一種高壓光導開關同步觸發器的製造方法
2023-06-18 15:44:11 1
一種高壓光導開關同步觸發器的製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及脈衝雷射控制領域，尤其是涉及實現多個光導開關同步觸發的高壓光導開關同步觸發器。本實用新型針對現有技術存在的問題，利用大功率脈衝雷射二極體產生的μJ量級的雷射脈衝實現多路光導開關的高精度同步觸發，系統結構簡單，成本相對低廉，這將會使光導開關的應用更加可靠、方便，推動光導開關的發展。本裝置包括至少一路高壓光導開關同步觸發電路，所述高壓光導開關同步觸發電路包括脈衝成形電路、MOSFET驅動電路、雷射驅動電路，所述觸發信號輸入至脈衝成形電路輸入端，脈衝成形電路輸出端、MOSFET驅動電路、雷射驅動電路依次連接，雷射驅動電路輸出端輸出脈衝雷射信號。本裝置應用於光導開關驅動領域。
【專利說明】一種高壓光導開關同步觸發器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及脈衝雷射控制領域，尤其是涉及實現多個光導開關同步觸發的高壓光導開關同步觸發器。
【背景技術】
[0002]光導開關是利用雷射脈衝與光導半導體(如GaAs、SiC等)相結合形成的一種新型固體開關，與傳統開關相比具有開關速度快、傳輸功率大、同步精度高、觸發抖動小等優良的特性，在醫用介質壁加速器、高功率微波、超短超快電脈衝、閃光照相等眾多領域有著良好的應用前景。但諸如醫用介質壁加速器、閃光照相等許多精密物理實驗是以高同步性的開關系統為前提進行的，因此，光導開關的多路同步觸發問題是其能否得到廣泛應用的關鍵因素。
[0003]目前，實現光導開關的多路同步觸發所普遍採用的方法是，利用高能雷射器產生的mj量級的雷射脈衝通過光纖分束後同步觸發數十個光導開關。此方法結構複雜，成本高，使得光導開關需要配備昂貴的高能雷射器才能使用，且同步觸發的光導開關數量非常有限，不符合未來脈衝功率系統的發展趨勢。
實用新型內容
[0004]本實用新型所要解決的技術問題是:針對現有技術存在的問題，提供一種高壓光導開關同步觸發器，用於同時觸發多路工作於高壓非線性模式下的光導開關，實現多個光導開關的高精度同步觸發。本專利利用大功率脈衝雷射二極體產生的μJ量級的雷射脈衝實現多路光導開關的高精度同步觸發，系統結構簡單，成本相對低廉，這將會使光導開關的應用更加可靠、方便，推動光導開關的發展。
[0005]本實用新型採用的技術方案如下:
[0006]一種高壓光導開關同步觸發器包括至少一路高壓光導開關同步觸發電路，所述高壓光導開關同步觸發電路包括脈衝成形電路、MOSFET驅動電路、雷射驅動電路，所述觸發信號輸入至脈衝成形電路輸入端，脈衝成形電路輸出端、MOSFET驅動電路、雷射驅動電路依次連接，雷射驅動電路輸出端輸出脈衝雷射信號。
[0007]所述脈衝成形電路包括第一開關管Κ1、儲能傳輸線Tl、負載傳輸線Τ2、充電電阻R1、電源VCC，所述第一開關管Kl源級，第一開關管漏極Kl分別對應與儲能傳輸線Tl芯線一端、負載傳輸線Τ2芯線一端連接，第一開關管Kl柵極接觸發信號，所述儲能傳輸線Tl芯線另一端通過充電電阻Rl與電源VCC正極端連接，負載傳輸線Τ2芯線另一端與MOSFET驅動電路連接，所述儲能傳輸線Tl屏蔽銅網、負載傳輸線Τ2屏蔽銅網、電源VCC負極端共點接地，所述負載傳輸線Τ2芯線另一端作為脈衝成形電路輸出端。
[0008]所述MOSFET驅動電路包括驅動晶片U1、儲能電路、限流電阻R7，所述驅動晶片Ul輸入端與脈衝成形電路輸出端連接，驅動晶片Ul電源端通過分別通過限流電阻R7、儲能電路與電源VCC連接，驅動晶片Ul接地端接地，驅動晶片Ul輸出端與雷射驅動電路輸入端連接，驅動晶片Ul輸出端作為MOSFET驅動電路輸出端。
[0009]所述儲能電路包括大電容(Cl、C3)和小電容(C2、C4)，所述大電容容值為微法量級，小電容為納法量級。
[0010]所述雷射驅動電路包括第二開關管K2、儲能電容C、等效電感L、可調電阻R5、雷射二極體LD，濾波電阻R2，保護電阻R4，取樣電阻R6，所述MOSFET驅動電路輸出端通過濾波電阻R2與第二開關管K2柵極連接，第二開關管K2源級、取樣電阻R6 —端共點接地，所述第二開關管K2源級通過保護電阻R4與電源V2正極端連接，電源V2負極端接地，第二開關管K2源級通過電容C、電感L、可調電阻R5與雷射二極體負極連接，取樣電阻R6另一端與雷射二極體正極連接。
