一种大功率PIN电子开关高压隔离驱动电路的制作方法

本发明涉及射频微波，尤其涉及一种大功率pin电子开关高压隔离驱动电路。

背景技术：

1、随着通信技术的发展、越来越多的射频微波开关采用pin电子开关，其具有开关寿命长、响应速度快等优势，在无线通信、雷达、电子对抗等射频微波系统中发挥着重要作用。

2、pin电子开关是一种用于射频微波电路中的开关器件，主要用于控制射频微波信号的通断。随着现代无线通信、雷达系统的发展，对通信、探测距离要求越来越远，对pin电子开关的功率容量要求也越来越高。

3、现有的pin电子开关，驱动电路多采用集成驱动芯片或者三极管驱动，其驱动电压一般不超过500v，功率等级大多在1000w以内，无法满足更高功率等级的应用。此外，随着pin电子开关射频功率的增加，驱动电路的功耗也将大幅增加，如何在提升功率的同时尽量降低驱动电路的工作功耗也是一个攻关难点。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于提供一种解决上述问题，功率高、驱动功耗小，响应速度快的一种大功率pin电子开关高压隔离驱动电路。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种大功率pin电子开关高压隔离驱动电路，用于控制pin电子开关d1的通断，包括电源转换单元和驱动控制单元；

3、所述电源转换单元用于为驱动控制单元供电，将24v输入电源转换为1000v、15v、5v的电源，以及15v的隔离电源15v-iso，其中，1000v、15v、5v的电源三者均为非隔离共地电源；

4、所述驱动控制单元包括施密特反向器、隔离驱动芯片u1、非隔离驱动芯片u2、开关管q1、开关管q2；

5、所述施密特反向器包括一输入端、第一输出端和第二输出端，所述输入端用于输入ttl信号，并由第一输出端和第二输出端分别输出两路互补的控制信号dri和/dri；

6、所述u1输入端由5v供电，输出端由15v的隔离电源15v-iso供电，其输入端经r2接施密特反向器的第一输出端，输出端经q1驱动网络接q1的g极，vee端与d1负极、q1的s极互联，且接隔离地；

7、其中，q1驱动网络包括二极管d3、电阻r3和电阻r4，电阻r4的电阻值小于电阻r3，u1输出端分为两路，一路经d3负极、r4接q1的g极，一路经r3接q1的g极，q1的d极接1000v电源，q1的g极和s极间并联电阻r1、r1并联二极管d2；

8、所述u2由15v电源供电，其输入端经r7接施密特反向管的第二输出端，输出端经q2驱动网络接q2的g极，q2的s极接地、d极经电阻r5接q1的g极；

9、所述q2驱动网络接包括二极管d4、电阻r6、电阻r8，电阻r8的电阻值小于电阻r6，u2输出端分为两路，一路经d4负极、r8接q2的g极，一路经r6接q2的g极，q2的g极和s极间设有电阻r9。

10、作为优选：所述电源转换单元包括隔离dc/dc、非隔离升压dc/dc、线性稳压器1和线性稳压器2；

11、所述隔离dc/dc用于将24v输入电源转换为15v-iso，且隔离dc/dc的隔离耐压大于1500v；

12、所述非隔离升压dc/dc用于将24v输入电源转换为1000v；

13、线性稳压器1用于将24v输入电源转换为15v；

14、线性稳压器2用于将24v输入电源转换为5v。

15、作为优选：所述隔离dc/dc的型号为swm1028s15，输出电压为15v，输出电流能力为0.5a，隔离耐压为1500v；所述非隔离升压dc/dc的型号为swm1244pmb，输出电压为1000v，输出电流能力为10ma。

16、作为优选：电阻r1~r9的阻值能调整。

17、作为优选：所述开关管q1、q2均为高压mosfet开关管，vds额定耐压为1500v，

18、开关管的导通电阻ron小于1.5ω，若单只开关管的导通电阻大于1ω，则采用多只开关管并联等效为一只开关管，并增加pin开关管d1的正向激励电流。

19、作为优选：所述隔离驱动芯片u1为nsi6601mc，隔离耐压为3000vrms，驱动能力为5a，传输延时为75ns~85ns；非隔离驱动芯片u2为sgm48524，驱动能力为5a，传输延时为15ns~19ns。

