准互补电压开关型D类功放同时导通的保护方法及电路

摘要

本发明涉及一种准互补电压开关型D类功放同时导通的保护方法及电路，在所述准互补电压开关型D类功放的场效应管的直流供电端串接一扼流线圈，本发明一方面可以有效的抑制两场效应管同时导通时所带来的瞬间大电流给场效应管与直流电源所带来的损害，另一方面在直流电源与两个场效应管之间串进适当的感抗可以有效的防止来自于两个场效应管2MHz的干扰信号对直流电源的影响。

说明书

技术领域

本发明涉及功率放大电路保护技术领域，特别涉及一种准互补电压开 关型D类功放同时导通的保护方法及电路。

背景技术

由于在对准互补电压开关型D类功率放大器电路进行定量的理论分析 时总是以两个场效应管的开关时间为零作为前提条件的，而实际的准互补 电压型D类功率放大器电路中的场效应管开关时间是不可能瞬时的，其必 然需要一定的时间来完成。由于两个场效应管开关需要一定的时间，这就 存在某一时刻两个场效应管同时导通的可能，而且这种可能性的存在会随 着两场效应管开关频率的增加而增加。

两个场效应管同时导通对场效应管与直流馈电电源的损坏是致命的， 而且两管同时导通的概率随着工作频率的提高而增大这就极大的限制了准 互补电压型D类功率放大器在高频(＞1MHz)高功率方面的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种准互补电压开关型D类功放同 时导通的保护方法及电路，能有效的抑制两场效应管同时导通时所带 来的瞬间大电流给场效应管与直流电源所带来的损害。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种准互补电压开关型D类功放 同时导通的保护方法，在所述准互补电压开关型D类功放的场效应管的直 流供电端串接一扼流线圈。

进一步地，所述的D类功放在2MHz的频率下工作。

进一步地，所述扼流线圈的感抗大于等于1000欧。

进一步地，所述扼流线圈的磁芯采用铁氧体。

进一步地，所述扼流线圈的线匝数为30匝。

本发明另提供一种准互补电压开关型D类功放同时导通的保护电路， 包括该准互补电压开关型D功放的直流电源、一扼流线圈、第一场效应管 以及第二场效应管；所述的扼流线圈的一端与所述的直流电源连接，另一 端与所述第一场效应管的漏极连接；所述第一场效应管的源极与第二场效 应管的漏极连接。

进一步地，所述的D类功放在2MHz的频率下工作。

进一步地，所述扼流线圈的感抗大于等于1000欧。

进一步地，所述扼流线圈的磁芯采用铁氧体。

进一步地，所述扼流线圈的线匝数为30匝。

本发明提供的准互补电压开关型D类功放同时导通的保护方法及电路 不仅可以有效的抑制两场效应管同时导通时所带来的瞬间大电流给场效应 管与直流电源所带来的损害，而且在直流电源与两个场效应管之间串进适 当的感抗可以有效的防止来自于两个场效应管2MHz的干扰信号对直流电 源的影响。本发明不需要对现有的电路进行很大改动，成本低，能有效延 长准互补电压开关型D类功率放大电路的使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例提供的带扼流圈保护的准互补电压开关型D类功率 放大器拓扑结构。

图2是图1电路中Q1导通Q2截止的等效电路图。

图3是图1电路中Q1截止Q2导通的等效电路图。

图4是图1电路中Q1、Q2同时导通的等效电路图。

图5是图1理想状态下A点的电压波形图。

图6是图1理想状态下i1电流波形图。

图7是图1理想状态下i2电流波形图。

图8是图1理想状态下输出电流IL波形图。

图9是图1理想状态下输出电压波型图。

图10是图1两场效应管存在开关时间电路波形图(图中G为场效应管饱 和导通导纳)。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

