專利名稱：功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種功率放大部件，特別是適用于驅(qū)動(dòng)換能器的寬帶信號(hào)功率放大器。
背景技術(shù)：
目前，功率放大器應(yīng)用較多的是低頻信號(hào)放大器以及固定頻率的高頻放大器，多為線性模式，能耗大，主要適用于音頻信號(hào)功率放大。但在某些特殊場(chǎng)合，比如驅(qū)動(dòng)換能器，需要放大的信號(hào)是寬帶信號(hào)，而且負(fù)載的阻抗是有特殊要求的，那么，普通的功率放大器在帶寬，負(fù)載阻抗匹配方面都不能滿足特定負(fù)載的要求。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，而提供一種功率放大器，它是一種輸入頻率為1K 5K寬帶正弦波電壓信號(hào)，輸出功率為1KW，適合負(fù)載匹配，采用開(kāi)關(guān)模式，能耗低的功率放大器。 本實(shí)用新型的目的是通過(guò)如下技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)的功率放大器，它包括將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為調(diào)制后的P麗信號(hào)(脈沖寬度調(diào)制信號(hào))的控制電路，將來(lái)自控制電路的2路P麗信號(hào)變換為4路獨(dú)立的P麗信號(hào)的驅(qū)動(dòng)電路，以及將主電源變換為高頻方波的主電路，所述控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、主電路分別與控制電源、驅(qū)動(dòng)電源和主電源相連，控制電路的輸入端與控制信號(hào)相連，控制電路的輸出端與驅(qū)動(dòng)電路的輸入端相連，驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與主電路的輸入端相連。 在上述技術(shù)方案中，本功率放大器還包含用于檢測(cè)母線電流信號(hào)和電壓信號(hào)的保護(hù)電路。 在上述技術(shù)方案中，所述控制電路包含UC3637芯片電路，有源帶通濾波器，限幅電路，死區(qū)電路，邏輯封鎖電路和P麗整形電路；所述UC3637芯片電路包含比例放大器、雙極性脈寬調(diào)制器和三角波發(fā)生器；所述有源帶通濾波器經(jīng)限幅電路后與UC3637芯片電路的輸入端相連，UC3637芯片電路的輸出端與死區(qū)電路的輸入端相連，死區(qū)電路的輸出端與邏輯封鎖電路的輸入端相連，邏輯封鎖電路的輸出端與P麗整形電路的輸入端相連，P麗整形電路的輸出端與驅(qū)動(dòng)電路相連。 在上述技術(shù)方案中，所述驅(qū)動(dòng)電路包含光耦隔離電路，二級(jí)死區(qū)電路，邏輯電源，2個(gè)IR2110電路及其自舉電源；所述光耦隔離電路的輸入端與控制電路相連，光耦隔離電路的輸出端與二級(jí)死區(qū)電路相連，邏輯電源的輸入端與驅(qū)動(dòng)電源相連，邏輯電源的輸出端與二級(jí)死區(qū)電路相連，二級(jí)死區(qū)電路的輸出端分別與2個(gè)IS2110電路相連，2個(gè)IS2110電路由其自舉電源供電，2個(gè)IS2110電路的輸出端與主電路相連。 在上述技術(shù)方案中，所述主電路由四只MOSFET (金屬-氧化層-半導(dǎo)體-場(chǎng)效晶體管)構(gòu)成全橋電路，各個(gè)MOSFET都并聯(lián)有二極管，主電路輸出端LOAD外接負(fù)載。[0009] 本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)[0010] (1)配合合適的變壓器和電感等匹配濾波網(wǎng)絡(luò)后，可為特定負(fù)載提供與信號(hào)電壓
波形相同、電壓幅值滿足使用要求的電壓。按特定負(fù)載的特殊使用要求設(shè)計(jì)，當(dāng)輸入信號(hào)為
