一种可调脉宽的功率脉冲施加电路的制作方法

1.本实用新型属于电子设备的测试技术领域，具体涉及一种可调脉宽的功率脉冲施加电路。


背景技术：

2.在电子设备的测试中，经常有在母线上施加脉冲的需求，用于检验电子设备在母线有干扰的情况下是否能可靠工作。如《vw80300 issue 2016-10 electrical and electronic high-voltage components in motor vehicles》的ehv-16 hv pulse和ehv-10load-dump。母线上施加脉冲除了作用于被测设备，该脉冲也会作用于源，为了减小脉冲和源间的相互作用效应，目前常见的解决方式是在源设备与被测设备间串入电感，脉冲施加于被测设备端，电感隔离脉冲和源的相互影响，如图1所示，v
s,hv
是源，用于向被测设备dut供电。母线上电后，两个电容cc通过电阻rc各被充电到二分之一母线电压；电源vh对电容c2充电到需要的电压，开关闭合对母线施加脉冲，电感l1和l2隔离脉冲对源的影响。
3.上述方案中，无论是使用机械开关还是电子开关，不易产生脉冲的宽度过窄的功率脉冲使得脉宽调节受到很大限制，同时，脉冲的边沿形状也不易调节。另外，当脉冲施加于母线时电感可以抑制脉冲和源的相互影响，但是脉冲结束时，由于电感的特性，电感会在母线上产生负脉冲和振荡波形，甚至会把母线电压变为负，这有悖于试验目的。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术存在的缺陷，本实用新型的目的是，提供一种可调脉宽的功率脉冲施加电路，该电路能够实现所需宽度的功率脉冲输出，同时可调节脉冲沿，解决了现有技术中脉宽调节受到限制及脉冲边沿形状不易调节的技术问题。
5.为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案予以解决：
6.一种可调脉宽的功率脉冲施加电路，包括二极管d3、电阻r1、电阻rc、电容c1、电容c 2、电容c 5、电容cc1、电容cc2、开关sw1、开关sw2、电源vh、开关及vh控制和驱动单元；其中，所述电容c1与源并联；所述电容cc1和电容cc2的一端均连接电阻rc，另一端分别连接母线dut 和dut-；所述电源vh与电容c 2并联，电源vh的 端通过依次串联的开关sw1、sw2过电容cc1与母线dut 连接，电源vh的-端过电容cc2与母线dut-连接；所述开关及vh控制和驱动单元用于通过控制开关sw1、sw2的通断、开关时序。
7.进一步的，所述开关sw1和sw2使用双向阻断开关；或者，所述开关sw1和sw2使用单向开关且开关需要双向阻断时，与开关sw1和sw2串联有开关sw3，开关sw3使用mos管且sw3的体二极管方向与sw1和sw2的体二极管方向相反；或者，所述开关sw3采用二极管且sw3的体二极管方向与sw1和sw2的体二极管方向相反。
8.进一步的，还包括脉冲沿调节电路，所述脉冲沿调节电路包括电阻r、开关sw4、开关sw5和电容c，其中，电阻r通过开关sw4与电源vh并联；电容c通过开关sw5一端与电源vh的-端连接，另一端连接于开关sw1和sw2的公共节点。
9.进一步的，还包括去耦电路，所述去耦电路有三种实现方式：
10.(1)包括电感l1和二极管d1，电感l1连接源的输出正，二极管d1与电感l1同向并联；
11.(2)包括电感l2和二极管d2，电感l2连接源的输出负，二极管d2与电感l2同向并联；
12.(3)包括电感l1、电感l2、二极管d1和d2；二极管d1和d2分别与电感l1和l2同向并联。
13.进一步的，还包括吸收电路，所述吸收电路包括二极管d3、电阻r1和电容c 5，其中，所述二极管d3和电阻r1反向并联，所述二极管d3阴极与电阻r1的一端连接母线dut ，二极管d3阳极与电阻r1的另一端连接后再与电容c 5一端连接，所述电容c 5的另一端连接母线dut-。
