一種高壓光導開關(guān)同步觸發(fā)器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及脈沖激光控制領(lǐng)域，尤其是涉及實現(xiàn)多個光導開關(guān)同步觸發(fā)的高壓光導開關(guān)同步觸發(fā)器。本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，利用大功率脈沖激光二極管產(chǎn)生的μJ量級的激光脈沖實現(xiàn)多路光導開關(guān)的高精度同步觸發(fā)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本相對低廉，這將會使光導開關(guān)的應(yīng)用更加可靠、方便，推動光導開關(guān)的發(fā)展。本裝置包括至少一路高壓光導開關(guān)同步觸發(fā)電路，所述高壓光導開關(guān)同步觸發(fā)電路包括脈沖成形電路、MOSFET驅(qū)動電路、激光驅(qū)動電路，所述觸發(fā)信號輸入至脈沖成形電路輸入端，脈沖成形電路輸出端、MOSFET驅(qū)動電路、激光驅(qū)動電路依次連接，激光驅(qū)動電路輸出端輸出脈沖激光信號。本裝置應(yīng)用于光導開關(guān)驅(qū)動領(lǐng)域。
【專利說明】一種高壓光導開關(guān)同步觸發(fā)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及脈沖激光控制領(lǐng)域，尤其是涉及實現(xiàn)多個光導開關(guān)同步觸發(fā)的高壓光導開關(guān)同步觸發(fā)器。
【背景技術(shù)】
[0002]光導開關(guān)是利用激光脈沖與光導半導體(如GaAs、SiC等)相結(jié)合形成的一種新型固體開關(guān)，與傳統(tǒng)開關(guān)相比具有開關(guān)速度快、傳輸功率大、同步精度高、觸發(fā)抖動小等優(yōu)良的特性，在醫(yī)用介質(zhì)壁加速器、高功率微波、超短超快電脈沖、閃光照相等眾多領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。但諸如醫(yī)用介質(zhì)壁加速器、閃光照相等許多精密物理實驗是以高同步性的開關(guān)系統(tǒng)為前提進行的，因此，光導開關(guān)的多路同步觸發(fā)問題是其能否得到廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素。
[0003]目前，實現(xiàn)光導開關(guān)的多路同步觸發(fā)所普遍采用的方法是，利用高能激光器產(chǎn)生的mj量級的激光脈沖通過光纖分束后同步觸發(fā)數(shù)十個光導開關(guān)。此方法結(jié)構(gòu)復雜，成本高，使得光導開關(guān)需要配備昂貴的高能激光器才能使用，且同步觸發(fā)的光導開關(guān)數(shù)量非常有限，不符合未來脈沖功率系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是:針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種高壓光導開關(guān)同步觸發(fā)器，用于同時觸發(fā)多路工作于高壓非線性模式下的光導開關(guān)，實現(xiàn)多個光導開關(guān)的高精度同步觸發(fā)。本專利利用大功率脈沖激光二極管產(chǎn)生的μJ量級的激光脈沖實現(xiàn)多路光導開關(guān)的高精度同步觸發(fā)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本相對低廉，這將會使光導開關(guān)的應(yīng)用更加可靠、方便，推動光導開關(guān)的發(fā)展。
[0005]本實用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0006]一種高壓光導開關(guān)同步觸發(fā)器包括至少一路高壓光導開關(guān)同步觸發(fā)電路，所述高壓光導開關(guān)同步觸發(fā)電路包括脈沖成形電路、MOSFET驅(qū)動電路、激光驅(qū)動電路，所述觸發(fā)信號輸入至脈沖成形電路輸入端，脈沖成形電路輸出端、MOSFET驅(qū)動電路、激光驅(qū)動電路依次連接，激光驅(qū)動電路輸出端輸出脈沖激光信號。