1000Hz 5000Hz的正弦電壓信號(hào)時(shí)，其輸出電壓波形為與輸入電壓信號(hào)頻率相同的正弦脈寬調(diào)制波。 (2)具有保護(hù)電路，檢測(cè)母線電流，電壓，確保電路安全。[0012] (3)功耗小，體積小，適應(yīng)性強(qiáng)，便于嵌入式安裝。

圖1為本實(shí)用新型功率放大器的整體電路原理圖。 圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例中控制電路原理圖。 圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例控制電路中UC3637芯片電路連接圖。 圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例中驅(qū)動(dòng)電路原理圖。 圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例中主電路連接圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。 如圖1所示，一種功率放大器，它包括將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為調(diào)制后的P麗信號(hào)的控制電路，將來(lái)自控制電路的2路P麗信號(hào)變換為4路獨(dú)立的P麗信號(hào)的驅(qū)動(dòng)電路，以及將主電源變換為高頻方波的主電路，所述控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、主電路分別與控制電源、驅(qū)動(dòng)電源和主電源相連，控制電路的輸入端與控制信號(hào)相連，控制電路的輸出端與驅(qū)動(dòng)電路的輸入端相連，驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與主電路的輸入端相連。 使用時(shí)，DC200V主電源經(jīng)主電路變換為高頻方波，經(jīng)匹配濾波網(wǎng)絡(luò)后變?yōu)闈M足需要的信號(hào)電壓，提供給負(fù)載。 如圖2所示，所述控制電路采用以UC3637芯片電路為核心的雙極性調(diào)制電路，UC3637芯片是UNITRODE公司生產(chǎn)的應(yīng)用于直流電動(dòng)機(jī)控制的雙P麗控制器，帶有雙路P麗信號(hào)圖騰柱輸出，具有良好的控制性能。采用UC3637芯片可以構(gòu)成性能優(yōu)良的雙沿、雙極性、同步調(diào)制的正弦脈寬調(diào)制器(SP麗)，根據(jù)UC3637芯片的供電要求，確定控制電源采用士15V輔助電源。UC3637芯片電路包括比例放大器、40kHZ的三角波發(fā)生器，雙極性脈寬調(diào)制器。比例放大器輸出的信號(hào)與40kHz的三角波信號(hào)同時(shí)送給雙極性脈寬調(diào)制器，調(diào)制后得到2路互補(bǔ)的雙極性調(diào)制信號(hào)。 所述控制電路中包含UC3637芯片電路，有源帶通濾波器，限幅電路，死區(qū)電路，邏輯封鎖電路和P麗整形電路；控制信號(hào)經(jīng)過(guò)有源帶通濾波器和限幅電路后進(jìn)入U(xiǎn)C3637芯片電路，UC3637芯片電路的輸出端與死區(qū)電路的輸入端相連，死區(qū)電路的輸出端與邏輯封鎖電路的輸入端相連，邏輯封鎖電路的輸出端與P麗整形電路的輸入端相連，P麗整形電路的輸出端輸出2路P麗信號(hào)。 其中UC3637芯片電路的連接方式如圖3所示，UC3637芯片電路的輸入端口 Vg接經(jīng)有源帶通濾波器后的輸入信號(hào)，輸出端口 Vp接限幅電路，電源端口 VDD和Vss分別接正負(fù)電源，雙極性脈寬調(diào)制器產(chǎn)生的信號(hào)從端口 VAout和端口 VBout輸出。[0024] 在信號(hào)輸入端增加有源帶通濾波器低端截止頻率設(shè)定在800Hz，高端截止頻率設(shè)定在7000Hz。目的是防止因信號(hào)源本身的原因或者傳輸線的干擾，進(jìn)入的信號(hào)頻率超出此頻率范圍。因?yàn)楫?dāng)信號(hào)頻率低于600Hz時(shí)，容易導(dǎo)致鐵芯飽和。