一种基于IGBT的非同步触发高压脉冲调制器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于IGBT的非同步触发高压脉冲调制器，属于高压脉冲调制电路领域。该调制器包括脉冲产生装置，光纤传输装置，延时模块，信号处理模块，截尾脉冲产生模块，驱动门电路模块，十六级IGBT脉冲形成装置，以及电源。本发明专利技术采用加法叠加结构的脉冲形成装置及栅极截尾脉冲泄放电路，其采用非同步信号触发，既能使输出脉冲过冲大大减小，又能使脉冲上升沿、下降沿变陡，从而实现更窄脉冲宽度的高压脉冲信号输出。

An IGBT-based asynchronous triggered high voltage pulse modulator

The invention discloses an asynchronous triggered high voltage pulse modulator based on IGBT, which belongs to the field of high voltage pulse modulation circuit. The modulator includes a pulse generator, an optical fiber transmission device, a delay module, a signal processing module, a truncated pulse generator module, a driving gate circuit module, a 16-stage IGBT pulse generator and a power supply. The invention adopts a pulse forming device with superposition structure and a gate truncated pulse discharge circuit, which is triggered by an asynchronous signal. It can not only reduce the overshoot of the output pulse greatly, but also steepen the rise and fall edges of the pulse, thereby realizing the output of high voltage pulse signal with narrower pulse width.

【技术实现步骤摘要】
一种基于IGBT的非同步触发高压脉冲调制器
本专利技术属于高压脉冲调制电路，具体涉及一种基于IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)的非同步信号触发、延时短、体积小的真空管用高压脉冲调制电源。
技术介绍
大功率脉冲调制器是真空电子管阴极电子发射产生不可缺少的部分，其性能直接决定真空管阴极电子的发射。大功率脉冲调制器应用广泛，不仅应用于真空电子器件、雷达发射机领域，而且在民用医疗、高压除尘等领域都有举足轻重的地位。长期以来,大功率脉冲调制器大多采用“线性调制器”的方案,即采用高压恒流电源、氢闸流管、脉冲形成网络和脉冲变压器等部件。但该方案存在较多的不足之处:调制器采用同步信号触发，加上传输线漏感的存在，多级叠加形成的脉冲前沿过冲严重，大大减少器件使用寿命；由于器件寄生电容的存在导致脉冲上升、下降时间变缓，效率变低。为了解决上述问题，国内外均开展了一些研究。为克服脉冲前沿过冲现象，在单极脉冲输出电路上采用限压电路来限制脉冲输出幅度，此法能有效减小过冲电压，但由于许多过冲脉冲电压幅度超过输出脉冲幅度50％甚至更高，故对限压电路的元器件耐压提出更高要求，当限压电路中元器件击穿后，仍会对开关器件产生很大损坏；对于由于寄生电容产生脉冲上升沿、下降沿过缓问题，常常会采用源极泄放的方式，但由于源极泄放对于泄放管的耐压要求与开关管相同，需要采用相同规则的大电流耐高压器件，价格并不划算。