固态功率源的制作方法

本申请涉及射频与微波技术领域，具体而言，涉及一种固态功率源。

背景技术：

由于固态功率源具有精准控制、简单且可靠性高的优点，其在工业上也具有越来越多的应用，比如工业射频加热、工业微波干燥、微波化工、微波烧结、微波污水处理等，目前的固态功率源是由压控振荡器和锁相环作为信号发生器，再经过相位调节芯片、增益调节电路等，在经过多级由ldmos功率器件、gan功率器件或者砷化镓功率器件构成的放大电路输出功率，需要数量较多的芯片构成固态功率源，导致固态功率源成本较高。

技术实现要素：

本申请实施例的目的在于提供一种固态功率源，用以改善现有技术中成本较高的问题。

本申请实施例提供一种固态功率源，包括：振荡电路、功率管、耦合器以及相位电压处理电路；所述相位电压处理电路的输出端与所述振荡电路的输入端连接；所述振荡电路的输出端与所述功率管的输入端连接，所述功率管的输出端与所述耦合器的输入端连接；所述相位电压处理电路的输入端与所述耦合器的耦合端连接，所述相位电压处理电路用于为所述振荡电路提供反馈信号。

在上述实现过程中，振荡电路产生的振荡信号通过功率管进行放大，后通过耦合器进行耦合输入至相位电压处理电路，相位电压处理电路对输入信号进行鉴相以及电压比较后产生电压控制信号，并将产生的电压控制信号从振荡电路的输入端反馈至振荡电路，以对振荡电路进行反馈，保证最终输出信号为放大后的信号，采用相位电压处理电路进行反馈就能使得固态功率源输出放大后的信号，从而使得固态功率源可以采用简单的电路结构，进而降低固态功率源的成本。

可选地，所述相位电压处理电路包括：检波电路、鉴相电路和比较电路；所述检波电路的输入端与所述耦合器的耦合端连接；所述鉴相电路的输入端与所述检波电路的输出端连接；所述鉴相电路的输出端与所述比较电路的一个输入端连接，所述比较电路的另一个输入端与控制电源连接；所述比较电路的输出端与所述振荡电路连接。

在上述实现过程中，相位电压处理电路中的检波电路能够对耦合器耦合端输出的信号进行解调，并提取调制信号，以使鉴相电路能够对调制信号进行鉴相处理，鉴相处理后的信号再输入至比较电路，在控制电压信号的控制下，比较电路输出信号至振荡电路，实现对振荡电路的反馈。

可选地，所述检波电路包括检波器。

可选地，所述鉴相电路包括放大器，所述放大器的同相输入端与所述检波电路连接，所述放大器的输出端与所述比较电路的一个输入端连接。鉴相电路中的放大器对输入信号进行放大后送至比较电路进行逻辑异或运算，使输出的信号与输入信号之间的相位差有确定的关系。

可选地，所述相位电压处理电路还包括：滤波器，所述滤波器的输入端与所述比较电路的输出端连接，所述滤波器的输出端与所述振荡电路连接。在上述实现过程中，由于相位电压处理电路处理后的信号会有信号毛刺，会影响整个电路最后输出的信号，因此需要在相位电压处理电路后加上滤波器，有效地去除信号毛刺，保证信号的准确性。

可选地，所述固态功率源还包括供电电路，所述供电电路包括栅极供电电路和漏极供电电路；所述栅极供电电路与所述功率管的栅极连接；所述漏极供电电路与所述功率管的漏极连接。

可选地，所述固态功率源还包括输入匹配电路和输出匹配电路；所述输入匹配电路的输入端与所述振荡电路的输出端连接，所述输入匹配电路的输出端与所述功率管的栅极连接，所述输出匹配电路的输入端与所述功率管的漏极连接，所述输出匹配电路的输出端与所述耦合器的耦合端连接。