當(dāng)信號(hào)頻率高于控制器設(shè)定的載波頻率時(shí)，將導(dǎo)致功率MOSFET的頻繁開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)損耗增加，發(fā)熱嚴(yán)重，影響電路的正常工作。 限幅電路的作用是限制有源帶通濾波器的輸出電壓，配合比例放大器合適的比例系數(shù)，確?？刂齐娐返妮敵霾ㄐ伪３蛛p極性模式。 死區(qū)電路的作用是避免橋臂直通。P麗整形電路的作用是電壓變換、阻抗匹配。[0027] 如圖4所示，所述驅(qū)動(dòng)電路以IR2110芯片為核心，驅(qū)動(dòng)電路包含光耦隔離電路，二級(jí)死區(qū)電路，邏輯電源，2個(gè)IR2110電路及其自舉電源；驅(qū)動(dòng)電路輸入端接收的2路P麗信號(hào)經(jīng)光耦隔離電路后輸入到二級(jí)死區(qū)電路，邏輯電源的輸入端與驅(qū)動(dòng)電源相連，邏輯電源的輸出端與二級(jí)死區(qū)電路相連，二級(jí)死區(qū)電路的輸出端分別與2個(gè)IS2110電路相連，2個(gè)IS2110電路由其自舉電源供電，2個(gè)IS2110電路的輸出端輸出4路P麗信號(hào)。[0028] 經(jīng)大量資料查詢，確定選用以IR2110芯片為核心的驅(qū)動(dòng)電路，IR2110芯片是美國(guó)IR公司推出、適用于功率MOSFET、IGBT驅(qū)動(dòng)的自舉式集成電路。選用該芯片后能大大減少驅(qū)動(dòng)電源的數(shù)量，采用IR2110驅(qū)動(dòng)時(shí)，只需一路驅(qū)動(dòng)電源即可。根據(jù)IR2110的供電要求，確定驅(qū)動(dòng)電源采用+20V輔助電源。 考慮從控制電路輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)邏輯變換、比較器整形、光耦隔離傳輸、驅(qū)動(dòng)芯片等多級(jí)電路后才到達(dá)功率管的柵極，由于傳輸延遲的影響，會(huì)損耗掉部分死區(qū)，影響電路的穩(wěn)定工作。為有效解決這一問(wèn)題，設(shè)計(jì)中采取了設(shè)置二級(jí)死區(qū)電路的措施在驅(qū)動(dòng)電路中增加一組死區(qū)電路，這組二級(jí)死區(qū)電路與控制電路中的死區(qū)電路并聯(lián)工作，可靠避免橋臂直通。 邏輯電源的作用是將20V的驅(qū)動(dòng)電源變換成適合死區(qū)電路使用的15V電源。自舉電源的作用是提供驅(qū)動(dòng)(關(guān)斷)上管所需要的電源。 如圖5所示，所述主電路由四只M0SFET構(gòu)成全橋電路，各個(gè)M0SFET都并聯(lián)有二極管，輸出端LOAD外接負(fù)載。 本實(shí)用新型功率放大器加上變壓器和電感等匹配濾波網(wǎng)絡(luò)后，實(shí)際上構(gòu)成一個(gè)單相逆變器，綜合考慮產(chǎn)品特點(diǎn)和系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性等，電路結(jié)構(gòu)選用全橋(H橋)結(jié)構(gòu)。全橋結(jié)構(gòu)雖然功率開(kāi)關(guān)數(shù)量增加了 1倍，但電路結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。M0SFETV1、 M0SFETV2、 M0SFETV3、M0SFETV4構(gòu)成H橋，將來(lái)自母線的直流電壓逆變?yōu)镻麗電壓，其輸出波形由G1， G2， G3， G4決定。 在本實(shí)施例中，所述功率放大器還包含用于檢測(cè)母線電流信號(hào)和電壓信號(hào)，當(dāng)其
超過(guò)規(guī)定值時(shí)封鎖控制電路輸出波形的保護(hù)電路。 綜上所述，本實(shí)用新型功率放大器的各項(xiàng)技術(shù)性能如下 a)輸入信號(hào)± 10Vp-p、 1000Hz 5000Hz寬帶隨機(jī)信號(hào) b)輸入阻抗〉100k c)輸出電壓均方根值(帶變壓器輸出)<^ 600V[0038] d)保護(hù)具備過(guò)壓、過(guò)流、短路保護(hù)功能[0039] e)輸出最大有效功率1000W[0040] f)主回路供電電源DC200V[0041] 控制及驅(qū)動(dòng)回路電源± 15V及一路獨(dú)立的20V電源[0042] g)輸出自噪聲低于額定輸出電壓30dB。
