專利名稱：一種浪涌電壓發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種浪涌電壓發(fā)生器。
背景技術(shù)：
目前，常用的浪涌電壓產(chǎn)生裝置的結(jié)構(gòu)如附圖1所示，其中，工業(yè)控制計算機(jī)用于 產(chǎn)生脈沖的數(shù)字信息，該數(shù)據(jù)信息經(jīng)過數(shù)字/模擬(D/A)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生低壓的脈沖，然后再經(jīng)過 高壓放大器及高壓開關(guān)繼電控制放大由D/A產(chǎn)生的低壓脈沖，形成高壓浪涌電壓后輸出。
現(xiàn)有浪涌電壓需要使用高性能的工業(yè)控制計算機(jī)和高壓變壓放大器，產(chǎn)生過程中 進(jìn)行調(diào)試比較麻煩，且成本較高，不適合小型企業(yè)的測試需求。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種浪涌電壓發(fā)生器，無需高性能的工業(yè)控制計算機(jī)和高壓變壓放大 器，即可生成浪涌電壓，降低了實現(xiàn)的復(fù)雜度，節(jié)約了成本。
本發(fā)明實施例提供的具體技術(shù)方案如下
一種浪涌電壓發(fā)生器，包括
直流電源，分別與脈沖群發(fā)生器、直流偏置電路相連接，為所述脈沖群發(fā)生器和直 流偏置電路提供直流電源；
控制器，與脈沖群發(fā)生器相連接，為所述脈沖群發(fā)生器提供脈沖寬度調(diào)制PWM控 制信號；
脈沖群發(fā)生器，包括至少一個電感元件，所述脈沖群發(fā)生器分別與直流電源、控制 器相連接，通過所述PWM控制信號控制所述電感元件的充放電過程，在所述電感元件的兩 端產(chǎn)生尖峰脈沖電壓，并輸出至輸出電路；
直流偏置電路，輸入端與所述直流電源相連接，輸出端與輸出電路相連接，為所述 脈沖群發(fā)生器輸出至輸出電路的尖峰脈沖電壓提供直流偏置電壓；
輸出電路，分別與所述脈沖群發(fā)生器、直流偏置電路的輸出端相連接，為所述尖峰 脈沖電壓增加直流偏置電壓形成浪涌電壓后輸出。
基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明實施例中，通過控制器提供的PWM控制信號控制脈沖 群發(fā)生器包含的電感元件的充放電過程，利用電感特性，在電感的兩端產(chǎn)生尖峰脈沖電壓， 在添加直流偏置后生成浪涌脈沖，從而避免使用高性能的工業(yè)控制計算機(jī)和高壓變壓放大 器，節(jié)約了成本，降低了實現(xiàn)復(fù)雜度。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中浪涌電壓產(chǎn)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明實施例中浪涌電壓發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明第一實施例中浪涌電壓發(fā)生器的電路結(jié)構(gòu)示意圖4為本發(fā)明第一實施例中PWM控制信號波形示意圖5為本發(fā)明第一實施例中產(chǎn)生的浪涌電壓波形示意圖6為本發(fā)明第二實施例中浪涌電壓發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖7為本發(fā)明第二實施例中初級DC-DC電路結(jié)構(gòu)示意圖8為本發(fā)明第二實施例中負(fù)壓DC-DC電路結(jié)構(gòu)示意圖9A為本發(fā)明第二實施例中第一 PWM控制信號波形示意圖9B為本發(fā)明第二實施例中第二 PWM控制信號波形示意圖1OA為第一 PWM控制信號對應(yīng)的正尖峰脈沖電壓的波形示意圖1OB為與第二 PWM控制信號對應(yīng)的負(fù)尖峰脈沖電壓波形示意圖11為本發(fā)明第二實施例中直流偏置電路結(jié)構(gòu)示意圖12為本發(fā)明第二實施例中浪涌電壓發(fā)生器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
