全固態納秒脈沖發生器mosfet驅動電路的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于電力設備檢測技術領域，具體涉及一種檢測裝備-基于FPGA控制的全固態納秒脈沖發生器中MOSFET開關驅動電路。
【背景技術】
[0002]電力系統中的線圈類設備(變壓器、電抗器等)的運行電壓等級隨著電網電壓等級提高，對電力系統的穩定運行起著關鍵的作用。這類設備在長期運行過程中，易受到短時過電流的沖擊，這會引起繞組的形變，增大設備停運和電網停電的風險。為了實時檢測繞組狀態而興起的在線檢測方法之一一一脈沖頻率響應法，可以實現帶電檢測，通過繞組的頻響曲線的橫向和縱向的對比，從而實現實時監測繞組變形情況。脈沖頻率響應法的關鍵環節是脈沖信號發生器，為了使脈沖前后沖沿陡峭，對于開關的驅動電路提出了較高要求。
【實用新型內容】
[0003]鑒于此，本實用新型的目的是提供一種全固態納秒脈沖發生器MOSFET驅動電路。
[0004]本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的，一種全固態納秒脈沖發生器MOSFET驅動電路，用于產生驅動信號，包括光纖驅動單元、與光纖驅動單元連接的發纖發射單元、接收光纖發射單元光信號的光接收單元、接收光接收單元輸出信號的驅動信號產生單元以及控制整個驅動電路通斷的開關單元。
[0005]所述光纖驅動單元包括光纖驅動芯片、第一電容C1、第二電容C2和第一電阻R1，所述光纖驅動芯片的正輸入端接外部TTL輸入信號，所述光纖驅動芯片的電源端與電源連接且分別與對地的第一電容、第二電容連接，所述光纖驅動芯片的負輸入端經第一電阻與電源連接。
[0006]所述光纖發射單元包括光纖發射器;所述光接收單元包括光接收器。
[0007]所述驅動信號產生單元包括驅動芯片，所述驅動芯片的輸出端經電阻Rg與開關單元連接。
[0008]所述開關單元包括二極管D、三極管Q、瞬態電壓抑制二極管TVS和第三電阻R3，所述三極管的基極與電阻Rg連接，二極管并聯于三極管的發射極與基極之間且二極管的陽極與基極連接，二極管的陰極與發射極連接，所述瞬態電壓抑制二極管并聯于三極管的發射極與基極間，所述第三電阻與瞬態電壓抑制二極管并聯。
[0009]由于采用了上述技術方案，本實用新型具有如下的優點:
[0010]1、觸發脈沖的上升時間和下降時間足夠短，即脈沖前后沿陡峭；
[0011]2、開通過程以低電阻對柵極電容充電，關斷過程則為柵極電荷提供低電阻放電回路，以提高MOSFET的開關速度；
[0012]3、驅動電路的柵極電壓為+12V?+18V，確保被驅動的MOSFET開關的柵極不被擊穿，同時確保被驅動的MOSFET開關可靠關斷；
[0013]4、驅動電路具有良好的頻率特性，MOSFET開關工作在最好電壓和頻率下，其自身損耗較小；
[0014]5、M0SFET開關用于高壓回路中，驅動電路與整個控制電路在電位上嚴格隔離，確保控制電路安全工作。
【附圖說明】
[0015]為了使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新型作進一步的詳細描述，其中:
[0016]圖1為本實用新型的原理框圖；
[0017]圖2為IXDN609專用驅動芯片的內部結構圖；
[0018]圖3為光纖接收與發射電路；
[0019]圖4為光纖隔離驅動電路。
【具體實施方式】
[0020]以下將結合附圖，對本實用新型的優選實施例進行詳細的描述;應當理解，優選實施例僅為了說明本實用新型，而不是為了限制本實用新型的保護范圍。
