[发明专利]一种具备在线阻抗监测的功率放大器及其调整方法

权利要求书

1.一种具备在线阻抗监测的功率放大器，其特征在于，所述功率放大器包括功率放大单元和在线阻抗监测单元，所述功率放大单元包括依次连接的功放控制器、驱动电路、功率放大模块，所述功放控制器连接输入信源，所述功率放大模块连接负载；

所述在线阻抗监测单元包括信息处理模块、幅值检测电路、相位预处理电路、电压电流采集电路，所述电压电流采集电路的输入端连接功率放大单元的输出电路，输出端连接所述幅值检测电路和相位预处理电路，所述幅值检测电路和相位预处理电路连接信息处理模块，所述信息处理模块连接功放控制器；

所述信息处理模块包括阻抗计算模块和与所述阻抗计算模块均连接的相位检测模块、幅值采集模块，所述幅值采集模块连接所述幅值检测电路，所述相位检测模块连接所述相位预处理电路，所述阻抗计算模块连接所述功放控制器；

所述相位检测模块包括相位计算模块和与所述相位计算模块均连接的计数器一、计数器二和相位鉴别模块，所述计数器二连接相位鉴别模块，所述计数器一、计数器二、相位计算模块、幅值采集模块和阻抗计算模块均连接时钟发生器；

所述功放控制器用于根据在线阻抗监测单元输出的实时阻抗，实时调整输入信源的幅值；所述相位预处理电路用于将一路交流模拟电压信号和一路交流模拟电流信号分别转换成同周期、同相位的方波信号；所述计数器一用于检测电压领先或滞后电流的计数值，所述计数器二用于检测电压的一个周期的计数值，所述相位鉴别模块用于判断相位符号。

2.根据权利要求1所述的具备在线阻抗监测的功率放大器，其特征在于，所述电压电流采集电路包括电压传感器、电流传感器和传感器调理电路，所述电压传感器和电流传感器分别并联或串联设于功率放大单元的输出电路，电压传感器和电流传感器连接所述传感器调理电路，所述传感器调理电路用于将采集的电压、电流信号的变换，并滤除直流和高频噪声信号。

3.根据权利要求2所述的具备在线阻抗监测的功率放大器，其特征在于，所述传感器调理电路采用有源带通滤波器。

4.根据权利要求1所述的具备在线阻抗监测的功率放大器，其特征在于，所述功率放大单元还包括滤波模块，所述滤波模块连接功率放大模块的输出端。

5.根据权利要求4所述的具备在线阻抗监测的功率放大器，其特征在于，所述滤波模块采用LC梯形滤波网络。

6.根据权利要求1所述的具备在线阻抗监测的功率放大器，其特征在于，所述相位预处理电路包括过零比较电路。

7.根据权利要求1所述的具备在线阻抗监测的功率放大器，其特征在于，所述功率放大模块包括4组电路结构相同的呈H桥式连接的功率开关模块，每个功率开关模块包括一个开关管和反向并列的二极管，所述开关管与所述驱动电路相连。

8.一种根据权利要求1所述的具备在线阻抗监测的功率放大器的调整方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过电压电流采集电路采集负载的输入电压和电流，并滤除直流和高频噪声信号，输出两路交流模拟电压信号和两路交流模拟电流信号，同时进入步骤S2和S3；

S2、将一路交流模拟电压信号和一路交流模拟电流信号输入幅值检测电路检测电压的幅值和电流的幅值，再将电压的幅值和电流的幅值采样量化和缓存在幅值采集模块，将输出的电压幅值V、电流幅值I发送到阻抗计算模块，进入步骤S4；

S3、将另一路交流模拟电压信号和另一路交流模拟电流信号输入相位预处理电路转换成同周期、同相位的方波信号，再输入相位检测模块计算出电压和电流的相位D，将电压和电流的相位D发送到阻抗计算模块，进入步骤S4；

S4、所述阻抗计算模块根据接收的电压幅值V、电流幅值I以及电压和电流的相位D，计算阻抗，即电阻R＝V/I*cos(D)，电抗X＝V/I*sin(D)；

S5、所述功放控制器接收阻抗计算模块输出的实时阻抗，实时调整输入信源的幅值，使得负载的阻抗匹配，返回步骤S1。

9.根据权利要求8所述的具备在线阻抗监测的功率放大器的调整方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：

S3.1、将另一路交流模拟电压信号和另一路交流模拟电流信号输入相位预处理电路转换成同周期、同相位的方波信号，即电压方波信号Trg_V和电流方波信号Trg_I，输入相位检测模块；

S3.2、所述计数器一接收相位预处理后的一路电压方波信号Trg_V和一路电流方波信号Trg_I，并在时钟信号clk下检测输入信号的上升沿，当检测到电压方波信号Trg_V的上升沿时启动计数，当检测到电流方波信号Trg_I的上升沿时停止计数，输出计数信息N；同时，所述计数器二接收相位预处理后的一路电压方波信号Trg_V，并在时钟信号clk下检测输入信号的上升沿，当检测到第一个电压方波信号Trg_V的上升沿时启动计数，当检测到第二个电压方波信号Trg_V的上升沿时停止计数，输出计数信息N0和相位鉴别启动信号Trg_Q，同时重新开始启动计数，将相位鉴别启动信号Trg_Q发送给相位鉴别模块；时钟信号clk由所述时钟发生器发出；

S3.3、所述相位鉴别模块接收相位鉴别启动信号Trg_Q时，若接收的电流方波信号Trg_I为低电平，则电压信号领先电流信号，相位符号为正；若接收的电流方波信号Trg_I为高电平，则电压信号滞后电流信号，相位符号为负；

S3.4、所述相位计算模块根据接收的计数信息N、N0和相位符号，计算电压和电流的相位D＝(相位符号﹢/-)*(N/N0)*2π。