基于组合式开关管的功率放大电路、全固态射频电源制造技术

本实用新型专利技术公开一种基于组合式开关管的功率放大电路、全固态射频电源，该功率放大电路中开关管为一个以上的组合式开关模块，组合式开关模块包括至少一个GaN开关管以及至少一个MOS开关管，各GaN开关管与各MOS开关管串联连接，MOS开关管与用于驱动开关管开断的驱动电路连接。本实用新型专利技术具有结构简单紧凑、成本低、能够兼顾电路的输出效率、稳定性以及驱动复杂度等优点。复杂度等优点。复杂度等优点。

【技术实现步骤摘要】
基于组合式开关管的功率放大电路、全固态射频电源


[0001]本技术涉及射频电源
，尤其涉及一种基于组合式开关管的功率放大电路、全固态射频电源。

技术介绍

[0002]射频电源即为能够产生300kHz至30GHz的高频交流电设备。射频电源中关键组成结构即为功率放大电路，射频电源主要分为电子管射频电源和固态射频电源。电子管射频电源体积较大，不利于整机小型化、便携化，同时由于电子管的工作电压高，工作时会产生大量的热损耗，因此整机的效率通常较低，且电子管射频电源的输出功率也会随着使用时间的增加而衰减，因而使用寿命较短。固态射频电源可以解决上述问题，但是传统固态射频电源大部分是使用Si基高频晶体管，而Si材料会受到本身物理特性的限制，如电子迁移率较低、高频特性较差等，因而工作时会存在不稳定、耐辐射性差以及输出功率不高等问题，因而使得限制了其在更高频段的应用。
[0003]氮化镓(GaN)作为第三代宽禁带半导体材料，具有极小的漏电流和更高的耐压能力，以及较高的电子饱和速率，使得导通电阻、导通损耗很低，且GaN的理论极限远远优于Si，在相同的耐压等级，GaN晶体管的通态比电阻也远远小于Si MOSFET器件，即导通阻抗低以及输入、输出电容小，具有宽禁带、高临界击穿场强、高电子饱和漂移速度以及高耐压等级以及低导通电阻等特性，这些特性使得GaN功率器件具有高开关速度、低损耗，非常适合应用于射频电源，可大幅度提高固态射频电源的工作频率、功率密度、效率，以及降低固态射频电源的导通损耗、生产成本。
[0004]但是单体的GaN管通常为耗尽型，即当Vgs＝0V时，GaN器件即会导通，这使得GaN管的驱动控制较为复杂，不利于快速、精准实现晶体管的开关控制。射频电源中直接使用全GaN管结构，即开关管均采用GaN管替代传统的Si MOSFET器件，虽然可以提高固态射频电源的工作频率、功率密度、效率，但是又会带来驱动控制复杂的问题。

