低功耗脉冲功率放大器制造技术

本发明专利技术涉及一种电子电路技术领域内的低功耗脉冲功率放大器，采用D类功放结构，包括：隔离电路，对功率放大器的输入信号进行光电隔离；驱动电路，利用驱动芯片和辅助元件，为后级的功率MOSFET提供全桥驱动信号；功率MOSFET，工作在大信号开关状态，组成D类功率放大器的全桥拓扑结构；变压器和匹配单元，升高功率MOSFET的输出电压，并具有阻抗匹配的功能；自检电路，对功放的输出信号进行分压、检波，输出小信号的自检信号；保护电路，为功放提供过压、过流、过温保护。本发明专利技术通过优化驱动电路和功率MOSFET的工作状态、优化设计匹配单元的参数，极大地降低了电路的功耗。

Low Power Pulse Power Amplifier

【技术实现步骤摘要】
低功耗脉冲功率放大器
本专利技术涉及电子电路
，具体的，涉及一种低功耗脉冲功率放大器。
技术介绍
发射机主要任务是完成有用的低频信号对高频载波的调制，将其变为在某一中心频率上具有一定带宽、适合通过天线发射的电磁波。广泛应用于电视，广播，雷达等各种民用、军用设备。主要可分为调频发射机，调幅发射机，光发射机等多种类型。发射机的作用是将输入的小功率电信号进行及时、低失真地转换成大功率电信号发射出去。发射机是电子系统的重要组成部分，在大功率应用场合下，发射机同时也是电子系统中体积最大、耗电量最大的单元。随着目前电子技术及信号处理技术的发展，硬件实现出效率更高、损耗更小、发射灵活度更高的高性能发射机变得越来越重要。功率放大器是发射机的重要组成部分，同时也是整个发射机中最耗能的模块。功率放大器是一种以输出较大功率为目的的放大电路，它一般直接驱动负载，带载能力要强。功率放大器通常工作在大信号状态下，因而存在电压放大器(小信号放大器)中没有出现过的输出功率要尽可能大、效率要高、功率管散热等特殊问题。在大功率应用场合下，考虑到功率管散热需求，功率放大器一般设计为脉冲工作方式，同时对功率放大器的功耗和效率提出了更高要求。经对现有技术的检索，中国专利技术专利CN201210349841.4，专利技术名称为一种功率放大器，该功率放大器包括第一级单元以及第二级单元；第一级单元接收锁相环传来的高频脉冲信号并对其进行方波整形，以使脉冲信号的电平达到预设的阈值，其包括依次串接的第一反相器和第二反相器；第二级单元与第一级单元相耦接，接收经过方波整形的脉冲信号，其包括依次串接的第一增益放大模块和至少一个第二增益放大模块，该第二增益放大模块包括增益放大子模块和增益控制子模块；增益控制子模块接收系统输入的通断控制信号，切换相应的增益放大子模块的工作状态，以使第二级单元输出不同增益的放大信号。该专利技术的功率放大器实时调整功率放大器的增益，提升了功率放大器效率。但该专利技术无法通过优化驱动电路和功率MOSFET的工作状态、优化设计匹配单元的参数，降低电路的功耗。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的是提供一种低功耗脉冲功率放大器。本专利技术通过驱动电路中上管驱动采用外部自举电容上电，使得驱动电源数目较其他IC驱动大大减小；隔离电路采用高速逻辑门光耦合器，减小了光耦开关的延迟时间，同时可以应用在高频率场合；通过优化驱动电路和功率MOSFET的工作状态、优化设计匹配单元的参数，极大地降低了电路的功耗。本专利技术涉及一种低功耗脉冲功率放大器，采用D类功放结构，包括隔离电路、驱动电路、功率MOSFET、变压器和匹配单元、自检电路、保护电路；隔离电路，对功率放大器的输入信号进行光电隔离；驱动电路，利用驱动芯片和辅助元件，为后级的功率MOSFET提供全桥驱动信号；功率MOSFET，工作在大信号开关状态，组成D类功率放大器的全桥拓扑结构；变压器和匹配单元，升高功率MOSFET的输出电压，并具有阻抗匹配的功能；自检电路，对功放的输出信号进行分压、检波，输出小信号的自检信号；保护电路，为功放提供过压、过流、过温保护。优选的，所述隔离电路完成电-光-电的转换，使得电信号传输具有单向性。优选的，所述隔离电路采用高速逻辑门光耦合器，使得电信号的脉冲边沿变形小，波形陡峭。优选的，所述驱动电路以IR2110作为核心驱动芯片，具有独立的低端和高端输入通道。优选的，所述驱动电路中的上管驱动采用外部自举电容上电。优选的，所述匹配单元采用L型匹配网络形式，所述L型匹配网络包括串联电感与并联电容。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、驱动电路中上管驱动采用外部自举电容上电，使得驱动电源数目较其他IC驱动大大减小。2、隔离电路采用高速逻辑门光耦合器，减小了光耦开关的延迟时间，同时可以应用在高频率场合。3、通过优化驱动电路和功率MOSFET的工作状态、优化设计匹配单元的参数，极大地降低了电路的功耗。