為了避免使用高性能的工業(yè)控制計算機(jī)和高壓變壓放大器，即可生成浪涌電壓， 降低實現(xiàn)復(fù)雜度，節(jié)約成本，本發(fā)明提供了一種浪涌電壓發(fā)生器，主要包括直流電源、控制 器、脈沖群發(fā)生器、直流偏置電路和輸出電路。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明優(yōu)選的實施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。
如附圖2所示，本發(fā)明實施例中，浪涌電壓發(fā)生器主要包括直流電源20、控制器 21、脈沖群發(fā)生器22、直流偏置電路23和輸出電路24，其中，
直流電源20，分別與脈沖群發(fā)生器22、直流偏置電路23相連接，為脈沖群發(fā)生器 22和直流偏置電路23提供直流電源；
控制器21，與脈沖群發(fā)生器22相連接，為脈沖群發(fā)生器22提供脈沖寬度調(diào)制 (Pulse Width Modulation, PWM)控制信號；
脈沖群發(fā)生器21，包括至少一個電感元件，脈沖群發(fā)生器21分別與直流電源20、 控制器21相連接，通過控制器21提供的PWM控制信號控制電感元件的充放電過程，在該電 感元件的兩端產(chǎn)生尖峰脈沖電壓，并輸出至輸出電路24 ；
直流偏置電路23，輸入端與直流電源20相連接，輸出端與輸出電路24相連接，為 脈沖群發(fā)生器21輸出至輸出電路的尖峰脈沖電壓提供直流偏置電壓；
輸出電路24，分別與脈沖群發(fā)生器21、直流偏置電路23的輸出端相連接，為尖峰 脈沖電壓增加直流偏置電壓形成浪涌電壓后輸出。
在第一實施例中，如附圖3所不，脈沖群發(fā)生器21包括一個電感兀件301、第一電 阻302、第一二極管303、第一晶體管304、第二電阻305和第三電阻306，電感元件301的一 端連接直流電源20，另一端分別連接第一電阻302和第一二極管303的正極，第一電阻302 的另一端與第一晶體管304的漏極相連，第一晶體管304的源極接地，柵極經(jīng)第二電阻305 與控制器21的輸出端相連，第一二極管303的負(fù)極經(jīng)第三電阻306接地，其中，第一二極管 303的負(fù)極為尖峰脈沖電壓的輸出端。
其中，直流偏置電路23包含第二二極管307，該第二二極管307的正極連接直流電 源20的輸出端，負(fù)極連接第一二極管303的負(fù)極，即尖峰脈沖電壓的輸出端。尖峰脈沖電 壓和直流偏置電壓相互疊加形成浪涌電壓。
本實施例中，電感元件301為16毫亨，第一電阻302為10歐姆，第二電阻305為100K歐姆，第三電阻306為680歐姆，第一晶體管304為N型金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)。例如，第一晶體管304為IRF530，第一二極管303為IN5819，第二二極管307為IN4148。
其中，如附圖4所示，控制器21提供的PWM控制信號在一個周期內(nèi)，低電平持續(xù)時間為2毫秒，高電平持續(xù)時間為300微秒。例如，控制器可以采用單片機(jī)產(chǎn)生PWM控制信號。 實際應(yīng)用中，也可以采用其他處理器產(chǎn)生PWM控制信號，此處僅為舉例，并不用于限制本發(fā)明，對于其他產(chǎn)生PWM控制信號的方法，本發(fā)明也將其包括在內(nèi)。
