高頻高壓脈衝發生器的製作方法

2023-07-08 17:05:21 1

專利名稱：高頻高壓脈衝發生器的製作方法
技術領域：
本實用新型是一種產生高頻高壓脈衝的裝置，適用於顯示測量、顯示驅動、通訊技術等領域。
背景技術：
高頻高壓脈衝發生器可應用於顯示測量、顯示驅動和通訊技術等多個領域，在不同的領域中，高頻高壓脈衝的應用目的和技術指標不盡相同。在顯示測量中，首先要求高頻高壓脈衝在一幀周期內具有極小的佔空比，即在一幀周期內的脈衝寬度 200V，脈衝上升/下降沿< 10ns，脈衝頂部波動< 2V。顯示驅動中高頻高壓脈衝的技術指標雖然較低，但它應該具有極高的重複率，也就是說顯示驅動需要的是佔空比為50%的高頻脈衝，尤其是需要提供大於8個子場的維持脈衝時，要求在較短的期間內獲得更多的脈衝個數。應用於通訊技術的高頻高壓脈衝發生器通常稱為D類脈衝放大器，這類脈衝放大器作為發射源時具有很高的功率輸出和100%的工作效率，它的應用範圍一般是HF (高頻) 和VHF(甚高頻)，然而隨著發射頻率的進一步升高，它的損耗也會增加。因此，高頻高壓脈衝發生器應該滿足輸出高質量脈衝、高重複率脈衝或低損耗脈衝的需求。
發明內容技術問題本實用新型的目的是提供一種高頻高壓脈衝發生器。該發生器能在顯示測量中產生一幀周期內佔空比為0. 0005%且符合技術指標的正/負向高頻脈衝、在顯示驅動中提供佔空比為50%且滿足大於8個子場的維持脈衝、在通訊技術中輸出100%工作效率且大功率低損耗的發射源脈衝。技術方案本實用新型高頻高壓脈衝發生器包括按順序串行連接的脈衝信號放大電路、金屬氧化物半導體場效應管驅動電路和高壓脈衝輸出電路。脈衝信號放大電路的輸出端即同相放大器、反相放大器的輸出端接金屬氧化物半導體場效應管驅動電路的輸入端即高低端驅動器的高低輸入端，金屬氧化物半導體場效應管驅動電路的輸出端即高低端驅動器的高低輸出端接高壓脈衝輸出電路的輸入端即金屬氧化物半導體場效應管開關電路的高低輸入端，脈衝信號放大電路的輸入端為該發生器的輸入端，高壓脈衝輸出電路的輸出端是該發生器的輸出端。在脈衝信號放大電路中，輸入埠與輸入匹配電阻、輸入限流電阻的一端並接，輸入匹配電阻的另一端接地，輸入限流電阻的另一端與正向保護二極體的正端、負向保護二極體的負端、同相放大器的3腳、反相放大器的輸入電阻的一端並接，正向保護二極體的負端接+5V，負向保護二極體的正端接-5V，同相放大器的2腳與同相放大器的輸入電阻、同相放大器的反饋電阻的一端並接，同相放大器的輸入電阻的另一端接地，同相放大器的反CN 饋電阻的另一端與同相放大器的6腳、同相放大器的輸出電阻的一端並接，反相放大器的2 腳與反相放大器的輸入電阻的另一端、反相放大器的反饋電阻的一端並接，反相放大器的 3腳接地，反相放大器的6腳與反相放大器的反饋電阻的另一端、反相放大器的輸出電阻的一端並接，同相放大器的4腳、同相放大器的-15V去耦電容的一端並接-15V，同相放大器-15V去耦電容的另一端接地，同相放大器的7腳、同相放大器+15V去耦電容的一端並接 +15V，同相放大器+15V去耦電容的另一端接地，反相放大器的4腳、反相放大器-15V去耦電容的一端並接-15V，反相放大器-15V去耦電容的另一端接地，反相放大器的7腳、反相放大器+15V去耦電容的一端並接+15V，反相放大器+15V去耦電容的另一端接地。在金屬氧化物半導體場效應管驅動電路中，高低端驅動器的2腳與同相放大器的輸出電阻的另一端相接，高低端驅動器的4腳與反相放大器的輸出電阻的另一端相接，高低端驅動器的1腳、高低端驅動器+5V去耦電容的一端接+5V，高低端驅動器的3腳、5腳、 10腳、高低端驅動器+5V去耦電容的另一端、高低端驅動器+15V去耦電容的一端接地，高低端驅動器的9腳、高低端驅動器+15V去耦電容的另一端接+15V，高低端驅動器的7腳與上分壓電容的一端、下分壓電容的一端、高低端驅動器的高端懸浮電源隔離二極體的負端並接，上分壓電容的另一端與高壓隔離二極體的負端相接，高壓隔離二極體的正端、上分壓電阻的一端接+200V，上分壓電阻的另一端、高端懸浮電源隔離二極體的正端、下分壓電阻的一端並接，高低端驅動器的8腳、下分壓電容的另一端、下分壓電阻的另一端接輸出端，高低端驅動器的6腳、高端柵極限流電阻的一端、高端柵極保護二極體的負端並接，高低端驅動器的11腳、低端柵極限流電阻的一端、低端柵極保護二極體的負端並接。