專利名稱：脈沖產(chǎn)生電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠提供脈沖寬度相對(duì)窄的高電壓脈沖的高電壓脈沖產(chǎn)生電路。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，高電壓脈沖產(chǎn)生電路包括直流電源、變壓器、開關(guān)器件和開關(guān)控制電 路。變壓器包括初級(jí)繞組和次級(jí)繞組。開關(guān)器件被連接在直流電源和初級(jí)繞組之間。開關(guān) 控制電路在第一導(dǎo)通時(shí)間期間開關(guān)器件被設(shè)置為處于導(dǎo)通狀態(tài)之后控制開關(guān)器件處于非 導(dǎo)通狀態(tài)，并且還在初級(jí)繞組和次級(jí)繞組的電壓之一超越預(yù)定值后在第二導(dǎo)通時(shí)間期間控 制開關(guān)器件處于導(dǎo)通狀態(tài)和處于非導(dǎo)通狀態(tài)。 從以下結(jié)合附圖借助于示例而說(shuō)明本發(fā)明的原理的描述來(lái)看，本發(fā)明的其它的方 面和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯。


通過(guò)參照以下對(duì)連同附圖的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例的描述可以最好地理解本發(fā)明及其 目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中 圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例的高電壓脈沖產(chǎn)生電路1的電路圖；
圖2是圖1的高電壓脈沖產(chǎn)生電路1所產(chǎn)生的脈沖的波形圖； 圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例的高電壓脈沖產(chǎn)生電路1A的電路 圖4是圖3的高電壓脈沖產(chǎn)生電路1A所產(chǎn)生的脈沖的波形圖； 圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明的第三優(yōu)選實(shí)施例的高電壓脈沖產(chǎn)生電路1C的電路
圖； 圖6是圖5的高電壓脈沖產(chǎn)生電路1C所產(chǎn)生的脈沖的波形圖； 圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的高電壓脈沖產(chǎn)生電路1B的電路圖；以及 圖8是示出了根據(jù)背景技術(shù)的高電壓脈沖產(chǎn)生電路100的電路圖。
具體實(shí)施例方式
以下將參照?qǐng)D1和2描述根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例的高電壓脈沖產(chǎn)生電路。 圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例的高電壓脈沖產(chǎn)生電路1的電路圖。高電壓脈沖產(chǎn)生 電路1包括直流電源11、柵極控制電路12、變壓器TS1、晶體管TR1、電容器Cl、電容器C2、 二極管Dl和放電管13。柵極控制電路12用作開關(guān)控制電路，電容器Cl用作第一電容器。 變壓器TS1包括初級(jí)繞組W1和次級(jí)繞組W2且是回掃(flyback)型的。根據(jù)本發(fā)明的第一 優(yōu)選實(shí)施例，初級(jí)繞組Wl與次級(jí)繞組W2之間的匝數(shù)比是1比10。晶體管TR1用作開關(guān)器 件，例如絕緣柵雙極晶體管(IGBT)或金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(M0SFET)。采用高電 壓脈沖產(chǎn)生電路1以在放電管13處產(chǎn)生等離子體，該等離子體被用于清潔半導(dǎo)體襯底表面 或玻璃襯底表面，或者被用于產(chǎn)生臭氧以凈化廢氣、除臭和殺菌。 在初級(jí)繞組Wl的點(diǎn)側(cè)連接到初級(jí)繞組Wl的端部的節(jié)點(diǎn)N2連接到直流電源11的 正電極，在初級(jí)繞組Wl的非點(diǎn)側(cè)連接到初級(jí)繞組Wl的端部的節(jié)點(diǎn)Nl連接到晶體管TR1的 集電極。電容器Cl連接在節(jié)點(diǎn)Nl和節(jié)點(diǎn)N2之間。柵極控制電路12連接到晶體管TR1的 柵極以用于施加?xùn)艠O電壓VG1。晶體管TR1的發(fā)射極連接到直流電源11的負(fù)電極和地電壓 VSS。地電壓VSS用作低電平基準(zhǔn)電勢(shì)。 