一种数字功率放大器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种数字功率放大器，包括数字控制器、驱动模块、状态采集模块、n个功放模块、m个功放冗余模块、功率合成模块和滤波模块，所述数字控制器用于采集和缓存输入信号，并将输入信号进行脉宽调制产生2n组PWM控制信号，还用于接收所述状态采集模块采集的所述状态信息，并识别所述状态信息中的故障信息后，控制所述功放冗余模块替换发生故障的功放模块运行或者控制所述功放冗余模块和未发生故障的所述功放模块重新分配运行，并向所述功率合成模块发送旁路控制信号。本方案由状态采集模块实时采集各模块的运行状态，利用功率冗余模块替代发送故障的功放模块运行，进行在线故障处理，大幅提高放大器的可靠性和使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种数字功率放大器
本技术涉及电力电子
，尤其涉及一种数字功率放大器。
技术介绍
进入21世纪以来，电力电子技术得到了高速发展，功率放大器在社会生活的众多领域得到了广泛应用。传统的模拟功放和AB类功放效率低、体积大、笨重，而数字功放结构简单、传输效率高、易于集成，在体积、重量、效率和可靠性等方面具有明显优势。由于功率开关器件工艺水平和技术的限制，单模块数字功放的功率等级和开关频率是有限的，很难满足一些中、大功率、低失真度应用场合的需要。为了解决这一问题，目前公知的大功率数字功放多采用功率等级较高的功率管串、并联使用或功率模块级联，以满足大功率的需求。但是由于器件的非理想开关特性，串并联合后等效输入电容增大，实际开关频率进一步降低，致使数字功放失真度恶化，滤波模块体积增大。另外，由于各器件或模块本身的特性不可能完全相同，导致各器件或模块所承受的电压、电流不均衡，导致系统的可靠性变差，并严重影响器件和系统的使用寿命。
技术实现思路
本技术旨在解决上面描述的问题。本技术的一个目的是提供一种解决以上问题中的任何一个的数字功率放大器。具体地，本技术提供能够有效提高输出功率、降低失真度的高可靠性、模块化的数字功率放大器。为实现上述目的，本技术提供了一种数字功率放大器，所述数字功率放大器包括数字控制器、驱动模块、状态采集模块、n个功放模块、m个功放冗余模块、功率合成模块和滤波模块，其中，n为大于0的整数，m为大于或等于0的整数；所述数字控制器用于采集和缓存输入信号，并将输入信号进行脉宽调制产生2n组PWM控制信号，2n组所述PWM控制信号的频率相同、相位依次相差π/n，所述PWM控制信号的占空比与输入信号的幅度成正比；其中，每组所述PWM控制信号包括两个电平互补的PWM信号；所述驱动模块位于所述数字控制器与n个所述功放模块之间，用于放大2n组所述PWM控制信号；所述功放模块用于放大所述驱动模块输出的信号，所述功放冗余模块用于替换发生故障的所述功放模块；所述状态采集模块用于采集所述驱动模块和每个所述功放模块的状态信息，所述状态信息包括正常运行状态信息和故障信息；所述数字控制器还用于接收所述状态采集模块采集的所述状态信息，并识别所述状态信息中的故障信息后，控制所述功放冗余模块替换发生故障的功放模块运行或者控制所述功放冗余模块和未发生故障的所述功放模块重新分配运行，并向所述功率合成模块发送旁路控制信号；所述功率合成模块用于接收所述数字控制器输出的旁路控制信号，以及将所述功放模块输出的功率信号进行合成；所述滤波模块用于对所述功率合成模块输出的功率信号进行滤波处理，生成模拟功率信号。其中，所述数字控制器包括在相同的时钟节拍下并行运行的采样/缓存模块、延时/定时器、故障处理模块、2n个数字PWM调制器和输出信号分配模块；所述采样/缓存模块用于接收输入信号，并将输入信号进行数字量化和缓存，然后输送至所述2n个数字PWM调制器；所述故障处理模块用于接收所述状态采集模块采集的所述状态信息，识别所述状态信息中的故障信息和所述故障信息对应的发生故障的功放模块，统计发生故障的功放模块数量k并发送至所述延时/定时器，向所述输出信号分配模块发送使能控制信号EN，并向所述功率合成模块发送旁路控制信号Ei；所述延时/定时器用于接收启停信号，并向所述2n个数字PWM调制器发出2n路时间间隔依次相差T/(2n)的相位触发信号，T为所述数字PWM调制器的载波周期；还用于接收发生故障的功放模块的数量k，并比较判断k与m的大小，根据判断结果向所述2n个数字PWM调制器发出对应的相位触发信号；所述2n个数字PWM调制器用于完成所述采样/缓存模块输出的信号的PWM调制；还用于在接收所述相位触发信号后，按照所述相位触发信号控制输出的PWM控制信号的载波相位；所述输出信号分配模块用于接收使能控制信号EN后，根据所述使能控制信号EN向驱动模块和该使能控制信号EN对应的功放模块发送PWM控制信号。