[实用新型]一种数字功率放大器

说明书

本实用新型提供了一种数字功率放大器，包括数字控制器、驱动模块、状态采集模块、n个功放模块、m个功放冗余模块、功率合成模块和滤波模块，所述数字控制器用于采集和缓存输入信号，并将输入信号进行脉宽调制产生2n组PWM控制信号，还用于接收所述状态采集模块采集的所述状态信息，并识别所述状态信息中的故障信息后，控制所述功放冗余模块替换发生故障的功放模块运行或者控制所述功放冗余模块和未发生故障的所述功放模块重新分配运行，并向所述功率合成模块发送旁路控制信号。本方案由状态采集模块实时采集各模块的运行状态，利用功率冗余模块替代发送故障的功放模块运行，进行在线故障处理，大幅提高放大器的可靠性和使用寿命。

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种数字功率放大器。

背景技术

进入21世纪以来，电力电子技术得到了高速发展，功率放大器在社会生活的众多领域得到了广泛应用。传统的模拟功放和AB类功放效率低、体积大、笨重，而数字功放结构简单、传输效率高、易于集成，在体积、重量、效率和可靠性等方面具有明显优势。

由于功率开关器件工艺水平和技术的限制，单模块数字功放的功率等级和开关频率是有限的，很难满足一些中、大功率、低失真度应用场合的需要。为了解决这一问题，目前公知的大功率数字功放多采用功率等级较高的功率管串、并联使用或功率模块级联，以满足大功率的需求。

但是由于器件的非理想开关特性，串并联合后等效输入电容增大，实际开关频率进一步降低，致使数字功放失真度恶化，滤波模块体积增大。另外，由于各器件或模块本身的特性不可能完全相同，导致各器件或模块所承受的电压、电流不均衡，导致系统的可靠性变差，并严重影响器件和系统的使用寿命。

发明内容

本实用新型旨在解决上面描述的问题。本实用新型的一个目的是提供一种解决以上问题中的任何一个的数字功率放大器。具体地，本实用新型提供能够有效提高输出功率、降低失真度的高可靠性、模块化的数字功率放大器。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种数字功率放大器，所述数字功率放大器包括数字控制器、驱动模块、状态采集模块、n个功放模块、m个功放冗余模块、功率合成模块和滤波模块，其中，n为大于0的整数，m为大于或等于0的整数；

所述数字控制器用于采集和缓存输入信号，并将输入信号进行脉宽调制产生2n组PWM控制信号，2n组所述PWM控制信号的频率相同、相位依次相差π/n，所述PWM控制信号的占空比与输入信号的幅度成正比；其中，每组所述PWM控制信号包括两个电平互补的PWM信号；

所述驱动模块位于所述数字控制器与n个所述功放模块之间，用于放大2n组所述PWM控制信号；

所述功放模块用于放大所述驱动模块输出的信号，所述功放冗余模块用于替换发生故障的所述功放模块；

所述状态采集模块用于采集所述驱动模块和每个所述功放模块的状态信息，所述状态信息包括正常运行状态信息和故障信息；所述数字控制器还用于接收所述状态采集模块采集的所述状态信息，并识别所述状态信息中的故障信息后，控制所述功放冗余模块替换发生故障的功放模块运行或者控制所述功放冗余模块和未发生故障的所述功放模块重新分配运行，并向所述功率合成模块发送旁路控制信号；

所述功率合成模块用于接收所述数字控制器输出的旁路控制信号，以及将所述功放模块输出的功率信号进行合成；

所述滤波模块用于对所述功率合成模块输出的功率信号进行滤波处理，生成模拟功率信号。

其中，所述数字控制器包括在相同的时钟节拍下并行运行的采样/缓存模块、延时/定时器、故障处理模块、2n个数字PWM调制器和输出信号分配模块；

所述采样/缓存模块用于接收输入信号，并将输入信号进行数字量化和缓存，然后输送至所述2n个数字PWM调制器；