在次級(jí)繞組W2的點(diǎn)側(cè)連接到次級(jí)繞組W2的節(jié)點(diǎn)連接到放電管13的一端，在次級(jí) 繞組W2的非點(diǎn)側(cè)連接到次級(jí)繞組W2的節(jié)點(diǎn)通過(guò)二極管D1而連接到放電管13的另一端。 電容器C2和放電管13彼此并聯(lián)連接。 下面將參照?qǐng)D2的波形圖描述高電壓脈沖產(chǎn)生電路1的操作。圖2中的電壓VTR 的波形表示在節(jié)點(diǎn)Nl處的電壓。圖2中的電壓V0的波形表示在連接到高電壓脈沖產(chǎn)生電 路1的放電管13被認(rèn)為是電阻負(fù)載的條件下在變壓器TS1的次級(jí)繞組W2處的輸出電壓。 如圖2所示，在時(shí)間Tl柵極電壓VG1被設(shè)置為處于高電平，并且晶體管TR1被切換到處于 導(dǎo)通狀態(tài)。因此，用作高電平基準(zhǔn)電勢(shì)的直流電源ll的電源電壓VCC被施加到變壓器TS1。 流經(jīng)初級(jí)繞組W1的電流以恒定的斜率VCC/L1而增大，其中Ll表示初級(jí)繞組W1的電感。
在時(shí)間T2柵極電壓VG1處于低電平，并且晶體管TR1被切換到處于非導(dǎo)通狀態(tài)。 然后，流經(jīng)初級(jí)繞組W1的電流被切斷，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，相應(yīng)地，使得在節(jié)點(diǎn)Nl處的電壓 VTR和被施加到放電管13的電壓V0快速增大。在其期間晶體管TR1第一次處于導(dǎo)通狀態(tài) 的、介于時(shí)間Tl和時(shí)間T2之間的時(shí)段長(zhǎng)度將被稱為第一導(dǎo)通時(shí)間Pl。根據(jù)變壓器TS1的 匝數(shù)比和初級(jí)繞組W1的電感而根據(jù)期望設(shè)置第一導(dǎo)通時(shí)間Pl的值。 在時(shí)間T3電壓VTR和電壓VO達(dá)到各自的峰值電平。由于變壓器TS1的匝數(shù)比是 1比10，因此在電壓VTR的峰值電平是例如lkV的情況下，電壓V0的峰值電平是10kV。
在時(shí)間T4，在電壓VTR和電壓V0超越各自的峰值之后，柵極電壓VG1再次被設(shè)置為高電平，使得晶體管TR1被切換到處于導(dǎo)通狀態(tài)。因此，通過(guò)晶體管TR1釋放存儲(chǔ)在變壓 器TS1中的能量，以使得電壓VTR和VO快速降低，如圖2中的實(shí)線所示。在其期間晶體管 TR1處于非導(dǎo)通狀態(tài)的介于時(shí)間T2和時(shí)間T4之間的時(shí)段的長(zhǎng)度將被稱為非導(dǎo)通時(shí)間P0。 非導(dǎo)通時(shí)間PO的值可以被預(yù)先設(shè)置為接近于當(dāng)電壓VTR和電壓VO在時(shí)間T2開始升高并 在時(shí)間T3達(dá)到各自的峰值電平時(shí)的時(shí)段長(zhǎng)度的任何合適的時(shí)間。可以通過(guò)直流電源11的 電壓和第一導(dǎo)通時(shí)間PI以及非導(dǎo)通時(shí)間PO來(lái)調(diào)整電壓VO的峰值電平?？梢允褂贸跫?jí)繞 組Wl的電感LI和電容器CI的電容來(lái)預(yù)先計(jì)算由初級(jí)繞組Wl和電容器CI之間的LC諧振 確定的介于時(shí)間T2和時(shí)間T3之間的時(shí)段的長(zhǎng)度。 在時(shí)間T5電壓VTR和電壓VO降低到0，因此，存儲(chǔ)在變壓器TS1中的能量被完全 釋放，如圖2中的實(shí)線所示。然后，柵極電壓VGl被設(shè)置為處于低電平，晶體管TRl被切換 到處于非導(dǎo)通狀態(tài)。由此完成高電壓脈沖產(chǎn)生電路l的一個(gè)周期的脈沖產(chǎn)生操作。在其期 間晶體管TR1第二次處于導(dǎo)通狀態(tài)的、介于時(shí)間T4和時(shí)間T5之間的時(shí)段長(zhǎng)度將被稱為第 二導(dǎo)通時(shí)間P2?？梢愿鶕?jù)能量釋放所需要的時(shí)間而預(yù)先適當(dāng)?shù)卮_定第二導(dǎo)通時(shí)間P2的值。
