一种任意脉宽的脉冲调制器
阅读说明：本技术 一种任意脉宽的脉冲调制器 (Pulse modulator with any pulse width ) 是由 何激扬 于 2021-06-21 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种任意脉宽的脉冲调制器,包括同步信号时序生成电路、高边驱动电路、低边驱动电路、供电电源、功率脉冲生成电路、MOSFET高边开关、MOSFET低边开关；供电电源采用BUCK电路模式；BUCK电路的主电路为低边驱动电路供电,BUCK电路的耦合次级为高边驱动电路供电；高边驱动电路供电采用“浮地”连续供电方式,脉冲宽度任意变化,从ns级脉冲宽度直至连续供电；低边驱动电路与高边驱动电路通过BUCK电路的电感加副绕组做为隔离,并形成低边驱动电路先上电、高边驱动电路后上电的上电时序。本发明脉冲调制器实现了在没有电压跌落条件下的任意脉冲宽度调制,且输出电压高、输出电流大、效率高。(The invention provides a pulse modulator with any pulse width, which comprises a synchronous signal time sequence generating circuit, a high-side driving circuit, a low-side driving circuit, a power supply, a power pulse generating circuit, an MOSFET high-side switch and an MOSFET low-side switch, wherein the synchronous signal time sequence generating circuit is connected with the high-side driving circuit; the power supply adopts a BUCK circuit mode; the main circuit of the BUCK circuit supplies power to the low-side drive circuit, and the coupling secondary of the BUCK circuit supplies power to the high-side drive circuit; the high-side driving circuit adopts a 'floating ground' continuous power supply mode for power supply, the pulse width is randomly changed from ns-level pulse width to continuous power supply; the low-side driving circuit and the high-side driving circuit are isolated by the inductance and the auxiliary winding of the BUCK circuit, and a power-on time sequence that the low-side driving circuit is powered on first and the high-side driving circuit is powered on later is formed. The pulse modulator realizes random pulse width modulation under the condition of no voltage drop, and has high output voltage, large output current and high efficiency.)
技术领域
本发明涉及电子侦察T/R技术领域，特别是涉及一种任意脉宽的脉冲调制器。
背景技术
在T/R组件构成的雷达、电子对抗、通信等电子系统中，为保证发射机和接收机的射频隔离度，必需使用发射机功放电源脉冲调制器，以保证系统处于接收工作模态时，发射机彻底关闭(断电)，以此提高接收机的接收灵敏度。
