一种开关放大器，实现了双向能量流动且将开关和功率放大合为一级以增强系统效率。放大器的调制电路接收和调制输入信号，产生和输出被调制的驱动信号（被功率驱动电路使用以产生信号从而驱动放大器的放大器电路的开关变压器）控制信号（被用于控制输出产生电路，通过使得流过负载的电流有一个对地路径，从而允许负载两端的电感相独立）。放大器电路包括开关变压器和电路，它们被配置以捕获从负载返回的能量，且能通过放大器的能量回馈电路使被捕获的能量流回放大器的电源电路。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】具有双向能量流动的单级开关功率放大器 相关申请的交叉引用 本申请要求基于美国法典第35篇第119条（e) (35U.S.C119(e))，于2012年12月 1日递交的临时专利申请N061/732,324的权利，其全部披露的内容在此被引用。 背景 1.
本专利技术大体上是和开关功率放大器相关，尤其是和除了其他优势以外，能量能够 双向流动的单级开关功率放大器有关。 2.相关技术的描述 传统的开关功率放大器，像D类功率放大器，在产生连接到功率放大器输出端 的负载上的输出信号之前（该输出信号是输入信号的原样复制放大），通常经过至少两 级一一也就是说，产生所需电源的第一级（此后我们称之为"电源供应级"）以及运用产生 的具有一个或多个开关架构的电源去放大输入信号（此后我们称之为"功率放大级"）在每 一级，这种两级或者多级功率放大器都会引起功率损耗，导致系统效率的降低。因此，对开 关功率放大器来说，减少级数是提高系统效率的一种方法。 为了提高开关功率放大器效率，业界已经做出努力将第一级"电源供应级"和第二 级"功率放大级"组合成单一级以传递被放大的输出信号。特别地，授予陈（Chen)的申请 号为N0. 2011/0299309的已经公开的美国专利（此后我们称之为"309申请"）公开了一种 开关功率放大器（此后我们称之为"309放大器"），它把"电源供应级"和"功率放大级"组 合成单一级来增加系统效率。然而，"309放大器"有很多设计缺陷，主要是由于它没有很 好地解决把"电源供应级"和"功率放大级"组合成单一级所产生的各种新的问题。 如图1A(309功率放大器的电路原理图）所示，一个设计缺陷是"309功率放大器" 需要一对高度磁耦合的电感L5和L10 (-对低通滤波器的相应部分）跨接负载150,其耦合 系数要高于〇. 99,这样放大器才能较好的工作。图1B和1C说明了所需高度耦合的电感对 的例子。 更加具体地，二极管D131和D134,这两个二极管（在次级线圈上）通过节点A连 接到电感L5,都偏置在和电感L5相反的方向。因此，当场效应管开关Ml(它也连在节点A) 关断时，二极管D131和D134阻断电感L5中的电流。正如本领域技术人员看到的那样，如 果电感中的电流被阻断，就会在电感的阻断端引起高电压尖峰脉冲，除非此电感和另一电 感有紧密磁耦合从而在另一电感的磁耦合端产生负电压形成一个电流流动环路。 这样，当电感L5中的电流被二极管D131和D134的反向偏置所阻断时，在节点A 就会发生高电压尖峰脉冲（这可能损坏开关Ml)，除非电感L5和L10有紧密磁耦合从而在 节点B上产生负脉冲（参见图1B和1C)，通过场效应管开关M2的体二极管形成电流环路。 更进一步地，电感L5和L10之间的耦合系数必须高于0. 99,否则耦合无法即时引起节点B 的电压变为负电压，此负电压是形成所需电流环路所必需的。同一情形也适用于电感L10。 因此，电感L5和L10之间没有0. 99或者更好耦合系数的紧密磁耦合，"309放大器"根本就 不能工作。 正如本领域技术人员知道的那样，虽然在实验室环境中有可能制造出耦合系数为 〇. 99或者更高的紧密磁耦合的电感L5和L10,实际上在大量生产时实现电感间如此紧密的 磁耦合是不可能的。即使在大量生产中能够实现如此极高水平的耦合，此耦合会不可避 免地引起高频纹波电流一一纹波的峰值电流能够去到1〇〇安培这么高一一并流过L5和 L10。该高频纹波电流会引起电感磁芯损耗，按当今的技术，如果不是没有的话，也是非常少 的磁性材料（考虑所有电感的制造材料）能够承受如此严峻的高频纹波电流。 除此之外，如果产生了纹波电流，它也会流经电容C1和C2 (它们连接到L5和L10， 分别作为低通滤波器对的主要部分）。然而按今天的技术，实际上不可能找到能够处理这 种量级纹波电流的电容。而且，紧密耦合的电感L5和L10也会有漏感存在，从而在"309放 大器"的节点A和B都会引起很高幅度的电压尖峰脉冲。这种电压尖峰，即使有钳位电路控 制，也会导致大量能量浪费，结果降低系统效率。因此，对"309放大器"来说，需要一个高度 磁耦合电感对（L5和L10)是一个设计缺陷。 "309功率放大器"的第二个设计缺陷是它只能驱动阻性负载，不能驱动纯感性负 载。尤其是，按照这种设计，"309放大器"不提供感性负载释放（返回）的多余能量的储存 和返回通路。结果是，"309功率放大器"无法驱动纯感性负载，例如马达。这个局限严重地 限制了 "309放大器"的使用，因此这也是一个设计缺陷。 "309功率放大器"的第三个设计缺陷是与场效应管开关Ml和M2相关的结构不能 可靠地确保在任何时刻Ml和M2当中仅有一个导通，而不是两个同时导通。更具体地说，上 端次级线圈产生的信号用作驱动信号通过二极管D142和D143驱动开关Ml时，这两个二极 管相对Ml都处于反向偏置状态。正如本领域技术人员知道的那样，由于D142和D143的反 向偏置引起的在Ml驱动栅极累积的过量电荷，Ml根本无法在M2开启之前或开启之时可靠 地关断，这会导致这两个开关同时导通额外的一段时间。这种状况会引起两个开关变压器 的次级线圈短路，致使"309放大器"不能工作。同样的情形也发生在开关M2上。因此，对 "309放大器"来说，和开关Ml及M2相关的现有结构是另外一个设计缺陷。 "309放大器"的上述设计缺陷主要是由于它没有解决把上述电源供应级和功率放 大级组合成单一级所产生的问题。这些问题通常并不适于传统的两级开关功率放大器。 如图1D(传统的D类开关功率放大器）所示，，功率放大级位于一个或多个提供所 需电源的变压器次级。典型地，功率放大电路包括一组4个开关，S101-S404,它们和位于负 载150两端的两个低通滤波器相连。众所周知，每一个开关内部源极和漏极之间有一个体 二极管。此外，次级侧的两个滤波器电容C101和C102(电源供应级的主要部分）连接到开 关S101-S104中的每一个以及电源的正负极（比如开关变压器的次级线圈）。 特别地，电感对L101和L102在某种程度上和"309放大器"的一对电感L5和L10 相对应，因为这两对电感都和位于负载150两边的一对低通滤波器相关。此外，开关S102 和S104在某种程度上和"309放大器"的开关Ml和M2相对应，因为这两对开关都和它们各 自位于负载150两边的一对低通滤波器相连接。 首先，和"309放大器"的第一个设计缺陷相关的情形类似--也就是S102关断的 情形，电感L101中的电流被开关S101阻断--开关S101的体二极管D101导通。结果 是，电感L101的电流流经体二极管D101向滤波电容C101和C102充电。正如本领域技术 人员知道的那样，滤波电容C101和C102像能量储存器一样工作。当电感电流持续流过功 率开关S101的体二极管时，电流就一直给滤波电容C101和C102充电。只要电容有足够的 容量，多余的能量就能储存在其中，这就使电感电流得以继续流动。这不同于前述"309放 大器"的情形，"309放大器"中的电感电流会停止流动并在节点A引起很大的尖峰电压，除 非电感L5和L10紧密磁耦合。因本文档来自技高网...
【技术保护点】
关功率放大器，其将信号放大和开关组合为单一级并实现双向能量流动，放大器包括：电源电路，包括至少一个电源和一个电容，电源电路被配置以供给电源并且储存循环回流能量；调制器电路，被配置以接受输入信号，调制接受的输入信号，输出包括一组或者多组被调制的开关驱动信号的开关驱动信号，输出一或多个控制信号的控制信号组；电源驱动电路，被配置以接受来自电源电路的功率，接受若干开关驱动信号，并产生一组包括至少一个被调制的开关变压器驱动信号的开关变压器驱动信号；放大器电路，包括第一和第二放大器子电路，每个放大器子电路包括：一具有初级线圈和次级线圈的开关变压器，初级线圈耦合到功率驱动电路并且接受两组开关变压器驱动信号，两个被接收到的信号中至少一个是被调制的开关变压器驱动信号，次级线圈产生放大的开关调制信号；以及耦合到次级线圈并被配置以全波方式整流被放大的开关调制信号以在放大器子电路的输出节点产生整流放大的调制信号的次级线圈电路，该电路获取从负载通过输出节点返回的能量；能量回馈电路，耦合到电源电路，耦合到第一和第二放大器子电路的各自的次级线圈电路，被配置以输送在次级线圈电路被获取的返回能量到电源电路以储存和循环；输出发生电路，耦合到具有两端子的负载，耦合到第一和第二放大器子电路的两各自的输出节点，接受由调制器电路输出控制信号组，并被配置以在控制信号组的控制下，在各自的输出节点解调出被整流放大的调制信号以在负载的两端产生一被放大的差分输出信号，以便来自两个输出节点中任何一个的电流穿过负载流向地面。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈学健，
申请(专利权)人：广东锐顶电力技术有限公司，陈学健，
类型：发明
国别省市：广东;44
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