權(quán)利要求功率放大器，其特征在于它包括將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為調(diào)制后的PWM信號(hào)的控制電路，將來(lái)自控制電路的2路PWM信號(hào)變換為4路獨(dú)立的PWM信號(hào)的驅(qū)動(dòng)電路，以及將主電源變換為高頻方波的主電路，所述控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、主電路分別與控制電源、驅(qū)動(dòng)電源和主電源相連，控制電路的輸入端與控制信號(hào)相連，控制電路的輸出端與驅(qū)動(dòng)電路的輸入端相連，驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與主電路的輸入端相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器，其特征是該功率放大器還包含用于檢測(cè)母線 電流信號(hào)和電壓信號(hào)的保護(hù)電路。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器，其特征是所述控制電路包含UC3637芯片電 路，有源帶通濾波器，限幅電路，死區(qū)電路，邏輯封鎖電路和P麗整形電路；所述UC3637芯片 電路包含比例放大器、雙極性脈寬調(diào)制器和三角波發(fā)生器；所述有源帶通濾波器經(jīng)限幅電 路后與UC3637芯片電路的輸入端相連，UC3637芯片電路的輸出端與死區(qū)電路的輸入端相 連，死區(qū)電路的輸出端與邏輯封鎖電路的輸入端相連，邏輯封鎖電路的輸出端與P麗整形 電路的輸入端相連，P麗整形電路的輸出端與驅(qū)動(dòng)電路相連。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的功率放大器，其特征是所述驅(qū)動(dòng)電路包含光耦隔離電路，二 級(jí)死區(qū)電路，邏輯電源，2個(gè)IR2110電路及其自舉電源；所述光耦隔離電路的輸入端與控制 電路相連，光耦隔離電路的輸出端與二級(jí)死區(qū)電路相連，邏輯電源的輸入端與驅(qū)動(dòng)電源相 連，邏輯電源的輸出端與二級(jí)死區(qū)電路相連，二級(jí)死區(qū)電路的輸出端分別與2個(gè)IS2110電 路相連，2個(gè)IS2110電路由其自舉電源供電，2個(gè)IS2110電路的輸出端與主電路相連。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的功率放大器，其特征是所述主電路由四只金屬-氧化層-半 導(dǎo)體_場(chǎng)效晶體管構(gòu)成全橋電路，各個(gè)金屬_氧化層_半導(dǎo)體_場(chǎng)效晶體管都并聯(lián)有二極 管，主電路輸出端LOAD外接負(fù)載。
專利摘要一種功率放大器，它包括將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為調(diào)制后的PWM信號(hào)的控制電路，將來(lái)自控制電路的2路PWM信號(hào)變換為4路獨(dú)立的PWM信號(hào)的驅(qū)動(dòng)電路，以及將主電源變換為高頻方波的主電路。該實(shí)用新型功率放大器是一種適用于驅(qū)動(dòng)換能器的寬帶信號(hào)功率放大器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，適合負(fù)載匹配，采用開(kāi)關(guān)模式，能耗低。
文檔編號(hào)H03F3/21GK201499137SQ20092022801
公開(kāi)日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月9日
發(fā)明者王映波, 袁尚志 申請(qǐng)人:武漢新瑞科電氣技術(shù)有限公司