[发明专利]电子开关在大容性负载下实现纳秒级速度的电路设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子开关在大容性负载下实现纳秒级速度的电路设计方法。

背景技术

对于一个电子系统，为了能够稳定工作，电源需要去耦电容，因此供电系统必然有大的容性负载。随着电子技术的飞速发展，电子开关的速度已经达到纳秒级的水平。但是电子开关在电容负载情况下，由于在开关的导通和关断时，电容必须有充放电过程，正是电容的充放电时间，大幅度降低了开关的速度。

为了解决电容放电对开关关断速度的影响，一般为电容放电设计一个放电开关，如图1所示。这种方法对于负载电容值不大的情况是可行的，但是对于大容性负载还是不能解决问题。因为负载电容上的电荷必须放掉，开关才能达到关断状态，电容的放电时间为t＝3R×C_L，其中R为K2的开启电阻。对于电容为1μF情况，如果想达到10ns的关断速度，R必须小于3.3mΩ。显然，在现有技术条件下，制备这样开关几乎是不可能的，如果负载电容值为10μF或者更大，采用这种方法是完全不能实现纳秒级速度的。另外这种方法只能提高开关的关断速度，不能提高开启速度。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种在大容性负载电路中能够提高电子开关开启、关断速度的电路设计方法。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：一种电子开关在大容性负载下实现纳秒级速度的电路设计方法，在电子开关输出端和容性负载之间的电路中串联开关元件，电子开关启动时，电子开关输出端通过开关元件与容性负载连接，电子开关关断时，电子开关的输出端通过开关元件与容性负载断开，切断容性负载电荷泄放回路。

所述容性负载在电子开关关断时，与其它负载完全断开，不通过负载放电。

所述开关元件为纳秒级电子开关。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过电子开关关断时切断负载电容放电回路、导通时打开充电回路的方法，使得负载电容端电压与供电电压相同，改善了电子开关导通关断条件，大大地提高了电子开关的开关速度，真正实现了纳秒级速率。

附图说明

图1是电容性负载提高开关关断速度的通常设计电路原理；

图2是本发明的设计原理图；

图3是本发明具体应用电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1所示，通常情况下，设计人员对于容性负载，为了提高电子开关速度，通常采用在电子开关关断时对负载电容C_L进行放电的方法来设计电路，这种电路在负载电容容量较大时，放电时间较长，严重影响了开关的关断速度

如图2所示，为本发明设计的大容性负载电路的原理图，在负载电容供电端串联开关，该开关与电子开关同步导通或者关断，使得负载电容在电子开关导通供电或者关断停止供电时，负载电容端电压与电源电压相同，不存在充放电过程，大大提高电子开关的速度。图中K1是电子开关，C_L是负载系统要求的去耦电容，即负载电容，RL是负载电阻，K2是本发明设计的控制开关，K2与K1同步动作。由于设计了K2控制开关，当电子开关K1给系统供电时，K2也是处于导通状态，因此电源给电容C_L充电。一旦电容上电压达到电源电压时，不管是给系统供电还是断电，电容就不再充放电了。因为当K1断开时，K2也同时断开，电容上的电荷没有泄漏途径，同时也没有与负载相连，因此负载上的电压不受去耦电容的影响，可以实现高速断电；当两个开关同时导通时，由于电容上的电压与电源电压相同，电容不存在充电过程，因此负载上电压变化过程，也与电容无关。采用本发明的方法，无论电容值多大，都不会影响开关的速度，即使电容值在数十微法、数百微法都能够实现纳秒级的开启和关断速度。

图3是本发明的一个具体应用，图中点划线内是由三个栅宽为15000μm的GaAsMESFET组成的组合开关，此开关在2A下压降小于0.3V，图中与负载电容串联的开关为SSM3K14T硅MOS管，RL为等效负载电阻。该开关在控制信号为高电平时供电，低电平断电。负载电容C_L为100μF时，测试导通与关断时间在10ns之内。