可选地，所述功率管为氮化镓或横向扩散金属氧化物半导体功率管。氮化镓是硅的潜在替代品，氮化镓材料具有更高的带隙，因此可以在不影响导通电阻的情况下支持击穿电压的大幅增加，横向扩散金属氧化物半导体具有耐高压、稳定性更好的优点，横向扩散金属氧化物半导体功率管能经受住高于双极型晶体管3倍的驻波比，且能在较高的反射功率下运行而没有破坏终端设备，此外，横向扩散金属氧化物半导体功率管还较能承受输入信号的过激励和适合发射射频信号，从而保证固态功率源的稳定性。

可选地，所述固态功率源还包括环形器，所述环形器与所述耦合器的输出端连接。在上述实现过程中，环形器能够使电磁波单向环形传输，用环形器可以保证功率源在不同的负载状态下稳定地工作。

本申请的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请实施例了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种固态功率源的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种固态功率源的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种固态功率源中检波电路的电路图；

图4为本申请实施例提供的一种固态功率源中相位电压处理电路的电路图；

图5为本申请实施例提供的另一种固态功率源的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的另一种固态功率源的结构示意图。

图标：100-固态功率源；110-振荡电路；120-功率管；130-耦合器；140-相位电压处理电路；141-检波电路；142-鉴相电路；143-比较电路；144-滤波器；150-供电电路；151-栅极供电电路；152-漏极供电电路；160-环形器；170-输入匹配电路；180-输出匹配电路。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请实施例而了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图1为本申请实施例提供的一种固态功率源100的结构示意图，该固态功率源100包括：振荡电路110、功率管120、耦合器130以及相位电压处理电路140；相位电压处理电路140的输出端与振荡电路110的输入端连接；振荡电路110的输出端与功率管120的输入端连接，功率管120的输出端与耦合器130的输入端连接；相位电压处理电路140的输入端与耦合器130的耦合端连接，相位电压处理电路140用于为振荡电路110提供反馈信号。

在上述实现过程中，振荡电路110产生的振荡信号通过功率管120进行放大，后通过耦合器130进行耦合输入至相位电压处理电路140，相位电压处理电路140对输入信号进行鉴相以及电压比较后产生电压控制信号，并将产生的电压控制信号从振荡电路110的输入端反馈至振荡电路110，以对振荡电路110进行反馈，保证最终输出信号功率为放大后的信号，采用相位电压处理电路140进行反馈就能使得固态功率源100输出放大后的信号，从而使得固态功率源100可以采用简单的电路结构，进而降低固态功率源100的成本。

也就是说，振荡电路110与功率管120组成的放大电路通过控制正反馈闭环的电路结构，使得固态功率源100的工作状态为可控的谐振状态，从而输出稳定的大功率能量。

具体地，该固态功率源100中的相位电压处理电路140包括：检波电路141、鉴相电路142和比较电路143，图2为本申请实施例提供的另一种固态功率源100的结构示意图，检波电路141的输入端与耦合器130的耦合端连接；鉴相电路142的输入端与检波电路141的输出端连接；鉴相电路142的输出端与比较电路143的一个输入端连接，比较电路143的另一个输入端与控制电源连接；比较电路143的输出端与振荡电路110连接。

其中，检波电路141包括检波器，可以选取型号为ad8361的检波器。比较电路143可以选取异或门。

如图3所示为相位电压处理电路140中检波电路141的电路图，端口a与耦合器的耦合端连接，第一电阻r1的一端与端口a连接，第一电阻r1的另一端接地，第二电阻r2的一端与端口a连接，第二电阻r2的另一端与第三电阻r3的一端连接，第三电阻r3的另一端接地，第一电容c1的一端与第二电阻r2的另一端连接，第一电容c1的另一端与第四电阻r4的一端连接，第四电阻r4的另一端接地，第二电容c2的一端与第一电容c1的另一端连接，第二电容c2的另一端与检波器u1的rfin引脚连接，检波器u1的vpos引脚与iref引脚与并联的第三电容c3和第四电容c4的一端连接，并联的第三电容c3和第四电容c4的一端还与5v电源连接，并联的第三电容c3和第四电容c4的另一端接地，检波器u1的pwdn引脚接地，检波器u1的comm引脚接地，第五电容c5的一端与检波器u1的vpos引脚与iref引脚连接，第五电容c5的另一端与检波器u1的fltr引脚连接，检波器u1的sref引脚接地，检波器u1的vrms引脚通过端口b与鉴相电路142连接。

