【摘 要】文章10KWDAM中波发射机为例，对射频部分功率放大电路的工作原理，功率器件结构、放大以及电路的安装技术和散热技术作出了分析，以供同行参考。
【关键词】10KWDAM中波发射机;射频功率放大模块
DAM中波发射机的射频部分，以工作顺序，依次为：激励器、缓冲放大、推动级及合成、射频分配与功率放大级、功率合成及输出。射频部分的功能，是将小功率的载频信号经逐级放大到发射天线要求的功率，经音频调制后，由发射天线将已调波辐射出去。可见贯穿射频部分这条主线的重中之重即为：功率放大。
在10KWKDAM发射机中，功率放大模块A40的原理如图1。预推动级和功率放大级均由功率放大模块A40组成并完成。了解功放模块A40工作原理和器件特性尤为关键。
图 1
N沟道功率VVMOSFET的结构
图 2
射频功率放大模块由4个N沟道的MOS场效应管，以H桥形式连接，并以D类放大电路（丁类开关放大方式）工作，由各自独立的A、B部分组成。A部分为V1和V3，B部分为V2和V4。A、B两部分各有自己独立的供电电源和独立的射频驱动电路。此一特点利用于预推动级，使预推动级分A、B两部分独立工作。A40功率放大模块输出级为开关形式工作，输出为方波，输出方波值为供电电压值，经由LC滤波器送至合成器初级（铁氧磁环的绕线组），合成器合成后达到指定功率。当M=0载波功率为10KW时，有18个A40工作，可见每个A40的输出功率达数百瓦特。要实现如此大的功率放大，普通的放大管难以达成，在此选用了大功率电子器件：N型沟道MOS场效应管，在此重点阐述该器件：
功率场效应管（Power MOSFET)的基本结构与普通小功率MOSFET有较大区别；功率MOSFET采用二次扩散技术，在结构上多采用垂直导电方式，沟道截面面积大且短，导电电阻小。按结构分，功率MOSFET有VVMOSFET和VDMOSFET两种。A40功放模块中的IRFP350为VVMOSFET，结构如图2所示。其二次扩散技术是在重掺杂N+型区硅片上衍生出一个高阻N-层，N+型区和N-型区共同作为功率MOSFET的漏极D。N-型区在工作时成为高阻漂移区，该层的电阻率及外衍厚度决定器件的耐压水平。在N-层上通过P型扩散构成一个P字型层，然后再在P型层上进行N型扩散，形成一个N+型区域。经P型和N型两次扩散，使硅片上形成了N+N-PN+结构，扩散形成的P型区相当于衬底，二次扩散形成的N+型区则作为源极S。由于VVMOSFET更为充分的使用硅片面积，通过V型栅极实现垂直沟道，使IRFP350类的VVMOSFET具备更大的电流，从而实现了大功率器件功能。
由于IRFP350工作于丁类工作状态，那么其开通时间ton和关断时间toff应设法加以缩短，ton和toff与功率MOSFET的开启电压UGS(th)、输入电容有关，并受外加激励脉冲信号的上开时间、信号源内阻和栅极保护电阻的影响。
以上是根据功率放大模块原理图进行的分析，但在实际发射中要实现功能，要根据原理图生产出来实际的功放模块A40，在制产A40模块时，实际电路布局要注意以下问题：
（1）四个IRFP350功放MOSFET管工作于开关状态，其开关控制电路由V5、V6和V7以及相关器件组成，属小功率电路范畴，其信号幅度小，要求精度高，最害怕受干扰。
（2）模块的射频输入部分分为A、B两部分，相位相差180°。当功率放大输出器件IRFP350开通和关断的瞬间，输出信号在供电电压+230VDC间变化剧烈，其电压变化率du/dt和电流变化率di/dt很大。因此射频驱动电路一方面要防止外来噪声干扰，同时也要防止自身输出信号对射频输入的干扰。
