[发明专利]固态脉冲调制器中的保护电路、振荡补偿电路和供电电路

说明书

技术领域

本公开总体上涉及电子技术领域，具体地涉及用于绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的栅极保护电路、振荡补偿电路、过流保护电路和过压保护电路、用于基于MARX发生器原理的固态脉冲调制器的供电电路、以及包括上述一种或多种电路的基于MARX发生器原理的固态脉冲调制器。

背景技术

基于MARX发生器原理的固态脉冲调制器以绝缘栅双极晶体管 (IGBT)为开关元件，IGBT的开通和关断是由栅极电压来控制的。当在栅极上加正电压时IGBT导通，而当在栅极上加负电压时IGBT即关断。

IGBT的可靠性对固态调制器来说非常重要，IGBT的安全可靠与否至少部分地由以下因素决定：IGBT的栅极与发射极之间的电压； IGBT的集电极与发射极之间的电压；流过IGBT的集电极-发射极的电流；以及IGBT的结温等。

一方面，如果IGBT的栅极与发射极之间的电压，即驱动电压过低，则IGBT不能稳定正常地工作。另一方面，如果过高超过栅极-发射极之间的耐压，则IGBT可能永久性损坏。同样，如果加在IGBT的集电极与发射极之间的电压超过集电极-发射极之间的耐压，或者流过 IGBT的集电极-发射极的电流超过集电极-发射极允许的最大电流，或者IGBT的结温超过其结温的允许值，IGBT都可能会永久性损坏。

因此，需要确保基于MARX发生器原理的固态脉冲调制器中各级 IGBT开关的可靠性，例如栅极保护、振荡补偿、过流保护或过压保护等。

发明内容

本公开旨在至少部分地解决基于MARX发生器原理的固态脉冲调制器中各级IGBT开关的栅极保护、振荡补偿、过流保护或过压保护等问题，以保证固态脉冲调制器稳定可靠地工作。

在本公开的第一方面，提供了一种用于绝缘栅双极型晶体管 IGBT的栅极保护电路，所述IGBT用作基于MARX发生器原理的固态脉冲调制器中的开关器件，所述栅极保护电路包括：稳压器件，用于相对于针对所述IGBT的栅极的地，向所述IGBT的发射极提供一个稳定的电压。

根据本公开的实施例，所述稳压器件是稳压二极管，所述稳压二极管的阴极连接到所述IGBT的发射极，并且所述稳压二极管的阳极连接到针对所述IGBT的栅极的地。

根据本公开的实施例，所述稳压二极管在其两端提供5V的稳定电压。

根据本公开的实施例，所述栅极保护电路还包括：电阻，连接在所述栅极与所述发射极之间。

根据本公开的实施例，所述栅极保护电路还包括：双向瞬变电压抑制(TVP)管，连接在所述栅极与所述发射极之间。

根据本公开的实施例，所述TVP管在其两端提供15V的稳定电压。

在本公开的第二方面，提供了一种用于绝缘栅双极型晶体管 IGBT的振荡补偿电路，所述IGBT用作基于MARX发生器原理的固态脉冲调制器中的开关器件，所述振荡补偿电路包括：振荡抑制电阻R_G，所述IGBT的驱动信号经由所述振荡抑制电阻输入到所述 IGBT的栅极；以及振荡抑制电容C_G，连接在所述IGBT的栅极和发射极之间。

根据本公开的实施例，所述振荡抑制电阻R_G和所述振荡抑制电容C_G满足以下关系式：

其中，L_G是用于所述IGBT的驱动电路中的分布电感。

在本公开的第三方面，提供了一种用于绝缘栅双极型晶体管 IGBT的过流保护电路，所述IGBT用作基于MARX发生器原理的固态脉冲调制器中的开关器件，所述过流保护电路包括：集电极电压检测电路，用于在所述IGBT导通阶段检测所述IGBT的集电极处的电压，并且输出指示集电极处的电压是否超出参考值的信号；以及过流触发电路，用于在集电极电压检测电路输出的信号指示集电极处的电压超出参考值时，向所述IGBT的驱动电路输出一过流触发信号，以使所述驱动电路向所述IGBT的栅极输出使所述IGBT关断的驱动信号。

根据本公开的实施例，所述过流触发信号与所述IGBT的栅极控制触发信号一起通过“与”门输入到所述驱动电路，其中，在集电极电压检测电路输出的信号指示集电极处的电压超出参考值时，所述过流触发电路输出低电平的过流触发信号。