一种非对称波形脉冲电源制造技术

一种非对称波形脉冲电源，用于将高压直流输入转换成非对称脉冲方波输出。所述非对称波形脉冲电源包括由MOSFET管组成的用于将所述高压直流输入逆变后输出脉冲方波的MOSFET半桥电路，用于产生正负双路PWM信号的脉冲宽度调制电路，以及用于根据脉冲宽度调制电路产生的正负双路PWM信号控制MOSFET半桥电路中的MOSFET管的导通与截止的隔离驱动电路。其中，所述隔离驱动电路包括隔离变压器，用于隔离MOSFET半桥电路中的强电信号与脉冲宽度调制电路中的弱电信号。

【技术实现步骤摘要】
一种非对称波形脉冲电源
本专利技术涉及一种，特别涉及一种脉冲电源的非对称波形脉冲电源。
技术介绍
随着社会的发展，人们对生活质量尤其是环境质量的期望及要求日益提高，这使得对环境的实时快速检测凸显得相当重要。现有的环境检测装置检测时间长、体积庞大、成本高，远远不能满足当前的日常需求。为了克服现有检测技术的不足，基于高场非对称波形离子迁移谱(High-field Asymmetric Waveform 1n Mobility Spectrometry, FAIMS)技术的离子检测器由于具有灵敏度高、检测时间短、检测物质广、体积小以及成本低等优点，可用于大气、有毒气体、水有机污染物、爆炸物、化学战剂等的快速检测，在环境检测、公共安全和生化战场领域开始被广泛应用。高场非对称波形离子迁移谱技术是建立在Mason和McDaniel实验观察的基础上，他们发现离子迁移率(1n Mobility)K受所施加的电场强度影响。在低电场条件下，离子迁移率K与电场强度无关，当电场强度高于约IlOOOV/cm时，离子迁移率K就会以一种非线性的方式随电场强度而变化。在高电场条件下，离子迁移率K与电场强度E的关系可表示如下:K = K0*[l+a jE/NV+a 2_)4+…](I)其中，Ktl为离 子在低电场中的迁移率，a为离子迁移率系数，E为电场强度，N为气体密度。令:a (E) = [ a ! (E/N)2+ a 2 (E/N)4+…](2)则⑴式可简化为:K = K。* [1+a (E)] (3)由(3)式可知，K对于每一离子种类是特定的，这就使得低电场强度条件下离子迁移率相同或相近的离子能够在高电场强度条件下被分离开来。当把一个高频且幅值不对称波形电压施加在由一对电极板所构成的狭窄空间形成一高频变化的电场，当有气流携带离子通过时，离子就会受电场力的作用在两个电极板之间沿电场线方向发生振动，并与气流流速形成合运动，不同迁移率飞离子就会发生分离。若在加高频脉冲的同时，电极板上再有一直流电压产生电场，并使这个电场对离子产生的电场力与离子净位移方向相反，那么特定离子在特定电压下的轨迹就会被“拉直”。这种特定离子会沿着电极中线到达离子检测端，而其他离子则会碰撞到极板无法通过，从而达到离子检测的目的。目前，在基于FAMS的离子检测过程中，符合FAMS要求的高场非对称波形电源非常关键，其波形质量直接影响到离子检测器性能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种非对称波形脉冲电源。本专利技术实施例中的高频高压非对称脉冲电源用于将高压直流输入转换成非对称脉冲方波输出。所述非对称波形脉冲电源包括由MOSFET管组成的用于将所述高压直流输入逆变后输出脉冲方波的MOSFET半桥电路，用于产生正负双路PWM信号的脉冲宽度调制电路，以及用于根据脉冲宽度调制电路产生的正负双路PWM信号控制MOSFET半桥电路中的MOSFET管的导通与截止的隔离驱动电路。其中，所述隔离驱动电路包括隔离变压器，用于隔离MOSFET半桥电路中的强电信号与脉冲宽度调制电路中的弱电信号。【附图说明】为让本专利技术上述目的和其它特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的详细说明如下:图1所示为FAMS系统理想的非对称脉冲电压示意图；图2所示为本专利技术实施方式中非对称波形脉冲电源的系统架构图；图3所示为本专利技术实施方式中非对称波形脉冲电源的PWM信号源电路图；图4所示为本专利技术实施方式中非对称波形脉冲电源的MOSFET栅极驱动电路图；图5所示为本专利技术实施方式中非对称波形脉冲电源的MOSFET半桥电路图；图6所示为本专利技术实施方式中MOSFET半桥电路的保护电路图。图7所示为本专利技术实施方式中参考电压源电路图。【具体实施方式】下文将结合附图对本专利技术的具体内容予以阐述，如无特别说明，本专利技术所示的附图中，相同的标号表示同样的装置或元件。尽管本专利技术所示的具体实施例提供了最佳实施方式，但本领域的技术人员应当了解，本文所列出的具体实施例仅为阐明本专利技术的精神与要旨，而不应理解为对本专利技术的任何限制。