[0007]所述脈沖成形電路包括第一開關(guān)管Κ1、儲能傳輸線Tl、負載傳輸線Τ2、充電電阻R1、電源VCC，所述第一開關(guān)管Kl源級，第一開關(guān)管漏極Kl分別對應(yīng)與儲能傳輸線Tl芯線一端、負載傳輸線Τ2芯線一端連接，第一開關(guān)管Kl柵極接觸發(fā)信號，所述儲能傳輸線Tl芯線另一端通過充電電阻Rl與電源VCC正極端連接，負載傳輸線Τ2芯線另一端與MOSFET驅(qū)動電路連接，所述儲能傳輸線Tl屏蔽銅網(wǎng)、負載傳輸線Τ2屏蔽銅網(wǎng)、電源VCC負極端共點接地，所述負載傳輸線Τ2芯線另一端作為脈沖成形電路輸出端。
[0008]所述MOSFET驅(qū)動電路包括驅(qū)動芯片U1、儲能電路、限流電阻R7，所述驅(qū)動芯片Ul輸入端與脈沖成形電路輸出端連接，驅(qū)動芯片Ul電源端通過分別通過限流電阻R7、儲能電路與電源VCC連接，驅(qū)動芯片Ul接地端接地，驅(qū)動芯片Ul輸出端與激光驅(qū)動電路輸入端連接，驅(qū)動芯片Ul輸出端作為MOSFET驅(qū)動電路輸出端。
[0009]所述儲能電路包括大電容(Cl、C3)和小電容(C2、C4)，所述大電容容值為微法量級，小電容為納法量級。
[0010]所述激光驅(qū)動電路包括第二開關(guān)管K2、儲能電容C、等效電感L、可調(diào)電阻R5、激光二極管LD，濾波電阻R2，保護電阻R4，取樣電阻R6，所述MOSFET驅(qū)動電路輸出端通過濾波電阻R2與第二開關(guān)管K2柵極連接，第二開關(guān)管K2源級、取樣電阻R6 —端共點接地，所述第二開關(guān)管K2源級通過保護電阻R4與電源V2正極端連接，電源V2負極端接地，第二開關(guān)管K2源級通過電容C、電感L、可調(diào)電阻R5與激光二極管負極連接，取樣電阻R6另一端與激光二極管正極連接。
[0011]所述激光驅(qū)動電路還包括分壓電阻R3，所述分壓電阻R3跨接在第二開關(guān)管K2柵極與第二開關(guān)管K2源極之間。
[0012]一種高壓光導開關(guān)同步觸發(fā)器還包括二極管D，所述二極管D與激光二極管LD反向并聯(lián)。
[0013]一種高壓光導開關(guān)同步觸發(fā)器還包括處理器，所述高壓光導開關(guān)同步觸發(fā)電路還包括延時電路，所述延時電路輸入端與脈沖成形電路輸出端連接，延時電路輸出端與MOSFET驅(qū)動電路輸入端連接，處理器與延時電路控制端連接。
[0014]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本實用新型的有益效果是:
[0015]I)采用該專利技術(shù)，不但能夠使觸發(fā)光導開關(guān)的多路脈沖激光之間的延遲時間差和抖動都達到亞ns量級，實現(xiàn)多路光導開關(guān)同步觸發(fā)的目的，而且由于每一路用于觸發(fā)的脈沖激光都由一個獨立模塊產(chǎn)生，各路脈沖激光之間相互獨立，觸發(fā)路數(shù)將不會受到限制。
[0016]2)實現(xiàn)利用高功率脈沖激光二極管產(chǎn)生的脈沖激光觸發(fā)光導開關(guān)，體積小，重量輕，成本相對低廉；模塊化的設(shè)計使能驅(qū)動的光導開關(guān)的數(shù)量不受限制，且便于維護和更換。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]本實用新型將通過例子并參照附圖的方式說明，其中:
[0018]圖1是本裝置電路框圖。
[0019]圖2是脈沖成形電路原理框圖。
[0020]圖3是MOSFET驅(qū)動電路原理框圖。
[0021 ] 圖4是激光驅(qū)動電路原理框圖。
【具體實施方式】
[0022]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0023]一、專利相關(guān)