[0021]—種全固態納秒脈沖發生器MOSFET驅動電路，用于產生驅動信號，包括光纖驅動單元、與光纖驅動單元連接的發纖發射單元、接收光纖發射單元光信號的光接收單元、接收光接收單元輸出信號的驅動信號產生單元以及控制整個驅動電路通斷的開關單元。
[0022]本實用新型選用IXYS公司生產的IXDN 609專用驅動芯片，該驅動芯片的峰值驅動電流可達9A，前沿小于22ns，傳輸延遲時間為40ns，輸出阻抗僅為0.4 Ω。IXDN609內部采用的是推挽輸出方式。基本工作原理如下:當輸入的TTL觸發信號為高電平時，P型高速場效應管(Ml)導通，N型高速場效應管(M2)截止，IXDN609輸出高電平，Vcc通過Ml對MOSFET柵極充電，使MOSFET導通；當輸入的觸發信號變為低電平時，Ml截止，M2導通，IXDN609輸出低電平，MOSFET柵極電容通過M2放電，使MOSFET截止。
[0023]對于納秒級高壓快脈沖放電，需要考慮驅動控制回路和固態Marx電路之間的電氣絕緣問題。同時，固態Marx電路由多個MOSFET開關組成，因此觸發脈沖信號通過光纖隔離電路后需要保證觸發脈沖信號的同步性。光纖具有隔離電壓高、抗干擾能力強、響應速度快和光信號傳輸同步性好的特點，能夠實現完全電氣隔離和同步觸發的要求。由于觸發脈沖前沿可達十幾ns，因此選用的光纖發生與接收電路需要有足夠的帶寬才能使傳輸的觸發脈沖不失真。根據實際需要，本實用新型選用AVAG0公司生產的光纖發射器件與接收器件，具體型號分別為:HFBR1414TZ和HFBR2412TZ。光纖選用常規的62.5/125μπι直徑玻璃光纖。光纖發射與接收電路如圖3所示。
[0024]所述光纖驅動單元包括光纖驅動芯片、第一電容C1、第二電容C2和第一電阻R1，所述光纖驅動芯片的正輸入端接外部TTL輸入信號，所述光纖驅動芯片的電源端與電源連接且分別與對地的第一電容、第二電容連接，所述光纖驅動芯片的負輸入端經第一電阻與電源連接。
[0025]所述光纖發射單元包括光纖發射器;所述光接收單元包括光接收器。
[0026]所述驅動信號產生單元包括驅動芯片，所述驅動芯片的輸出端經電阻Rg與開關單元連接。所述開關單元包括二極管D、三極管Q、瞬態電壓抑制二極管TVS和第三電阻R3，所述三極管的基極與電阻Rg連接，二極管并聯于三極管的發射極與基極之間且二極管的陽極與基極連接，二極管的陰極與發射極連接，所述瞬態電壓抑制二極管并聯于三極管的發射極與基極間，所述第三電阻與瞬態電壓抑制二極管并聯。
[0027]如圖4，驅動芯片與MOSFET柵極驅動之間串接了一個驅動電阻Rgjg的作用一方面是對引線電感和MOSFET結電容引起的振蕩起阻尼作用，另一方面主要是調節驅動器的驅動能力，調節開關速度。考慮到納秒級脈沖驅動信號的高頻特性，在電路設計時，需要合理布局，盡量減小元件之間的引線和閉合回路所圍的面積，以減小分布雜散參數帶來的影響。在驅動電阻Rg與柵極極間外接PNP三極管(S8550)，驅動信號為高電平時，三極管不能導通。驅動信號為低電平且未產生震蕩時，PNP三極管基極和集電極的電位都近似為零，三極管不能導通；當MOSFET柵源極震蕩時，PNP三極管集電極電位由于變成正的，三極管飽和導通。此時，震蕩電壓經過反并聯關斷二極管D (1N4148)和PNP三極管迅速進行泄放，避免了 MOSFET開關誤導通的發生。同時在柵源極并聯瞬態電壓抑制二極管TVS和100k電阻R1作為沖擊保護單元，以進一步限制柵源極過電壓。瞬態電壓抑制二極管在瞬間高功率的沖擊下，能以極高的速度改變本身的阻抗，從而吸收一個極大的電流，將瞬態電壓抑制二極管兩端的電壓鉗制在一個預定的數值上，從而有效地防止因柵源極瞬態電壓過大導致MOSFET開關燒毀或損壞。選用的TVS型號為P6KE16CA，鉗制的響應時間僅為1 ps，完全滿足要求。
