一种全固态电快速瞬变脉冲群模拟器系统

本发明属于电子产品抗瞬变电磁干扰度试验，具体涉及一种全固态电快速瞬变脉冲群模拟器系统。

背景技术：

1、电快速瞬变(eft)干扰是现代电子电路中最常见的干扰，由电器开关、电机或电源分配器动作而产生。电快速瞬变(eft)干扰的存在可能会导致电路周围或电路系统内大功率负载的启停，进而影响整个系统的正常工作。电快速瞬变脉冲群抗扰度试验的目的是用人为产生的电快速瞬变脉冲群模拟实际工作环境中的电快速瞬变干扰信号，用于验证电子设备机械开关对电感性负载切换、继电器触点弹跳、高压开关切换等引起的瞬时扰动的抗干扰能力。在电快速瞬变脉冲群抗扰度试验中，eft干扰信号是由电快速瞬变脉冲群模拟器产生。现有技术的电快速瞬变脉冲群模拟器主要由晶闸管等高功率开关产生，体积相对较大，并且不易提高脉冲群重复频率。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术的电快速瞬变脉冲群模拟器体积笨重、脉冲重复频率和脉冲幅度较低的问题，提供一种全固态电快速瞬变脉冲群模拟器系统，采用多个高功率金属-氧化物场效应管(mosfet)与其它电子元器件连接形成的固态marx电路，通过现场可编程门阵列(fpga)控制各mosfet同步开通来产生高幅度、高重复频率的瞬变脉冲群，从而实现电快速瞬变脉冲群模拟器的小型化和轻量化。通过fpga来控制输出端的脉冲群参数以及与上位机的通信工作；通过可编程延时确保对每个mosfet同步驱动，从而实现各mosfet同步开通。

2、本发明所提出的技术问题是这样解决的：

3、一种全固态电快速瞬变脉冲群模拟器系统，包括数据传输与控制模块、驱动与同步控制模块和脉冲群产生模块；

4、数据传输与控制模块，包括rs485驱动器和fpga，fpga用于实现rs485驱动单元、驱动控制单元和延时控制单元；rs485驱动器接收来自上位机的脉冲群参数送至rs485驱动单元，rs485驱动单元完成参数解码后送至驱动控制单元，驱动控制单元生成对应的mosfet控制信号送至驱动与同步控制模块；延时控制单元产生延时控制信号送至驱动与同步控制模块；

5、驱动与同步控制模块，包括可编程延时阵列和mosfet驱动电路；可编程延时阵列包括n个可编程延时器，每个可编程延时器配置有对应的mosfet驱动电路，n为正整数；各可编程延时器依据输入的mosfet控制信号和延时控制信号，生成mosfet同步控制信号送至对应的mosfet驱动电路；mosfet驱动电路依据mosfet同步控制信号产生驱动信号，送至脉冲群产生模块；

6、脉冲群产生模块包括n级marx电路、电源、滤波网络和单项耦合网络；

7、滤波网络包括电容c0和电感l1；单项耦合网络包括电容c11、电阻r1、电阻r2和电阻r3；电源负极接地，电容c0与电源并联；电感l1的一端连接电源正极，另一端连接电阻r3的一端；

8、第n级marx电路包括高功率mosfet管qn、储能电容cn、第一快恢复二极管d1n和第二快恢复二极管d2n，1≤n≤n；

9、对于第1级marx电路，高功率mosfet管q1的栅极与对应mosfet驱动电路的输出端连接；第一快恢复二极管d11的阳极与电阻r3的另一端相连，阴极分别连接高功率mosfet管q1的漏极和储能电容c1的一端；第二快恢复二极管d21的阳极分别连接储能电容c1的另一端、电阻r1的一端和电阻r2的一端，阴极连接高功率mosfet管q1的源极；电阻r2的另一端接地，电阻r1的另一端连接电容c11的一端，电容c11的另一端作为脉冲群产生模块的输出端；

10、对于第2级marx电路～第n-1级marx电路，高功率mosfet管qn的栅极与对应mosfet驱动电路的输出端连接；第一快恢复二极管d1n的阳极与高功率mosfet管qn-1的漏极连接，阴极分别连接高功率mosfet管qn的漏极和储能电容cn的一端；第二快恢复二极管d2n的阳极分别连接储能电容cn的另一端和高功率mosfet管qn-1的源极，阴极连接高功率mosfet管qn的源极；

11、对于第n级marx电路，高功率mosfet管qn的栅极与对应mosfet驱动电路的输出端连接；第一快恢复二极管d1n的阳极与高功率mosfet管qn-1的漏极连接，阴极分别连接高功率mosfet管qn的漏极和储能电容cn的一端；第二快恢复二极管d2n的阳极分别连接储能电容cn的另一端和高功率mosfet管qn-1的源极，阴极接地；高功率mosfet管qn的源极接地。

