[發明專利]一種數字功率放大器及匹配濾波方法

有效

• 申請號: 201911339782.0
• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號: CN111162741B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 王鑫淦;尹子源;陳煌彪
• 申請（專利權）人: 上海船舶電子設備研究所（中國船舶重工集團公司第七二六研究所）
• 主分類號: H03F3/24
• 分類號: H03F3/24;H03F3/183;H03F3/217;H03F1/32;H03F1/52
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

1.一種數字功率放大器，其特征在于，包括：信號預處理單元、功放單元、控制單元、輸入信號單元以及濾波單元；

所述信號預處理單元一端與輸入信號單元相連；所述信號預處理單元能夠對輸入信號進行脈沖寬度調制以及死區控制；

所述功放單元一端連接信號預處理單元，所述功放單元能夠將信號預處理單元輸出的PWM信號進行功率放大；

所述控制單元連接信號預處理單元和功放單元，所述控制單元能夠實現對功放單元的狀態檢測以及保護控制；

所述濾波單元能夠實現功放單元與負載之間的阻抗匹配，同時濾除功率信號中的高頻噪聲；

還包括一種適用于主動拖曳發射線列陣的數字功率放大器的匹配濾波方法，包括：

步驟一：根據設計指標要求的工作頻帶，結合換能器實測阻抗值和發射響應SvL，由式M1確定G_X的值；

其中，SvL_max為頻帶內的最大發射電壓響應，G為換能器等效電導，G_X為匹配濾波單元等效電導；

步驟二：指定值，按式M2計算值；

其中，為匹配濾波單元相角；

步驟三：由式M3計算B_L2值，由公式M4和式M5求得R、Z_X；

其中，B_L2為電感L₂的電納值，Z_X為L₂、C₂和換能器組成網絡等效復阻抗；

步驟四：由式M6確定Z_LC值；

其中Z_LC為L₁、C₁等效串聯阻抗；

步驟五：由式M7確定L₁、C₁值；

L₁、C₁值的諧振點應在由B_L2和B回路諧振點附近；

L₁、C₁的值需要在各頻率點進行反復計算和修正，直到各點的均滿足要求，并且也滿足式M1所示的帶寬要求為止。

2.根據權利要求1所述的數字功率放大器，其特征在于，所述信號預處理單元包括：濾波控制電路、增益控制電路、環路濾波器、PWM調制器、時序控制電路和通路控制器；

所述濾波控制電路、增益控制電路能夠對輸入的模擬信號進行噪聲濾除和增益控制；

所述濾波控制電路、增益控制電路與環路濾波器連接。

3.根據權利要求2所述的數字功率放大器，其特征在于，所述環路濾波器能夠將功放單元輸出級信號反饋到環路濾波器，與環路濾波器的輸入信號比較；

所述環路濾波器包括：環路濾波器輸出端；

所述環路濾波器輸出端與PWM調制器相連。

4.根據權利要求3所述的數字功率放大器，其特征在于，所述PWM調制器能夠對環路濾波器輸出的波形進行調制，產生PWM信號，送入時序控制電路；

所述時序控制電路與PWM調制器相連，所述時序控制電路能夠在PWM調制器輸出的PWM信號中引入死區時間；

所述通路控制器能夠控制時序控制器與功放單元的通斷。

5.根據權利要求2所述的數字功率放大器，其特征在于，所述功放單元包括：門極驅動電路、H橋電路以及信息采集電路；

所述門極驅動電路與所述時序控制電路相連；

所述H橋電路包括：4個MOSFET；

所述MOSFET的功率大于設定閾值；

所述H橋電路能夠對門極驅動電路的輸出信號進行放大。

6.根據權利要求5所述的數字功率放大器，其特征在于，所述信息采集電路能夠分別取樣H橋電路供電端的電流信息、H橋輸出端的電壓信息以及H橋的工作溫度；

所述信息采集電路能夠將電流信息和溫度信息送入控制單元；

所述信息采集電路能夠將電壓信息送入所述環路濾波器。