以下將描述根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例的高電壓脈沖產(chǎn)生電路1的高電壓脈 沖的有利效果。根據(jù)傳統(tǒng)的高電壓脈沖產(chǎn)生電路1，在第二導(dǎo)通時(shí)間P2期間，與圖1的晶體 管TR1相對(duì)應(yīng)的晶體管被保持處于非導(dǎo)通狀態(tài)。在這種情況下，如圖2中的點(diǎn)線所示，電壓 VTR和電壓V0逐漸降低，并在時(shí)間T6達(dá)到0伏。 同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的高電壓脈沖產(chǎn)生電路l，在第二導(dǎo)通時(shí)間P2期間，晶體管TR1 被切換為處于導(dǎo)通狀態(tài)。在這種情況下，如圖2中的實(shí)線所示，電壓VTR和電壓V0從時(shí)間T4 快速降低，并在時(shí)間T5達(dá)到0伏。因此，電壓VTR的脈沖寬度被從脈沖寬度PW2變窄為脈 沖寬度PW1，并同時(shí)在時(shí)間T3具有峰值電平，并且電壓VO的脈沖寬度也被從脈沖寬度PW3 變窄為脈沖寬度PW1，并同時(shí)在時(shí)間T3具有峰值電平。這使得由圖2中的陰影區(qū)域所表示 的電壓VTR和電壓V0的降低周期變短。 當(dāng)在放電管13處產(chǎn)生等離子體時(shí)，在電壓升高時(shí)間RR1內(nèi)或在時(shí)間T2與時(shí)間T3 之間的電壓VTR和電壓VO對(duì)于產(chǎn)生等離子體是有效的。另一方面，在電壓降低時(shí)間RR2內(nèi) 或在時(shí)間T3與時(shí)間T7之間的電壓VTR和電壓VO對(duì)于等離子體的產(chǎn)生是無(wú)效的，這種電壓 成為熱損失。根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例，可以減少與電壓降低時(shí)間RR2相對(duì)應(yīng)的圖2 中的陰影區(qū)域，從而減少應(yīng)歸于熱損失的熱量。這使得可能減小等離子體產(chǎn)生裝置的尺寸 和節(jié)省用于等離子體產(chǎn)生的電功率。 根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例，脈沖寬度被從脈沖寬度PW3變窄為脈沖寬度PW1， 即，約為寬度的30%的減小。由于通過(guò)連續(xù)產(chǎn)生脈沖可以增大脈沖密度，所以改進(jìn)了高電壓 脈沖產(chǎn)生電路l的性能。 下面將參照?qǐng)D3和圖4描述根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例的高電壓脈沖產(chǎn)生電路 1A。除了第一優(yōu)選實(shí)施例的高電壓脈沖產(chǎn)生電路l的結(jié)構(gòu)以外，高電壓脈沖產(chǎn)生電路1A還 包括作為絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的晶體管TR11和TR12、第一柵極控制電路12A、第二柵 極控制電路12B、電容器C3、電容器C4和開關(guān)SW1。 晶體管TR11和TR12均用作開關(guān)器件。晶體管TR11用作第一開關(guān)器件，晶體管 TR12用作第二開關(guān)器件。開關(guān)SW1用作第三開關(guān)器件。第一柵極控制電路12A和第二柵極 控制電路12B均用作開關(guān)控制電路。電容器C3用作第二電容器，電容器C4用作第三電容器。 第一柵極控制電路12A連接到晶體管TR11的柵極，用于向該柵極施加?xùn)艠O電壓 VGll。晶體管TR12的集電極連接到節(jié)點(diǎn)Nl，晶體管TR12的發(fā)射極連接到節(jié)點(diǎn)N3，晶體管 TR12的柵極連接到第二柵極控制電路12B。第二柵極控制電路12B輸出柵極電壓VG12。作 為第一端的電容器C3的一端連接到晶體管TR11的發(fā)射極、直流電源11的負(fù)電極和地電壓 VSS，作為第二端的電容器C3的另一端連接到節(jié)點(diǎn)N3。開關(guān)SW1的一端連接到節(jié)點(diǎn)N2和直 流電源11的正電極，開關(guān)SW1的另一端連接到節(jié)點(diǎn)N3。電容器C4和直流電源ll彼此并 聯(lián)連接。高電壓脈沖產(chǎn)生電路1A的其余的結(jié)構(gòu)與第一優(yōu)選實(shí)施例的高電壓脈沖產(chǎn)生電路 1的結(jié)構(gòu)基本上相同，因此將省略對(duì)其的描述。 下面將參照?qǐng)D4的波形圖描述高電壓脈沖產(chǎn)生電路1A的操作。圖4中的電壓V0 的波形表示在放電管13未被連接到高電壓脈沖產(chǎn)生電路1A的空載條件下變壓器TS1在次 級(jí)繞組W2處的電壓。在時(shí)間T1A，柵極電壓VG11被設(shè)置為處于高電平，晶體管TR11和開關(guān) SW1被切換到處于導(dǎo)通狀態(tài)，能量開始被存儲(chǔ)在變壓器TS1中。存儲(chǔ)在電容器C3中的能量 的一部分被分配給電容器C4，以使得電容器C3和C4的電壓變?yōu)榛旧舷嗤撾妷号c電源 電壓VCC —樣大。 在時(shí)間T2A柵極電壓VG11被設(shè)置為處于低電平，晶體管TR11和開關(guān)SW1被切換 到處于非導(dǎo)通狀態(tài)。然后，在節(jié)點(diǎn)N1處的電壓VTR和被施加到放電管13的電壓V0由于感 生的電動(dòng)勢(shì)而快速增大。 