其中，如附圖5所示，PWM控制信號的高電平為5伏時，輸出的浪涌電壓的電壓幅度為+37伏 +50伏，時間寬度為50微秒。其中，采用PWM控制信號控制第一晶體管的導(dǎo)通和截止，利用電感元件的瞬間電壓突變產(chǎn)生尖峰脈沖電壓。在PWM控制信號為高電平時， 第一晶體管導(dǎo)通，電感元件、第一電阻、第一晶體管形成通路后，第一晶體管的導(dǎo)通電阻很小，形成較大的電流(如2安)為電感兀件充電；在PWM控制信號為低電平時,第一晶體管 304截止，電感元件放電并產(chǎn)生電壓突變，形成尖峰脈沖電壓，該尖峰脈沖電壓幅度仏用公式⑴表示為TT j di
U^=L-dt ( I )
L表示電感元件的電感值，di表示dt時間段內(nèi)的電流變化量，直流電源經(jīng)過第二二極管307輸出直流偏置電壓，為尖峰脈沖電壓增加直流偏置電壓后形成浪涌電壓。
第二實施例中，如附圖6所示，脈沖群發(fā)生器22包括初級DC-DC電路601和負(fù)壓 DC-DC電路602，其中，
初級DC-DC電路601中分別與直流電源20、控制器21相連接，通過控制器21提供的第一 PWM控制信號控制初級DC-DC電路601包含的第一電感兀件的充放電過程,在第一電感元件的兩端產(chǎn)生正尖峰脈沖電壓，并輸出至負(fù)壓DC-DC電路602 ；
負(fù)壓DC-DC電路602分別與初級DC-DC電路601的輸出端、控制器21相連接，通過控制器21提供的第二 PWM控制信號控制負(fù)壓DC-DC電路602包含的第二電感元件的充放電過程，在第二電感元件的兩端產(chǎn)生負(fù)尖峰脈沖電壓，并輸出至輸出電路24。
如附圖7所示，初級DC-DC電路601包括第一電感元件701、第四電阻702、第三二極管703、第二晶體管704和第一電容705，第一電感元件701的一端連接直流電源20，另一端分別連接第四電阻702和第三二級管703的正極，第四電阻702的另一端與第二晶體管704的漏極相連接，第二晶體管704的源極接地，柵極與控制器21的第一 PWM控制信號的輸出端相連接，第三二極管703的負(fù)極與第一電容705串聯(lián)后接地，將第一電感元件701 與第三二極管703正極相連接的一端作為正尖峰脈沖電壓的輸出端706。
如附圖8所示，負(fù)壓DC-DC電路602包括第二電感元件801、第五電阻802、第二電容803、第三晶體管804、第四二極管805、第五二極管806和第三電容807，第二電感元件 801的一端連接正尖峰脈沖電壓的輸出端706，另一端分別連接第五電阻802和第二電容 803，第五電阻802的另一端與第三晶體管804的漏極相連接，第三晶體管804的源極接地， 柵極與控制器21的第二 PWM控制信號的輸出端相連接，第二電容803的另一端連接第四二極管805的正極，第四二極管805的負(fù)極接地，第五二極管806和第三電容807串聯(lián)后并接在第四二級管805的兩端，且第五二極管806的負(fù)極與第四二極管805的正極位于同一端， 且同時為負(fù)尖峰脈沖電壓的輸出端808。
本實施例中，第一電感元件701為220微亨，第四電阻702為I歐姆，第一電容705 為100微法，第二電感元件801為220微亨，第五電阻802為I歐姆，第二電容803、第三電容807為I微法，第二晶體管704、第三晶體管804為N型金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)，且以第三二級管703、第四二極管805、第五二極管806為IN5819為例進(jìn)行說明。
其中，如附圖9A所示，第一 PWM控制信號為每10毫秒出現(xiàn)6個周期的脈沖，每個周期中高電平持續(xù)時間為20微秒，低電平持續(xù)時間為300納秒；如附圖9B所示，第二 PWM 控制信號為每10毫秒出現(xiàn)6個周期的脈沖，每個周期中高電平持續(xù)時間為300納秒，低電平持續(xù)時間為20微秒。
在初始DC-DC電路施加第一 PWM控制信號(PWMl)時，在PWMl為高電平時，第二晶體管導(dǎo)通704，與第一電感元件701、第四電阻702形成通路，對第一電感元件701進(jìn)行20 微秒的充電，充電電流用公式(2)表示如下