以雷达系统为例，目前雷达系统存在远距离目标、近距离目标工作模式，脉冲宽度有窄脉冲(近距离目标)如敌我识别火控雷达和宽脉冲(远距离目标) 侦察雷达，以及连续波雷达如多普勒雷达等。要求T/R组件馈电电源能被调制到任意脉冲宽度，且可以工作于连续供电模式(脉宽无限长)。并且由于雷达功率的加大，要求有足够大的输出电流。
目前通常采用以下3种电路结构实现电源脉冲调制：
1、脉冲输出电路采用高边为P型MOSFET、低边为N型MOSFET，P型负责导通、N型放电。但P型MOSFET存在导通电阻大的缺陷。此种方案存在导通电阻大、电压跌落大、效率低、温升高等缺陷，但可实现对任意脉冲宽度的电源调制。此种方案存在严重的技术缺陷，已很少使用。
2、脉冲输出电路采用高边和低边均为N型MOSFET构架，由于N型 MOSFET的导通电阻远低于P型，避免了P、N型结构的缺陷，但高边驱动必需悬浮，由自举电路提供高边驱动电源。存在无法实现宽脉冲调制，更无法实现连续波工作模式。
3、基于上述2方案，高边采用充电泵方式供电，但由于充电泵的电压是倍压特性且输出电流很小，无法实现高电压脉冲调制和大电流脉冲调制。
以上3种调制模式都存在一定的缺陷，无法满足系统需求。
发明内容
鉴于此，本发明的目的是提供一种脉宽可任意设置的电源脉冲调制器用于雷达脉冲馈电系统，完成对相控阵等雷达T/R组件发射机功率放大器直流供电电源的脉冲调制。高边驱动馈电采用微型隔离电源取代自举馈电方式，实现了从纳秒级窄脉冲到连续波的任意脉宽大电流电源脉冲调制。
本发明提供一种任意脉宽的脉冲调制器，包括：同步信号时序生成电路、高边驱动电路、低边驱动电路、供电电源、功率脉冲生成电路、MOSFET高边开关、MOSFET低边开关；
所述同步信号时序生成电路分别与高边驱动电路、低边驱动电路串联连接；所述高边驱动电路与所述低边驱动电路并联连接；所述高边驱动电路与所述MOSFET高边开关串联连接，所述低边驱动电路与所述MOSFET低边开关串联连接；
所述供电电源采用BUCK电路的模式；
所述BUCK电路的主电路为所述低边驱动电路供电，所述BUCK电路的耦合次级为所述高边驱动电路供电；
所述高边驱动电路供电不采用自举电路，而是采用“浮地”连续供电的方式，脉冲宽度任意变化，从ns级脉冲宽度直至连续供电。
所述低边驱动电路与所述高边驱动电路通过所述BUCK电路的电感加副绕组做为隔离，并形成低边驱动电路先上电、高边驱动电路后上电的上电时序，以提高可靠性。
进一步地，所述功率脉冲生成电路的输出电流达到100A。
进一步地，所述输出电流的上升沿和下降沿速度达到20ns。
进一步地，所述同步信号时序生成电路形成高边驱动电路的控制信号和低边驱动电路的控制信号，控制MOSFET高边开关和MOSFET低边开关分时导通和截止，以输出大电流脉冲电压串；
具体地，MOSFET高边开关和MOSFET低边开关的栅极驱动电路形成较大驱动电流的驱动信号。
进一步地，所述同步信号时序生成电路形成的高边驱动电路的控制信号和低边驱动电路的控制信号有相位差，以避免由于场效应管开关速度导致的 MOSFET高边开关和MOSFET低边开关同时导通；
具体地，所述同步信号时序生成电路通过RC延迟电路在高边驱动电路的控制信号和低边驱动电路的控制信号之间形成一个时间差，以避免由于场效应管开关速度导致的MOSFET高边开关和MOSFET低边开关同时导通。
进一步地，所述BUCK电路通过PWM信号控制输入电压施加于电感上的电压通断实现将高电压转化成低电压辅助电源，并通过反馈电路形成的PWM 占空比实现输出稳压，保证系统稳定运行。
进一步地，所述同步信号时序生成电路包括TTL脉冲发生器。
进一步地，所述脉冲调制器还包括储能电容。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明脉冲调制器实现了在没有电压跌落条件下的任意脉冲宽度调制，且输出电压高、输出电流大、效率高；并且对系统的标准化、小型化和系统调试简化具有重大意义。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。
在附图中：
图1为本发明实施例任意脉宽的脉冲调制器的电路原理示意图；
图2为本发明实施例高边驱动电路和低边驱动电路的电路原理示意图；
图3为本发明实施例同步信号时序生成电路的电路原理示意图；
图4为本发明实施例BUCK电路的电路原理示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
