功率MOSFET在高压脉冲调制器中的应用

由于优越的运行速度，功率MOSFET可用作重复率达到兆赫兹的高压调制器的转换单元。然而在早期的实验中，为了达到快速开关的目的，负载阻抗必须低于100Ω以形成有效的漏源电容。

为了实现高电压承载能力，MOSFET常串联使用。因此，有效的漏源电容（C_DS）不仅仅由功率MOSFET产生，同时也决定于其所在的电路。在一个非常快的开关操作过程中，一个小的C_DS可能延缓开关单元的响应，降低其性能。然而，C_DS的效应取决于与开关单元串联连接的负载阻抗（见图3-19）。例如，在此实验系统中，如果负载阻抗低于100Ω，开关时间能够保持在几十纳秒。图3-20给出了一个负载阻抗相对较低的例子。然而，当负载阻抗为1kΩ的情况下，开关变得非常慢以至于不能达到1MHz的重复率，如图3-21所示。

图3-19 MOSFET开关单元测试电路

图3-20 100Ω负载的电压波形

图3-21 1kΩ负载的电压波形

在本例实验中，由于修改了MOSFET模块，在高阻抗负载电路中也能实现快速开关。除了与负载串联连接的MOSFET模块VF₁外，还有另外一个与负载并联连接的MOSFET模块VF₂，如图3-22所示。VF₂的工作状态与VF₁完全相反，当VF₁关断时，VF₂导通；当VF₁导通时，VF₂关断。因此，当VF₁关断时，负载被VF₂短路，导致快速的电压降通过负载，如图3-23所示。

图3-22 两个MOSFET模块的开关单元(www.xing528.com)

图3-23 R_L＝1kΩ的电压波形

图3-24显示的是修改后的开关单元图片，它包含两个MOSFET单元模块，分别对应于图3-22中VF₁和VF₂。这些模块的每一个都包含7个串联的MOSFET。光纤用于提供控制信号，绝缘的直流到直流转换器是用于提供电源的驱动器IC_S。这个开关单元工作于1MHz的重复率，给1kΩ的负载电阻提供5kV的脉冲。

图3-24 修改后的MOSFET开关单元图片

图3-25和图3-26给出了通过1kΩ的典型电压波形。负载电压的上升和下降时间在50～60ns之间，确保1MHz的重复工作频率。

图3-25 重复率1MHz，5kV电压和1kΩ负载下的电压波形

图3-26 一个对应的脉冲电压波形