在時(shí)間T3A，電壓VTR和電壓V0達(dá)到各自的峰值電平。在時(shí)間T4A，在電壓VTR和 電壓V0超越它們各自的峰值電平之后，柵極電壓VG12被設(shè)置為處于高電平，并且晶體管 TR12被切換到處于導(dǎo)通狀態(tài)。在這種情況下，關(guān)斷開關(guān)SW1，形成從變壓器TS1通過(guò)晶體管 TR12到電容器C3的電流通路。存儲(chǔ)在變壓器TS1中的能量被通過(guò)晶體管TR12傳遞到電 容器C3，這使得電壓VTR和電壓V0快速降低。取決于從變壓器TS1傳遞的能量的量，電容 器C3的電壓VC3被從電源電壓VCC增大。電容器C3的電壓的增大的值由各種特性確定， 例如初級(jí)繞組W1的電感L1、電容器C3的電容或高電壓脈沖產(chǎn)生電路1中的脈沖產(chǎn)生操作 的脈沖再現(xiàn)頻率。 當(dāng)完成了來(lái)自變壓器TS1的能量的釋放時(shí)，在時(shí)間T5A，柵極電壓VG12被設(shè)置為處 于低電平，并且晶體管TR12被切換為處于非導(dǎo)通狀態(tài)。由此完成高電壓脈沖產(chǎn)生電路1A 的脈沖產(chǎn)生操作。 下面將描述根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例的高電壓脈沖產(chǎn)生電路1A的第一個(gè)有 利效果。根據(jù)高電壓脈沖產(chǎn)生電路1A，當(dāng)晶體管TR12被切換到處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，在第二導(dǎo) 通時(shí)間P2期間或在時(shí)間T4A和時(shí)間T5A之間的時(shí)間期間，從變壓器TS1釋放的能量可以被 恢復(fù)以被存儲(chǔ)在電容器C3中。因此，可以減少高電壓脈沖產(chǎn)生電路1A的操作中的能量損失。 下面將描述根據(jù)第二優(yōu)選實(shí)施例的高電壓脈沖產(chǎn)生電路1A的第二個(gè)有利效果。 根據(jù)高電壓脈沖產(chǎn)生電路1A，在第一導(dǎo)通時(shí)間Pl期間或在時(shí)間T1A和時(shí)間T2A之間的時(shí)間 期間接通開關(guān)SW1，以使得存儲(chǔ)在電容器C3中的能量的一部分被分配給電容器C4，并且電 容器C3和電容器C4的能量存儲(chǔ)變得基本上相同。在第二導(dǎo)通時(shí)間P2期間或在時(shí)間T4A 和時(shí)間T5A之間的時(shí)間期間，晶體管TR12被切換為處于導(dǎo)通狀態(tài)，并且存儲(chǔ)在變壓器TS1中的能量被傳遞到電容器C3。取決于從變壓器TS1傳遞的能量的量，電容器C3的電壓VC3 被從電源電壓VCC增大。在高電壓脈沖產(chǎn)生電路1A中，晶體管TR12是具有單向特性的絕 緣柵雙極晶體管(IGBT)。因此，防止在與從直流電源11通過(guò)初級(jí)繞組Wl、晶體管TR2和電 容器C3形成的電流通路相反的方向上形成電流通路，并且電容器C3的電壓VC3被從電源 電壓VCC提高且隨后被保持。 因此，在晶體管TR12保持處于導(dǎo)通狀態(tài)(即使在經(jīng)過(guò)了當(dāng)完成從初級(jí)繞組Wl的 能量釋放時(shí)的時(shí)間T5A之后)的情況下，阻止電流在第二導(dǎo)通時(shí)間P2期間流動(dòng)通過(guò)初級(jí)繞 組W1的，從而意味著放松了第二導(dǎo)通時(shí)間P2的長(zhǎng)度設(shè)置。更具體地，可以在下個(gè)高電壓脈 沖產(chǎn)生操作開始之前或在柵極電壓VG11被設(shè)置為處于高電平之前的任意時(shí)間設(shè)置第二導(dǎo) 通時(shí)間P2結(jié)束。因此，第二柵極控制電路12B的穩(wěn)定操作余量可以更寬。
下面將描述根據(jù)第二優(yōu)選實(shí)施例的高電壓脈沖產(chǎn)生電路1A的第三個(gè)有利效果。 在高電壓脈沖產(chǎn)生電路1A中，晶體管TR11、TR12分別串聯(lián)連接到初級(jí)繞組W1。當(dāng)在第一導(dǎo) 通時(shí)間Pl期間晶體管TR11被切換為處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，變壓器TS1存儲(chǔ)能量。通過(guò)在第二 導(dǎo)通時(shí)間P2期間將晶體管TR12保持在導(dǎo)通狀態(tài)而釋放變壓器TS1中存儲(chǔ)的能量。因此， 可以通過(guò)不同的晶體管來(lái)實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)和釋放。因此，在第一導(dǎo)通時(shí)間P1和第二導(dǎo)通時(shí) 間P2之間的時(shí)間間隔或非導(dǎo)通時(shí)間P0的長(zhǎng)度相對(duì)窄的情況下，可以不管晶體管的切換速 度而可靠地執(zhí)行開關(guān)操作。 