[0028]以上所述僅為本實用新型的優選實施例，并不用于限制本實用新型，顯然，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬于本實用新型權利要求及其等同技術的范圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內。
【主權項】
1.一種全固態納秒脈沖發生器MOSFET驅動電路，用于產生驅動信號，其特征在于:包括光纖驅動單元、與光纖驅動單元連接的發纖發射單元、接收光纖發射單元光信號的光接收單元、接收光接收單元輸出信號的驅動信號產生單元以及控制整個驅動電路通斷的開關單J L.ο2.根據權利要求1所述的全固態納秒脈沖發生器MOSFET驅動電路，其特征在于:所述光纖驅動單元包括光纖驅動芯片、第一電容(C1)、第二電容(C2)和第一電阻(R1)，所述光纖驅動芯片的正輸入端接外部TTL輸入信號，所述光纖驅動芯片的電源端與電源連接且分別與對地的第一電容、第二電容連接，所述光纖驅動芯片的負輸入端經第一電阻與電源連接。3.根據權利要求2所述的全固態納秒脈沖發生器MOSFET驅動電路，其特征在于:所述光纖發射單元包括光纖發射器。4.根據權利要求3所述的全固態納秒脈沖發生器MOSFET驅動電路，其特征在于:所述光接收單元包括光接收器。5.根據權利要求4所述的全固態納秒脈沖發生器MOSFET驅動電路，其特征在于:所述驅動信號產生單元包括驅動芯片，所述驅動芯片的輸出端經電阻Rg與開關單元連接。6.根據權利要求5所述的全固態納秒脈沖發生器MOSFET驅動電路，其特征在于:所述開關單元包括二極管(D)、三極管(Q)、瞬態電壓抑制二極管(TVS)和第三電阻(R3)，所述三極管的基極與電阻Rg連接，二極管并聯于三極管的發射極與基極之間且二極管的陽極與基極連接，二極管的陰極與發射極連接，所述瞬態電壓抑制二極管并聯于三極管的發射極與基極間，所述第三電阻與瞬態電壓抑制二極管并聯。7.根據權利要求5所述的全固態納秒脈沖發生器MOSFET驅動電路，其特征在于:所述驅動芯片為IXDN 609。
【專利摘要】本實用新型公開了一種全固態納秒脈沖發生器MOSFET驅動電路，用于產生驅動信號，包括光纖驅動單元、與光纖驅動單元連接的發纖發射單元、接收光纖發射單元光信號的光接收單元、接收光接收單元輸出信號的驅動信號產生單元以及控制整個驅動電路通斷的開關單元。其中驅動芯片為IXDN？609。本實用新型開通過程以低電阻對柵極電容充電，關斷過程則為柵極電荷提供低電阻放電回路，以提高MOSFET的開關速度；驅動電路的柵極電壓為+12V～+18V，確保被驅動的MOSFET開關的柵極不被擊穿，同時確保被驅動的MOSFET開關可靠關斷；4、驅動電路具有良好的頻率特性，MOSFET開關工作在最好電壓和頻率下，其自身損耗較小；MOSFET開關用于高壓回路中，驅動電路與整個控制電路在電位上嚴格隔離，確保控制電路安全工作。
【IPC分類】H03K17/04, H03K17/687, H03K5/12
【公開號】CN205105184
【申請號】CN201520949602
【發明人】王建, 張建, 李偉, 李成祥, 張程, 趙仲勇, 姚陳果
【申請人】國家電網公司, 國網新疆電力公司電力科學研究院, 重慶大學
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年11月24日