在高壓脈衝輸出電路中，高端金屬氧化物半導體場效應管的柵極並接高端柵極限流電阻的另一端、高端柵極保護二極體的正端，高端金屬氧化物半導體場效應管的漏極與高端充電限流電阻的一端相接，高端充電限流電阻的另一端、+200V去耦電容的一端接 +200V，+200V去耦電容的另一端接地，高端金屬氧化物半導體場效應管的源極、低端放電限流電阻的一端接輸出端，低端金屬氧化物半導體場效應管的柵極並接低端柵極限流電阻的另一端、低端柵極保護二極體的正端，低端金屬氧化物半導體場效應管的漏極與低端放電限流電阻的另一端相接，低端金屬氧化物半導體場效應管的源極接地。有益效果本發生器以高壓脈衝分壓器作為MOSFET驅動電路的高端懸浮電源，克服了以往脈衝質量、脈衝重複率以及脈衝損耗等方面遇到的問題，其主要特點如下1.高壓脈衝分壓器能夠為MOSFET驅動電路高端提供充電時間極短、供電時間很長的懸浮電源，從而能夠在顯示測量中獲得一幀周期內佔空比為0. 0005%的正/負向高頻脈衝；此外，MOSFET驅動電路高端不再有電容耦合和疊加到高壓脈衝輸出電路的輸出端， 確保了高頻高壓脈衝的質量。2.當顯示驅動要求獲得大於8個子場的維持脈衝時，高壓脈衝分壓器能夠為 MOSFET驅動電路高端提供高效的懸浮電源，從而輕易地在極短的期間內產生更多佔空比為 50%的脈衝個數。3.通訊技術中的脈衝發生器的應用頻率大於VHF時，負載電容的衝放電損耗明顯增加，由於以高壓脈衝分壓器作為MOSFET驅動電路高端的懸浮電源時不再有電容耦合到輸出端，因此採用漏極電容極小的M0SFET，可以使負載電容的充放電損耗不會隨著應用頻率的進一步提高而明顯地增加。
圖1是本發生器的總體結構框圖，它包括脈衝信號放大電路1、M0SFET驅動電路2、 高壓脈衝輸出電路3。圖2是本發生器的電原理圖，該圖中用虛線劃分出組成它的三個部分，即脈衝信號放大電路1，MOSFET驅動電路2，高壓脈衝輸出電路3。
具體實施方式
本發生器的實施方式主要分為脈衝信號放大電路、MOSFET驅動電路和高壓脈衝輸出電路，具體內容如下脈衝信號放大電路將一路小信號脈衝放大為兩路時序相同、相位相反、幅度5V的脈衝；在脈衝信號放大電路中，輸入埠與輸入匹配電阻隊、輸入限流電阻&的一端並接， 輸入匹配電阻R1的另一端接地，輸入限流電阻&的另一端與正向保護二極體D1的正端、負向保護二極體D2的負端、同相放大器U1的3腳、反相放大器U2的輸入電阻&的一端並接， 正向保護二極體D1的負端接+5V，負向保護二極體D2的正端接-5V，同相放大器U1的2腳與同相放大器U1的輸入電阻R3、同相放大器U1的反饋電阻R4的一端並接，同相放大器U1的輸入電阻R3的另一端接地，同相放大器U1的反饋電阻R4的另一端與同相放大器U1的6腳、 同相放大器U1的輸出電阻R7的一端並接，反相放大器U2的2腳與反相放大器U2的輸入電阻&的另一端、反相放大器U2的反饋電阻&的一端並接，反相放大器U2的3腳接地，反相放大器U2的6腳與反相放大器U2的反饋電阻&的另一端、反相放大器U2的輸出電阻&的一端並接，同相放大器U1的4腳、同相放大器U1的-15V去耦電容C1的一端並接-15V，同相放大器U1的-15V去耦電容C1的另一端接地，同相放大器U1的7腳、同相放大器U1的+15V 去耦電容C2的一端並接+15V，同相放大器U1的去耦電容C2的另一端接地，反相放大器U2 的4腳、反相放大器U2的-15V去耦電容C3的一端並接-15V，反相放大器U2的-15V去耦電容C3的另一端接地，反相放大器U2的7腳、反相放大器U2的+15V去耦電容C4的一端並接 +15V，反相放大器U2的+15V去耦電容C4的另一端接地。