12、进一步的，数据传输与控制模块中，驱动控制单元生成n路mosfet控制信号，通过fpga的n个输入输出引脚分别输入至驱动与同步控制模块中对应的可编程延时器的时钟输入引脚；每个可编程延时器的延时时间由fpga依据延时控制单元产生的延时控制信号独立控制。

13、进一步的，可编程延时器采用8位并行硅可编程延时器，延时时间由fpga产生的8位并行控制字实现。

14、进一步的，对群脉冲产生模块中各级marx电路的固有传输延时进行预先测量，利用各级marx电路的固有传输延时修正各可编程延时器对应的延时时间，使得所有mosfet驱动电路的驱动信号同步，进而实现所有高功率mosfet管的同步开通和关断。

15、进一步的，利用驱动信号控制高功率mosfet管的栅极的电压，进而控制高功率mosfet管是否导通；

16、各高功率mosfet管呈闭合状态时，高功率mosfet管无电流流过，开关断开；所有的快恢复二极管处于正向导通状态，各级marx电路的储能电容与电源并联；电源通过电感l1、电阻r3和所有的快恢复二极管向各级marx电路的储能电容充电；

17、在驱动信号的作用下，各高功率mosfet管同时瞬态导通，开关打开；所有的快恢复二极管反向截止，各级marx电路的储能电容通过各高功率mosfet管串联，与电阻r3构成放电回路，流向接地端；储能电容串联放电时，在输出端产生高电压脉冲。

18、本发明的有益效果是：

19、(1)本发明采用mosfet用作电路的高速开关，是一种低成本的利用mosfet高速开关调控产生瞬变脉冲的方法；mosfet开关速度快，适合于用作高速电子开关，从而产生重复率高的瞬变脉冲群。

20、(2)本发明采用marx电路，通过同步驱动能够确保各mosfet同时开通，是一种产生高幅度脉冲的方法；通过fpga控制可编程延时来解决各mosfet导通时间差的问题，进而确保各mosfet同时开通，使各mosfet所对应的电容同时放电，为串联放电，从而可以产生高幅度脉冲。

21、(3)本发明所涉及的电快速瞬变模拟器系统重量小于10kg，体积为4u标准尺寸，可产生峰值幅度大于7.3kv，脉冲重复频率大于1mhz，且符合电快速瞬变脉冲群抗扰度试验标准gb-t 17626.4-200/iec61000-4-4中关于瞬变脉冲群的相关定义。

技术特征：

1.一种全固态电快速瞬变脉冲群模拟器系统，其特征在于，包括数据传输与控制模块、驱动与同步控制模块和脉冲群产生模块；

2.根据权利要求1所述的全固态电快速瞬变脉冲群模拟器系统，其特征在于，数据传输与控制模块中，驱动控制单元生成n路mosfet控制信号，通过fpga的n个输入输出引脚分别输入至驱动与同步控制模块中对应的可编程延时器的时钟输入引脚；每个可编程延时器的延时时间由fpga依据延时控制单元产生的延时控制信号独立控制。

3.根据权利要求1所述的全固态电快速瞬变脉冲群模拟器系统，其特征在于，可编程延时器采用8位并行硅可编程延时器，延时时间由fpga产生的8位并行控制字实现。

4.根据权利要求1所述的全固态电快速瞬变脉冲群模拟器系统，其特征在于，对群脉冲产生模块中各级marx电路的固有传输延时进行预先测量，利用各级marx电路的固有传输延时修正各可编程延时器对应的延时时间，使得所有mosfet驱动电路的驱动信号同步，进而实现所有高功率mosfet管的同步开通和关断。

5.根据权利要求1所述的全固态电快速瞬变脉冲群模拟器系统，其特征在于，利用驱动信号控制高功率mosfet管的栅极的电压，进而控制高功率mosfet管是否导通；

技术总结
本发明公开了一种全固态电快速瞬变脉冲群模拟器系统，属于电子产品抗瞬变电磁干扰度试验技术领域。本发明所述模拟器系统包括数据传输与控制模块、驱动与同步控制模块和脉冲群产生模块；数据传输与控制模块用于接收上位机输入的脉冲群参数，产生控制信号作为驱动与同步控制模块的输入；驱动与同步控制模块根据输入信号产生同步驱动信号，作用于脉冲群产生模块；脉冲群产生模块收到来自驱动与同步控制模块的同步驱动信号，在输出端产生相应的脉冲群。本发明所述电快速瞬变脉冲群模拟器系统体积小、重量轻、成本低；可产生最大脉冲重复频率1MHz、脉冲峰值幅度7.5kV的电快速瞬变脉冲群，并且脉冲重复频率和群内脉冲个数可通过上位机灵活调节。

技术研发人员：杨啸林,余洁鑫,陈万鹏
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21