其中，Itl表示充電電流，&表示第一電感元件的阻抗值，Rp14表示第四電阻的阻值， Ron表示第二晶體管的導(dǎo)通阻值，Up表示直流電源提供的直流電壓。
在PWMl為低電平時，第二晶體管704截止，第一電感元件701放電，放電電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于充電電流，用公式(3)表示如下[。。53]RL+RD+Rc⑶
其中，R1^表不第一電感兀件的阻抗值,Rd表不第三二極管的阻值,Rc表不第一電容的阻抗值，Up表示直流電源提供的直流電壓。
此時，在第一電感端產(chǎn)生正尖峰脈沖電壓，該正尖峰脈沖電壓的幅度用公式(4) 表示如下[。。56](4)
其中，U.表示尖峰脈沖電壓值，L表示第一電感元件的電感值，表示第二晶體管從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換為截止?fàn)顟B(tài)的狀態(tài)切換時間。
如附圖1OA所示，為第一 PWM控制信號對應(yīng)的正尖峰脈沖電壓的波形示意圖。
在負(fù)壓DC-DC電路施加第二 PWM控制信號(PWM2)時，在PWM2為高電平時，第三晶體管804導(dǎo)通，初始DC-DC電路輸出的正尖峰脈沖電壓經(jīng)過第二電感元件801、第五電阻 802、第三晶體管804形成通路，對第二電感元件801進(jìn)行300納秒的充電，充電電流用公式(5)表示如下 )
其中，Ru表示第二電感元件的阻抗值，Rm表示第三晶體管的導(dǎo)通電阻值，Rpi5表示第五電阻的阻值。
在PWM2為低電平時，第三晶體管804截止，第二電感元件801放電，放電電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于充電電流，用公式(6)表示如下
權(quán)利要求
1.一種浪涌電壓發(fā)生器，其特征在于，包括 直流電源，分別與脈沖群發(fā)生器、直流偏置電路相連接，為所述脈沖群發(fā)生器和直流偏置電路提供直流電源； 控制器，與所述脈沖群發(fā)生器相連接，為所述脈沖群發(fā)生器提供脈沖寬度調(diào)制PWM控制信號； 脈沖群發(fā)生器，包括至少一個電感元件，所述脈沖群發(fā)生器分別與直流電源、控制器相連接，通過所述PWM控制信號控制所述電感元件的充放電過程，在所述電感元件的兩端產(chǎn)生尖峰脈沖電壓，并輸出至輸出電路； 直流偏置電路，輸入端與所述直流電源相連接，輸出端與輸出電路相連接，為所述脈沖群發(fā)生器輸出至輸出電路的尖峰脈沖電壓提供直流偏置電壓； 輸出電路，分別與所述脈沖群發(fā)生器、直流偏置電路的輸出端相連接，為所述尖峰脈沖電壓增加直流偏置電壓形成浪涌電壓后輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的浪涌電壓發(fā)生器，其特征在于，所述脈沖群發(fā)生器包括一個電感元件、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第一晶體管和第一二極管，所述電感元件的一端連接直流電源，另一端分別連接第一電阻和第一二極管的正極； 所述第一電阻的另一端與第一晶體管的漏極相連，所述第一晶體管的源極接地，所述第一晶體管的柵極經(jīng)第二電阻與控制器的輸出端相連； 所述第一二極管的負(fù)極經(jīng)第三電阻接地，所述第一二極管的負(fù)極為所述尖峰脈沖電壓的輸出端。
3.如權(quán)利要求2所述的浪涌電壓發(fā)生器，其特征在于，所述直流偏置電路包含第二二極管，該第二二極管的正極連接直流電源，負(fù)極連接所述第一二極管的負(fù)極。
4.如權(quán)利要求2或3所述的浪涌電壓發(fā)生器，其特征在于，所述控制器提供的PWM控制信號在一個周期內(nèi)，低電平持續(xù)時間為2毫秒，高電平持續(xù)時間為300微秒。