20、关于选用开关管q1、q2：均为高压mosfet开关管，vds高，ron小，是因为，pin开关管d1正向偏置电流的大小，主要取决于射频功率的大小，射频功率越大，要求的正向偏置电流越大，本发明中通过选用低导通电阻的mosfet，可降低回路损耗；pin开关管d1反向偏置电压的高低，同样取决于射频功率的大小，射频功率越大，需要的反向偏置电压越高，传统的三极管驱动结构，因三极管工作与电流控制模式，其工作功耗会随电压升高而大幅上升，本发明采用高压mosfet开关，采用电压控制模式，高压下的功耗远小于三极管驱动结构。

21、与现有技术相比，本发明的优点在于：

22、（1）提出了一种大功率pin电子开关高压隔离驱动电路，用于驱动大功率pin电子开关，要求隔离dc/dc电源的隔离耐压要高，隔离驱动芯片的隔离耐压要高、传输延时要小、驱动能力要足够强，mosfet的vds耐压要高、导通电阻ron要小，综合以上电路特点和器件选用要求，本发明具有控制电压高、响应速度快、工作功耗小的特点，适用于驱动射频大功率pin电子开关，实验证明控制电压可达1000v，射频功率可达5000w。

23、（2）设计了q1驱动网络和q2驱动网络，可调节开关管q1、q2开关响应特性；当电阻值r4小于r3，r8小于r6，工作过程中可实现开关管q1、q2同时截止的死区时间，可有效防止开关管q1、q2同时导通而损坏的风险。二极管d2具有保护功能，即当开关管q2打开时，二极管d2正向导通，导通压降约为0.7v，开关管q1的vgs为负压，低于开关管q1门级驱动的阈值电压，开关管q1必然关断，避免了开关管q1、q2同时导通的风险。

技术特征：

1.一种大功率pin电子开关高压隔离驱动电路，用于控制pin电子开关d1的通断，其特征在于：包括电源转换单元和驱动控制单元；

2.根据权利要求1所述的一种大功率pin电子开关高压隔离驱动电路，其特征在于：所述电源转换单元包括隔离dc/dc、非隔离升压dc/dc、线性稳压器1和线性稳压器2；

3.根据权利要求2所述的一种大功率pin电子开关高压隔离驱动电路，其特征在于：所述隔离dc/dc的型号为swm1028s15，输出电压为15v，输出电流能力为0.5a，隔离耐压为1500v；所述非隔离升压dc/dc的型号为swm1244pmb，输出电压为1000v，输出电流能力为10ma。

4.根据权利要求1所述的一种大功率pin电子开关高压隔离驱动电路，其特征在于：电阻r1~r9的阻值能调整。

5.根据权利要求1所述的一种大功率pin电子开关高压隔离驱动电路，其特征在于：所述开关管q1、q2均为高压mosfet开关管，vds额定耐压为1500v，

6.根据权利要求1所述的一种大功率pin电子开关高压隔离驱动电路，其特征在于：所述隔离驱动芯片u1为nsi6601mc，隔离耐压为3000vrms，驱动能力为5a，传输延时为75ns~85ns；非隔离驱动芯片u2为sgm48524，驱动能力为5a，传输延时为15ns~19ns。

技术总结本发明公开了一种大功率PIN电子开关高压隔离驱动电路，包括电源转换单元和驱动控制单元；所述电源转换单元用于为驱动控制单元供电，所述驱动控制单元包括施密特反向器、隔离驱动芯片U1、非隔离驱动芯片U2、开关管Q1、开关管Q2；施密特反向器用于输出两路互补的控制信号DRI和/DRI，DRI经U1控制Q1，/DRI经U2控制Q2；通过控制Q1和Q2的开通与关断，实现对射频PIN开关管D1的控制。本发明驱动电压可达到1000V以上，可用于驱动射频功率超过5000W的PIN电子开关，相较于传统的集成驱动芯片或者三极管驱动电路大大提高了驱动电压，提升了PIN开关的功率容量。此外，本发明还具有电路结构简单，成本低廉，功耗低，响应速度快的特点。技术研发人员：赵勇,兰洋,张芦,张志红,杨勤,郑伟,袁荟烽受保护的技术使用者：西南应用磁学研究所（中国电子科技集团公司第九研究所）技术研发日：技术公布日：2024/7/25