到負載延遲，除了場效應管本身的結電容，那還要考慮PIN管的負載電容了。
[0028]考慮到我們設計此驅動電路主要用於驅動PIN管，PIN管不僅會反過來影響驅動器的開關時間，PIN管本身的開關時間也是整個驅動電路的開關延時的重要部分。而眾所周知，PIN管的開啟瞬間需要注入PIN結大量的載流子；PIN管的截止瞬間需要抽走PIN結的電荷。場效應管開啟後，整個鏈路的正向電流I+為:I+=(V+)/(R0N+R3+R4)，其中RON表示為場效應管直通內阻；場效應管關閉後，整個鏈路的反向電流1-為:1-= (V-) / (R5+R4)；實際電路使用時，I+和1-受限流電阻的影響，其電流值不高，影響PIN管的開啟和截止速度。故此，需要在驅動輸出控制電路的基礎上添加加速開啟電路和加速關閉電路以提聞PIN管的反應速度。
[0029]如圖5所示，加速開啟電路採用NPN型的第一三極體Q3將其集電極連接到第一場效應管Ql和第二場效應管Q2的漏極，第一三極體Q3的基極連接在第一限流電阻R3和通道電感LI之間，第一三極體Q3的的發射極連接在通道電感LI和第二限流電阻R4之間。當場效應管開啟後，驅動電壓到達第一限流電阻R3和第一三極體Q3的集電極處，電壓通過第一限流電阻R3後到達通道電感LI時，由於電感電磁效應，根據楞次定律可知，閉合導體迴路中的感應電流，其流向總是使感應電流激發的穿過該迴路的磁通量，阻礙迴路中原磁通量的變化，故此瞬間通道電感是阻止電流通過，因此電流通過第一三極體Q3的基極打開第一三極體Q3，在很短時間內，電流直接通過第一三極體Q3的集電極到達發射極以開啟PIN管。此時，瞬態電流為(V+)/ (R0N+R4)，此時電流遠遠大於圖8驅動電路的穩態值，達到快速開啟PIN管的目的。
[0030]如圖6所示，加速關閉電路採用PNP型的第二三極體Q4將其基極連接在第三限流電阻R5和通道電感LI之間，第二三極體Q4的發射極通過第二限流電阻R4連接至驅動輸出Vo。當場效應管關閉後，驅動電壓到達第三限流電阻R5和第二三極體Q4的集電極處，電壓通過第三限流電阻R5後到達通道電感LI時，根據楞次定律我們可知，故此瞬間通道電感LI是阻止電流通過，因此電流通過第二三極體Q4的基極開啟第二三極體Q4，電流直接通過第二三極體Q4的發射極到達集電極以截止PIN管，此時，瞬態電流近似為1-= (V-)/R4，此時瞬態電流遠遠大於圖8驅動電路的穩態值,達到快速截止PIN管的目的。
[0031]由圖1的電路中可知，當場效應管開啟瞬間，正向瞬間比穩態電路提供高得多的電流，易導致正向電源的波動，因此，高電平V+需要增加第一濾波儲能電容Cl來減小正電源的波動，提高電路的穩定。同理，當PIN管截止時，反向電流通過三極體Q4直接洩流，其瞬間電流幾乎可以達到數十安培量級。而整機一般對負高壓截止電源的驅動能力一般較弱，如果瞬間不能驅動就會直接拉低輸出負高壓，導致電源極不穩定，因此，我們在負高壓端設計連接兩個電容第二濾波儲能電容C2和第三濾波儲能電容C3，其目的主要有兩個方面:其一是濾除電源雜波，減小電源的紋波，提聞電路的穩定性；其二作為為儲能電容，提聞負聞壓在瞬間大電流驅動的能力。
[0032]本實施例使用的驅動器模塊殼體其材料為可伐板材,殼體鍍金,殼體自帶絕緣端子。電路基片採用陶瓷材料製作，製作工藝採用薄膜工藝。
[0033]產品裝配中，陶瓷基片使用380°C合金共晶燒結於殼體上，電晶體晶片、電感、電阻採用導電膠粘接，晶片元件粘接後進行引線鍵合。產品測試完成後，蓋板與腔體採用平行封焊工藝焊接，以保證其密封性。
[0034]以上僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出的是，上述優選實施方式不應視為對本實用新型的限制，本實用新型的保護範圍應當以權利要求所限定的範圍為準。對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型的精神和範圍內，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進 和潤飾也應視為本實用新型的保護範圍。
【權利要求】
1.一種微波PIN驅動器，包括驅動輸出控制電路、加速開啟電路、加速關閉電路和濾波電路，驅動輸出控制電路、加速開啟電路、加速關閉電路和濾波電路依次連接，其特徵在於，所述的驅動輸出控制電路中兩隻P型MOS型場效應管並聯在一起，第一場效應管(Ql)和第二場效應管(Q2)的輸入端連接至高電平(V+)，第一場效應管(Ql)和第二場效應管(Q2)的柵極通過輸入隔離電阻(R2)與外控電壓(Vc)相連，在輸入隔離電阻(R2)與高電平(V+)間連接有上拉電阻(R1)，第一場效應管(Ql)和第二場效應管(Q2)的漏極通過第一限流電阻(R3)、通道電感(LI)和第二限流電阻(R4)依次相連後連接到驅動輸出(Vo)，並且第一場效應管(Ql)和第二場效應管(Q2)的漏極通過第一限流電阻(R3)和第三限流電阻(R5)連接至低電平(V-)。
2.根據權利要求1所述的微波PIN驅動器，其特徵在於，所述的加速開啟電路採用NPN型的第一三極體(Q3)將其集電極連接到第一場效應管(Ql)和第二場效應管(Q2)的漏極，第一三極體(Q3)的基極連接在第一限流電阻(R3)和通道電感(LI)之間，第一三極體(Q3)的的發射極連接在通道電感(LI)和第二限流電阻(R4)之間。
3.根據權利要求1所述的微波PIN驅動器，其特徵在於，所述的加速關閉電路採用PNP型的第二三極體(Q4)將其基極連接在第三限流電阻(R5)和通道電感(LI)之間，第二三極體(Q4)的發射極通過第二限流電阻(R4)連接至驅動輸出(Vo)。
4.根據權利要求1所述的微波PIN驅動器，其特徵在於，所述的濾波電路在高電平(V+)上增加第一濾波儲能電容(Cl)來減小正電源的波動，在低電平(V-)上增加第二濾波儲能電容(C2)和第三濾波儲能電容(C3)來減小負壓波動。
5.根據權利要求1所述的微波PIN驅動器，其特徵在於，所述微波PIN驅動器的殼體選用可伐材料，殼體鍍金，電路基片採用陶瓷材料製作，場效應管、三極體、電感和電阻採用導電膠粘接，晶片元件粘接後進行引線鍵合。
【文檔編號】H03K17/687GK203596807SQ201320713848
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年11月12日 優先權日:2013年11月12日
【發明者】李自元 申請人:成都亞光電子股份有限公司