在第二優(yōu)選實(shí)施例中，晶體管TR12是具有單向特性的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。 替代性地，晶體管TR12可以是雙向器件，比如金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(M0SFET)。 在該結(jié)構(gòu)中，應(yīng)檢測(cè)電容器C3的電壓或電流，并且在存儲(chǔ)在電容器C3中的能量開始返回到 變壓器TS1之前，由第二柵極控制電路12B設(shè)置柵極電壓VG12為低電平，使得晶體管TR12 轉(zhuǎn)變?yōu)樘幱诜菍?dǎo)通狀態(tài)。因此，在電容器C3達(dá)到峰值電平之后，可以阻止在相反方向上形 成電容器C3的電流通路。 下面將參照?qǐng)D5和圖6描述根據(jù)本發(fā)明的第三優(yōu)選實(shí)施例的高電壓脈沖產(chǎn)生電路 1C。除了第二優(yōu)選實(shí)施例的高電壓脈沖產(chǎn)生電路1A的結(jié)構(gòu)以外，高電壓脈沖產(chǎn)生電路1C 省去了第二優(yōu)選實(shí)施例的開關(guān)SW1且包括了晶體管TR13。晶體管TR13對(duì)應(yīng)于第二優(yōu)選實(shí) 施例的晶體管TR12，并且是用作雙向開關(guān)的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(M0SFET)。
晶體管TR11和TR13均用作開關(guān)器件。晶體管TR11用作第一開關(guān)器件，晶體管 TR13用作第二開關(guān)器件。第一柵極控制電路12A和第三柵極控制電路12C均用作開關(guān)控制 電路。電容器C3用作第二電容器，電容器C4用作第三電容器。 晶體管TR13的漏極連接到節(jié)點(diǎn)Nl，晶體管TR13的源極連接到節(jié)點(diǎn)N3，晶體管 TR13的柵極連接到第三柵極控制電路12C。第三柵極控制電路12C輸出柵極電壓VG13。高 電壓脈沖產(chǎn)生電路1C的其余的結(jié)構(gòu)與第二優(yōu)選實(shí)施例的高電壓脈沖產(chǎn)生電路1A的結(jié)構(gòu)基 本上相同，因此將省略對(duì)其的描述。 下面將參照?qǐng)D6的波形圖描述高電壓脈沖產(chǎn)生電路1C的操作。圖6中的電壓V0 的波形表示在其中從高電壓脈沖產(chǎn)生電路1C到放電管13的電流被認(rèn)為非常低的空載條件 下變壓器TS1在次級(jí)繞組W2處的電壓。如圖6所示，在時(shí)間T1A，柵極電壓VG11被設(shè)置為 處于高電平，并且晶體管TR11轉(zhuǎn)變?yōu)樘幱趯?dǎo)通狀態(tài)。由此變壓器TS1存儲(chǔ)能量。此時(shí)，電 容器C3的電壓VC3被保持為接近于電源電壓VCC的電壓。在時(shí)間T2A，柵極電壓被設(shè)置為
8處于低電平，并且晶體管TR11被切換為處于非導(dǎo)通狀態(tài)。然后，由于感生的電動(dòng)勢(shì)，在節(jié)點(diǎn) Nl處的電壓VTR和被施加到放電管13的電壓V0被快速增大。 在時(shí)間T3A，電壓VTR和V0達(dá)到各自的峰值電平。在時(shí)間T4，在電壓VTR和電壓 V0超越各自的峰值電平之后，柵極電壓VG13被設(shè)置為處于高電平，并且晶體管TR13被切換 為處于導(dǎo)通狀態(tài)。在這種情況下，形成從變壓器TS1通過(guò)晶體管TR13到電容器C3的電流 通路。存儲(chǔ)在變壓器TS1中的能量被通過(guò)晶體管TR13而傳遞到電容器C3，這使得電壓VTR 快速降低到接近于電容器C3的電壓的電壓，并且使得電壓VO也快速降低。
替代性地，電容器C3的電壓VC3被根據(jù)諧振頻率f ( / = 1/2WZ1*C31 )而增大或 減小，其中諧振頻率f由初級(jí)繞組Wl的電感LI和電容器C3的電容C31而確定。具體地， 如圖5所示，在從變壓器TS1到電容器C3的方向上流動(dòng)的電流被稱為電流113C，在與電流 113C相反的方向上流動(dòng)的電流被稱為電流113D。電流113C流到電容器C3，使得電容器C3 的電壓VC3被從電源電壓VCC增大且達(dá)到峰值電平。隨后，電流I13D從電容器C3流動(dòng)，使 得存儲(chǔ)在電容器C3中的能量被傳遞到初級(jí)繞組Wl以被減少。當(dāng)電壓VC3變成與電源電壓 VCC相同時(shí)，在時(shí)間T5A，柵極電壓VG13被設(shè)置為處于低電平，并且晶體管TR13被切換為處 于非導(dǎo)通狀態(tài)。