在高场非对称波形离子迁移谱(High-fieldAsymmetric Waveform 1n MobilitySpectrometry, FAIMS)系统中，用于产生高频高压非对称方波波形的脉冲电源至关重要。理想的非对称波形如图1所示，其中上下阴影部分面积相等，即:V+Xt2 = V-Xt1为产生上述理想波形，本专利技术【具体实施方式】中的高频高压非对称波形脉冲电源200包括一种MOSFET半桥电路203，用于将高压直流电源提供的直流高压逆变成高压脉冲信号。如图2所示，本专利技术的【具体实施方式】中的高频高压非对称脉冲电源200包括PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)电路201、隔离驱动电路202、M0SFET半桥电路203、保护电路204以及参考电压源205。PWM电路201用于提供占空比、频率和死区时间均可调的正负双路PWM信号。隔离驱动电路202用于根据PWM源电路201提供的正负双路P丽信号控制MOSFET半桥电路203中的MOSFET管的导通与截止。MOSFET半桥电路203用于将高压直流输入，例如2kV的直流电压输入经过逆变后，输出符合FAMS系统需求的高压脉冲方波。保护电路204用于实现MOSFET的动静态保护，防止MOSFET半桥电路短路或MOSFET器件因过压或过流烧坏。参考电压源205主要为上述各电路中的模块及芯片提供电源。在本专利技术实施方式中，各种芯片工作电压包括5V和12V两种，为保证隔离驱动电路202在驱动MOSFET半桥电路203中的各个MOSFET管的快速导通的过程中有足够的驱动能力，本专利技术实施方式中的参考电压源205包括Linear Technology公司的线性变压芯片LT1084-12和LT1084-5，并配合变压器和整流桥实现市电220V到直流12V和5V的转换。图3所示为本专利技术【具体实施方式】中的PWM电路201。在本专利技术【具体实施方式】中，所述PWM电路201包括TI公司的TL494CN芯片，用于进行脉宽调制，并包括非门电路74HC04，用于实现PWM的反向和整形，最后利用死区生成电路形成最终控制上下桥臂开关的PWM双路反向信号。如图3所示，本实施方式中的TL494CN芯片采用12V直流电压供电，并通过瓷片电容C20去耦合。由电阻R17和电容C21构成的RC振荡器控制着PWM输出信号的频率，调节可变电阻R17可改变输出PWM频率，调节可变电阻R16可改变输出PWM占空比。由于脉宽调制芯片TL494CN生成的PWM信号为单路信号，在本专利技术实施方式中，为实现同时控制MOSFET半桥电路203上下桥臂，将该单路信号输入到非门电路74HC04中。在本专利技术实施方式中，非门电路74HC04集成了 6个非门，首先将该单路PWM信号从管接脚IA输入非门1，其输出与输入形成了反向。非门I的输出经管接脚IY输出后分为两路，其中一路经过第一死区电路进入非门6，另外一路输入非门3然后再经过第二死区电路最后输入非门4。经过这样的处理，非门6输出的PWM信号PWM_H的极性与所述单路PWM信号的极性相同，而非门4输出的PWM信号PWM_L的极性与所述单路PW本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非对称波形脉冲电源，用于将高压直流输入转换成非对称脉冲方波输出，其特征在于，所述非对称波形脉冲电源包括：MOSFET半桥电路，由MOSFET管组成，用于将所述高压直流输入逆变后输出脉冲方波；脉冲宽度调制电路，用于产生PWM信号；隔离驱动电路，用于根据脉冲宽度调制电路产生的PWM信号控制MOSFET半桥电路中的MOSFET管的导通与截止；其中，所述隔离驱动电路包括隔离变压器，用于隔离MOSFET半桥电路中的强电信号与脉冲宽度调制电路中的弱电信号。

【技术特征摘要】
1.一种非对称波形脉冲电源，用于将高压直流输入转换成非对称脉冲方波输出，其特征在于，所述非对称波形脉冲电源包括: MOSFET半桥电路，由MOSFET管组成，用于将所述高压直流输入逆变后输出脉冲方波； 脉冲宽度调制电路，用于产生PWM信号； 隔离驱动电路，用于根据脉冲宽度调制电路产生的PWM信号控制MOSFET半桥电路中的MOSFET管的导通与截止； 其中，所述隔离驱动电路包括隔离变压器，用于隔离MOSFET半桥电路中的强电信号与脉冲宽度调制电路中的弱电信号。2.根据权利要求1所述的非对称波形脉冲电源，其特征在于，所述MOSFET半桥电路中的每个MOSFET管的源极与漏极之间并联联接保护电路，用于吸收过冲电压。3.根据权利要求1所述的非对称波形脉冲电源...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟其水，李辉，陈达瑾，李百华，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51