功率MOS管的串聯使用

孫立超 張晶 李曉晨

摘 要：DKDP電光Q開關（磷酸二氘鉀普克爾盒，DKDP Q-swich）在激光器中起著光電開關的作用，通過改變電場來控制其通斷，近而影響激光器能量輸出。本文通過利用MOS管串聯完成了晶體的5KV驅動，效果明顯，電路簡單。

關鍵詞：DKPD電光Q開關；MOS管串聯；普克爾盒

根據DKDP晶體電光系數高的特性制作的調Q器件，其調制效果穩定、脈沖寬度小、適用范圍廣，已廣泛應用于多個激光領域。此外還可作為激光調制器使用。主要參數為：四分之一波電壓 3.5—5KV[1]，快速上升時間在50 ns附近。在低壓電路中雪崩三極管是比較理想的電子開關器件，但僅適合在低壓電路中，在3KV電路中應用需要數十支管子串聯，此時的均壓問題使得電路變得極其復雜，不適合普遍應用。

本文提出了一種相對簡單的電路，且開關速度完全滿足使用要求。圖1為MOS管串聯主電路。其中，PULSE1用來產生2.5KV的高壓脈沖；PULSE2用來產生另外的2.5KV脈沖，兩者共同作用在晶體上，晶體兩端瞬間得到相對5KV的電壓，從而使后續光學電路工作。

圖1所示的電路圖分為上半部分和下半部分，分別產生正負2.5KV，先分析上半部分（下半部分分析與上半部分相同）：電路導通取決于Q2的有效柵源電容和Q1之間的電壓分配，同時滿足C10和C11之間的電壓低于20 V。正確的電路設計需強制所有的MOS管以同樣的速率開啟。當Q3開啟到分跨在Q2的有效柵源電容和電容C10之間的漏極電壓變化，Q2的柵極和源極之間的電壓變化可表示為[2]：

（1）

其中，可表示為：

（2）

根據所選的MOS管手冊，計算圖1中C11約為100pF，C10約為50pF。

引文中的驅動部分采用未隔離式驅動，容易將高壓引入到電路中，導致弱電部分不必要的損害，本文設計了圖2的驅動電路，同時給圖1上半部分和下半部分提供驅動能力，保證電路的開關一致性，并且增大了電路的電氣絕緣性能。

總結

通過以上分析作出了實物并在應用中取得了較好的實際效果，為功率MOS管在串聯電路的應用中提供了新的實驗數據。

參考文獻

[1]楊鵬.DKDP 晶體生長及其性質與性能研究[D].北京工業大學，2005.

[2]Baker R J，Johnson B P.Stacking power MOSFETs for use in high speed instrumentation[J].Review of scientific instruments，1992，63（12）：5799-5801.

（作者單位：沈陽新陽光機電科技有限公司）