在電壓VC3被增大之后，在電壓VC3被降低的時(shí)間時(shí)，晶體管TR13被切換 為處于非導(dǎo)通狀態(tài)。在第二導(dǎo)通時(shí)間P2期間的時(shí)間，電流I13D在與電流113C相反的方向 上流動(dòng)，并且在第二導(dǎo)通時(shí)間P2期間釋放存儲(chǔ)在電容器C3中的能量。電流I13D通過(guò)初級(jí) 繞組W1流回到電容器C4，并且能量被存儲(chǔ)在電容器C4中。由此完成了高電壓脈沖產(chǎn)生電 路1C的一個(gè)周期的脈沖產(chǎn)生操作。 可以根據(jù)諧振頻率f ( / = l/2Wll*C31 )通過(guò)電壓VC3的周期波形而設(shè)置時(shí)間 T5A或第二導(dǎo)通時(shí)間P2為預(yù)定時(shí)間。時(shí)間T5A可以被設(shè)置為當(dāng)用于監(jiān)測(cè)電容器C3的電壓 VC3的器件(未示出)檢測(cè)到在電壓VC3 —度從電源電壓VCC增大之后電壓VC3降低回到 電源電壓VCC時(shí)的時(shí)間，然后可以在時(shí)間T5A關(guān)斷晶體管TR13?；蛘?，時(shí)間T5A也可以被設(shè) 置為當(dāng)用于監(jiān)測(cè)電壓VTR的器件(未示出)檢測(cè)到在電壓VTR—度從電源電壓VCC增大之 后電壓VTR降低回到電源電壓VCC時(shí)的時(shí)間，然后關(guān)斷晶體管TR13。電壓VC3具有根據(jù)諧 振頻率f而與電源電壓VCC相關(guān)的波形，由圖6中的實(shí)線和點(diǎn)線表示的電壓VC3的波形的 電平逐漸降低。根據(jù)第三優(yōu)選實(shí)施例，時(shí)間T5A被設(shè)置為當(dāng)在電壓VC3超越其第一個(gè)峰值 電平之后電壓VC3被降低時(shí)的時(shí)間。 下面將描述根據(jù)本發(fā)明的第三優(yōu)選實(shí)施例的高電壓脈沖產(chǎn)生電路1C的有利效 果。在第二導(dǎo)通時(shí)間P2期間或在時(shí)間T4A和時(shí)間T5A之間的時(shí)間期間，當(dāng)晶體管TR13被 切換為處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，從變壓器TS1釋放的能量一度被存儲(chǔ)在電容器C3中。然后，在存 儲(chǔ)在電容器C3中的能量由于LC諧振而被再次傳遞到初級(jí)繞組Wl時(shí)，晶體管TR13被切換 為處于非導(dǎo)通狀態(tài)，使得存儲(chǔ)在電容器C3中的能量被通過(guò)初級(jí)繞組W1傳遞且被存儲(chǔ)在電 容器C4中。由此可以減少高電壓脈沖產(chǎn)生電路1C的操作中的能量損失。
由于晶體管TR13是諸如金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)之類的雙向開 關(guān)，因此能量可以被存儲(chǔ)在電容器C3中，并且可以被通過(guò)晶體管TR13而從電容器C3釋放。
本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，而是可以被變型為如下面所例示的各種替代性的實(shí)施 例。 如圖7的高電壓脈沖產(chǎn)生電路1B中所示，可以使用電阻器件R1代替開關(guān)SW1。晶體管TR11和TR12均用作開關(guān)器件。晶體管TR11用作第一開關(guān)器件，晶體管TR12用作第 二開關(guān)器件。第一柵極控制電路12A和第二柵極控制電路12B均用作開關(guān)控制電路。電容 器C3用作第二電容器，電容器C4用作第三電容器。 在晶體管TR12處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)的第二導(dǎo)通時(shí)間P2期間，流過(guò)晶體管TR12的電流 112在節(jié)點(diǎn)N3處被劃分為流到電容器C3的電流112A和流到電容器C4的電流112B。根據(jù) 電阻器件R1的電阻而確定電流112的劃分比率，使得隨著電阻器件R1的電阻值設(shè)置得更 大，電流I12A變得大于電流112B。 根據(jù)上述實(shí)施例，非導(dǎo)通時(shí)間P0和第二導(dǎo)通時(shí)間P2的值是預(yù)先適當(dāng)?shù)卮_定的，但 是本發(fā)明不限于這種布置。非導(dǎo)通時(shí)間P0可以具有接近于在電壓VTR和電壓V0在時(shí)間T2 開始升高之后、在電壓VTR和電壓V0在時(shí)間T3達(dá)到各自的峰值電平之前或之后的時(shí)間的 長(zhǎng)度的值，并且可以不包括在電壓VTR和電壓VO達(dá)到峰值電平時(shí)的值?？梢酝ㄟ^(guò)檢測(cè)電壓 VTR和電壓V0的至少一個(gè)在相應(yīng)的峰值電平附近達(dá)到相應(yīng)的預(yù)定值來(lái)確定非導(dǎo)通時(shí)間P0 的值。