技术实现思路

[0005]本技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本技术提供一种结构简单紧凑、成本低、能够兼顾电路的输出效率、稳定性以及驱动复杂度的基于组合式开关管的功率放大电路、全固态射频电源。
[0006]为解决上述技术问题，本技术提出的技术方案为：
[0007]一种基于组合式开关管的功率放大电路，所述功率放大电路中开关管为一个以上的组合式开关模块，所述组合式开关模块包括至少一个GaN开关管以及至少一个MOS开关管，各所述GaN开关管与各所述MOS开关管串联连接，所述MOS开关管与用于驱动开关管开断的驱动电路连接。
[0008]进一步的，所述GaN开关管的源级与所述MOS开关管的漏极连接，所述GaN开关管的栅极与所述MOS开关管的源极连接，所述MOS开关管的栅极与所述驱动电路连接。
[0009]进一步的，所述GaN开关管的两端还并联连接有旁路开关，通过所述旁路开关控制所述GaN开关管的接入。
[0010]进一步的，所述组合式开关模块的输入/或输出端还设置有控制开关，以控制各所述组合式开关模块的接入。
[0011]进一步的，还包括一个以上的TVS管，所述TVS管与所述组合式开关模块并联连接。
[0012]进一步的，所述GaN开关管、所述MOS开关管封装为一体。
[0013]进一步的，所述功率放大电路为E类拓扑结构、半桥式拓扑结构、全桥式拓扑结构。
[0014]一种全固态射频电源，包括用于提供直流电源的直流电源模块、用于控制产生射频信号的控制电路、以及用于将所述控制电路产生的射频信号进行放大的功率放大电路，所述直流电源模块、控制电路、功率放大电路相互连接，所述功率放大电路为如上述基于组合式开关管的功率放大电路。
[0015]进一步的，所述功率放大电路与所述控制电路之间还设置有光耦隔离电路。
[0016]进一步的，所述功率放大电路的输出端还连接有阻抗匹配网络电路，以用于阻抗匹配。
[0017]与现有技术相比，本技术的优点在于：
[0018]1、本技术通过在功率放大电路中结合使用GaN开关管与MOS开关管组合形成的组合式开关模块，由驱动电路直接驱动MOS开关管，使得只需要控制MOS开关管的关断便能控制GaN开关管的关断，可以综合GaN管与MOS管的优势，使得电路不仅具有高开关速度、高电子饱和率、低损耗等优势，还可以降低驱动复杂程度，提高电路的稳定性，同时通过组合GaN开关管以及MOS开关管，由MOS开关管可以实现分压的作用，还可增加GaN开关管的耐压能力。
[0019]2、本技术基于GaN管与MOS管的组合开关管模式，可以提高固态射频电源的工作频率、功率密度、效率，以及降低固态射频电源的导通损耗、驱动复杂度。
附图说明
[0020]图1是本实施例基于组合式开关管的功率放大电路结构示意图。
[0021]图2是本实施例中组合式开关模块的结构以及与驱动电路连接原理示意图。
[0022]图3是本实施例中功率放大电路的另一种结构示意图。
[0023]图4是本实施例中全固态射频电源的结构原理示意图。
[0024]图5是本实施例中光耦驱动电路。
[0025]图例说明：1、组合式开关模块；11、GaN开关；12、MOS开关管；2、驱动电路。
具体实施方式
[0026]以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本技术作进一步描述，但并不因此而限制本技术的保护范围。
[0027]如图1、2所示，本实施例基于组合式开关管的功率放大电路具体为E类拓扑结构，功率放大电路中开关管为一个以上的组合式开关模块1，组合式开关模块1包括至少一个GaN开关管11以及至少一个MOS开关管12，各GaN开关管11与各MOS开关管12串联连接，MOS开关管12与用于驱动开关管开断的驱动电路2连接。
[0028]相比GaN管的驱动控制，MOSFET管的驱动控制要更为较简单。本实施例通过在功率放大电路中结合使用GaN开关管11与MOS开关管12组合形成的组合式开关模块，由驱动电路2直接驱动MOS开关管12，使得只需要控制MOS开关管12的关断便能控制GaN开关管11的关断，可以综合GaN管与MOS管的优势，使得电路不仅具有高开关速度、高电子饱和率、低损耗等优势，还可以降低驱动复杂程度，提高电路的稳定性，同时通过组合GaN开关管11以及MOS开关管12，由MOS开关管12可以实现分压的作用，还可增加GaN开关管11的耐压能力，尤其适用于全固态射频电源中，以提高固态射频电源的工作频率、功率密度、效率，以及降低固态射频电源的导通损耗、驱动复杂度。
[0029]本实施例中，GaN开关管11的源级与MOS开关管12的漏极连接，GaN开关管11的栅极与MOS开关管12的源极连接，MOS开关管12的栅极与驱动电路2连接。由MOS开关管12直接接收驱动电路2发送的驱动控制信号，即可实现GaN开关管11与MOS开关管12的关断本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于组合式开关管的功率放大电路，其特征在于：所述功率放大电路中开关管为一个以上的组合式开关模块(1)，所述组合式开关模块(1)包括至少一个GaN开关管(11)以及至少一个MOS开关管(12)，各所述GaN开关管(11)与各所述MOS开关管(12)串联连接，所述MOS开关管(12)与用于驱动开关管开断的驱动电路(2)连接。2.根据权利要求1所述的基于组合式开关管的功率放大电路，其特征在于：所述GaN开关管(11)的源级与所述MOS开关管(12)的漏极连接，所述GaN开关管(11)的栅极与所述MOS开关管(12)的源极连接，所述MOS开关管(12)的栅极与所述驱动电路(2)连接。3.根据权利要求1所述的基于组合式开关管的功率放大电路，其特征在于：所述GaN开关管(11)的两端还并联连接有旁路开关，通过所述旁路开关控制所述GaN开关管(11)的接入。4.根据权利要求1所述的基于组合式开关管的功率放大电路，其特征在于：所述组合式开关模块(1)的输入/或输出端还设置有控制开关，以控制各所述组合式开关模块(1)的接入。5.根据权利要求1～4中任意一...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭平平，
申请(专利权)人：湖南纳雷科技有限公司，
类型：新型
国别省市：