MOSFET驅動電路應用低端+15V電源和高端C9提供的懸浮電源產生高低端MOSFET 的柵極驅動脈衝；在MOSFET驅動電路中，高低端驅動器U3的2腳與同相放大器U1的輸出電阻R7的另一端相接，高低端驅動器U3的4腳與反相放大器U2的輸出電阻&的另一端相接， 高低端驅動器U3的1腳、高低端驅動器U3的+5V去耦電容C5的一端接+5V，高低端驅動器U3 的3腳、5腳、10腳、高低端驅動器U3的+5V去耦電容C5的另一端、高低端驅動器U3的+15V 去耦電容C6的一端接地，高低端驅動器U3的9腳、高低端驅動器U3的+15V去耦電容C6的另一端接+15V，高低端驅動器U3的7腳與上分壓電容C8的一端、下分壓電容C9的一端、高低端驅動器U3的高端懸浮電源隔離二極體D6的負端並接，上分壓電容C8的另一端與高壓隔離二極體D5的負端相接，高壓隔離二極體D5的正端、上分壓電阻R13的一端接+200V，上分壓電阻I^13的另一端、高端懸浮電源隔離二極體D6的正端、下分壓電阻R14的一端並接，高低端驅動器U3的8腳、下分壓電容C9的另一端、下分壓電阻R14的另一端接輸出端，高低端驅動器U3的6腳、高端柵極限流電阻&的一端、高端柵極保護二極體D3的負端並接，高低端驅動器U3的11腳、低端柵極限流電阻Rltl的一端、低端柵極保護二極體D4的負端並接。高壓脈衝輸出電路採用MOSFET開關電路生成高頻高壓脈衝；在高壓脈衝輸出電路中，高端金屬氧化物半導體場效應管A的柵極並接高端柵極限流電阻&的另一端、高端柵極保護二極體D3的正端，高端金屬氧化物半導體場效應管A的漏極與高端充電限流電阻R11的一端相接，高端充電限流電阻R11的另一端、+200V的去耦電容C7的一端接+200V， +200V的去耦電容C7的另一端接地，高端金屬氧化物半導體場效應管％的源極、低端放電限流電阻R12的一端接輸出端，低端金屬氧化物半導體場效應管％的柵極並接低端柵極限流電阻Rltl的另一端、低端柵極保護二極體D4的正端，低端金屬氧化物半導體場效應管％的漏極與低端放電限流電阻R12的另一端相接，低端金屬氧化物半導體場效應管％的源極接地。
權利要求1.一種高頻高壓脈衝發生器，其特徵在於該發生器包括按順序串行連接的脈衝信號放大電路(1)、金屬氧化物半導體場效應管驅動電路( 和高壓脈衝輸出電路(3)，脈衝信號放大電路⑴的輸出端即同相放大器(U1)、反相放大器( )的輸出端接金屬氧化物半導體場效應管驅動電路O)的輸入端即高低端驅動器(U3)的高低輸入端，金屬氧化物半導體場效應管驅動電路⑵的輸出端即高低端驅動器( )的高低輸出端接高壓脈衝輸出電路⑶ 的輸入端即金屬氧化物半導體場效應管開關電路的高低輸入端，脈衝信號放大電路(1)的輸入端為該發生器的輸入端，高壓脈衝輸出電路(3)的輸出端是該發生器的輸出端。
2.根據權利要求1所述的高頻高壓脈衝發生器，其特徵在於在脈衝信號放大電路(1) 中，輸入埠與輸入匹配電阻汛)、輸入限流電阻( )的一端並接，輸入匹配電阻(R1)的另一端接地，輸入限流電阻(R2)的另一端與正向保護二極體(D1)的正端、負向保護二極體 (D2)的負端、同相放大器(U1)的3腳、反相放大器( )的輸入電阻(R5)的一端並接，正向保護二極體(D1)的負端接+5V，負向保護二極體(D2)的正端接-5V，同相放大器(U1)的2 腳與同相放大器(U1)的輸入電阻(R3)、同相放大器(U1)的反饋電阻( )的一端並接，同相放大器(U1)的輸入電阻(R3)的另一端接地，同相放大器(U1)的反饋電阻(R4)的另一端與同相放大器(U1)的6腳、同相放大器(U1)的輸出電阻(R7)的一端並接，反相放大器( )的 2腳與反相放大器(U2)的輸入電阻(R5)的另一端、反相放大器(U2)的反饋電阻(R6)的一端並接，反相放大器(U2)的3腳接地，反相放大器(U2)的6腳與反相放大器(U2)的反饋電阻(R6)的另一端、反相放大器( )的輸出電阻(R8)的一端並接，同相放大器(U1)的4腳、 