[0011]所述雷射驅動電路還包括分壓電阻R3，所述分壓電阻R3跨接在第二開關管K2柵極與第二開關管K2源極之間。
[0012]一種高壓光導開關同步觸發器還包括二極體D，所述二極體D與雷射二極體LD反向並聯。
[0013]一種高壓光導開關同步觸發器還包括處理器，所述高壓光導開關同步觸發電路還包括延時電路，所述延時電路輸入端與脈衝成形電路輸出端連接，延時電路輸出端與MOSFET驅動電路輸入端連接，處理器與延時電路控制端連接。
[0014]綜上所述，由於採用了上述技術方案，本實用新型的有益效果是:
[0015]I)採用該專利技術，不但能夠使觸發光導開關的多路脈衝雷射之間的延遲時間差和抖動都達到亞ns量級，實現多路光導開關同步觸發的目的，而且由於每一路用於觸發的脈衝雷射都由一個獨立模塊產生，各路脈衝雷射之間相互獨立，觸發路數將不會受到限制。
[0016]2)實現利用高功率脈衝雷射二極體產生的脈衝雷射觸發光導開關，體積小，重量輕，成本相對低廉；模塊化的設計使能驅動的光導開關的數量不受限制，且便於維護和更換。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]本實用新型將通過例子並參照附圖的方式說明，其中:
[0018]圖1是本裝置電路框圖。
[0019]圖2是脈衝成形電路原理框圖。
[0020]圖3是MOSFET驅動電路原理框圖。
[0021 ] 圖4是雷射驅動電路原理框圖。
【具體實施方式】
[0022]為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。
[0023]一、專利相關
[0024]開關(MOSFET )、儲能傳輸線(Tl)、負載傳輸線(T2 )、充電電阻Rl (起到限流作用)、電源(VCC)、第一開關管K1、第二開關管K2，儲能電容C、等效電感L、雷射二極體LD (即高功率脈衝雷射二極體LD，Laser Diode)，濾波電阻R2，保護電阻R4，分壓電阻R3、可調電阻R5、取樣電阻R6，限流電阻R7。電源VCC可調節電壓值，一般在5V-10V，電源V2電壓可以調節，一般為20V-300V，V2越大，流過LD的電流越強，輸出的脈衝雷射就越強。
[0025]二、工作原理
[0026]如圖1所示，在每個高壓光導開關同步觸發電路開始端設置脈衝成形電路，將觸發信號轉換成5V-10V可調方波脈衝(可以根據需要通過VCC進行調節)，經過延時電路後，輸入到MOSFET驅動電路，驅動MOSFET導通，儲能電容對雷射二極體放電，雷射二極體LD產生脈衝雷射，用於驅動光導開關。多個模塊之間通過延時電路的調節實現亞ns同步，從而實現多個光導開關的高精度同步觸發。
[0027]三、各個器件介紹
[0028]1、脈衝成形電路
[0029]原理進行設計。包括第一開關管K1、儲能傳輸線、負載傳輸線、充電電阻R1、電源VCC。
[0030]Tl為儲能傳輸線，T2為負載傳輸線，T1、T2均使用50 Ω標準同軸電纜；開關管由初始觸發脈衝直接輸入到脈衝成形電路後觸發；脈衝寬度可由Tl的長度進行調整，幅度可由電源VCC進行調整。Tl、Τ2傳輸線由芯線和屏蔽銅網組成。
[0031]具體工作過程是:當開關管Kl柵極沒有接通觸發信號時，開關管Kl不導通時，Tl儲能；當開關Kl柵極輸入觸發信號，開關管Kl漏極與開關管Kl源級導通，則儲能傳輸線Tl通過開關管Kl對負載傳輸線Τ2放電，在Τ2上形成所需的矩形脈衝，該矩形脈衝通過Τ2傳輸到MOSFET驅動電路。脈衝成形電路輸出脈衝寬度可由Tl長度進行調整。幅度可由電源VCC進行調整，其中Rl是充電時的限流電阻，一般為kQ量級。
[0032]2、延時電路
[0033]通過延時晶片DS1023實現，延時晶片的延時參考值通過處理器輸出，延時精度可達到0.25ns ;或者通過定時器加開關，當定時器延時時間到，開關導通，使得脈衝形成電路輸出的脈衝輸入到MOSFET驅動電路中，其中延時時間可由定時器進行調節。
[0034]3、MOSFET 驅動電路
[0035]如圖3所示,包括驅動晶片U1、儲能電路。所述儲能電路包括大電容和小電容,大電容為微法量級，小電容為納法量級。儲能電容的作用是為驅動晶片進行儲能的，還可以對開關晶片進行時間微調。