本发明实施例提供的一种准互补电压开关型D类功放同时导通的保 护方法，在所述准互补电压开关型D类功放的场效应管的直流供电端串接 一扼流线圈。

本实施例中，采用的场效应管的开关时间(5ns)与场效应管的开关周期 (500ns)相差不是很大时，同时考虑到场效应管的封装所引入的输入电容与 输出电容的影响、功率放大器的外围负载网络失谐以及负载Q值的影响等 因素，准互补电压型D类功率放大器中的两个功率放大器在2MHz的开关频 率条件下极有可能在某一时刻存在同时导通的情况(这种情况发生的概率 将会随着开关频率的升高而不断增加)，在这种情况下由于场效应管的导 通电阻很小(0.41欧)，通过两个场效应管的电流巨大，将会导致两个场效 应管的损坏。因此，如图1所示，本发明通过在直流电源与两个场效应管 之间串接一扼流线圈，以克服上述问题。

请继续参照图1，图1为本发明实施例提供的带扼流圈保护的准互补 电压开关型D类功率放大器拓扑结构。由图1可知，本发明的准互补电压 开关型D类功放同时导通的保护电路，包括该准互补电压开关型D功放的 直流电源VCC、第一场效应管Q1以及第二场效应管Q2；此外，其还包括一 扼流线圈RFC；所述的扼流线圈RFC的一端与所述的直流电源VCC连接， 另一端与所述第一场效应管Q1的漏极连接；所述第一场效应管Q1的源极 与第二场效应管Q2的漏极连接。具体的，为了让一般技术人员更好的理解 本发明，下面结合等效电路及相应的波形图分析准互补电压开关型D类功 率放大器在2MHz的工作频率下的工作过程与存在同时导通的情况。

当Q1导通Q2截止时，此时准互补电压型D类功率放大器结构可以等 效为如图2所示的电路，A点电压应为电源电压VCC减去Q1管的饱和压降 VCES(如图5所示)。当Q1截止，Q2导通时，其等效电路图如图3所示， A点的电压应为Q2的饱和压降VCES，由此可见，在激励电压的作用下，A 点的电压应为一矩形电压，所以称之为电压型D类功率放大器。

与此同时，由于输出(L0，C0，RL)回路的选频滤波作用，输出电流IL 为一余弦电流如图8所示，其频率为激励信号的基频2MHz。显而易见，场 效应管漏极电流i1与i2应该是余弦脉冲如图6与图7所示。在等效负载 电阻RL上就可以得到频率为f的余弦波电压如图9所示，完成了放大功能。

同时由于两管高频电流在等效负载电阻RL上的流向相反，偶次谐波相 互抵消，输出的最低谐波是三次，所以，负载上的波形较好。

在2MHz高频情况下，会存在两个场效应功率放大器同时导通的情况如 图4所示。

同时由图10可以看出由于两个场效应管存在导通与截止时间，理论上 来说在D类功率放大器开关的每个周期内都会存在两功率放大器同时导通 的时刻，也就是说随着D类功率放大器工作频率的升高这种导通的可能性 就越高。而且在两个功率放大器同时导通的时刻，流过两个功率放大器的 电流与开关时间无关，只与功率放大器的导通电阻(本实施例功率放大器 导通内阻0.41欧)有关。利用相关公式可以算出：当D类功率放大器工作 在2MHz，输出功率为3000W，且两功率放大器同时导通时，瞬间的电流可 达243A，如此大的电流对功率放大器的损坏是致命的。因此对在如此高频 与高功率工作下的两个场效应管串联扼流圈进行保护是必须的。

值得一提的是，对于所串联的扼流圈电感值的计算，经过多次实验验 证发现在2MHz的频率下只要保证其感抗大于等于1000欧(即扼流圈的电 感量为80微亨)时，对两功率放大器同时导通所产生的243A脉冲电流有 较好的抑制作用，同时也可以较好的抑制来自于两个场效应管2MHz的干扰 信号对直流电源所带来的影响。

为了减小所串联的电感在2MHz的高频下所带来的线匝之间的寄生电 容对整个电路的不良影响。本实施例采用铁氧体作为电感的磁芯，其线圈 匝数为30匝，这样可以减少电感线圈的匝数进而减少寄生电容对电路的影 响又可以保证在2MHz时电感可以产生所需的感抗。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案 而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人 员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离 本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。