MOSFET栅极驱动的优化设计

介绍了MOS管的电路模型、开关过程、输入输出电容、等效电容、电荷存储，及其对MOS管驱动波形的影响和驱动波形的优化设计实例。     

基于RCC变换的加压式电光调Q电源设计

设计了一种基于RCC自激振荡电路的加压式调Q电源,以快速功率MOS管作为开关器件,通过对高压源的反馈实现稳压。实验证明,1/4波长高压脉冲的上升沿可以在20ns时间内完成,高压幅值可在2kV至6kV之间调节,输出激光的脉冲宽度可到10ns以内,满足各种电光调制的需要。该电源性能优良且工作稳定,在重复频率为5kHz、工作温度范围-55℃~+70℃条件下稳定输出。     

高端MOS管栅极驱动技术研究

高端MOS管驱动电路在高压输入大功率电源中被广泛应用。分析了高端MOS管的驱动原理,对影响高端MOS管驱动的各种因素进行了探讨,提出了适合高端MOS管驱动的基本方法。较全面地评估了传统的变压器驱动电路和自举驱动电路对高端MOS管驱动的影响,继而提出了适合高端MOS管驱动的线路结构,并采用该方案设计了一个实验电路。仿真和实验电路测试结果表明,设计电路满足要求。     

基于功率MOS型场效应管的4 kV纳秒脉冲源

为了用固体开关器件替代国外氢闸流管,开展了大功率高速高压半导体固体开关及与其相配的高速高压组合电路研究。利用功率MOS型场效应管的开关原理,提出了对功率MOS型场效应管的栅极"过"驱动技术,提高了功率MOS型场效应管的开关速度,研制出基于功率MOS型场效应管的输出脉冲幅度大于4 kV,前沿小于10 ns,脉冲宽度大于100 ns的高压快脉冲驱动源。     

等离子体中频电源的驱动与保护电路设计

讨论了150 kHz等离子体中频电源的驱动与保护电路设计方案。该电路采用脉冲变压器耦合MOSFET管驱动电路,具有输出变压器原边平均电流和副边峰值电流的过流保护功能。结果表明:驱动波形的上升和下降时间都不超过80 ns,并能在检测到过流信号时封锁驱动信号,关断变换器中的开关器件,切断过流故障,有效进行电路保护。     

利用时空变换获得超短激光脉冲

由LD抽运Nd-YLF固体激光器输出的单纵模调Q激光脉冲，脉宽约为85ns，经过快速LiNbO3电光偏转器实现时空变换，用狭缝削取脉宽约为1ns的超短激光脉冲。导出激光束通过偏转器后扫描光线长度与加到偏转器上的快速电压脉冲变化率关系，并在实验中分别用MOS管和雪崩管高压电脉冲发生器取代价格昂贵的冷阴极管高压电脉冲发生器，获得激光脉冲宽度压缩约两个量级，且实现激光脉冲宽度可调。     

纳秒上升时间Q开关高压脉冲发生器的设计

设计了一种基于Marx Bank Generator脉冲发生原理而设计的ns级上升沿调Q开关雪崩三极管高压脉冲发生器。它可以在20ns以内的时间在Nd:YAG激光器的电光调Q晶体（KD*P）两端加上1/4波高压，调Q时间由原来使用电子管时的90ns缩短为15ns以内，从而使输出脉冲的峰值功率由25mW增大至93mW，脉宽由16ns缩短为8ns。该调Q电路还具有体积小、功耗低、电磁辐射小、重复率高和工作寿命长等优点。     

210kV全固态高压脉冲调制器设计

为克服传统高压脉冲调制器中存在的波形畸变严重及高初级电压引入的可靠性差的缺点,介绍了一种以半导体器件作为脉冲开关的全固态高压脉冲调制器。详细阐述了全固态高压脉冲调制器的设计原理、结构特点及驱动控制方法。该系统由18级模块并联而成,每级模块的储能电容、高压充电和固态开关驱动供电均采用高压硅堆隔离,每个模块采用一只独立控制的高压绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)对模块的储能电容实现充电和放电。IGBT驱动电路采用高压硅堆隔离供电、光纤传输触发脉冲和高性能IGBT驱动模块设计构成。驱动电路具备完善的欠压、过流和过压保护功能。该调制器输出方形高压脉冲幅度大于210 kV,脉冲顶部宽度为5μs,脉冲前沿约690 ns,脉冲后沿约920 ns,重复频率100 Hz。     