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于IGBT的非同步触发高压脉冲调制器，采用加法叠加结构的脉冲形成装置及栅极截尾脉冲泄放电路，其采用非同步信号触发，既能使输出脉冲过冲大大减小，又能使脉冲上升沿、下降沿变陡，从而实现更窄脉冲宽度的高压脉冲信号输出。本专利技术采用的技术方案为：一种基于IGBT的非同步触发高压脉冲调制器，包括脉冲产生装置，光纤传输装置，延时模块，信号处理模块，截尾脉冲产生模块，驱动门电路模块，十六级IGBT脉冲形成装置，以及电源。所述脉冲产生装置，输出一路低压脉冲信号。所述光纤传输装置将低压脉冲信号放大并分为五路预处理信号。第一路预处理信号经反相处理后输入第一信号处理模块，然后输出四路与预处理信号的高电平宽度相同的第一组正负脉冲高频信号。第二、第三、第四路预处理信号分别经第一、第二、第三延时模块延时后，分别输入第二、第三、第四信号处理模块，然后分别输出四路与预处理信号的高电平宽度相同的第二、第三、第四组正负脉冲高频信号；所述第一延时模块延迟时间为n纳秒，所述第二延时模块延迟时间为2n纳秒，所述第三延时模块延迟时间为3n纳秒(n为正整数)。第五路预处理信号输入截尾脉冲产生模块，在第一到第四路预处理信号关断的同时输出高电平窄脉冲信号；该高电平窄脉冲信号输入驱动门电路模块，经过驱动门电路模块中的十六路截尾脉冲泄放电路泄放IGBT开关管栅极多余电荷。所述第一～第四组共十六路正负脉冲高频信号输入驱动门电路模块转换为十六路驱动信号，并把该驱动信号输入十六级IGBT脉冲形成装置。所述十六级IGBT脉冲形成装置每级连接电源，由驱动门电路模块输出的驱动信号开关IGBT管得到所需脉冲。进一步地，所述信号处理模块包括低频转高频电路、光耦电路、半桥电路、驱动脉冲非晶隔离变压器a、b、c、d。其中，低频转高频电路用于把低频率的脉冲信号处理成高频信号；光耦电路用于隔离信号；半桥电路用于把正脉冲变为正负脉冲；驱动脉冲非晶隔离变压器用于隔离高压与低压电路。所述截尾脉冲产生模块包括截尾脉冲形成电路、截尾脉冲非晶隔离变压器。其中所述截尾脉冲形成电路用于形成截尾脉冲；截尾脉冲非晶隔离变压器用于隔离截尾脉冲形成电路与处于高电位的截尾脉冲泄放电路。所述驱动门电路模块包括十六路截尾脉冲泄放电路、十六路驱动电路。其中驱动电路用于处理正负脉冲高频信号转化为驱动信号；截尾脉冲泄放电路用于泄放开关管栅极多余电荷。所述光纤传输装置，用于传输、预处理产生的低压脉冲信号。所述延迟模块，用于延迟输入脉冲信号的开启时间。所述十六级IGBT脉冲形成装置，用于形成高压大电流脉冲。本专利技术的高压脉冲调制器具有以下特点：1、本高压调制器采用非同步驱动信号的方式驱动开关管，使寄生电感所导致的单极前沿过冲叠加的大电压大大减小，并且也不会增加过多的外围电路。2、本调制器截尾脉冲加在开关管栅极处，电路主元器件为可控硅，不仅可以有效的快速释放掉开关管栅极电荷，快速关断开关管，减少脉冲后延时间，而且可以节约一半大电流耐高压开关管成本。3、脉冲形成装置采用加法叠加结构，使整体电路容错能力增加，当一个开关管坏掉时，电路依然能够正常工作。并且负载真空电子管是直接串联进电路，不是在电阻上用电缆引出电压，可以用于大电流电路。4、电路兼容宽脉冲和窄脉冲，把驱动脉冲均变换成高频脉冲，可以有效减小隔离变压器体积，提高传输能力。5、隔离变压器材料采用非晶材料，其具有高磁导率,高磁饱和度,低损耗,高电阻率，相比于硅钢材料可以削减75％的空载损失。附图说明图1为本专利技术的高压脉冲调制器的结构框图。图2为本专利技术的高压脉冲调制器的脉冲时序图。图3为本专利技术的高压脉冲调制器的信号处理模块。图4为本专利技术的高压脉冲调制器的延时模块。图5为本专利技术的高压脉冲调制器的截尾脉冲产生模块。图6为本专利技术的高压脉冲调制器的驱动门电路模块。图7为本专利技术的高压脉冲调制器的十六级IGBT脉冲形成装置。