[发明专利]基于高效率大容量线性功率放大器的线性变频电源

说明书

本发明涉及变频电源技术，具体涉及基于新型高效率大容量线性功率放大器的线性变频电源，包括电网和负载，包括直流电源、新型高效率大容量线性功率放大器、信号源和补偿控制模块、同步逆变模块，新型高效率大容量线性功率放大器分别连接直流电源、信号源和补偿控制模块、同步逆变模块，直流电源连接电网，同步逆变模块与负载相连。该线性变频电源输出波形无须任何滤波环节即可得到单一频率的理想正弦波，其输出波形质量优良，由于半导体器件处于线性导通区间或者截止期间，不存在PWM开关逆变器中的高频开关过程，因此也没有高频电磁辐射。其容量由直流电源的容量、开关器件的电流限值共同决定。变频电源中的新型线性功率放大器效率可高达96%以上。

技术领域

本发明属于变频电源技术领域，尤其涉及基于高效率大容量线性功率放大器的线性变频电源。

背景技术

电力系统中，公用电网提供频率、幅值一定的正弦交流电；但用电设备的类型、功能千差万别，对供电电源的电压、频率甚至是波形要求各有不同；需要将单一频率和电压的电能转换为各个用电设备最佳工况所需的另一种特征参数(频率、电压、相位、波形)的电能。当前最常用的一种变换是将公用电网提供的固定频率、电压的正弦交流电能转换为频率、电压可调的正弦交流电，即为变频、变压电源。当前变频电源主要基于两种技术方案，第一种是脉冲宽度调制(PWM)开关变换技术，另一种是线性功率放大的模拟变换技术。

PWM开关变换器电路结构简单，效率高，但其输出波形实质上是离散的脉冲方块，须滤除含量丰富的谐波方可得到性能满足要求的单一频率正弦电能，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带来电磁辐射，在一些EMI敏感的应用场合要做相应处理方可投入使用。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，输出波形质量优良，理论上无谐波；线性功率放大器通过半导体器件与负载阻抗的动态线性分压实现对控制信号的不失真放大，开关器件始终处于线性区，有一定的导通阻抗，其效率较低；大功率领域常用的推挽式甲乙类线性功率放大器，输出完整正弦波时理论效率不高于78.54％。

功率变换器的效率是其最核心的性能参数，PWM开关变换器较高的效率使其得到广泛的改进研究及应用，成为当前主流变频电源方案；但PWM开关变换器存在一些无法解决的固有缺陷并不能适应一些对电能质量要求很高的应用场合，而传统的线性功率放大器尽管在输出波形质量方面优势明显，但其较低的效率限制了广泛应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种直接将微弱功率的模拟信号进行功率放大，改变微弱功率模拟信号的频率、幅值即可改变输出正弦波的频率、幅值的线性变频电源。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：基于高效率大容量线性功率放大器的线性变频电源，包括电网和负载，包括直流电源、高效率大容量线性功率放大器、信号源和补偿控制模块、同步逆变模块，高效率大容量线性功率放大器分别连接直流电源、信号源和补偿控制模块、同步逆变模块，直流电源连接电网，同步逆变模块与负载相连。

在上述的基于高效率大容量线性功率放大器的线性变频电源中，直流电源为多个直流电源串联的多级电平直流电源，在每一个电压值端口分别引出电源线和电力二级管串联。

在上述的基于高效率大容量线性功率放大器的线性变频电源中，高效率大容量线性功率放大器包含有逐级分段导通控制模块以及大功率射极跟随器模块；逐级分段导通控制模块用于在不同的信号源电压值情况下控制不同的直流电源将电能传送给对应的射极跟随器进行能量的变换传输。

在上述的基于高效率大容量线性功率放大器的线性变频电源中，大功率射极跟随器模块包括IGBT、MOS管及其辅助电路组成的多个并联大功率射极跟随器，并联大功率射极跟随器的数目与直流电源的电平数量相同。

在上述的基于高效率大容量线性功率放大器的线性变频电源中，同步逆变模块采用同步全桥逆变器。