[發(fā)明專利]變負載閉環(huán)E類放大器的設計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910048247.X
• 申請日: 2009-03-26
• 公開（公告）號: CN101510759A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發(fā)明（設計）人: 陽天亮;趙春宇;陳大躍
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H03F3/217
• 分類號: H03F3/217;H03F1/02
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發(fā)明涉及的是一種電器技術領域的放大器的設計方法，尤其一種變負載閉環(huán)E類放大器的設計方法。

背景技術

E類功率放大器由于其效率高而電路又簡單，廣泛應用于射頻、DC/AC變換、DC/DC變換、無線能量傳輸?shù)戎T多領域，在某些應用領域中，如無線能量傳輸系統(tǒng)，初級線圈和次級線圈的距離和位置會受運動等因素影響而發(fā)生變化，引起兩線圈的耦合系數(shù)發(fā)生變化，導致次級線圈歸算到初級的等效阻抗變化，使E類放大器偏離最優(yōu)狀態(tài)，系統(tǒng)效率降低且輸出功率變化，不利于次級端精密儀器的正常工作。為了讓E類放大器始終工作在最優(yōu)狀態(tài)，達到最高效率，一般通過設計閉環(huán)E類放大器來實現(xiàn)。設計閉環(huán)E類放大器的關鍵是通過提取負載支路的電氣特征來控制E類放大器的驅(qū)動脈沖的頻率和占空比。

經(jīng)過對現(xiàn)有技術文獻的檢索，國內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)有閉環(huán)E類放大器方面的文獻和專利，在國外，美國電氣與電子工程協(xié)會下屬期刊電路與系統(tǒng)(IEEE?Transactions?oncircuits?and?systems)在2005年第52卷5期刊載的文章《一種基于E類放大器的感應能量傳輸?shù)淖顑?yōu)設計(An?optimal?design?methodology?for?inductivepower?link?with?class-E?amplifier)》，該文作者通過E類放大器負載支路的電流幅值來控制E類放大器開關激勵的占空比。然而，通過仿真可知，E類放大器負載支路的電流最大值并不一定在E類放大器處于最優(yōu)狀態(tài)時出現(xiàn)，會有少許的偏差，并且僅控制開關的激勵頻率難于保證E類放大器工作在最優(yōu)狀態(tài)，還有系統(tǒng)的輸出功率也會隨著頻率的變化而變動。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種變負載閉環(huán)E類放大器的設計方法，解決基于E類放大器的應用電路中，負載變化時E類放大器的效率降低和輸出功率變化問題，從而實現(xiàn)負載變化時，E類放大器始終工作在最優(yōu)狀態(tài)，輸出功率保持恒定或按指定的方式變化。

本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，具體步驟如下：

第一步，取E類放大器負載支路的相位信號為反饋量；

第二步，用該反饋量驅(qū)動E類放大器控制單元，產(chǎn)生占空比和頻率按擬合函數(shù)關系式變化的E類放大器開關激勵；

第三步，用該反饋量控制輸入電壓控制單元，產(chǎn)生按擬合函數(shù)關系式變化的輸入電壓。

所述的反饋量，是指鑒相器檢測的開關激勵與反饋信號的相位差。

所述的反饋信號，是取E類功率放大器負載支路串聯(lián)電容和串聯(lián)電感之間的節(jié)點的相位。

第二步中所述的產(chǎn)生占空比和頻率，是指：根據(jù)占空比與負載電阻和反饋量與負載電阻的關系圖，得到占空比與反饋量的函數(shù)關系圖，并對該圖進行擬合，得到占空比為反饋量的擬合表達式；根據(jù)頻率與負載電阻和反饋量與負載電阻的關系圖，得到頻率與反饋量的函數(shù)關系圖，并對該圖進行擬合，得到頻率為反饋量的擬合表達式。

第三步中所述用該反饋量控制輸入電壓控制單元，產(chǎn)生按按擬合函數(shù)關系式變化的輸入電壓，是指：根據(jù)輸入電壓與負載電阻和反饋與負載電阻的關系圖，得到輸入電壓與反饋量的函數(shù)關系圖，對該關系圖進行擬合，得到恒定輸出功率下輸入電壓與反饋量的擬合表達式，或者任意給定曲線，使輸出功率按指定方式變化。

產(chǎn)生占空比和頻率按擬合函數(shù)關系式變化的開關激勵時，E類放大器始終處于最優(yōu)工作狀態(tài)。產(chǎn)生按擬合函數(shù)關系式變化的輸入電壓時，E類放大器輸出功率按指定方式變化。

本發(fā)明采用開關激勵電壓和負載支路電容與電感之間節(jié)點電壓的相位差為反饋量θ_A。通過頻域穩(wěn)態(tài)電壓和電流波形的分析，可以得到反饋量θ_A與負載電阻R_L的關系為