[发明专利]一种基于IGBT的线性功率放大器

说明书

本发明涉及放大器技术，具体涉及一种基于IGBT的线性功率放大器，包括：大功率低压差P‑IGBT，与大功率低压差P‑IGBT特性参数对称的异型大功率低压差N‑IGBT，大功率低压差N‑IGBT作为上管，大功率低压差P‑IGBT作为下管，上管大功率低压差N‑IGBT和下管大功率低压差P‑IGBT的栅极和发射极相互连接，构成双电源互补对称功率放大电路；输入信号从放大电路的栅极输入，发射极输出。该放大器构造的大功率低压差P‑IGBT与大功率低压差N‑IGBT等效晶体管，切断了PNP、NPN型三极管与IGBT的直接联系回路，内部标准IGBT的集电极‑发射极电压的最小值降低，有效恢复了等效IGBT晶体管的线性区，提高了线性功率放大的动态范围。IGBT作为大功率器件用于线性功率放大器中将简化电路结构，实现更高功率密度的输出。

技术领域

本发明属于放大器技术领域，尤其涉及一种基于IGBT的线性功率放大器。

背景技术

线性功率放大技术在传统的功率变换领域占据着重要的地位，近年来因其效率低、体积大等缺点已逐渐被开关型功率放大器所取代。PWM开关变换器电路结构简单，效率高，但是其输出实质上是离散的脉冲矩形波，须加入额外的滤波环节滤除含量丰富的谐波，此外其控制策略及优化算法较为复杂，且半导体开关器件的高频开关过程还会带来电磁辐射。线性功率放大器直接对微弱功率的控制信号进行功率放大，输出波形具有很高的保真度，理论上无谐波，故在对电磁干扰敏感、追求宽带宽等场合下线性功率放大器仍然无可替代。

为满足电压波形高正弦度、多类负载适应性、抗突变负载扰动能力兼顾的需求，跟随器型线性电路成为首选对象。线性功率放大器具有高工作带宽和输出电压线性度高的优点，可以很好地实现对输入信号的功率放大。传统的线性功率放大器采用多级三极管或场效应管电路构成，受电路结构和器件参数所限，输出电压及输出电流较小，无法达到高电压、大电流输出的目的。IGBT作为线性功率管的功率放大器虽然可以解决三极管并联输出带来的系列问题，但是需要构造大功率低压差P-IGBT与特性参数对称的大功率低压差N-IGBT构成互补对管实现推挽式功率输出。

在现有技术中，一般利用前管PNP型三极管与后管标准IGBT构成大功率P-IGBT，前管与后管皆工作在同一状态。三极管的集电极接至IGBT管的栅极，三极管的发射极与IGBT的集电极接在一起作为P-IGBT的发射极，IGBT的发射极作为P-IGBT管的漏极，三极管的基极作为P-IGBT管的栅极。在此种复合方式下，前级三极管确定电流的方向从而控制加在后级IGBT栅极电压的大小，当栅极-发射极电压U_GE略大于开启电压U_GE(th)时，IGBT处于线性工作区域而线性导通。使用该P-IGBT构成的B类单电源功率放大器，当输入电压v_i的幅值逼近直流供电电压V_cc时，由于IGBT线性导通时栅极-发射极电压U_GE的限制使其无法工作于临界饱和点，输出电压v_o的幅值与直流电压会存在7-8V较大压差，而无法准确跟踪输入电压信号，从而使得输出电压的动态范围减小，直流电压的利用率下降。

发明内容

本发明的目的是提供一种能以简单电路结构实现宽动态范围及大功率输出的放大器。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于IGBT的线性功率放大器，包括：大功率低压差P-IGBT，与大功率低压差P-IGBT特性参数对称的异型大功率低压差N-IGBT，大功率低压差N-IGBT作为上管，大功率低压差P-IGBT作为下管，上管大功率低压差N-IGBT和下管大功率低压差P-IGBT的栅极和发射极相互连接，构成双电源互补对称功率放大电路；输入信号从放大电路的栅极输入，发射极输出。