14.相较于现有技术，本实用新型具有如下技术效果：
15.1、通过开关及vh控制和驱动单元控制开关sw1、开关sw2的通断及时序，实现所需要脉宽的脉冲输出，解决了现有技术中脉宽调节受到限制及脉冲边沿形状不易调节的技术问题，尤其是能够实现窄脉冲输出，此处的窄脉冲在本实用新型中指ns级的脉冲。
16.2、通过设置开关sw4和电阻r作为电源vh和电容c2的放电电路，能够在开关及vh控制和驱动单元的控制下控制脉冲沿；通过设置开关sw5和电容c能够在开关及vh控制和驱动单元的控制下调节脉冲沿。
17.3、通过在母线上设置电感及与其同向并联的二极管，对电感的能量反向释放就近吸收，对母线影响最小，不会将母线电压拉低过多，有效解决了脉冲结束时由于电感的特性使得电感会在母线上产生负脉冲及振荡，甚至会把母线变为负的技术问题。经试验，脉冲结束时母线的几乎没有负脉冲。
18.4、通过在开关sw1和sw2的后方串联开关sw3，实现防反灌即双向阻断效果。
19.5、通过在母线上接入由二极管d3、电阻r1和电容c 5组成的吸收电路，能够有效吸收电缆等线路产生的振荡，稳态时，电容c5通过电阻r1充电到母线电压；母线上有负电压和振荡时，通过二极管d3和电容c 5吸收。
附图说明
20.图1是vw80300-ehv16施加脉冲试验电路的原理图；
21.图2是实施例1的可调脉宽的功率脉冲施加电路的原理图；
22.图3是实施例3的可调脉宽的功率脉冲施加电路的原理图；
23.图4是vw80300的ehv-16试验要求的脉冲波形；图中：v
n，hv
为源source向被测设备dut的供电电压即母线稳态电压，v
peak
是脉冲幅值，
⊿vhv
/
⊿
t是脉冲上升斜率，th是一次脉冲据另一次脉冲的最小时间，t
ip
是脉冲宽度。
24.图5是vw80300的ehv-10试验要求的脉冲波形；图中：v
n，hv
为源source向被测设备dut的供电电压即母线稳态电压，v
peak
是脉冲幅值，
⊿vhv
/
⊿
t是脉冲上升斜率，th是一次脉冲距另一次脉冲的最小时间。
25.图6是按vw80300-ehv16电路的施加脉冲的波形；
26.图7是对本实用新型的电路的施加脉冲的波形。
27.以下结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步解释说明。
具体实施方式
28.实施例1：
29.如图2所示，本实施例给出的可调脉宽的功率脉冲施加电路，包括二极管d3、电阻r1、电阻rc、电容c1、电容c 2、电容c 5、电容cc1、电容cc2、开关sw1、开关sw2、电源vh、开关及vh控制和驱动单元；其中：电容c1与源(source)并联；电容cc1和电容cc2的一端均连接电阻rc，另一端分别连接母线dut 和dut-；电源vh与电容c 2并联，电源vh的 端通过依次串联的开关sw1、sw2过电容cc1与母线dut 连接，电源vh的-端过电容cc2与母线dut-连接；开关及vh控制和驱动单元用于通过控制开关sw1、sw2的通断、开关时序，开关及vh控制和驱动单元可以采用单片机。
30.本实施例通过三个开关sw1、sw2串联实现图1中的开关，详见图2。开关sw1和sw2使用双向阻断开关；或者，开关sw1和sw2使用单向开关(如mos管或igbt类器件)且图1中的开关需要双向阻断时，则在此处串联有开关sw3，开关sw3可使用mos管作为防反灌开关(在图2中开关sw1、sw2和sw3的位置可调整)，且sw3的体二极管方向与sw1和sw2的体二极管方向相反；或者，开关sw3采用二极管且与sw1和sw2的体二极管方向相反。
