[发明专利]一种高速功率开关电路的阵列结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种功率开关电路，尤其是涉及一种高速功率开关电路的阵列结构。

背景技术

传统的大功率高压电源使用工频变压器升压，电路简单，但体积大、频率低，放电效果很不理想。MOSFET、IGBT等高频大功率电力电子器件的出现以及相关变频技术的发展，为高压高重频脉冲源电源的研制提供了新的途径。脉冲功率技术发展到今天，高功率单脉冲功率源已经具有了很高的水平，但是高功率的装置目前大都只能达到几kHz到数十kHz的重复率。要实现高功率高重复率的脉冲功率源，在技术上的主要难点是高重复率开关技术。

国内外研究较多的是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)开关和绝缘栅双极晶体管(IGBT)开关，二者的频率响应都非常不错，但是，目前二者的开关频率仍无法满足高功率高重频脉冲源日益增长的需求。中国工程物理研究院流体物理研究所于2005年发表了一种实现高功率高重复率方波脉冲源的技术途径，利用高压快恢复整流硅堆把三个独立的方波脉冲合成为一个MHz重复率的方波三脉冲，进一步通过串并联设计，可以提高硅堆在高频脉冲下的反向耐压，并使硅堆通过的正向脉冲电流达到kA量级。然而，随着高压高重频脉冲源的发展，对输出电压、输出频率的要求也不断提高，并且需要发展频率可调的高压高重频脉冲源。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高速功率开关电路的阵列结构，采用功率MOSFET开关阵列，通过脉冲信号的分时控制驱动MOSFET开关，并通过控制功率开关阵列所含开关的个数，实现频率可调、高重频的目的。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种高速功率开关电路的阵列结构，用于高压高重频脉冲源产生频率可调的高重频脉冲信号，其特征在于，所述的包括阵列结构包括依次连接的分时控制芯片、驱动芯片阵列、功率MOSFET开关阵列、脉冲合成器与负载电路，所述的分时控制芯片产生分时脉冲信号通过驱动芯片阵列分别驱动功率MOSFET开关阵列，再将功率MOSFET开关阵列产生的多路分时脉冲信号通过脉冲合成器合成，从而得到高重频、且频率可调的脉冲信号。

所述的分时控制芯片产生多路分时脉冲信号，每一路信号连接功率MOSFET开关阵列中一个开关的驱动芯片。

所述的驱动芯片阵列由多个驱动芯片组成，每个驱动芯片的输入端连接分时控制芯片，输出端连接功率MOSFET开关阵列中一个功率MOSFET开关的栅极。

所述的功率MOSFET开关阵列由多个功率MOSFET开关组成，每一个功率MOSFET开关的源级通过串接二极管D1连接到电源电压，漏极通过串接二极管D2连接到脉冲合成器的输入，其中二极管D1的正极连接电源电压，负极连接MOSFET开关的源级，所述的二极管D2正极连接MOSFET开关的漏极，负极连接脉冲合成器的输入。

所述的脉冲合成器将多个功率MOSFET开关所产生的脉冲信号合成，形成高重复频率的脉冲信号，脉冲合成器的输出连接到负载电路。

所述的负载电路由负载电阻和负载电容并联而成，一端接脉冲合成器，另一端接地。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、高速功率开关阵列结构将多个功率MOSFET开关并联并分时控制，可以大幅度提高脉冲信号的重复频率，且通过控制开关阵列的个数，实现脉冲信号的频率可调；

2、功率开关阵列中每个功率MOSFET开关采用两个二极管分别串接到MOSFET的源级与漏极，可以对各个功率MOSFET开关进行电隔离，减小开关的分布电容，进一步提高开关电路的速度、降低开关损耗，提高开关的可靠性、减小电磁干扰问题。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

图1为本发明所涉及的高速功率开关的阵列结构，包括分时控制芯片、驱动芯片阵列、功率MOSFET开关阵列、脉冲合成器与负载电路。

所述分时控制芯片由FPGA芯片实现，产生N路分时脉冲信号，信号1连接驱动芯片1的输入，信号2连接驱动芯片2的输入，…，信号N连接驱动芯片N的输入。

所述驱动芯片阵列由N个驱动芯片组成，驱动芯片阵列的输入连接分时控制芯片的输出，驱动芯片阵列的输出连接功率MOSFET开关阵列的输入，具体来讲，驱动芯片1的输出连接功率开关1的栅极，驱动芯片2的输出连接功率开关2的栅极，…，驱动芯片N的输出连接功率开关N的栅极。