[發明專利]功率放大器及進行功率放大的方法

有效

• 申請號: 201710221559.0
• 申請日: 2017-04-06
• 公開（公告）號: CN107196615B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 黃承偉
• 申請（專利權）人: 黃承偉
• 主分類號: H03F3/21
• 分類號: H03F3/21;H03F3/26
• 代理公司: 北京律和信知識產權代理事務所(普通合伙) 11446
• 代理人: 劉國偉;武玉琴

本發明提供功率放大器及功率放大的方法。該功率放大器包括：電平分離模塊，其能夠分離并輸出正向電平和負向電平；第一及第二功率輸出模塊，每個功率輸出模塊包括k個相互并聯的場效應管單元，并具有模塊源極、模塊漏極和模塊門極；其中第一及第二功率輸出模塊的模塊門極分別相應連接電平分離模塊分離出的正向電平、負向電平；所述的每個場效應管單元包括m個N溝道場效應管、驅動電路、基板，所述的m個N溝道場效應管并聯形成公共源極、公共漏極和公共門極。前述兩個功率模塊在電平分離模塊交互作用下線性放大、推挽輸出，并克服交越失真，實現無失真大功率輸出。

技術領域

本發明涉及低頻率的功率放大技術領域，尤其涉及一種DC～20kHz頻段的功率放大器及進行功率放大的方法。

背景技術

目前許多領域都需要功率放大器，如無線發射用的射頻功率放大器、娛樂用的音頻功率放大器等；而在電路仿真領域、電路測試領域等大功率驅動領域,需要大功率驅動源才能驅動這些大功率負載，如飛機電源輸入端測試需要的功率為90kW，風力發電系統仿真需要的功率為1MW，全電動艦船仿真需要的功率為4MW。但目前上述各類應用場景中，信號測試發生器的輸出功率都比較小，因此需要借助超強的功率放大器，將測試信號無失真地放大，得到更高的驅動電壓和驅動電流，才能實現大功率驅動，以更好地應用于各類場景。具體來說，在大功率電網實時在線仿真、元件和系統測試、電機驅動與測試、強磁場發生器以及各類用電設備的電源輸入端測試中，均需要頻率范圍從直流到一定頻率范圍(如20kHz)的大功率驅動源。本發明可以為上述應用提供合適的大功率驅動源。

圖1和圖2所示為目前普遍使用的兩種推挽功率放大器的拓撲結構。當前的功率放大裝置主要是以上兩種結構。如圖1所示，其采用互補雙極晶體管11和12作為功率輸出模塊。其缺點是，雙極晶體管11和雙極晶體管12必須絕對對稱，同時要具有相同的耐壓特性。雙極晶體管11為NPN型晶體管，雙極晶體管12作為PNP型晶體管，都很難做到高耐壓和大功率輸出。

如圖2所示，其采用了互補的MOSFET輸出，即N溝道MOS管21和P溝道MOS管22，它們必須絕對對稱，完成互補輸出。其中，N溝道MOS管21是可以做到高耐壓的，而P溝道MOS管22很難做到高耐壓，因此，它們不能匹配出高電壓輸出的功率放大器。

無論是圖1還是圖2的功率放大器，都是直接處理輸入信號，不需要對輸入信號進行特別處理。所以，受限于所使用的NPN型及PNP型晶體管11、12和P溝道MOS管22的電子特性，無法提供高電壓輸出，因而也不能實現大功率輸出。

另外，現有技術中為配合推挽電路而搭配使用的電平分離模塊如圖3、圖4所示。圖3中的隔直流變壓器1和4，以及圖4中的隔直流電容1’和3’和4’，直流信號無法通過，所以這類電路不能對頻率范圍DC～20kHz中的直流DC電信號進行正負電平分離。圖3和圖4所示電路常見于射頻放大器和音頻高保真功率放大器等不需要直流放大的應用場景中，在電信號的下限頻率很低(例如5Hz)時，為了獲得很好的通過效果，圖3中的隔直流變壓器1和4以及圖4中的隔直流電容1’和3’和4’體積會非常大。也即，圖3和圖4的電平分離模塊不能夠處理直流信號。

發明內容

鑒于以上背景技術的缺陷，本發明旨在提供能夠輸出大功率直流信號的功率放大器和對功率進行放大的方法。

首先，本發明提供一種功率放大器，包括：

第一功率輸出模塊與第二功率輸出模塊，二者結構完全相同，且第一功率輸出模塊與第二功率輸出模塊各由k個完全相同的場效應管單元并聯形成，所述第一功率輸出模塊與第二功率輸出模塊各具有模塊源極、模塊漏極和模塊門極；所述每個場效應管單元包括m個N溝道場效應管、驅動電路和基板，每個場效應管單元的m個N溝道場效應管和驅動電路裝于所述基板上，每個場效應管單元中的m個N溝道場效應管并聯形成每個場效應管單元的公共源極、公共漏極和公共門極；