[0024]開關(guān)(MOSFET )、儲能傳輸線(Tl)、負載傳輸線(T2 )、充電電阻Rl (起到限流作用)、電源(VCC)、第一開關(guān)管K1、第二開關(guān)管K2，儲能電容C、等效電感L、激光二極管LD (即高功率脈沖激光二極管LD，Laser Diode)，濾波電阻R2，保護電阻R4，分壓電阻R3、可調(diào)電阻R5、取樣電阻R6，限流電阻R7。電源VCC可調(diào)節(jié)電壓值，一般在5V-10V，電源V2電壓可以調(diào)節(jié)，一般為20V-300V，V2越大，流過LD的電流越強，輸出的脈沖激光就越強。
[0025]二、工作原理
[0026]如圖1所示，在每個高壓光導開關(guān)同步觸發(fā)電路開始端設(shè)置脈沖成形電路，將觸發(fā)信號轉(zhuǎn)換成5V-10V可調(diào)方波脈沖(可以根據(jù)需要通過VCC進行調(diào)節(jié))，經(jīng)過延時電路后，輸入到MOSFET驅(qū)動電路，驅(qū)動MOSFET導通，儲能電容對激光二極管放電，激光二極管LD產(chǎn)生脈沖激光，用于驅(qū)動光導開關(guān)。多個模塊之間通過延時電路的調(diào)節(jié)實現(xiàn)亞ns同步，從而實現(xiàn)多個光導開關(guān)的高精度同步觸發(fā)。
[0027]三、各個器件介紹
[0028]1、脈沖成形電路
[0029]原理進行設(shè)計。包括第一開關(guān)管K1、儲能傳輸線、負載傳輸線、充電電阻R1、電源VCC。
[0030]Tl為儲能傳輸線，T2為負載傳輸線，T1、T2均使用50 Ω標準同軸電纜；開關(guān)管由初始觸發(fā)脈沖直接輸入到脈沖成形電路后觸發(fā)；脈沖寬度可由Tl的長度進行調(diào)整，幅度可由電源VCC進行調(diào)整。Tl、Τ2傳輸線由芯線和屏蔽銅網(wǎng)組成。
[0031]具體工作過程是:當開關(guān)管Kl柵極沒有接通觸發(fā)信號時，開關(guān)管Kl不導通時，Tl儲能；當開關(guān)Kl柵極輸入觸發(fā)信號，開關(guān)管Kl漏極與開關(guān)管Kl源級導通，則儲能傳輸線Tl通過開關(guān)管Kl對負載傳輸線Τ2放電，在Τ2上形成所需的矩形脈沖，該矩形脈沖通過Τ2傳輸?shù)組OSFET驅(qū)動電路。脈沖成形電路輸出脈沖寬度可由Tl長度進行調(diào)整。幅度可由電源VCC進行調(diào)整，其中Rl是充電時的限流電阻，一般為kQ量級。
[0032]2、延時電路
[0033]通過延時芯片DS1023實現(xiàn)，延時芯片的延時參考值通過處理器輸出，延時精度可達到0.25ns ;或者通過定時器加開關(guān)，當定時器延時時間到，開關(guān)導通，使得脈沖形成電路輸出的脈沖輸入到MOSFET驅(qū)動電路中，其中延時時間可由定時器進行調(diào)節(jié)。
[0034]3、MOSFET 驅(qū)動電路
[0035]如圖3所示,包括驅(qū)動芯片U1、儲能電路。所述儲能電路包括大電容和小電容,大電容為微法量級，小電容為納法量級。儲能電容的作用是為驅(qū)動芯片進行儲能的，還可以對開關(guān)芯片進行時間微調(diào)。
[0036]驅(qū)動芯片的作用是為開關(guān)管K2提供合適的驅(qū)動脈沖，使開關(guān)管K2導通，驅(qū)動芯片輸入端(第二管腳)接脈沖成形電路電路輸出的信號(與脈沖成形電路輸出端連接)，驅(qū)動芯片輸出端(第五管腳)與激光驅(qū)動電路連接，驅(qū)動芯片電源端(第一管腳、第三管腳)分別通過限流電阻R7、儲能電路與電源VCC連接，驅(qū)動芯片接地端(第四管腳、第六管腳)接地。
[0037]4、激光驅(qū)動電路
[0038]如圖4所示，當開關(guān)管K2柵極觸發(fā)脈沖還未達到時，開關(guān)管K2處于截止狀態(tài)，電源V2通過保護電阻R4、儲能電容C、可調(diào)電阻R5、和取樣電阻R6為儲能電容C充電，最大充電電壓為+V2。在觸發(fā)脈沖通過濾波電阻R2到達開關(guān)管K2柵極時，開關(guān)管K2導通，儲能電容C上儲存的電荷通過開關(guān)管K2、地、取樣電阻R6和激光二極管LD，為激光二極管LD提供一個前沿快而峰值大的驅(qū)動電流，驅(qū)動激光二極管LD輸出前沿快而峰值功率高的激光脈沖。L為電路的等效電感，可調(diào)電阻R5用于調(diào)節(jié)輸出脈沖前沿。[0039]本說明書中公開的所有特征，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式組合。