（3）功率输出部分工作电压高、电流大、并且为开关工作状态，随着功率放大器件IRFP350的开关动作，功率输出电路的电压变化du/dt和电流变化di/dt均会对周边环境电路和器件产生较强的电磁干扰；功放IRFP350的栅极存在较大的电容，对于栅极引线的电感非常敏感，栅极引线的电感过大可能引起栅极电路出现震荡，这一点很值得注意。
根据以上分析，为降低干扰的影响，A40功放模块电路布局应遵循以下原则：
（1）控制电路部分尽量远离功率输出部分和驱动电路的输出端，采取恰当的滤波、接地进行电磁兼容以降低干扰的影响。
（2）射频驱动信号也应尽量远离功率输出部分，以降低干扰信号的影响。
（3）射频驱动电路的输出端与功率输出器件IRFP350的位置应近些，以避免引起电感引线的栅极震荡。
（4）采取科学合理的布线走线。
在印刷线路板上实现科学合理的布线，要熟悉了解导线上传送的是模拟信号还是数字信号，导线上传送的电流的大小和传送信号的频率，导线上加载的是强电还是弱电等。对于电流比较大的导线，必要时还得估算出电流的最大值。在熟悉了电路状态的基础上，可以从以下几个方面科学实现功放板印刷电路的科学布线。
（1）印刷线路板上导线宽度越宽，其导通电阻越小，载流能力越强，但分布电容也会有所增大。对电流较小的弱信号线，一般宽12mil即可（1mil=0.0254mm)，如果导线短的话，导线可以在窄些。但印刷线路板上载有大电流的导线应保证足够宽，按每1mm导线宽度承载1A的连续电流设计。
（2）对于电压比较高的导线，依一般情况，按1mm/500v的比例计导线间的爬电距离。注意此爬电距离中的电压是指两导线间电压差的峰值，同时还应考虑因干扰等致使电压峰值产生的波动；湿度高的环境下爬电距离要提高，并用绝缘树脂浸盖印刷线路板，并进行防湿和绝缘处理。
（3）器件布局上，相互间传送高频信号的器部件可离得近一些，连线尽可能短；相互间传送低频信号的部件可离得稍远一些，连线稍长一些也无妨。
（4）双层印刷线路板正、反两面上的导线若平行则产生大的分布电容，故而应尽量使正、反两面上的导线互相垂直。
（5）为保证接地良好，印刷线路板上的地线布得比较粗些，以减小其电阻。尽可能在一个单元电路中采用一点接地方式，以解决地线电位差的问题。电源线与地线尽可能并行排列，以达到电磁兼容。
功放模块的散热：
对于功放模块A40中的IRFP350设其导通压降为UON，占空比D，电流幅值IT，截止时的承载电压为UT，开通时的电流为IT，开关频率为FS，周期为TS，则在一个开关周期内，平均开关损耗：
对电阻性负载：
p=IUdt+ITUTdt
=IU=IU(t+t)f
对电感性负载：
p=IU=IU(t+t)f
平均通态损耗Pc=ItUonD
那么PS+PC为IRFP350的总功率损耗。它将转换为热量而引起IRFP350发热，IRFP350的核心为PN结，其正常工作必须保证温度低于最高允许结温Tjm。而IRFP350内部温度分布是不均匀的，且自身体积小，其自身向外界环境传热能力远低于其自身总功率损耗所产生的热量，为实现热传输平衡，遵从热路欧姆定律，必须在功率器件IRFP350上加装散热片。IRFP350外壳与散热片的接触面上需涂抹导热硅脂，以去除两者之间存在的空气缝隙，有效地利用散热器整个表面积进行热传导。A40功率放大模块中IRFP350与散热器之间除要涂抹导热硅脂之外，更重要地还要加一层薄云母片，以实现IRFP350与散热器的绝缘。
从DAM发射机功放模块实际印刷板电路上，以上分析浅述得以充分使用，使A40模块的以正常工作，确保了发射效果优质高效。
【参考文献】
［１］陕西数字广播通讯设备有限责任公司．数字调幅中波广播发射机的原理与维护.
［２］李中江，编著．VMOS功率场效应晶体管及应用．人民邮电出版社．
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