[实用新型]功率放大器

说明书

技术领域

本实用新型涉及低频率的功率放大技术领域，尤其涉及一种DC～20kHz频段的功率放大器。

背景技术

目前许多领域都需要功率放大器，如无线发射用的射频功率放大器、娱乐用的音频功率放大器等；而在电路仿真领域、电路测试领域等大功率驱动领域, 需要大功率驱动源才能驱动这些大功率负载，如飞机电源输入端测试需要的功率为90kW，风力发电系统仿真需要的功率为1MW，全电动舰船仿真需要的功率为4MW。但目前上述各类应用场景中，信号测试发生器的输出功率都比较小，因此需要借助超强的功率放大器，将测试信号无失真地放大，得到更高的驱动电压和驱动电流，才能实现大功率驱动，以更好地应用于各类场景。具体来说，在大功率电网实时在线仿真、元件和系统测试、电机驱动与测试、强磁场发生器以及各类用电设备的电源输入端测试中，均需要频率范围从直流到一定频率范围(如20kHz)的大功率驱动源。本实用新型可以为上述应用提供合适的大功率驱动源。

图1和图2所示为目前普遍使用的两种推挽功率放大器的拓扑结构。当前的功率放大装置主要是以上两种结构。如图1所示，其采用互补双极晶体管11 和12作为功率输出模块。其缺点是，双极晶体管11和双极晶体管12必须绝对对称，同时要具有相同的耐压特性。双极晶体管11为NPN型晶体管，双极晶体管12作为PNP型晶体管，都很难做到高耐压和大功率输出。

如图2所示，其采用了互补的MOSFET输出，即N沟道MOS管21和P 沟道MOS管22，它们必须绝对对称，完成互补输出。其中，N沟道MOS管 21是可以做到高耐压的，而P沟道MOS管22很难做到高耐压，因此，它们不能匹配出高电压输出的功率放大器。

无论是图1还是图2的功率放大器，都是直接处理输入信号，不需要对输入信号进行特别处理。所以，受限于所使用的NPN型及PNP型晶体管11、12 和P沟道MOS管22的电子特性，无法提供高电压输出，因而也不能实现大功率输出。

另外，现有技术中为配合推挽电路而搭配使用的电平分离模块如图3、图4 所示。图3中的隔直流变压器1和4，以及图4中的隔直流电容1’和3’和4’，直流信号无法通过，所以这类电路不能对频率范围DC～20kHz中的直流DC电信号进行正负电平分离。图3和图4所示电路常见于射频放大器和音频高保真功率放大器等不需要直流放大的应用场景中，在电信号的下限频率很低(例如 5Hz)时，为了获得很好的通过效果，图3中的隔直流变压器1和4以及图4 中的隔直流电容1’和3’和4’体积会非常大。也即，图3和图4的电平分离模块不能够处理直流信号。

实用新型内容

鉴于以上背景技术的缺陷，本实用新型旨在提供能够输出大功率直流信号的功率放大器。

本实用新型提供的功率放大器包括：

第一功率输出模块与第二功率输出模块，二者结构完全相同，且第一功率输出模块与第二功率输出模块各由k个完全相同的场效应管单元并联形成，所述第一功率输出模块与第二功率输出模块各具有模块源极、模块漏极和模块门极；所述每个场效应管单元包括m个N沟道场效应管、驱动电路和基板，每个场效应管单元的m个N沟道场效应管和驱动电路装于所述基板上，每个场效应管单元中的m个N沟道场效应管并联形成每个场效应管单元的公共源极、公共漏极和公共门极；

电平分离模块，其能够将待放大信号分离并输出正向电平和负向电平，所述电平分离模块包括电压跟随器、恒流源和放大器；所述电压跟随器的输出端与所述恒流源的输入端相连，所述恒流源的输出端与所述放大器的输入端相连；

其中第一功率输出模块的模块门极连接前述电平分离模块分离出的正向电平，第二功率输出模块的模块门极连接前述电平分离模块的负向电平。

进一步，所述功率放大器的最大输出功率与所述场效应管单元的个数k以及所述N沟道场效应管的个数m成正相关。

所述第一功率输出模块和所述第二功率输出模块各自所有的场效应管单元中的N沟道场效应管采用频率特性好的耐高压功率开关型场效应管，其能够将频率范围在DC～20kHz的信号以高达700Vpp的电压大功率地输出。

所述功率放大器还包括散热板，第一功率输出模块和第二功率输出模块的所有场效应管单元均装于该散热板上。

所述的功率放大器还包括前置放大模块，其能够放大输入到其中的信号，并将放大后的信号输入到所述电平分离模块。

所述前置放大模块采用集成电路模块与晶体管分立元件构成。

所述前置放大模块能够将不大于10Vpp的电压信号，最大放大至700Vpp，其中Vpp为电压峰值。