[实用新型]一种方波发生电路

说明书

【技术领域】

本实用新型属于电磁兼容(EMC)测量领域，具体涉及一种方波发生电路。

【背景技术】

电子设备的抗脉冲能力是评价其性能的重要指标，脉冲电压是一种典型的浪涌脉冲，对该指标的评价通常是用方波发生器产生高压脉冲，加载在受试设备(EUT)的两端，以考察受试设备是否可以正常工作。

现有的高压方波发生电路如图1所示，包括高压直流源、RC储能电路、半导体开关S1、脉冲输出端。为了产生高能量的方波脉冲，要求开关能耐受瞬间数千伏的高压、数百安培的大电流，且开关闭合和断开的响应时间至少要为微秒级，才能保证脉冲方波的上升沿和下降沿陡峭，这种高要求一般只有大功率半导体开关才能满足。但是半导体开关S1中的结电容使其在断开的瞬间，受试设备两端的电压并不会发生突变；储能电容C1经受试设备给半导体开关S1的结电容充电，直至充满，开关S1才能真正关断以产生方波下降沿。方波下降沿的变化速率与结电容的充电速率相同，而结电容的充电速率取决于结电容与受试设备等效电阻RL的乘积大小，乘积越大，结电容的充电时间越长，下降沿越平缓，仅能输出宽脉冲；反之，乘积越小，结电容的充电时间越短，下降沿越陡峭，可输出窄脉冲，即方波的下降沿受受试设备等效电阻RL阻值大小的制约。

一般而言，半导体开关的结电容为nF级，而受试设备的等效电阻R_L可能很大，结电容的充电时间很长，导致方波下降沿下降缓慢，从而只能输出脉冲宽度较大的脉冲。例如，若受试设备等效电阻R_L大于10kΩ，则方波的下降沿将至少大于10μs，受试设备端无法得到1μs或更快速的方波，其输出的脉冲宽度非常大，且幅值不平坦，如图2所示，不能满足某些电子设备需要利用陡峭沿的窄方波进行测试的要求。

因此，现有的技术方案一般仅能实现高能量的宽方波脉冲，而且实现的幅值不平坦；即使存在某些可实现窄方波的技术方案，如公布号为CN101795127A的专利公开了“一种高压方波脉冲发生器及产生高压方波脉冲的方法”，不仅实现方式和装置结构复杂，而且成本高、也不能实现高能量的方波脉冲，方波宽度可调节的范围较窄。

【实用新型内容】

针对上述现有技术的不足，本实用新型旨在提供一种脉冲宽度可调的快速高能量方波发生电路，该方波发生电路可输出纳秒级至毫秒级的宽范围高能量方波，且具有脉冲调节范围宽、幅值平坦、控制方便，电路可靠等优点。

本实用新型所述的一种方波发生电路是通过以下技术方案实现的。一种方波发生电路，其特征在于，包括高压直流源、储能电路、半导体开关、充电电阻和用于加载受试设备的脉冲输出端，储能电路包括限流电阻和储能电容；高压直流源、限流电阻和储能电容构成回路，储能电容、半导体开关和加载在脉冲输出端上的受试设备构成回路；所述的充电电阻与脉冲输出端相并联，所述的充电电阻为可变电阻或者固定电阻。

本实用新型具体的工作步骤如下：

第一步：将受试设备加载到脉冲输出端上，高压直流源通过限流电阻给储能电容充电；与此同时，由于半导体开关存在结电容，高压直流源通过受试设备给半导体开关的结电容充电，充电完毕后，半导体开关结电容两端的电压与储能电容两端的电压相等。需要说明的是，限流电阻的阻值一般都很大，因而由高压直流源、限流电阻和储能电容构成的回路的时间常数较大，因而高压直流源通过限流电阻给储能电容充电，充电时间较长，储能电容充电完毕后，即可将其视为供电电源。

第二步：闭合半导体开关，半导体开关结电容上的电荷被快速释放掉，储能电容两端的高压可直接、瞬态地加载到受试设备的两端上，产生方波陡峭的上升沿，且上升沿的电压幅值等于储能电容两端的电压；通过控制半导体开关的闭合时间，即可实现高压脉冲宽度的控制；

第三步：断开半导体开关，半导体开关中结电容的存在使其在断开的瞬间，受试设备两端的电压并不会发生突变；受试设备和充电电阻相并联后、再与半导体开关结电容相串联组成充电回路，等效于供电电源的储能电容通过受试设备及充电电阻给半导体开关的结电容充电，直至充满，半导体开关才能真正断开，充电时间决定于充电回路的时间常数。充电电阻与受试设备并联后的总电阻小于其任一支路的电阻，合理选择充电电阻的阻值，即可减小充电回路的充电时间，加快结电容的充电速率，产生陡峭的下降沿。例如可将下降沿控制在纳秒(ns)级，可产生纳秒(ns)级或更快速的方波。