一种大功率氮化镓放大管调制器驱动器的设计方法与流程

1.本发明属于电路设计技术领域，具体涉及一种脉冲功率电路设计技术。


背景技术：

2.低压大电流高速脉冲调制器技术是氮化镓高频放大器的关键技术，它的性能直接影响高频放大器的性能和指标。
3.常规的设计方法是用mosfet开关管的驱动器尽量靠近驱动电路的负载，也就是mosfet管的栅极和源极。作为大电流调制开关的mosfet管需要尽量靠近氮化镓功放管，以减小放电回路的等效电感和电阻，来减小脉冲上升沿、下降沿以及电压降落，提高放大器效率。
4.但是，大功率氮化镓放大管的射频功率很高，对mosfet管的驱动电路高频干扰很强，导致脉冲调制器的输出脉冲后沿抖动、脉冲宽度变窄，甚至于整个脉冲丢失。
5.为了减小射频信号对mosfet开关管的驱动器的干扰，一般的解决方法是在驱动器的信号输入端和输出端并联电容器，以及在驱动器中增加共轭滤波器，来减小高频干扰对电路的响应。
6.以目前的技术而言，采用这一类方法研制低压大电流高速脉冲调制器，需要牺牲调制器的部分技术性能。特别是调制器的最小脉冲宽度，体积重量、和成本以及脉冲上升沿和下降沿技术指标，不能满足项目要求。采用新的方法或技术解决这个问题，成为新一代a类氮化镓高频放大器的关键技术。


技术实现要素：

7.本发明为了解决现有技术存在的a类氮化镓高频放大器所需的低压大电流高速脉冲调制器的问题，提出了一种大功率氮化镓放大管调制器驱动器的设计方法，提高高频放大器的效率以满足系统技术指标，为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案。
8.将脉冲调制器的驱动器远离功放管设计，采用平衡传输线技术，将脉冲驱动信号传输至mosfet管的栅极和源极，屏蔽放大管的射频功率对驱动电路的干扰。
9.将驱动器电路设置在远离功放管的储能电容器附近，储能电容器两端为直流电压，无脉冲电压干扰。
10.将驱动器电路设置在电路板的反面，设计屏蔽腔，减小高频干扰。
11.在多层印制板的中间层设计平衡传输线，承载驱动器的输出信号，在多层印制板的顶层和底层设计地电位屏蔽层。
12.本发明的有益效果：将脉冲调制器的驱动器远离功放管放置，采用平衡传输线技术传输脉冲驱动信号至mosfet管的栅极和源极，杜绝了放大管的射频功率对驱动电路的干扰，与传统方案相比较，脉冲调制器的上升沿和下降沿技术指标达到了要求。
附图说明
13.图1是传统设计原理图，图2是本申请设计原理图。
14.附图标记：1-氮化镓功放管，2-驱动电路，3-调制器输出点，4储能电容起。
具体实施方式
15.以下结合附图对本发明的技术方案做具体的说明。
16.以a类氮化镓固态放大器为例，所需的70v漏极脉冲调制器的脉冲上升沿和下降沿技术指标要求小于100ns，脉冲调制器输出最小脉冲宽度要求小于200ns，输出功率达到5千瓦以上时，漏极输入的脉冲电流高达170a以上。
17.传统的设计方案如图1所示，驱动电路2采用mosfet开关管作为大电流调制开关，输出70v的脉冲给氮化镓功放管1，调制器输出点3靠近驱动电路2。
18.大功率氮化镓功放管1的射频功率对mosfet管的驱动器的干扰很强，导致脉冲调制器的输出脉冲后沿抖动、脉冲宽度变窄，甚至整个脉冲丢失。
19.如果在驱动器的信号输入端和输出端并联电容器、在驱动器中增加共轭滤波器，来减小高频干扰，不仅会增大脉冲调制器的最小脉冲宽度指标，而且无法实现脉冲前沿指标小于100ns的指标要求。
20.本申请的设计方案如图2所示，脉冲调制器的驱动电路2远离氮化镓功放管1，设置于储能电容器4附近。
21.电容器的两端是70v直压，无脉冲电压干扰，驱动器电路设置在电路板的反面，加工出屏蔽腔，进一步减小高频干扰。
22.驱动器的输出信号采用多层印制板的中间层，设计成平衡传输线形式，并且利用多层印制板的顶层和底层设置地电位屏蔽层，把脉冲驱动信号传输至mosfet管的栅极和源极。
23.最终在a类氮化镓放大管的漏极上实现了输出脉冲电压为70v、脉冲电流为170a的技术指标，输出的脉冲上升沿和下降沿技术指标分别为80ns和66ns，调制器输出的最小脉冲宽度达到160ns，
24.上述作为本发明的实施例，并不限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种大功率氮化镓放大管调制器驱动器的设计方法，其特征在于，包括：将脉冲调制器的驱动器远离功放管设计，采用平衡传输线技术，将脉冲驱动信号传输至mosfet管的栅极和源极，屏蔽放大管的射频功率对驱动电路的干扰。2.根据权利要求1所述的大功率氮化镓放大管调制器驱动器的设计方法，其特征在于，所述将脉冲调制器的驱动器远离功放管设计，包括：将驱动器电路设置在远离功放管的储能电容器附近，储能电容器两端为直流电压，无脉冲电压干扰。3.根据权利要求2所述的大功率氮化镓放大管调制器驱动器的设计方法，其特征在于，还包括：将驱动器电路设置在电路板的反面，设计屏蔽腔，减小高频干扰。4.根据权利要求3所述的大功率氮化镓放大管调制器驱动器的设计方法，其特征在于，还包括：在多层印制板的中间层设计平衡传输线，承载驱动器的输出信号，在多层印制板的顶层和底层设计地电位屏蔽层。

技术总结
本发明公开了一种大功率氮化镓放大管调制器驱动器的设计方法，将脉冲调制器的驱动器设置在远离功放管的储能电容器附近的电路板反面，两端为直流电压，无脉冲电压干扰，设计屏蔽腔，减小高频干扰，在多层印制板的中间层设计平衡传输线，在多层印制板的顶层和底层设计地电位屏蔽层，将脉冲驱动信号传输至MOSFET管的栅极和源极，屏蔽放大管的射频功率对驱动电路的干扰，与传统方案相比较，脉冲调制器的上升沿和下降沿技术指标达到了要求。升沿和下降沿技术指标达到了要求。升沿和下降沿技术指标达到了要求。


技术研发人员：田为 余振坤
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第十四研究所
技术研发日：2022.04.13
技术公布日：2022/7/12