大电流快沿窄脉冲产生模块设计

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电流脉冲信号被广泛应用于激光雷达驱动以及分立器件测试等领域中,与恒流信号相比,电流脉冲能够为负载带来更高的瞬时功率,且避免了负载由于发热所带来的测试精度问题。电流脉冲的幅度、频率、脉宽以及边沿时间等参数的提升以及提高参数调节范围是相关研究的核心内容。本文围绕上述核心内容,主要就以下问题展开深入研究:(1)电流脉冲产生技术研究。电流脉冲使用恒流源电路或者以高速开关配合储能网络这两种方案产生。本文对两种方案产生电流脉冲的方案展开研究,阐述其产生电流脉冲的原理;对比两种方案所产生的电流脉冲的在幅度以及边沿时间这两项核心参数上的表现,结合本设计中所产生的电流脉冲幅度要能够在0A~5A的较大范围内以10m A的分辨率灵活调节以及边沿时间小于2ns这两项具体需求,确定以高速开关配合储能网络的方案作为本设计的基础方案。(2)基于氮化镓场效应管(GaN Field Effect Transistor.GaN FET)的驱动脉冲合成与控制技术研究。高速开关配合储能网络产生的电流脉冲的最高频率、最窄脉宽和边沿时间等参数由高速开关性能决定,选择相关指标均优于传统金属氧化物场效应管的GaN FET作为本设计的高速开关。对GaN FET开关过程中寄生参数以及栅极电阻的影响展开理论分析,从而指导高速开关驱动电路设计。针对电流脉冲频率以及脉宽可调节的要求,设计基于DDS与延迟线的数字脉冲信号合成电路。针对GaN FET对驱动电路提出的具体需求,设计驱动脉冲调理电路对数字脉冲信号进行幅度与边沿调理,对其进行仿真研究以验证理论分析中有关寄生电感以及栅极电阻的相关结论的正确性。(3)电流脉冲幅度自适应调节电路设计:为了保证系统在驱动不同负载时电流脉冲幅度能够准确调节,设计电流脉冲幅度自适应调节电路,通过实时检测电流脉冲幅度,并根据幅度测量结果调节电流脉冲幅度。研究对比了三种电流脉冲幅度测量方案后,确定了基于分流器的幅度测量方案,配合高采样率ADC以及合适的幅度测量电路和ADC驱动电路完成电流脉冲幅度测量电路。通过以上研究与设计,系统能够在最大为3Ω的负载上得到幅度最大为5A、频率最高2MHz、脉宽最低25ns并且边沿时间小于2ns的电流脉冲,电流脉冲的各项参数水平与Newport公司产品LDP-3830相当。
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