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1是示出本专利技术具体实施例中低功耗脉冲功率放大器的工作原理示意图；图2是示出本专利技术具体实施例中功率放大器的驱动电路和功率MOSFET电路工作原理示意图；图3是示出本专利技术具体实施例中功率放大器的匹配电路结构示意图。附图标记说明Hin_1：驱动电路中的第一组高端输入信号，Lin_1：驱动电路中的第一组低端输入信号，Hin_a：驱动电路中的第一组高端输出信号，Lin_a：驱动电路中的第一组低端输出信号，Hin_2：驱动电路中的第二组高端输入信号，Lin_2：驱动电路中的第二组低端输入信号，Hin_b：驱动电路中的第二组高端输出信号，Lin_b：驱动电路中的第二组低端输出信号，/SD：驱动电路中驱动芯片IR2110的选通控制信号，Vpower、GND：全桥电路的高压供电电压及其参考地，T1：变压器，L1：匹配单元中的串联电感，C1：匹配单元中的并联电容，ZL：负载阻抗，RL：负载阻抗中的电阻部分，CL：负载阻抗中的容性部分。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。实施例下面将结合附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行详细的描述，附图标记说明见“附图说明”部分。图1为本专利技术在一个具体实施例中的低功耗脉冲功率放大器的工作原理示意图。如图1所示的，所述低功耗脉冲功率放大器包括隔离电路、驱动电路、功率MOSFET、变压器和匹配单元、自检电路、保护电路。隔离电路，对功率放大器的输入信号进行光电隔离，完成电-光-电的转换，使得电信号传输具有单向性特点，提高电绝缘能力和抗干扰能力。驱动电路，利用驱动芯片和辅助元件，为后级的功率MOSFET提供全桥驱动信号。功率MOSFET，构成全桥结构的四个桥臂，工作在开关状态，在驱动信号作用下依序导通。变压器和匹配单元，升高功率MOSFET的输出电压，并具有阻抗匹配的功能。自检电路，对功放的输出信号进行分压、检波，输出小信号的自检信号，以方便监测功放输出状态是否正常。保护电路，为功放提供过压、过流、过温保护，防止异常情况对功放的损害。进一步地，前述隔离电路采用高速逻辑门光耦合器，以减小光耦开关的延迟时间，使得电信号的脉冲边沿变形小，波形陡峭，可以应用在高频率场合。进一步地，前述驱动电路以IR2110作为核心驱动芯片，体积小、速度快，具有独立的低端和高端输入通道，上管驱动采用外部自举电容上电，使得驱动电源数目较其他IC驱动大大减小。进一步地，前述匹配单元采用L型匹配网络形式，该L型匹配网络包含一个串联电感L1、一个并联电容C1。图2为本专利技术具体实施例中功率放大器的驱动电路和功率MOSFET电路工作原理示意图。如图2所示，在驱动芯片IR2110的选通控制信号/SD的控制下，驱动电路由两组高低端输入信号(Hin_1、Lin_1、Hin_2、Lin_2)经过两个IR2110驱动芯片后输出两组高低端驱动信号(Hin_a、Lin_a、Hin_b、Lin_b)。这四个高低端本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低功耗脉冲功率放大器，其特征在于，所述低功耗脉冲功率放大器采用D类功放结构，包括隔离电路、驱动电路、功率MOSFET、变压器和匹配单元、自检电路、保护电路；隔离电路，对功率放大器的输入信号进行光电隔离；驱动电路，利用驱动芯片和辅助元件，为后级的功率MOSFET提供全桥驱动信号；功率MOSFET，工作在大信号开关状态，组成D类功率放大器的全桥拓扑结构；变压器和匹配单元，升高功率MOSFET的输出电压，并具有阻抗匹配的功能；自检电路，对功放的输出信号进行分压、检波，输出小信号的自检信号；保护电路，为功放提供过压、过流、过温保护。

【技术特征摘要】
1.一种低功耗脉冲功率放大器，其特征在于，所述低功耗脉冲功率放大器采用D类功放结构，包括隔离电路、驱动电路、功率MOSFET、变压器和匹配单元、自检电路、保护电路；隔离电路，对功率放大器的输入信号进行光电隔离；驱动电路，利用驱动芯片和辅助元件，为后级的功率MOSFET提供全桥驱动信号；功率MOSFET，工作在大信号开关状态，组成D类功率放大器的全桥拓扑结构；变压器和匹配单元，升高功率MOSFET的输出电压，并具有阻抗匹配的功能；自检电路，对功放的输出信号进行分压、检波，输出小信号的自检信号；保护电路，为功放提供过压、过流、过温保护。2.根据权利要求1所述的低功耗脉冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋红艳，文明，
申请(专利权)人：上海船舶电子设备研究所中国船舶重工集团公司第七二六研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31