一种紧凑型宽带高功率微波驱动源

为实现对传输线开关振荡器或振荡天线进行快速充电,以提高其耐压能力和产生高频振荡信号的能量效率,本文研制了一种基于Tesla变压器的电容储能型脉冲驱动源。本文首先介绍该驱动源的工作原理和运行过程,接着利用等效电路方法分析了关键电路参数对负载充电过程的影响,然后介绍该驱动源的具体工程设计,最后介绍该驱动源初步测试结果以及将其应用于变压器油在10 ns量级脉冲下击穿特性研究的实验情况。实验表明,输出火花开关在中储电容器充电电压为-191 kV导通时,通过电感对等效电容为15 pF的传输线充电电压峰值为-224 kV,电压上升时间约10 ns。研究结果表明本文研究的驱动源能够满足对传输线开关振荡器等电容负载进行快速充电至数百kV高压的应用需求。     

一款用于LED驱动芯片的CMOS振荡器

研究一款适用于LED驱动芯片的CMOS振荡器电路.其工作原理是在环路振荡器中加入恒定电流源,以恒定电流对电容充电、MOS管对电容快速放电以产生锯齿波再经锁存器产生周期脉冲信号.与传统的环路振荡器相比,此电路的优点是振荡频率精确、波形稳定,振荡频率在一定的电源电压范围内对电源电压变化不敏感.此振荡器电路已经成功应用于一款LED驱动芯片中.     

双声光器件调制的同步性对Nd:YAG脉冲激光输出的影响

在脉冲Nd：YAG激光器的谐振腔内,用最大输出功率为120W的声光电源,同时驱动2个正交放置的器件,进行声光调制。实验研究了2个声光器件不同的开启时间对激光脉冲输出的影响。研究结果表明,双声光器件的开启时间的同步性对激光输出脉冲有较大的影响,当两器件开启时间差大于5ns时,声光器件不能对调制光进行有效关断;当两器件的开启时间大于18ns时,有效调制输出的激光脉冲能量下降了20％。     

并联双晶体高速削波快脉冲源的设计

设计了一种并联双晶体高速快脉冲源,用于激光物理实验中预脉冲的高速削波。该削波脉冲源采用升压工作模式,由光电转换模块、高压电源模块、开关器件及电路等部分组成。光电转换模块将光信号转变为开关通断信号,用于控制高压脉冲输出;集成的高压电源模块和开关器件简化了电路设计,增加了该电源的可靠性;设计合理的开关电路和元件参数,保证稳定输出符合要求的高压脉冲波形。该快脉冲源的输出脉冲幅度大于4 000 V,下降沿小于10 ns,时间抖动小于1 ns,已成功用于激光物理实验预脉冲的削波。     

高重复频率纳秒级脉冲发生器研究

为实现高重复频率纳秒级脉冲输出,提出了采用射频功率MOSFET,基于感应叠加拓扑的脉冲发生器。脉冲发生器采用15个模块化组件,每个组件输出670 V/50 A 脉冲,每个组件的输出脉冲在感应变压器次级串联叠加,得到10 kV/50 A 高压脉冲。为实现脉冲前沿小于5 ns,必须尽量降低脉冲变压器漏感以及组件和系统的回路电感。感应脉冲变压器采用圆柱形同轴结构,初次级均为单匝,并且和脉冲发生器单元一体化设计,以减小漏感以及组件分布电感。采用大功率驱动电路和同步触发器,实现MOSFET 开关的快速导通和关断,以及触发的一致性。仿真结果显示设计能够满足指标要求。     

高重频可调小型高功率半导体激光电源研究

为了获得高功率、高重频半导体激光脉冲,设计了一种体积小、重量轻、造价低的纳米级大功率半导体激光器驱动电源。采用改进的单稳态触发器产生窄脉冲,经放大后驱动快速开关MOSFET获得大电流窄脉冲;电源脉冲电流驱动能力0A～80A,脉冲上升时间2.8ns,下降时间3.8ns,脉冲宽度5ns～500ns范围内可调,最小5.2ns,重复频率可达200kHz。用该电源实验测试了激光波长为905nm的半导体激光器,在重复频率为10kHz时,激光脉冲峰值功率达到70W以上。结果表明,采用窄脉冲驱动MOSFET可以得到高重复频率10ns以内的大电流窄脉冲,可以驱动大功率半导体激光器,若驱动100A以上的激光器需进一步研究。     

