[發明專利]用于E類放大器的高效功率調整

有效

• 申請號: 201010159376.9
• 申請日: 2010-04-06
• 公開（公告）號: CN101860250A
• 公開（公告）日: 2010-10-13
• 發明（設計）人: M·J·弗恩德里
• 申請（專利權）人: 馬克西姆綜合產品公司
• 主分類號: H02M7/537
• 分類號: H02M7/537
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華

技術領域

本發明涉及功率放大器領域。更具體地，本發明涉及E類功率放大器和功率變換器設備。

背景技術

E類放大器將DC源轉換為特定頻率的正弦放大輸出信號。E類放大器通常是高效的開關電源放大器。

圖1示出了傳統的E類放大器設備100。該設備100包括輸入功率VP。輸入電感器110的第一端子耦合到輸入功率VP。MOSFET?112的漏極與輸入電感器110的第二端子以及具有諧振頻率的諧振LCR負載或諧振負載111的輸入端子耦合。驅動模塊122與MOSFET?112的柵極耦合用于驅動該MOSFET?112。驅動模塊122響應于輸入信號“Vin(freq)”而以固定的頻率交替地導通和關斷該MOSFET?112。該固定頻率等于諧振負載111的諧振頻率。

輸入電感器110通常是連接到輸入功率VP的大型電感器。存儲在輸入電感器110中的功率可以在MOSFET?112被導通的時候通過該功率MOSFET?112被下拉到電路接地。當MOSFET?112沒有進行傳導時，電感器110中的功率耦合到諧振負載111。該諧振負載111包括從輸入端子耦合到電路接地的第一電容器114。第二電容器116與諧振負載111的輸入端子和諧振負載111的輸出端子之間的電感器118串聯耦合。負載電路120耦合在諧振負載111的輸出端子和電路接地之間。E類設備100將MOSFET?112操作在歐姆區域或完全關斷。

當MOSFET?112沒有進行傳導時，漏極上的電壓Vdrain(freq)將升高并且可以高于DC輸入電壓VP。當MOSFET?112導通的時候，漏極上的電壓Vdrain(freq)達到MOSFET?112的歐姆電壓降。MOSFET?112的低阻抗使得MOSFET?112消耗的功率很低。

為了使得圖1的設備100以單一頻率來提供單輸出正弦電壓幅度，在到MOSFET?112的輸入頻率、該輸入頻率處輸入信號的占空比以及構成諧振LCR負載111的部件的值之間必須具有固定的關系。如果偏離該固定關系，則將導致不期望的諧波失真增加或效率降低或者二者皆有。因此，與設備100類似的、企圖通過調整輸入頻率的占空比或者通過改變LCR值來影響輸出幅度VOUT的那些設備將遭受諧波失真增加和效率降低。

圖2示出了另一種傳統的E類放大器設備200。該設備200與圖1的設備100類似，例外之處在于降壓變換器電路225耦合在輸入功率VP和輸入電感器210之間。具體而言，輸入電感器210、MOSFET212、電容器214和216、電感器218、負載電路220以及驅動模塊222在功能和架構上分別與圖1的輸入電感器110、MOSFET?112、電容器114和116、電感器118、負載電路120以及驅動模塊122相對應。降壓變換器電路225包括開關224，其具有耦合到輸入功率VP的第一端子，以及第二端子。二極管226具有陰極和陽極。陰極耦合到開關224的第二端子并且陽極耦合到電路接地。降壓電感器228具有耦合到陰極的第一端子和耦合到輸入電感器210的第一端子的第二端子。降壓電容器230具有耦合到降壓電感器228的第二端子的第一端子以及耦合到接地的第二端子。與圖1的實施方式相似，MOSFET?212的驅動頻率固定在諧振負載211的諧振頻率處。該設備200使用降壓變換器225來調節輸出電壓VOUT的幅度。降壓變換器225通過改變或調制輸入功率VP的幅度來調節輸出電壓VOUT的幅度。降壓變換器225以傳統降壓變換器的通常方式進行操作。降壓變換器電路225的使用允許對E類放大器電路200的幅度進行調節。不期望的是，降壓變換器225將降低E放大器電路200的整體效率。附加地，降壓變換器225要求附加的分立部件，其將增加電路200的成本和復雜度。

圖3示出了另一傳統的E類放大器設備300。該設備300是差分放大器。輸入功率VP耦合到匹配的第一和第二輸入電感器310A、310B的第一端子。第一和第二MOSFET?312A、312B的漏極端子分別與第一和第二輸入電感器310A、310B的第二端子耦合。諧振LCR負載或諧振負載311耦合在第一和第二輸入電感器310A、310B的第二端子之間。驅動模塊322與第一和第二MOSFET?312A、312B的柵極耦合，用于驅動該第一和第二MOSFET?312A、312B。驅動模塊322響應于輸入信號Vin(freq)(未示出)以固定的頻率交替地導通和關斷第一和第二MOSFET?312A、312B。該固定頻率等于諧振負載311的諧振頻率。