[0036]驅動晶片的作用是為開關管K2提供合適的驅動脈衝，使開關管K2導通，驅動晶片輸入端(第二管腳)接脈衝成形電路電路輸出的信號(與脈衝成形電路輸出端連接)，驅動晶片輸出端(第五管腳)與雷射驅動電路連接，驅動晶片電源端(第一管腳、第三管腳)分別通過限流電阻R7、儲能電路與電源VCC連接，驅動晶片接地端(第四管腳、第六管腳)接地。
[0037]4、雷射驅動電路
[0038]如圖4所示，當開關管K2柵極觸發脈衝還未達到時，開關管K2處於截止狀態，電源V2通過保護電阻R4、儲能電容C、可調電阻R5、和取樣電阻R6為儲能電容C充電，最大充電電壓為+V2。在觸發脈衝通過濾波電阻R2到達開關管K2柵極時，開關管K2導通，儲能電容C上儲存的電荷通過開關管K2、地、取樣電阻R6和雷射二極體LD，為雷射二極體LD提供一個前沿快而峰值大的驅動電流，驅動雷射二極體LD輸出前沿快而峰值功率高的雷射脈衝。L為電路的等效電感，可調電阻R5用於調節輸出脈衝前沿。[0039]本說明書中公開的所有特徵，除了互相排斥的特徵以外，均可以以任何方式組合。
[0040]本說明書(包括任何附加權利要求、摘要和附圖)中公開的任一特徵，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特徵加以替換。即，除非特別敘述，每個特徵只是一系列等效或類似特徵中的一個例子而已。
【權利要求】
1.一種高壓光導開關同步觸發器，其特徵在於包括至少一路高壓光導開關同步觸發電路，所述高壓光導開關同步觸發電路包括脈衝成形電路、MOSFET驅動電路、雷射驅動電路，所述觸發信號輸入至脈衝成形電路輸入端，脈衝成形電路輸出端、MOSFET驅動電路、雷射驅動電路依次連接，雷射驅動電路輸出端輸出脈衝雷射信號。
2.根據權利要求1所述的一種高壓光導開關同步觸發器，其特徵在於所述脈衝成形電路包括第一開關管、儲能傳輸線、負載傳輸線、充電電阻、電源VCC,所述第一開關管源級，第一開關管漏極分別對應與儲能傳輸線芯線一端、負載傳輸線芯線一端連接，第一開關管柵極接觸發信號，所述儲能傳輸線芯線另一端通過充電電阻與電源VCC正極端連接，負載傳輸線芯線另一端與MOSFET驅動電路連接，所述儲能傳輸線屏蔽銅網、負載傳輸線屏蔽銅網、電源VCC負極端共點接地，所述負載傳輸線芯線另一端作為脈衝成形電路輸出端。
3.根據權利要求1所述的一種高壓光導開關同步觸發器，其特徵在於所述MOSFET驅動電路包括驅動晶片、儲能電路、限流電阻，所述驅動晶片輸入端與脈衝成形電路輸出端連接，驅動晶片電源端分別通過限流電阻、儲能電路與電源VCC連接，驅動晶片接地端接地，驅動晶片輸出端與雷射驅動電路輸入端連接，驅動晶片輸出端作為MOSFET驅動電路輸出端。
4.根據權利要求3所述的一種高壓光導開關同步觸發器，其特徵在於所述儲能電路包括大電容和小電容，所述大電容容值為微法量級，小電容為納法量級。
5.根據權利要求1所述的一種高壓光導開關同步觸發器，其特徵在於所述雷射驅動電路包括第二開關管、儲能電容、等效電感、可調電阻、雷射二極體，濾波電阻，保護電阻，取樣電阻，所述MOSFET驅動電路輸出端通過濾波電阻與第二開關管柵極連接，第二開關管源級、取樣電阻一端共點接地，所述第二開關管源級通過保護電阻與電源正極端連接，電源負極端接地，第二開關管源級通過電容、電感、可調電阻與雷射二極體負極連接，取樣電阻另一端與雷射二極體正極連接。
6.根據權利要求5所述的一種高壓光導開關同步觸發器，其特徵在於所述雷射驅動電路還包括分壓電阻，所述分壓電阻跨接在第二開關管柵極與第二開關管源極之間。
7.根據權利要求5所述的一種高壓光導開關同步觸發器，其特徵在於所述雷射驅動電路還包括二極體，所述二極體與雷射二極體反向並聯。
8.根據權利要求1至5之一所述的一種高壓光導開關同步觸發器，其特徵在於還包括處理器，所述高壓光導開關同步觸發電路還包括延時電路，所述延時電路輸入端與脈衝成形電路輸出端連接，延時電路輸出端與MOSFET驅動電路輸入端連接，處理器與延時電路控制端連接。
【文檔編號】H03K17/785GK203554404SQ201320734697
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年11月20日 優先權日:2013年11月20日
【發明者】王衛, 劉毅, 諶怡, 夏連勝, 張篁, 李 傑, 李喜, 劉雲龍, 潘海峰, 董攀, 王毅, 王韜, 魏濤, 龍繼東, 石金水, 李勁, 李洪濤, 鄧建軍 申請人:中國工程物理研究院流體物理研究所