同相放大器(U1)的-15V去耦電容(C1)的一端並接-15V，同相放大器(U1)的-15V去耦電容(C1)的另一端接地，同相放大器(U1)的7腳、同相放大器(U1)的+15V去耦電容(C2)的一端並接+15V，同相放大器U1的去耦電容(C2)的另一端接地，反相放大器(U2)的4腳、反相放大器( )的-15V去耦電容(C3)的一端並接-15V，反相放大器( )的-15V去耦電容 (C3)的另一端接地，反相放大器(U2)的7腳、反相放大器(U2)的+15V去耦電容(C4)的一端並接+15V，反相放大器( )的+15V去耦電容(C4)的另一端接地。
3.根據權利要求1所述的高頻高壓脈衝發生器，其特徵在於在金屬氧化物半導體場效應管驅動電路⑵中，高低端驅動器(U3)的2腳與同相放大器(U1)的輸出電阻(R7)的另一端相接，高低端驅動器(U3)的4腳與反相放大器( )的輸出電阻( )的另一端相接，高低端驅動器(U3)的1腳、高低端驅動器(U3)的+5V去耦電容(C5)的一端接+5V，高低端驅動器(U3)的3腳、5腳、10腳、高低端驅動器(U3)的+5V去耦電容(C5) 的另一端、高低端驅動器(U3)的+15V去耦電容(C6)的一端接地，高低端驅動器(U3)的9腳、 高低端驅動器(U3)的+15V去耦電容(C6)的另一端接+15V，高低端驅動器(U3)的7腳與上分壓電容(C8)的一端、下分壓電容(C9)的一端、高低端驅動器(U3)的高端懸浮電源隔離二極體(D6)的負端並接，上分壓電容(C8)的另一端與高壓隔離二極體(D5)的負端相接，高壓隔離二極體(D5)的正端、上分壓電阻(R13)的一端接+200V，上分壓電阻(R13)的另一端、高端懸浮電源隔離二極體(D6)的正端、下分壓電阻(R14)的一端並接，高低端驅動器(U3)的8 腳、下分壓電容(C9)的另一端、下分壓電阻(R14)的另一端接輸出端，高低端驅動器(U3)的 6腳、高端柵極限流電阻(R9)的一端、高端柵極保護二極體(D3)的負端並接，高低端驅動器 (U3)的11腳、低端柵極限流電阻(Rltl)的一端、低端柵極保護二極體(D4)的負端並接。
4.根據權利要求1所述的高頻高壓脈衝發生器，其特徵在於在高壓脈衝輸出電路(3)中，高端金屬氧化物半導體場效應管Oi1)的柵極並接高端柵極限流電阻( )的另一端、高端柵極保護二極體(D3)的正端，高端金屬氧化物半導體場效應管Oi1)的漏極與高端充電限流電阻(R11)的一端相接，高端充電限流電阻(R11)的另一端、+200V的去耦電容(C7)的一端接+200V，+200V的去耦電容(C7)的另一端接地，高端金屬氧化物半導體場效應管Oi1)的源極、低端放電限流電阻(R12)的一端接輸出端，低端金屬氧化物半導體場效應管(Q2)的柵極並接低端柵極限流電阻(Rltl)的另一端、低端柵極保護二極體(D4)的正端，低端金屬氧化物半導體場效應管( )的漏極與低端放電限流電阻(R12)的另一端相接，低端金屬氧化物半導體場效應管( )的源極接地。
專利摘要高頻高壓脈衝發生器是一種適用於顯示測量、顯示驅動、通訊技術等領域的脈衝驅動和發射源。該發生器是由脈衝信號放大電路、MOSFET驅動電路、高壓脈衝輸出電路依次串行連接而組成。脈衝信號放大電路的輸入端為該發生器的輸入端，高壓脈衝輸出電路的輸出端是該發生器的輸出端。該發生器的MOSFET驅動電路的上端懸浮電源是由高壓脈衝分壓器構成，因此能在顯示測量中產生一幀周期內佔空比為0.0005%且符合技術指標的正/負向高頻脈衝、在顯示驅動中提供佔空比為50%且滿足大於8個子場的維持脈衝、在通訊技術中輸出100%工作效率且大功率低損耗的發射源脈衝。
文檔編號H03K3/023GK202168050SQ201120233758
公開日2012年3月14日 申請日期2011年7月5日 優先權日2011年7月5日
發明者李曉華, 楊曉偉, 雷威 申請人:東南大學