31.上述部件中，源(source)是被测设备dut的供电电源。电容cc1和电容cc2起到将脉冲耦合到母线上的作用；电阻rc与电容cc1和电容cc2构成充电回路；开关sw1、sw2和sw3用于控制电源vh向母线施加脉冲的脉冲。母线电压通过电阻rc给两个电容c
c1
和c
c2
充电；稳态时电阻rc电压为零，两个电容c
c1
和c
c2
各为1/2母线电压(设c
c1
和c
c2
电容值相等)。电源vh对电容c 2充电；开关sw1～sw3有导通路径，母线电压瞬间上升为母线电压加c 2的端电压，形成脉冲作用于dut。开关及vh控制和驱动单元控制各开关的开关通断、时序来控制脉冲输出。
32.实施例2：
33.基于实施例1的可调脉宽的功率脉冲施加电路，本实施例2给出了脉冲调节方法，具体是采用如下三种方式的其中一种，利用开关及vh控制和驱动单元对各开关进行控制实现需要的脉宽和脉冲幅值输出：
34.(1)电源vh对电容c2充电到需要的脉冲幅值后，开关sw1和sw2任意一只较另一只先导通后关断，则另一只开关的导通时间即为需要的脉宽；
35.(2)电源vh对电容c2充电到需要的脉冲幅值后，开关sw1和sw2同时导通和关断，则它们的导通时间即为需要的脉宽；
36.(3)电源vh对电容c2充电到需要的脉冲幅值后，开关sw1和sw2任意一只较另一只先导通先关断，则开关sw1和sw2的共同导通时间即为需要的脉宽，该方式下能够产生窄脉冲，此处的窄脉冲在本实用新型中指ns级的脉冲。
37.同时，方式(1)～(3)中，如果设置有开关sw3，则电源vh对电容c2充电到需要的脉冲幅值后，开关sw3先于开关sw1和sw2导通，且开关sw3晚于开关sw1和sw2关断。
38.优选的，上述方式下，当开关sw1～sw3的通路建立，电压vh开始输出，通过调节电源vh的输出阻抗来调节脉冲的上升沿；通过调节电源vh的下电波形来调节脉冲的下降沿；或者，当开关sw1～sw3的通路建立，电压vh开始输出，调节电源vh的输出波形，实现需要的脉冲波形输出。
39.实施例3：
40.为了能够满足更高的试验需求，实现脉冲沿的调节，可以在实施例1的可调脉宽的施加脉冲试验电路的基础上增加一个脉冲沿调节电路；该脉冲沿调节电路包括电阻r、开关sw4、开关sw5和电容c，其中，电阻r通过开关sw4与电源vh并联；电容c通过开关sw5一端与电源vh的-端连接，另一端连接于开关sw1和sw2的公共节点。本实施例的方案中，开关sw4和电阻r是电源vh和电容c2的放电电路，用于在开关及vh控制和驱动单元的控制下控制脉冲沿；开关sw5和电容c用于在开关及vh控制和驱动单元的控制下调节脉冲沿。
41.实施例4：
42.基于实施例3的可调脉宽的功率脉冲施加电路，本实施例给出了脉宽调节方法，具体是利用开关及vh控制和驱动单元对各开关进行控制实现需要的脉冲沿和脉宽输出，包括以下方式：
43.(1)产生固定脉宽和脉冲幅值的脉冲：
44.开关sw4和sw5关断；电源vh对电容c2充电到需要的脉冲幅值后，将开关sw1和sw2任意一只较另一只先导通后关断，则另一只开关的导通时间即为需要的脉宽；或者，将开关sw1和sw2同时导通和关断，则它们的导通时间即为需要的脉宽。
45.优选的，在上述操作方式的基础上，如果还想要调节下降沿，则延长开关sw1和sw2的导通时间，在延长操作开始时将开关sw4导通从而使电阻r并联到电容c2两端，实现下降沿的调节(比如，原本需求的脉宽为10us，则开关sw1和sw2中后导通开关的导通时长达到10us时将开关sw4导通)。该方式中，电阻r、电容c2和电源vh共同决定下降沿，具体根据想要调整的下降沿选择各器件。该方式产生的脉冲波形如图4所示。
46.(2)产生固定脉宽和脉冲幅值的脉冲且要求产生窄脉冲；