可以通過(guò)檢測(cè)電壓VTR和電壓V0的至少一個(gè)降低到小于相應(yīng)的預(yù)定值來(lái)確定第二 導(dǎo)通時(shí)間P2的值。 根據(jù)上述實(shí)施例，時(shí)間T5A被設(shè)置為當(dāng)在電容器C3的電壓VC3超越電容器C3的 電壓VC3的波形的第一個(gè)峰值電平之后電容器C3的電壓VC3被降低的時(shí)間。替代性地，時(shí) 間T5A可以被設(shè)置為當(dāng)在電容器C3的電壓VC3超越第二個(gè)或其它的峰值電平之后電容器 C3的電壓VC3被降低時(shí)的時(shí)間。 根據(jù)上述實(shí)施例，電容器C3的電壓VC3被保持在接近于電源電壓VCC。替代性地， 電容器C3可以被保持在電容器C3不存儲(chǔ)任何能量的狀態(tài)。 高電壓脈沖產(chǎn)生電路1至1C的應(yīng)用不限于應(yīng)用到臭氧產(chǎn)生裝置。用于等離子體 的脈沖產(chǎn)生裝置可以被應(yīng)用于任何裝置。
權(quán)利要求
一種高電壓脈沖產(chǎn)生電路(1、1A、1B、1C)，包括直流電源(11)；變壓器(TS1)，所述變壓器(TS1)包括初級(jí)繞組(W1)和次級(jí)繞組(W2)；開關(guān)器件(TR1、TR11、TR12、TR13)，所述開關(guān)器件(TR1、TR11、TR12、TR13)連接在所述直流電源(11)與所述初級(jí)繞組(W1)之間；以及開關(guān)控制電路(12、12A、12B、12C)，所述開關(guān)控制電路(12、12A、12B、12C)控制所述開關(guān)器件(TR1、TR11、TR12、TR13)，其特征在于，所述開關(guān)控制電路(12、12A、12B、12C)控制所述開關(guān)器件(TR1、TR11)在第一導(dǎo)通時(shí)間(P1)期間所述開關(guān)器件(TR1、TR11)被設(shè)置處于導(dǎo)通狀態(tài)之后處于非導(dǎo)通狀態(tài)，并且還控制所述開關(guān)器件(TR1、TR12、TR13)在所述初級(jí)繞組(W1)和所述次級(jí)繞組(W2)的電壓(VTR、VO)之一超越預(yù)定值之后在第二導(dǎo)通時(shí)間(P2)期間處于導(dǎo)通狀態(tài)且隨后處于非導(dǎo)通狀態(tài)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高電壓脈沖產(chǎn)生電路(1、1A、1B、1C)，還包括并聯(lián)連接到所述 初級(jí)繞組(Wl)的第一電容器(Cl)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高電壓脈沖產(chǎn)生電路(1、1A、1B、1C)，其中所述第二導(dǎo)通時(shí)間 (P2)是在其期間釋放存儲(chǔ)在所述初級(jí)繞組(Wl)中的能量的時(shí)段。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高電壓脈沖產(chǎn)生電路(1A、1B、1C)，其中所述開關(guān)器件(TRll、 TR12、TR13)串聯(lián)連接到所述初級(jí)繞組(Wl)，并且所述開關(guān)器件(TR11、TR12、TR13)包括相 互并聯(lián)連接的第一開關(guān)器件(TR11)和第二開關(guān)器件(TR12、TR13)，其中所述開關(guān)控制電路 (12A、12B、12C)控制所述第一開關(guān)器件(TR11)在所述第一導(dǎo)通時(shí)間(Pl)期間處于導(dǎo)通狀 態(tài)，并控制所述第二開關(guān)器件(TR12、TR13)在所述第二導(dǎo)通時(shí)間(P2)期間處于導(dǎo)通狀態(tài)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的高電壓脈沖產(chǎn)生電路(1A、1B、1C)，還包括第二電容器(C3)， 所述第二電容器(C3)在所述第二電容器(C3)的第一端連接到低電平基準(zhǔn)電勢(shì)(VSS)，并在 所述第二電容器(C3)的第二端連接到所述第二開關(guān)器件(TR12、TR13)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的高電壓脈沖產(chǎn)生電路(1A)，還包括連接在所述第二電容器 (C3)的所述第二端與高電平基準(zhǔn)電勢(shì)(VCC)之間的第三開關(guān)器件(SW1)，其中所述第一開 關(guān)器件(TR11)連接在所述初級(jí)繞組(Wl)與所述低電平基準(zhǔn)電勢(shì)(VSS)之間，所述第二開 