其中，所述延时/定时器还用于比较判断发生故障的功放模块数量k大于所述功放冗余模块的数量m时，重新计算所述数字PWM调制器的相位触发时间间隔为T/(2×(n+m-k))，并向所述2×(n+m-k)个数字PWM调制器发送重置后的2×(n+m-k)路相位触发信号。其中，每个所述数字PWM调制器均包括一一对应设置的计数器和比较器，其中，所述计数器由所述延时/定时器输出的对应相位触发信号启动，产生周期性数字三角调制载波；所述比较器用于实时将所述计数器的计数值与输入信号的数字量化值进行比较，输出所述PWM控制信号。其中，所述将输入信号进行脉宽调制产生2n组PWM控制信号，包括：将输入信号与2n个频率相同、相位依次相差π/n的数字三角调制载波进行脉宽调制，产生2n组所述PWM控制信号。其中，所述功放模块包括H桥电路，且每个所述H桥电路同一组的两个功率开关器件接收所述驱动模块输出的同一组PWM控制信号。其中，所述功率合成模块为组合型变压器，包括n+m个初级绕组和n+m个次级绕组，每个所述初级绕组分别与所述功放模块或所述功放冗余模块的输出端一一对应连接，各所述次级绕组依次首尾串接。其中，每个所述次级绕组的输出端分别并联一个旁路开关，当有所述功放模块出现故障时，所述数字控制器控制发生故障的所述功放模块对应的所述旁路开关闭合以及与发生故障的所述功放模块数量相同的所述功放冗余模块对应的旁路开关断开。其中，所述滤波模块包括LC无源低通滤波器。本技术的数字功率放大器通过调节参与运行的功放模块的数量和功率合成模块的绕组个数实现输出功率的调节，满足不同功率应用场合的需求；利用数字控制器产生频率相同、相位等差依次错开的PWM控制信号以驱动功放模块运行，大大减少合成波形中的谐波含量，可以大幅削减滤波模块的提及，明显提升失真度；同时，由状态采集模块实时采集各模块的运行状态，利用功率冗余模块替代发送故障的功放模块运行，进行在线故障处理，大幅提高放大器的可靠性和使用寿命。参照附图来阅读对于示例性实施例的以下描述，本技术的其他特性特征和优点将变得清晰。附图说明并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本技术的实施例，并且与描述一起用于解释本技术的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本技术的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。图1示例性地示出了本技术的数字功率放大器的结构示意图；图2示例性地示出了数字控制器的一种结构示意图；图3示例性地示出了数字PWM调制器的一种工作波形图；图4示例性地示出了功放模块的一种电路原理图；图5示例性地示出了功率合成模块的一种结构示意图。具体实施方式为使本技术实施例的目的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数字功率放大器，其特征在于，所述数字功率放大器包括数字控制器(1)、驱动模块(2)、状态采集模块(3)、n个功放模块(4)、m个功放冗余模块(40)、功率合成模块(5)和滤波模块(6)，其中，n为大于0的整数，m为大于或等于0的整数；/n所述数字控制器(1)用于采集和缓存输入信号，并将输入信号进行脉宽调制产生2n组PWM控制信号，2n组所述PWM控制信号的频率相同、相位依次相差π/n，所述PWM控制信号的占空比与输入信号的幅度成正比；其中，每组所述PWM控制信号包括两个电平互补的PWM信号；/n所述驱动模块(2)位于所述数字控制器(1)与n个所述功放模块(4)之间，用于放大2n组所述PWM控制信号；/n所述功放模块(4)用于放大所述驱动模块(2)输出的信号，所述功放冗余模块(40)用于替换发生故障的所述功放模块(4)；/n所述状态采集模块(3)用于采集所述驱动模块(2)和每个所述功放模块(4)的状态信息，所述状态信息包括正常运行状态信息和故障信息；所述数字控制器(1)还用于接收所述状态采集模块(3)采集的所述状态信息，并识别所述状态信息中的故障信息后，控制所述功放冗余模块(40)替换发生故障的功放模块(4)运行或者控制所述功放冗余模块(40)和未发生故障的所述功放模块(4)重新分配运行，并向所述功率合成模块(5)发送旁路控制信号；/n所述功率合成模块(5)用于接收所述数字控制器(1)输出的旁路控制信号，以及将所述功放模块(4)输出的功率信号进行合成；/n所述滤波模块(6)用于对所述功率合成模块(5)输出的功率信号进行滤波处理，生成模拟功率信号。/n...