47.开关sw4和sw5关断；电源vh对电容c2充电到需要的脉冲幅值后；开关sw1和sw2任意一只较另一只先导通先关断，则开关sw1和sw2的共同导通时间即为需要的脉宽，该方式下能够产生窄脉冲。
48.(3)产生固定脉宽和脉冲幅值的脉冲并要求产生窄脉冲，且脉冲下降沿可调：
49.开关sw4关断；电源vh对电容c2充电到需要的脉冲幅值后；开关sw1和sw2任意一只较另一只先导通先关断，则开关sw1和sw2的共同导通时间即为需要的脉宽，该方式下能够产生窄脉冲；开关sw5在开关sw1和sw2任意一只导通后就立即导通，从而使电容c充电，该方式中，电容c和被测设备dut决定脉冲下降沿，具体根据想要调整的下降沿选择各器件。该方式下可以产生图4所示的脉冲波形和图5所示的窄脉冲波形。
50.同时，方式(1)～(3)中，如果设置有开关sw3，则电源vh对电容c2充电到需要的脉冲幅值后，开关sw3先于开关sw1和sw2导通，且开关sw3晚于开关sw1和sw2关断。
51.优选的，上述方式下，当开关sw1～sw3的通路建立，电压vh开始输出，通过调节电源vh的输出阻抗并同时将开关sw4导通来调节脉冲的上升沿；通过调节电源vh的下电波形并同时将开关sw4导通来调节脉冲的下降沿；或者，当开关sw1～sw3的通路建立，电压vh开始输出，调节电源vh的输出波形且导通开关sw4或sw5，实现需要的脉冲波形输出。
52.实施例5：
53.为了解决现有技术中存在的脉冲结束时由于电感的特性使得电感会在母线上产生负脉冲及振荡，甚至会把母线变为负的技术问题，在实施例1和实施例3的可调脉宽的功
率脉冲施加电路的基础上分别增加了去耦电路，该电路有三种实现方式：(1)包括电感l1和二极管d1，电感l1连接源(source)的输出正，二极管d1与电感l1同向并联(即二极管阳极到阴极的方向与电感稳态时流过的电流方向一致)；(2)包括电感l2和二极管d2，电感l2连接源的输出负，二极管d2与电感l2同向并联(即二极管阳极到阴极的方向与电感稳态时流过的电流方向一致)；(3)包括电感l1、电感l2、二极管d1和d2；二极管d1和d2分别与电感l1和l2同向并联(即二极管阳极到阴极的方向与电感稳态时流过的电流方向一致)。
54.上述技术方案中，由于电感l1、l 2的存在，源(source)端电压不变；二极管d1与电感l1并联，稳态时电流流过电感l1，二极管d1不流过电流；当母线施加脉冲时二极管仍处于截止状态，脉冲关断，电感l1产生的能量反向释放通过二极管d1就近吸收。二极管d 2与电感l 2并联，稳态时电流流过电感l2，二极管d 2不流过电流；当母线施加脉冲时二极管仍处于截止状态，脉冲结束，电感l1、l 2产生的能量反向释放通过二极管d1、d 2就近吸收。此种对电感的能量反向释放的就近吸收方式，对母线影响最小，不会将母线电压拉低过多。
55.通过在图1所示的vw80300-ehv16试验电路上分别施加脉冲得到图6所示的电路加脉冲的波形。从图6中可以看出，脉冲结束时母线会有幅值很大的负脉冲。在实施例1所示的电路上增加了实施例5所示的去耦电路后，对其施加脉冲，得到图7所示的电路加脉冲的波形。从图7的试验波形可以看出，消除了原试验电路的缺陷，脉冲结束时母线的几乎没有负脉冲。
56.实施例6：
57.为了吸收电缆等线路产生的振荡，可以在实施例1、3、5的可调脉宽的功率脉冲施加电路的基础上，增加吸收电路，吸收电路包括二极管d3、电阻r1和电容c 5，其中，二极管d3和电阻r1反向并联，二极管d3阴极与电阻r1的一端连接母线dut ，二极管d3阳极与电阻r1的另一端连接后再与电容c 5一端连接，电容c 5的另一端连接母线dut-。本实施例中的吸收电路能够有效吸收电缆等线路产生的振荡，稳态时，电容c5通过电阻r1充电到母线电压；母线上有负电压和振荡时，通过二极管d3和电容c 5吸收。