开关功率放大器的一种新型控制方法

摘要

功率放大器是将输入参考信号放大为所需要信号的设备。功率放大器两个基本要求：一是输出信号变化能够与输入信号的变化相一致，即：系统失真小；二是整个功率放大器的损耗低，即：系统效率高。 传统功率放大器工作时，直接对模拟信号进行放大，开关管必须工作在线性放大区。因此传统功率放大器失真小，但损耗较大。 开关功率放大器的工作基于PWM模式：将输入信号与载波信号进行比较，经采样，得到脉冲宽度与输入信号幅度成正比例变化的PWM信号，然后经过驱动电路，驱动功率开关管，通过控制功率开关管的开关，实现放大，将放大的PWM电压送入低通滤波器，还原为放大的输入信号。开关功率放大器的开关管工作于开关状态，理论上效率可达100％，实际运用时效率也可达80％以上。开关功率放大器由于具有很高的效率，在体积、效率和功耗要求较高的场合具有很大的优势。目前，开关功率放大器已成为电力电子领域的研究热点，受到人们越来越多的关注。 开关功率放大器具有效率高的优势，但是由于开关变换器本身固有的非线性，开关功率放大器的失真通常大于传统的线性放大器，这是影响开关功率放大器得以广泛应用的原因。控制方法是开关功率放大器的关键技术方法，其设计直接影响到开关功率放大器输出的失真度。现有的一些开关功率放大器的控制方法，在一定程度上改善了开关功率放大器的输出失真，但是是以增加开关功率放大器损耗为前提。 本文以开关功率放大器为基础，在分析引起开关功率放大器输出失真的原因的基础上，提出了一种开关功率放大器的新型控制方法。这种控制方法通过分离开关功率放大器的功率电路和补偿电路，在一定范围内解决了开关功率放大器效率和失真度不能协调的矛盾，并通过仿真和实验进行验证。主要工作如下： 1.简要介绍开关功率放大器原理及结构，从理论上系统地分析引起开关功率放大器失真的因素，进行仿真分析，探索解决开关功率放大器失真的方法。 2.提出开关功率放大器的一种新型控制方法，并从理论上分析新型控制方法是如何实现效率和失真达到协调的。 3.构造了采用新型控制技术的开关功率放大器的电路结构。 4.对采用新型控制方法的开关功率放大器进行仿真分析和实验研究。