【技术特征摘要】
1.一种数字功率放大器，其特征在于，所述数字功率放大器包括数字控制器(1)、驱动模块(2)、状态采集模块(3)、n个功放模块(4)、m个功放冗余模块(40)、功率合成模块(5)和滤波模块(6)，其中，n为大于0的整数，m为大于或等于0的整数；
所述数字控制器(1)用于采集和缓存输入信号，并将输入信号进行脉宽调制产生2n组PWM控制信号，2n组所述PWM控制信号的频率相同、相位依次相差π/n，所述PWM控制信号的占空比与输入信号的幅度成正比；其中，每组所述PWM控制信号包括两个电平互补的PWM信号；
所述驱动模块(2)位于所述数字控制器(1)与n个所述功放模块(4)之间，用于放大2n组所述PWM控制信号；
所述功放模块(4)用于放大所述驱动模块(2)输出的信号，所述功放冗余模块(40)用于替换发生故障的所述功放模块(4)；
所述状态采集模块(3)用于采集所述驱动模块(2)和每个所述功放模块(4)的状态信息，所述状态信息包括正常运行状态信息和故障信息；所述数字控制器(1)还用于接收所述状态采集模块(3)采集的所述状态信息，并识别所述状态信息中的故障信息后，控制所述功放冗余模块(40)替换发生故障的功放模块(4)运行或者控制所述功放冗余模块(40)和未发生故障的所述功放模块(4)重新分配运行，并向所述功率合成模块(5)发送旁路控制信号；
所述功率合成模块(5)用于接收所述数字控制器(1)输出的旁路控制信号，以及将所述功放模块(4)输出的功率信号进行合成；
所述滤波模块(6)用于对所述功率合成模块(5)输出的功率信号进行滤波处理，生成模拟功率信号。


2.如权利要求1所述的数字功率放大器，其特征在于，所述数字控制器(1)包括在相同的时钟节拍下并行运行的采样/缓存模块(11)、延时/定时器(12)、故障处理模块(13)、2n个数字PWM调制器(14)和输出信号分配模块(15)；
所述采样/缓存模块(11)用于接收输入信号，并将输入信号进行数字量化和缓存，然后输送至所述2n个数字PWM调制器(14)；
所述故障处理模块(13)用于接收所述状态采集模块(3)采集的所述状态信息，识别所述状态信息中的故障信息和所述故障信息对应的发生故障的功放模块(4)，统计发生故障的功放模块(4)数量k并发送至所述延时/定时器(12)，向所述输出信号分配模块(15)发送使能控制信号EN，并向所述功率合成模块(5)发送旁路控制信号Ei；
所述延时/定时器(12)用于接收启停信号，并向所述2n个数字PWM调制器(14)发出2n路时间间隔依次相差T/(2n)的相位触发信号，T为所述数字PWM调制器(14)的载波周期；还用于接收发生故障的功放模块(...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹志生，唐校兵，吴建波，李友如，彭海军，杜文超，王佳安，
申请(专利权)人：中科长城海洋信息系统有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11