關(guān)器件(TR12)連接在所述初級(jí)繞組(Wl)與所述第二電容器(C3)的所述第二端之間，所述 開關(guān)控制電路(12A、12B)控制所述第一開關(guān)器件(TR11)在所述第一導(dǎo)通時(shí)間(Pl)期間處 于導(dǎo)通狀態(tài)，控制所述第二開關(guān)器件(TR12)在所述第二導(dǎo)通時(shí)間(P2)期間處于導(dǎo)通狀態(tài)， 以及控制所述第三開關(guān)器件(SW1)在所述第二導(dǎo)通時(shí)間(P2)期間處于非導(dǎo)通狀態(tài)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的高電壓脈沖產(chǎn)生電路(1A)，還包括并聯(lián)連接到所述直流電源 (11)的第三電容器(C4)，其中所述開關(guān)控制電路(12A)控制所述第三開關(guān)器件(SW1)在所 述第一導(dǎo)通時(shí)間(Pl)期間處于導(dǎo)通狀態(tài)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的高電壓脈沖產(chǎn)生電路(1C)，還包括并聯(lián)連接到所述直流電 源(11)的第三電容器(C4)，其中所述第一開關(guān)器件(TR11)連接在所述初級(jí)繞組(Wl)與 所述低電平基準(zhǔn)電勢(shì)(VSS)之間，所述第二開關(guān)器件(TR13)連接在所述初級(jí)繞組(Wl)與 所述第二電容器(C3)的所述第二端之間，所述開關(guān)控制電路(12A)控制所述第一開關(guān)器 件(TR11)在所述第一導(dǎo)通時(shí)間(Pl)期間處于導(dǎo)通狀態(tài)，并控制所述第二開關(guān)器件(TR13)在所述第二導(dǎo)通時(shí)間(P2)期間處于導(dǎo)通狀態(tài)，其中從所述第二導(dǎo)通時(shí)間(P2)的導(dǎo)通狀態(tài) 到非導(dǎo)通狀態(tài)的切換時(shí)序是基于在所述第二導(dǎo)通時(shí)間(P2)期間所存儲(chǔ)的所述第二電容器 (C3)的能量被釋放的時(shí)段而設(shè)置的。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的高電壓脈沖產(chǎn)生電路(1B)，還包括電阻器件(Rl)，所述電 阻器件(Rl)連接在所述第二電容器(C3)的所述第二端與所述高電平基準(zhǔn)電勢(shì)(VCC)之 間；以及第三電容器(C4)，所述第三電容器(C4)并聯(lián)連接到所述直流電源(ll)，其中所述 第一開關(guān)器件(TR11)連接在所述初級(jí)繞組(Wl)與所述低電平基準(zhǔn)電勢(shì)(VSS)之間，所述 第二開關(guān)器件(TR12)連接在所述初級(jí)繞組(Wl)與所述第二電容器(C3)的所述第二端之 間，所述開關(guān)控制電路(12A、12B)控制所述第一開關(guān)器件(TR11)在所述第一導(dǎo)通時(shí)間(Pl) 期間處于導(dǎo)通狀態(tài)，并控制所述第二開關(guān)器件(TR12)在所述第二導(dǎo)通時(shí)間(P2)期間處于 導(dǎo)通狀態(tài)，在所述第二開關(guān)器件(TR12)的導(dǎo)通狀態(tài)中電流經(jīng)由所述電阻器件(Rl)而流入 到所述第三電容器(C4)中。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的高電壓脈沖產(chǎn)生電路(1、1A、1B、1C)，還包括 連接到所述次級(jí)繞組(W2)的放電管(13)。
全文摘要
本發(fā)明涉及脈沖產(chǎn)生電路。本發(fā)明公開了高電壓脈沖產(chǎn)生電路，該高電壓脈沖產(chǎn)生電路包括直流電源、變壓器、開關(guān)器件和開關(guān)控制電路。變壓器包括初級(jí)繞組和次級(jí)繞組。開關(guān)器件連接在直流電源和初級(jí)繞組之間。開關(guān)控制電路控制開關(guān)器件在第一導(dǎo)通時(shí)間期間開關(guān)器件被設(shè)置處于導(dǎo)通狀態(tài)之后處于非導(dǎo)通狀態(tài)，并且還控制開關(guān)器件在初級(jí)繞組和次級(jí)繞組的電壓之一超越預(yù)定值之后在第二導(dǎo)通時(shí)間期間處于導(dǎo)通狀態(tài)且隨后處于非導(dǎo)通狀態(tài)。
文檔編號(hào)H03K3/02GK101741351SQ20091022476
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月18日
發(fā)明者吉田稔彥, 小林貢, 河內(nèi)浩康 申請(qǐng)人:株式會(huì)社豐田自動(dòng)織機(jī)