一种脉宽可调的高速隔离驱动MOSFET的电路及方法技术

本发明专利技术公开了一种脉宽可调的高速隔离驱动MOSFET的电路及方法，其电路结构包括驱动信号隔离传输模块、MOSFET导通控制开关和MOSFET关断控制开关；所述驱动信号隔离传输模块用于将脉冲驱动信号隔离传输至变压器次级端；所述MOSFET导通控制开关用于控制第一MOSFETQ1的输入电容充电回路的形成与关断；所述MOSFET关断控制开关用于控制第一MOSFETQ1的输入电容放电回路的形成与关断。本发明专利技术可实现高速隔离驱动MOSFET所产生的的输出信号脉冲宽度在纳秒至秒级范围内可调，并同时具有结构简单、性能可靠、成本低等优势，有利于在大范围的市场内推广。内推广。内推广。

【技术实现步骤摘要】
一种脉宽可调的高速隔离驱动MOSFET的电路及方法


[0001]本专利技术属于电子电路
，尤其涉及一种脉宽可调的高速隔离驱动MOSFET的电路及方法。

技术介绍

[0002]随着现代电力电子技术的不断进步，功率MOSFET、高压MOSFET等半导体MOSFET器件的工作性能不断提高，并因其优秀的开关特性和较高的耐压值等特点而成为高速高压开关电路中的主要开关器件。
[0003]高速高压开关电路广泛应用在激光技术、核物理和绝缘测试等领域，往往要求隔离驱动开关器件以实现高压脉冲的偏置和多管串联提高输出电压。目前常用的隔离驱动MOSFET电路的隔离方式有光耦隔离和脉冲变压器隔离两种。由于光耦隔离需要附加隔离电源会造成系统体积庞大，且耐压值一般小于10kV，故仅适用于对输出电压幅值要求不高的场合。传统的脉冲变压器隔离驱动电路具有驱动信号线性度好、隔离电压大、可实现多路同步输出等优点，但往往要求隔离驱动信号的脉冲宽度在一定范围内；脉冲宽度过大时变压器将出现磁芯饱和现象，使得隔离驱动MOSFET电路的输出电压脉冲宽度较小，因此采用脉冲变压器隔离方式无法产生脉冲宽度纳秒至秒级可调的输出信号。这些问题的存在极大地限制了以MOSFET作为开关器件的高速高压开关电路的应用场景，尤其是在激光技术、介质极化研究、高压斩波开关技术等科学研究中的应用。
[0004]MOSFET是利用输入端的电场效应实现对输出端控制的一种半导体器件，由于其栅极SiO2绝缘层的存在，理论上栅极电流为0，但在MOSFET结构上金属化部分重叠、电路的PCB布局和器件封装等因素的作用下，MOSFET的栅极输入端存在输入电容等寄生参数。因此，MOSFET的开关过程即驱动信号给输入电容充放电的过程，该过程需要一定的电流驱动能力。设置相互独立的输入电容充放电回路，在充电脉冲驱动信号和放电脉冲驱动信号到来的时间间隔内，使MOSFET输入电容两端电压始终大于MOSFET的开启电压，维持MOSFET的导通状态，则隔离驱动MOSFET所产生的输出信号脉冲宽度与充电脉冲驱动信号和放电脉冲驱动信号到来的时刻之差相同。通过改变二者到来的时刻之差，即可实现高速隔离驱动MOSFET产生的输出信号脉冲宽度在在纳秒至秒级范围内可调。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术提出了一种脉宽可调的高速隔离驱动MOSFET的电路及方法，利用MOSFET的输入电容，采用相互独立的输入电容充放电回路结构，在充电脉冲驱动信号和放电脉冲驱动信号到来的时间间隔内，使MOSFET输入电容两端电压始终大于MOSFET开启电压，维持MOSFET的导通状态，则隔离驱动MOSFET所产生的输出信号脉冲宽度与充电脉冲驱动信号和放电脉冲驱动信号到来的时刻之差相同。通过调节充电脉冲驱动信号和放电脉冲驱动信号到来的时刻之差，即可实现输出信号的脉冲宽度在纳秒至秒级范围内可调。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种脉宽可调的高速隔离驱动MOSFET的电路，包
括：驱动信号隔离传输模块、MOSFET导通控制开关和MOSFET关断控制开关；
[0007]所述驱动信号隔离传输模块用于将脉冲驱动信号隔离传输至变压器次级端；
[0008]所述MOSFET导通控制开关用于控制第一MOSFET Q1的输入电容充电回路的形成与关断；
[0009]所述MOSFET关断控制开关用于控制第一MOSFET Q1的输入电容放电回路的形成与关断。
[0010]优选的，所述驱动信号隔离传输模块包括第一变压器T1、第一二极管D1、第二变压器T2、第二二极管D2；
[0011]充电脉冲驱动信号从所述第一变压器T1的初级端输入，所述第一变压器T1的次级同名端与所述第一二极管D1的阴极连接，所述第一变压器T1的次级异名端与所述第一二极管D1的阳极连接；所述放电脉冲驱动信号从所述第二变压器T2的初级端输入，所述第二变压器T2的次级同名端与所述第二二极管D2的阴极连接，所述第二变压器T2的次级异名端与所述第二二极管D2的阳极连接；
[0012]所述MOSFET导通控制开关包括第三二极管D3；