[0040]本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
【權(quán)利要求】
1.一種高壓光導開關(guān)同步觸發(fā)器，其特征在于包括至少一路高壓光導開關(guān)同步觸發(fā)電路，所述高壓光導開關(guān)同步觸發(fā)電路包括脈沖成形電路、MOSFET驅(qū)動電路、激光驅(qū)動電路，所述觸發(fā)信號輸入至脈沖成形電路輸入端，脈沖成形電路輸出端、MOSFET驅(qū)動電路、激光驅(qū)動電路依次連接，激光驅(qū)動電路輸出端輸出脈沖激光信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓光導開關(guān)同步觸發(fā)器，其特征在于所述脈沖成形電路包括第一開關(guān)管、儲能傳輸線、負載傳輸線、充電電阻、電源VCC,所述第一開關(guān)管源級，第一開關(guān)管漏極分別對應(yīng)與儲能傳輸線芯線一端、負載傳輸線芯線一端連接，第一開關(guān)管柵極接觸發(fā)信號，所述儲能傳輸線芯線另一端通過充電電阻與電源VCC正極端連接，負載傳輸線芯線另一端與MOSFET驅(qū)動電路連接，所述儲能傳輸線屏蔽銅網(wǎng)、負載傳輸線屏蔽銅網(wǎng)、電源VCC負極端共點接地，所述負載傳輸線芯線另一端作為脈沖成形電路輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓光導開關(guān)同步觸發(fā)器，其特征在于所述MOSFET驅(qū)動電路包括驅(qū)動芯片、儲能電路、限流電阻，所述驅(qū)動芯片輸入端與脈沖成形電路輸出端連接，驅(qū)動芯片電源端分別通過限流電阻、儲能電路與電源VCC連接，驅(qū)動芯片接地端接地，驅(qū)動芯片輸出端與激光驅(qū)動電路輸入端連接，驅(qū)動芯片輸出端作為MOSFET驅(qū)動電路輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高壓光導開關(guān)同步觸發(fā)器，其特征在于所述儲能電路包括大電容和小電容，所述大電容容值為微法量級，小電容為納法量級。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓光導開關(guān)同步觸發(fā)器，其特征在于所述激光驅(qū)動電路包括第二開關(guān)管、儲能電容、等效電感、可調(diào)電阻、激光二極管，濾波電阻，保護電阻，取樣電阻，所述MOSFET驅(qū)動電路輸出端通過濾波電阻與第二開關(guān)管柵極連接，第二開關(guān)管源級、取樣電阻一端共點接地，所述第二開關(guān)管源級通過保護電阻與電源正極端連接，電源負極端接地，第二開關(guān)管源級通過電容、電感、可調(diào)電阻與激光二極管負極連接，取樣電阻另一端與激光二極管正極連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高壓光導開關(guān)同步觸發(fā)器，其特征在于所述激光驅(qū)動電路還包括分壓電阻，所述分壓電阻跨接在第二開關(guān)管柵極與第二開關(guān)管源極之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高壓光導開關(guān)同步觸發(fā)器，其特征在于所述激光驅(qū)動電路還包括二極管，所述二極管與激光二極管反向并聯(lián)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的一種高壓光導開關(guān)同步觸發(fā)器，其特征在于還包括處理器，所述高壓光導開關(guān)同步觸發(fā)電路還包括延時電路，所述延時電路輸入端與脈沖成形電路輸出端連接，延時電路輸出端與MOSFET驅(qū)動電路輸入端連接，處理器與延時電路控制端連接。
【文檔編號】H03K17/785GK203554404SQ201320734697
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】王衛(wèi), 劉毅, 諶怡, 夏連勝, 張篁, 李 杰, 李喜, 劉云龍, 潘海峰, 董攀, 王毅, 王韜, 魏濤, 龍繼東, 石金水, 李勁, 李洪濤, 鄧建軍 申請人:中國工程物理研究院流體物理研究所