5.如權(quán)利要求1所述的浪涌電壓發(fā)生器，其特征在于，所述脈沖群發(fā)生器包括初級DC-DC電路和負(fù)壓DC-DC電路，其中， 所述初級DC-DC電路中分別與直流電源、控制器相連接，通過所述控制器提供的第一PWM控制信號控制所述初級DC-DC電路包含的第一電感兀件的充放電過程,在所述第一電感元件的兩端產(chǎn)生正尖峰脈沖電壓，并輸出至負(fù)壓DC-DC電路； 所述負(fù)壓DC-DC電路分別與所述初級DC-DC電路的輸出端、控制器相連接，通過所述控制器提供的第二 PWM控制信號控制所述負(fù)壓DC-DC電路包含的第二電感元件的充放電過程，在所述第二電感元件的兩端產(chǎn)生負(fù)尖峰脈沖電壓，并輸出至輸出電路。
6.如權(quán)利要求5所述的浪涌電壓發(fā)生器，其特征在于，所述初級DC-DC電路包括第一電感元件、第四電阻、第三二極管、第二晶體管和第一電容，所述第一電感元件的一端連接直流電源，另一端分別連接第四電阻和第三二級管的正極； 所述第四電阻的另一端與第二晶體管的漏極相連接，所述第二晶體管的源極接地，所述第二晶體管的柵極與控制器的第一 PWM控制信號的輸出端相連接； 所述第三二極管的負(fù)極與第一電容串聯(lián)后接地； 將所述第一電感元件與所述第三二極管正極相連接的一端作為正尖峰脈沖電壓的輸出端。
7.如權(quán)利要求6所述的浪涌電壓發(fā)生器，其特征在于，所述負(fù)壓DC-DC電路包括第二電感元件、第五電阻、第二電容、第三電容、第三晶體管、第四二極管和第五二極管，所述第二電感元件的一端連接所述正尖峰脈沖電壓的輸出端，另一端分別連接第五電阻和第二電容； 所述第五電阻的另一端與第三晶體管的漏極相連接，所述第三晶體管的源極接地，所述第三晶體管的柵極與控制器的第二 PWM控制信號的輸出端相連接； 所述第二電容的另一端連接第四二極管的正極，所述第四二極管的負(fù)極接地，第五二極管和第三電容串聯(lián)后并接在所述第四二級管的兩端，且所述第五二極管的負(fù)極與所述第四二極管的正極位于同一端，并作為所述負(fù)壓DC-DC電路輸出負(fù)尖峰脈沖電壓的輸出端。
8.如權(quán)利要求7所述的浪涌電壓發(fā)生器，其特征在于，所述直流偏置電路為第六二級管和第三電感元件串聯(lián)形成，跨接在所述直流電源和輸出電路之間，且所述第六二級管的正極與直流電源相連接。
9.如權(quán)利要求8所述的浪涌電壓發(fā)生器，其特征在于，所述直流偏置電路一端連接在直流電源的輸出端，另一端連接所述第四二極管的正極端，為所述負(fù)壓DC-DC電路輸出的負(fù)尖峰脈沖電壓增加直流偏置電壓，形成負(fù)浪涌電壓。
10.如權(quán)利要求5-9任一項所述的浪涌電壓發(fā)生器，其特征在于，所述第一PWM控制信號為每10毫秒出現(xiàn)6個周期的脈沖，每個周期中高電平持續(xù)時間為20微秒，低電平持續(xù)時間為300納秒； 所述第二 PWM控制信號為每10毫秒出現(xiàn)6個周期的脈沖，每個周期中高電平持續(xù)時間為300納秒，低電平持續(xù)時間為20微秒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種浪涌電壓發(fā)生器，無需高性能的工業(yè)控制計算機(jī)和高壓變壓放大器，即可生成浪涌電壓，降低實現(xiàn)復(fù)雜度，并節(jié)約成本。該浪涌電壓發(fā)生器包括直流電源、控制器、脈沖群發(fā)生器、直流偏置電路和輸出電路。
文檔編號H02M9/02GK103001529SQ20111026529
公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月8日
發(fā)明者李克偉, 王起, 伍濤雄 申請人:炬力集成電路設(shè)計有限公司