具体实施方式如图1，本专利技术的高压脉冲调制器包括：脉冲产生装置，用于产生一个低压脉冲信号A1；光纤传输装置，用于传输、处理低压脉冲信号A1，得到预处理信号A2；延迟模块，用于延迟输入脉冲信号的开启时间；信号处理模块,用于把预处理信号A2转化为正负脉冲高频信号传输给驱动门电路模块，包括低频转高频电路、光耦电路、半桥电路、驱动脉冲非晶隔离变压器a、b、c、d，其中低频转高频电路，用于把低频率的脉冲信号处理成高频信号；光耦电路，用于隔离信号；半桥电路，用于把正脉冲变为正负脉冲；驱动脉冲非晶隔离变压器a、b、c、d，用于隔离高压与低压电路；截尾脉冲产生模块，用于产生和传输截尾脉冲，包括截尾脉冲形成电路，用于形成截尾脉冲；截尾脉冲非晶隔离变压器，用于隔离截尾脉冲形成电路与处于高电位的截尾脉冲泄放电路；驱动门电路模块，用于处理正负脉冲高频信号以及截尾脉冲信号，包括驱动电路，用于处理正负脉冲高频信号；截尾脉冲泄放电路，用于泄放开关管栅极多余电荷。十六级IGBT脉冲形成装置，用于形成所需高压大电流脉冲。如图1所示，脉冲产生装置发出一段低压脉冲信号A1，此脉冲信号被光纤传输装置接受并输出预处理信号A2。A1与A2为同相信号，如图2中A1、A2信号相位所示，只是A2电压幅值更高，方便后续电路应用。A2信号分为五路，如图1所示，第一路信号，经过反相后输出A3信号，A3信号与A2信号反相，如图2所示；A2信号输出到低频转高频电路TL494电路，如图3，采用屏蔽两个误差放大器的连接方式，两误差放大器正极16脚1脚接地。两误差放大器负极2脚15脚分别通过电阻R8、R7接14脚接VREF高电平。4脚为死区控制，通过R6、R9分压控制占空比接近50％。5脚C4，6脚R10、RP1决定振荡频率，公式为f＝1.1/(R*C)(R为6脚接地电阻值，C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于IGBT的非同步触发高压脉冲调制器，包括脉冲产生装置，光纤传输装置，延时模块，信号处理模块，截尾脉冲产生模块，驱动门电路模块，十六级IGBT脉冲形成装置，以及电源；所述脉冲产生装置，输出一路低压脉冲信号；所述光纤传输装置将低压脉冲信号放大并分为五路预处理信号；第一路预处理信号经反相处理后输入第一信号处理模块，然后输出四路与预处理信号的高电平宽度相同的第一组正负脉冲高频信号；第二、第三、第四路预处理信号分别经第一、第二、第三延时模块延时后，分别输入第二、第三、第四信号处理模块，然后分别输出四路与预处理信号的高电平宽度相同的第二、第三、第四组正负脉冲高频信号；所述第一延时模块延迟时间为n纳秒，所述第二延时模块延迟时间为2n纳秒，所述第三延时模块延迟时间为3n纳秒，其中n为正整数；第五路预处理信号输入截尾脉冲产生模块，在第一到第四路预处理信号关断的同时输出高电平窄脉冲信号；该高电平窄脉冲信号输入驱动门电路模块，经过驱动门电路模块中的十六路截尾脉冲泄放电路泄放IGBT开关管栅极多余电荷；所述第一～第四组共十六路正负脉冲高频信号输入驱动门电路模块转换为十六路驱动信号，并把该驱动信号输入十六级IGBT脉冲形成装置；所述十六级IGBT脉冲形成装置每级连接电源，由驱动门电路模块输出的驱动信号开关IGBT管得到所需脉冲。...

【技术特征摘要】
1.一种基于IGBT的非同步触发高压脉冲调制器，包括脉冲产生装置，光纤传输装置，延时模块，信号处理模块，截尾脉冲产生模块，驱动门电路模块，十六级IGBT脉冲形成装置，以及电源；所述脉冲产生装置，输出一路低压脉冲信号；所述光纤传输装置将低压脉冲信号放大并分为五路预处理信号；第一路预处理信号经反相处理后输入第一信号处理模块，然后输出四路与预处理信号的高电平宽度相同的第一组正负脉冲高频信号；第二、第三、第四路预处理信号分别经第一、第二、第三延时模块延时后，分别输入第二、第三、第四信号处理模块，然后分别输出四路与预处理信号的高电平宽度相同的第二、第三、第四组正负脉冲高频信号；所述第一延时模块延迟时间为n纳秒，所述第二延时模块延迟时间为2n纳秒，所述第三延时模块延迟时间为3n纳秒，其中n为正整数；第五路预处理信号输入截尾脉冲产生模块，在第一到第四路预处理信号关断的同时输出高电平窄脉冲信号；该高电平窄脉冲信号输入驱动门电路模块，经过驱动门电路模块中的十六路截尾脉冲泄放电路泄放IGBT开关管栅极多余电荷；所述第一～第四组共十六路正负脉冲高频信号输入驱动门电路模块转换为十六路驱动信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡标，刘宏霖，孙振海，李天明，汪海洋，李浩，周翼鸿，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51