请继续参看图4，鉴相电路142包括放大器u2，放大器u2的同相输入端与检波电路141连接，放大器u2的输出端与比较电路143的一个输入端连接。鉴相电路142中的放大器u2对输入信号进行放大后送至比较电路143进行逻辑异或运算，使输出的信号与输入信号之间的相位差有确定的关系。

可选地，相位电压处理电路140还包括：滤波器144，滤波器144的输入端与比较电路143的输出端连接，滤波器144的输出端与振荡电路110连接。在上述实现过程中，由于相位电压处理电路140处理后的信号会有信号毛刺，会影响整个电路最后输出的信号，因此需要在相位电压处理电路140后加上滤波器144，有效地去除信号毛刺，保证信号的准确性。

在上述实现过程中，相位电压处理电路140中的检波电路141能够对耦合器130耦合端输出的信号进行解调，并提取调制信号，以使鉴相电路142能够对调制信号进行鉴相处理，鉴相处理后的信号再输入至比较电路143，在控制电压信号的控制下，比较电路143输出信号至振荡电路110，实现对振荡电路110的反馈。

可选地，请参看图5，固态功率源100还包括供电电路150，供电电路150包括栅极供电电路151和漏极供电电路152；栅极供电电路151与功率管120的栅极连接；漏极供电电路152与功率管120的漏极连接。

其中，功率管120为氮化镓半导体功率管或横向扩散金属氧化物半导体功率管。氮化镓是硅的潜在替代品，氮化镓材料具有更高的带隙，因此可以在不影响导通电阻的情况下支持击穿电压的大幅增加，横向扩散金属氧化物半导体具有耐高压、稳定性更好的优点，横向扩散金属氧化物半导体功率管能经受住高于双极型晶体管3倍的驻波比，且能在较高的反射功率下运行而没有破坏终端设备，此外，横向扩散金属氧化物半导体功率管还较能承受输入信号的过激励和适合发射射频信号，从而保证固态功率源100的稳定性。

作为一种实施方式，图6为本申请实施例提供的另一种固态功率源100的结构示意图，固态功率源100还包括环形器160，环形器160与耦合器130的输出端连接。在上述实现过程中，环形器160能够使电磁波单向环形传输，用环形器160可以保证功率源在不同的负载状态下稳定地工作。

可选地，固态功率源100还包括输入匹配电路170和输出匹配电路180；输入匹配电路170的输入端与振荡电路110的输出端连接，输入匹配电路170的输出端与功率管120的栅极连接，输出匹配电路180的输入端与功率管120的漏极连接，输出匹配电路180的输出端与耦合器130的耦合端连接。在上述实现过程中，为了保证输入功率管120的信号为稳定的，可以在功率管120与振荡电路110之间设置输入匹配电路170，由功率管120具有非线性特性，因此功率管120输出的信号不仅包含基波信号，同时还包括有各项谐波信号，为了减少谐波信号，在功率管120与耦合器130之间设置输出匹配电路180，从而保证固态功率源100产生稳定的信号。

综上所述，本申请提供一种固态功率源100，包括：振荡电路110、功率管120、耦合器130以及相位电压处理电路140，振荡电路110产生的振荡信号通过功率管120进行放大，后通过耦合器130进行耦合输入至相位电压处理电路140，相位电压处理电路140对输入信号进行鉴相以及电压比较后产生电压控制信号，并将产生的电压控制信号从振荡电路110的输入端反馈至振荡电路110，以对振荡电路110进行反馈，保证最终输出信号为放大后的信号，采用相位电压处理电路140进行反馈就能使得固态功率源100输出放大后的信号，从而使得固态功率源100可以采用简单的电路结构，进而降低固态功率源100的成本。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。