[0013]所述第三二极管D3的阳极与所述第一变压器T1的次级同名端连接，所述第三二极管D3的阴极与第一MOSFET Q1的栅极连接；
[0014]所述MOSFET关断控制开关包括第二MOSFET Q2；
[0015]所述第二MOSFET Q2的栅极与所述第二变压器T2的次级同名端连接，所述第二MOSFET Q2的源极与所述第二变压器T2的次级异名端连接，所述第二MOSFET Q2的漏极与所述第一MOSFET Q1的栅极连接，所述第一MOSFET Q1的漏极与正电源+HV连接，所述第一MOSFET Q1的源极与负电源
‑
HV连接。
[0016]优选的，所述正电源+HV与所述负电源
‑
HV的电压差值为所述第一MOSFET Q1漏源间承受电压范围内的任意值。
[0017]优选的，所述高速隔离驱动MOSFET所产生的输出信号从所述第一MOSFET Q1的漏极处取得。
[0018]优选的，所述高速隔离驱动MOSFET产生的输出信号脉冲宽度与充电脉冲驱动信号和放电脉冲驱动信号到来的时刻之差相同。
[0019]优选的，所述第一二极管D1、所述第二二极管D2均为齐纳二极管，所述第三二极管D3为肖特基二极管。
[0020]优选的，当脉冲变压器次级端出现负脉冲时，所述第一二极管D1、所述第二二极管D2分别与所在回路的变压器次级线圈组成续流回路，防止所述第三二极管D3两端电压和所述第二MOSFET Q2栅源间电压超过其反向最大耐压值，为所述第三二极管D3和所述第二MOSFET Q2提供保护。
[0021]本专利技术还提供了一种脉宽可调的高速隔离驱动MOSFET的方法，包括以下步骤：
[0022]充电脉冲驱动信号到来时，电流经驱动信号隔离传输模块第一变压器T1和第一二极管D1隔离传输至MOSFET导通控制开关第三二极管D3，控制第一变压器T1次级线圈、第三二极管D3和第一MOSFET Q1的输入电容C
iss
形成充电回路，使所述第一MOSFET Q1迅速导通；
[0023]放电脉冲驱动信号到来时，电流经驱动信号隔离传输模块第二变压器T2和第二二极管D2隔离传输至MOSFET关断控制开关第二MOSFET Q2，控制第一MOSFET Q1的输入电容
C
iss
、第二MOSFET Q2和负电源
‑
HV形成放电回路，使所述第一MOSFET Q1迅速关断。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
[0025]本专利技术提供了一种脉宽可调的高速隔离驱动MOSFET的电路及方法，其驱动电路结构上包括驱动信号隔离传输模块、MOSFET导通控制开关和MOSFET关断控制开关，可实现高速隔离驱动MOSFET所产生的的输出信号脉冲宽度在纳秒至本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种脉宽可调的高速隔离驱动MOSFET的电路，其特征在于，包括：驱动信号隔离传输模块、MOSFET导通控制开关和MOSFET关断控制开关；所述驱动信号隔离传输模块用于将脉冲驱动信号隔离传输至变压器次级端；所述MOSFET导通控制开关用于控制第一MOSFET Q1的输入电容充电回路的形成与关断；所述MOSFET关断控制开关用于控制第一MOSFET Q1的输入电容放电回路的形成与关断。2.根据权利要求1所述的脉宽可调的高速隔离驱动MOSFET的电路，其特征在于，所述驱动信号隔离传输模块包括第一变压器T1、第一二极管D1、第二变压器T2、第二二极管D2；充电脉冲驱动信号从所述第一变压器T1的初级端输入，所述第一变压器T1的次级同名端与所述第一二极管D1的阴极连接，所述第一变压器T1的次级异名端与所述第一二极管D1的阳极连接；所述放电脉冲驱动信号从所述第二变压器T2的初级端输入，所述第二变压器T2的次级同名端与所述第二二极管D2的阴极连接，所述第二变压器T2的次级异名端与所述第二二极管D2的阳极连接；所述MOSFET导通控制开关包括第三二极管D3；所述第三二极管D3的阳极与所述第一变压器T1的次级同名端连接，所述第三二极管D3的阴极与第一MOSFET Q1的栅极连接；所述MOSFET关断控制开关包括第二MOSFET Q2；所述第二MOSFET Q2的栅极与所述第二变压器T2的次级同名端连接，所述第二MOSFET Q2的源极与所述第二变压器T2的次级异名端连接，所述第二MOSFET Q2的漏极与所述第一MOSFET Q1的栅极连接，所述第一MOSFET Q1的漏极与正电源+HV连接，所述第一MOSFET Q1的源极与负电源
‑
HV连接。3.根据权利要求2所述的脉宽可调的高速隔离驱动MOSFET的电路，其特征在于，所述正电源+HV与所述负电源
‑
HV的电压差值为所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张延超，欧阳辰穗，张志华，周志权，任秀云，刘立宝，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：