本发明实施例一种任意脉宽的脉冲调制器，参见图1所示，包括：同步信号时序生成电路、高边驱动电路、低边驱动电路、供电电源、功率脉冲生成电路、MOSFET高边开关、MOSFET低边开关；
所述同步信号时序生成电路分别与高边驱动电路、低边驱动电路串联连接；所述高边驱动电路与所述低边驱动电路并联连接；所述高边驱动电路与所述MOSFET高边开关串联连接，所述低边驱动电路与所述MOSFET低边开关串联连接；
所述供电电源采用BUCK电路的模式；
所述BUCK电路的主电路为所述低边驱动电路供电，所述BUCK电路的耦合次级为所述高边驱动电路供电；
所述高边驱动电路供电不采用自举电路，而是采用“浮地”连续供电的方式，脉冲宽度任意变化，从ns级脉冲宽度直至连续供电；
本实施例中，高边驱动电路采用微型的隔离电源取代自举馈电方式，实现了从ns级窄脉冲到连续波的任意脉宽大电流电源脉冲调制。
所述低边驱动电路与所述高边驱动电路通过所述BUCK电路的电感加副绕组做为隔离，并形成低边驱动电路先上电、高边驱动电路后上电的上电时序，以提高可靠性；
为实现小型化要求，高边驱动电路的供电电源无法采用传统的隔离电源模式如单端反激等。因此本实施例采用BUCK电路模式，将BUCK电路中的电感磁心上加一个耦合次级绕组，通过二极管整流形成一个隔离的次级输出，并用LDO做二次稳压。BUCK主电路做为低边驱动电路的供电电源，耦合次级做为高边驱动电路的供电电源，此种拓扑结构同时实现了电路上电时的上电时序，即低边驱动电路先上电(放电)，高边驱动电路后上电(输出)，以此保证电路的可靠性。
所述功率脉冲生成电路的输出电流达到100A；所述输出电流的上升沿和下降沿速度达到20ns；
由于采用高边N型MOSFET，输出电流可以到100A，上升沿和下降沿速度可达到20ns，完全适应近距离和远距离目标探测，并且可用同一装置实现连续波雷达模式转换；
本实施例中，以较大电流驱动MOSFET的栅极，以提高MOSFET的导通和截止速度。
计算MOSFET所需驱动电流Ig：
开关管的型号：PSMN8R7-100YSF
主要参数：RDS(25℃)＝7.2mΩ；RDS(100℃)＝10.7mΩ；Ciss(max)＝2758pF(VDS＝50V)Coss(TYP)＝532pF(VDS＝50V)Crss(max)＝17pF(VDS＝50V)Rg＝0.8Ω；
为消除米勒振荡，外接栅极限流电阻R′g＝3.3Ω总栅极限流电阻Rg＝4.1Ω，栅极驱动电流
上升沿、下降沿时间：
高边驱动电路、低边驱动电路的驱动器采用UCC27200，驱动电流3A，可满足驱动要求；
本实施例高边驱动电路、低边驱动电路如附图图2所示。
所述同步信号时序生成电路形成高边驱动电路的控制信号和低边驱动电路的控制信号，控制MOSFET高边开关和MOSFET低边开关分时导通和截止，以输出大电流脉冲电压串；
具体地，MOSFET高边开关和MOSFET低边开关的栅极驱动电路形成较大驱动电流的驱动信号。
所述同步信号时序生成电路形成的高边驱动电路的控制信号和低边驱动电路的控制信号有相位差，以避免由于场效应管开关速度导致的MOSFET高边开关和MOSFET低边开关同时导通；
具体地，所述同步信号时序生成电路通过RC延迟电路在高边驱动电路的控制信号和低边驱动电路的控制信号之间形成一个时间差，以避免由于场效应管开关速度导致的MOSFET高边开关和MOSFET低边开关同时导通；
本实施例的同步信号时序生成电路如附图图3所示。
所述BUCK电路通过PWM信号控制输入电压施加于电感上的电压通断实现将高电压转化成低电压辅助电源，并通过反馈电路形成的PWM占空比实现输出稳压，保证系统稳定运行；
本实施例的BUCK电路如附图图4所示。
所述同步信号时序生成电路包括TTL脉冲发生器。
所述脉冲调制器还包括储能电容。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明脉冲调制器实现了在没有电压跌落条件下的任意脉冲宽度调制，且输出电压高、输出电流大、效率高；并且对系统的标准化、小型化和系统调试简化具有重大意义。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、同替换、改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
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