905nm InGaAs脉冲激光二极管驱动电流特性分析与测试

为了实现高功率905nm InGaAs脉冲激光二极管激光脉冲宽度和峰值功率可调,采用现场可编辑门阵列产生触发脉冲、集成模块EL7104C作为金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）驱动、以MOSFET为核心开关器件控制高压模块和储能电容之间充放电的方法,设计了脉冲激光二极管驱动电路,对驱动电流特性进行了理论分析和实验验证,取得了不同电容和高压条件下的电流脉宽和峰值数据,分析了具体变化关系,并以此进行了光谱和功率-电流特性测试。结果表明,影响驱动电流脉宽和峰值电流的关键因素是电容大小和充电高压,脉冲激光二极管驱动电流峰值在0A~40A、脉宽20ns~100ns时可控调节,脉冲激光二极管最大峰值功率输出可达40W,实现了脉冲式半导体激光器输出功率和脉冲宽度的可控调节。该设计与分析对近红外高功率脉冲激光器的可控驱动设计具有一定的实用参考意义。     

基于LDMOS的可调窄脉冲半导体激光器驱动源研究

介绍了一种利用横向双扩散金属氧化物半导体(LDMOS)作为开关器件驱动激光半导体的设计方法。通过对半导体激光器驱动电路原理的分析,并结合PSPICE建立射频功率晶体管的电路模型,经过理论分析和计算从而获得更优化的驱动电路;采用高速电流反馈型运算放大器构成电流串联负反馈电路从而得到稳定的输出电流,有效地提高了窄脉冲信号的转换速率和频响特性。实验结果表明,半导体激光器输出电流脉宽20 ns-CW可调,上升和下降时间小于10 ns,幅度最高可达2 A,重复频率为0~10 MHz。实验结果验证了设计思路的可行性,进一步提高了半导体激光器的输出指标。     

862nm扇面光束脉冲激光器模块

设计并制作了一种新颖的扇面光束半导体激光器模块,并在模块中集成了高输出电压、高重复频率驱动电路.该模块由多个LD芯片在慢轴方向沿圆弧排列而成,采用微柱透镜和平凸柱面镜对LD快轴光束进行准直.驱动电路采用DC-DC电路产生高电压、采用门电路延迟法产生驱动电脉冲.实验测试表明:该模块峰值光功率为1 750 W,光脉冲宽度为6 ns,脉冲间隔为20μs,光束水平发散角为41.2°,垂直发散角为0.23°;可以实现大视场空间、低间隔时间光束发射.     

高光束质量窄脉宽激光器

最大测程作为评估测距性能的综合性指标,成为影响武器系统作战效能的重要因素。为了研制满足作战效能的远程激光测距系统的高光束质量窄脉冲宽度种子源,采用将传统高重频电光调Q 磷酸钛氧铷晶体应用于低重频调Q的方法,实现了重复频率25Hz、脉冲宽度1.8ns、单脉冲能量1.5mJ的输出,光束质量M2<1.3。结果表明,该研究为远程激光测距系统所需窄脉冲宽度1ns~3ns、大脉冲能量200mJ、高光束质量的1064nm无水冷全固态激光源提供了合格的种子源。这一结果对高光束质量窄脉冲宽度的激光器的设计是有帮助的。     

全固态激光器14 kHz Q脉冲实验研究

在激光二极管抽运固体激光器(DPSSL)中设计一种由无刷电机驱动,采用棱镜作为旋转反射镜的转镜Q开关。设计了20只棱镜的转盘,获得重复频率14.3 kHz的激光脉冲,实现了千赫兹高重复频率大功率关断能力的Q开关技术。在逐步提高转镜转速来缩短Q开关时间的实验中,激光脉冲序列相应递减,当棱镜转镜转速为4.3×104r/min时,获得脉宽89 ns,重复频率14.3 kHz的1064 nm高重复频率脉冲输出。当输入功率为795 W时,获得平均功率100 W脉冲输出,电-光转换效率为12.5%,峰值功率达到78.3 kW。实验结果说明,棱镜转镜Q开关是实现全固态激光器千赫兹Q脉冲输出的可行技术途径之一。