中心議題：

• PWM放大器的中頻電源研究
• PWM放大器工作原理

解決方案：

• 采用新型功率器件和控製技術

• 基本采用分立元器件

引 言

隨著電力電子技術及器件的發展；特別是功率MOSFET
、IGBT、MCT、IPM以及單片集成脈寬調製功率放大器等新型器件的出現；使電壓型SPWM逆變器得到廣泛的關注、開發和應用。

傳統中頻電源一般包括兩個環節：即前級穩壓；後級中頻逆變；基本采用分立元器件。雖無傳統的旋轉部件；但體積仍然較大；效率較低

；結構複雜；調試麻煩
；不可靠因素較多；直接影響了電源及設備的可靠性。各種新型艦載電子設備對中頻電源的體積重量和性能指標提出了更為嚴格的要求

；而傳統中頻電源已無法滿足
；解決的途徑隻能是尋求更為先進的變頻技術。

正弦脈寬調製SPWM(Sine Pulse Width Modulation) 技術利用功率器件的導通與關斷；把直流電壓變成幅度相等而寬度按正弦規律變化的電壓脈衝序列
；並通過控製脈衝的寬度和和脈衝序列的周期以達到變壓變頻目的。采用SPWM技術的電源主要優點有：效率高、體積小、噪聲小
、失真度小、響應快。

工作原理

早期SPWM中頻電源多采用分立器件構成
；係統中的振蕩器、比較器、死區發生器、驅動等需要十分謹慎的調節
；且可靠性不高；現在這種方案已很少采用

；後來出現了單片集成SPWM控製器；如HEF4752V等；將振蕩器、比較器、運放等集成於單片IC內部；大大簡化了係統設計；係統可靠性也大為提高；隨著高速單片機和低價位DSP控製器的出現；數字化中頻電源開始廣泛使用
；與此同時還出現了可編程數字化SPWM發生器，如SA838等；進一步簡化了係統設計


；提高了係統可靠性。但是所有這些控製方案在構成一個完整的電源係統時都需要至少三路隔離電源；電源體積很難進一步減小。

美國APEX公司結合電力電子技術和功率放大器技術設計生產了脈寬調製功率放大器
；該係列放大器將振蕩器
、PWM發生器
、死區發生器、自舉驅動器
、IGBT和續流二級管、過流/過熱保護等功能部件全部集成一體
；使其成為一個完整的PWM功率放大器
；使用者隻需按要求提供所需的模擬調製信號；經放大器後將輸出基波為調製信號的高頻高壓SPWM信號序列
；再經高頻濾波後就可得到幅度和功率均放大的調製信號。若將放大器和濾波視為一個整體；其功能就等同於傳統線性功率放大器
；但其效率卻高得多。

PWM功率放大器代表型號SA08典型參數

功率輸入電壓16～500VDC；單相全橋輸出
；最大輸出電流20A；最大傳遞功率10KW
；內部振蕩及控製電路實現22. 5kHz的開關頻率；模塊效率高達98%；具有內部過流和過熱保護；同時提供用戶外部限流設置和關斷功能
；MO-127封裝；工作溫度範圍- 55～125℃。

SA08外觀和引腳分布圖見圖1；內部功能圖見圖2 。 [page]
由於將振蕩電路
、控製電路
、驅動電路和功率器件全部集成於模塊內部；SA08的可靠性大為提高；且接口非常簡潔。樣機電源以SA08為核心；由整流電路
、輔助電源、中頻信號發生器

、反饋控製電路和輸入輸出濾波電路等部分構成。原理圖見圖3。

單相220V AC電壓一路經整流橋整流濾波後作為SA08的功率電源；另一路經AC/DC轉換、共模抑製後作為控製電路和SA08輔助電源；信號發生器產生頻率400Hz；幅度可調的正弦信號；信號發生器通過優化電路設計和選用低溫漂元件實現輸出頻率的穩定；控製電路對輸入指令信號進行偏置、放大
、PID及濾波處理、輸出限幅等；最後作為SA08輸入信號控製其功率輸出。過壓保護和過流保護也通過控製電路實現；SA08輸出的高頻高壓SPWM波經LC濾波器後供給負載；反饋電路直接從負載上進行電壓電流取樣
；確保控製的精度。

關鍵技術的解決

窄脈衝含有豐富的頻譜；且其頻譜與其脈衝寬度大體上成反比關係：脈衝越窄；其頻譜越豐富。對於一個幅度達280V、頻率為22. 5KHz的SPWM脈衝序列；它對其周邊電路的幹擾是非常嚴重的。同時
；功率器件的高速開關而產生的巨大電壓變化率du/dT和電流變化率di/dT將通過雜散電容和引線電感對供電電源和控製電路產生難以估計的影響。因此；如何實現係統內部強弱電之間的電磁兼容便成為關鍵技術。

電磁兼容從實施途徑來講主要有接地
、屏蔽和濾波三種方法。在理論分析的基礎上；通過大量實驗；找出了係統中的敏感回路、敏感元件和敏感點

；並針對性的采取濾波

、嚴格接地、合理布局與布線等措施。

首先
；在整體布局上按照強弱電分離的原則；將信號發生器、控製和保護回路等與功率電路分開布局
；其次
；按照信號流和功率流進行局部布局和布線
；使其流暢無交疊
；輸入輸出分離；同時；布線嚴格遵循環路最小原則；第三；將發熱器件貼近機殼布置；對溫漂有嚴格要求的元器件遠離發熱器件
；第四
；電源充分解耦。高頻SPWM波由於含有豐富的高頻諧波成份

；所以功率電路和弱電電路需要嚴格的高頻解耦；第五
；嚴格接地。功率地和弱電地分離布線；嚴格消除大的接地環路；同時保證功率地接地阻抗的連續性。

試驗結果

對一台中頻電源樣機進行係統的試驗
；樣機達到了如下主要性能指標：

考慮到以下的一些因素：注意AP擺放的物理位置

、AP的控製和管理、用戶身份驗證和計費管理

、簡化網絡安全管理、不能讓非專業人員構建無線網絡。

(1) 電網調整率：輸入187 ～ 242VAC , 輸出115V ±3 %

(2) 負載調整率：輸入220VAC ,負載0A～1A , 輸出115V ±3 %

(3) 輸出頻率400Hz ±0. 5 % ,波形失真度≤ 2 %

(4) 具有過流保護
、過壓保護和過熱保護等功能

(5) 體積:160 ×97 ×45 (mm3)

結論

采cai用yong新xin型xing功gong率lv器qi件jian和he控kong製zhi技ji術shu


，實shi現xian了le中zhong頻pin電dian源yuan小xiao型xing化hua和he高gao性xing能neng的de技ji術shu要yao求qiu。樣yang機ji體ti積ji縮suo小xiao為wei同tong等deng電dian氣qi指zhi標biao的de傳chuan統tong中zhong頻pin電dian源yuan的de五wu分fen之zhi一yi，元yuan件jian數shu量liang減jian少shao為wei原yuan來lai的de二er分fen之zhi一yi。該gai新xin型xing中zhong頻pin電dian源yuan體ti積ji小xiao
、重量輕
、噪聲小
、響應快
、失真度小、可靠性高,具有較強的實用價值。