[發明專利]一種大功率全固態射頻電源合成電路

有效

• 申請號: 202110341635.8
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN113098412B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 孫敏;蔡東升;黃琦;劉順林;彭毓川;井實;張真源;李堅
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H03F3/20
• 分類號: H03F3/20;H03F3/189
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

本發明公開了一種大功率全固態射頻電源合成電路，首先，通過第一電壓合成單元傳輸線變壓器模塊的電壓變換作用，將前級功率輸出單元輸出信號進行電壓合成；合成后的信號進入濾波單元做濾波處理，提高電壓合成后信號的質量；隨后信號通過阻抗變換單元的升壓變壓器，在輸出電流一定的情況下，盡可能減小前級電路的通過電流；最后第一電壓合成單元與第二合成單元的信號通過電流合成單元做電流合成，提高輸出電流能力。

技術領域

本發明屬于射頻電源技術領域，更為具體地講，涉及一種大功率全固態射頻電源合成電路。

背景技術

全固態射頻電源是繼電子管射頻電源后的新一代射頻電源，相比于電子管射頻電源來說，全固態射頻電源采用晶體管作為開關器件。由于晶體管相對于電子管體積小、器件損耗低、壽命長、容易驅動，因此基于晶體管的全固態射頻電源體積更小、效率更高、壽命更長，全固態射頻電源將具有廣闊的應用前景。

雖然全固態射頻電源在壽命、效率與效率等方面性能優良，但也存在一定問題，采用體積更小的晶體管的全固態射頻電源功率損耗耗散能力相對電子管射頻電源來說更弱，因此全固態射頻電源極限功率輸出能力受到限制。單開關管固態射頻電源輸出功率在幾十瓦到幾百瓦，因此高效的全固態射頻電源功率合成為解決該問題的關鍵技術。

為了解決以上問題，相關人員提出一些功率合成方法。例如：中國發明專利文獻[202010618023.4]介紹了一種覆蓋9kHz～100MHz的大功率合成器及合成方法，這一方法通過適當的變壓器拓撲設計，減小線間耦合電容，增加相同線長下的等效電感量，使得合成電路能同時工作在9kHz～100MHz頻段。

上述方法雖然解決了寬帶寬下功率合成的問題，但是這一方法使用了六個傳輸線變壓器以及兩個隔離電阻，在高頻大電流模式場景下工作，變壓器磁芯與隔離電阻損耗較大，導致系統整體效率降低；而且以上方法僅能實現偶數次功率合成。目前的功率合成方法更多的應用于無線通信技術領域，作為通信發射機功率放大器，單路合成功率較小，對等離子體發生等高功率應用場景無法滿足功率輸出要求。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種大功率全固態射頻電源合成電路，針對多路單管功率放大器輸出實現功率的高效合成，從而提高全固態射頻電源輸出功率能力。

為實現上述發明目的，本發明一種大功率全固態射頻電源合成電路，其特征在于，包括：推挽功率輸出單元、第一級功率合成單元、濾波單元、阻抗變換單元和電流合成單元；

所述推挽功率輸出單元包括第一推挽功率輸出單元和第二推挽功率輸出單元；其中，第一推挽功率輸出單元又包括第一功率輸出單元與第二功率輸出單元；第二推挽功率輸出單元又包括第三功率輸出單元與第四功率輸出單元；

在第一推挽功率輸出單元中，第一功率輸出單元與第二功率輸出單元的輸出與第一電壓合成單元連接，并通過第一電壓合成單元對第一功率輸出單元與第二功率輸出單元輸出電壓進行合成，合成后作為第一推挽功率輸出單元的輸出電壓，輸入至第一濾波單元，其輸出電壓值為第一功率輸出單元與第二功率輸出單元電壓差值的兩倍；

在第二推挽功率輸出單元中，第三功率輸出單元與第四功率輸出單元的輸出與第二電壓合成單元連接，并通過第二電壓合成單元對第三功率輸出單元與第四功率輸出單元輸出電壓進行合成，合成后作為第二推挽功率輸出單元的輸出電壓，輸入至第二濾波單元，其輸出電壓值為第三功率輸出單元與第四功率輸出單元電壓差值的兩倍；

所述第一級功率合成單元包括第一電壓合成單元和第二電壓合成單元；第一電壓合成單元和第二電壓合成單元均由兩個傳輸線變壓器組成，其中，第一電壓合成單元的兩個傳輸線變壓器標號為T1、T2，第二電壓合成單元的兩個傳輸線變壓器標號為T3、T4；