射频放大器及提高其效率的方法、以及射频电源供应器技术

本发明专利技术公开了一种射频电源供应器、射频放大器及提高射频放大器效率的方法，该射频放大器包括一输入回路，一输出回路，且转换一输入电压为一输出电压，该方法包括：(a)设定一组预定参数；(b)依据该组预定参数计算一总电路参数；(c)依据该组预定参数与该总电路参数计算该功率开关的一开关应力，且依据占空比与该开关应力，做成一第一曲线图；(d)依据该组预定参数与该总电路参数计算该射频放大器的效率，且依据占空比与该射频放大器的效率，做成一第二曲线图；(e)依据该第一曲线图选定一占空比数值，且依据该第二曲线图得到该占空比数值所对应的效率。

【技术实现步骤摘要】
射频放大器及提高其效率的方法、以及射频电源供应器
本专利技术是有关一种射频电源供应器、射频放大器及提高射频放大器效率的方法，尤指一种应用一射频放大器电路设计流程设计的射频电源供应器、射频放大器及提高射频放大器效率的方法。
技术介绍
为了因应政府与环保单位要求未来几年内半导体设备商减低排碳量，提升优化电源供应器的效率已是一个重要的议题。请参阅图1为现有射频电源供应器的电路方块图，现有应用于半导体设备的射频电源供应器100A包括：一功因校正单元10A、一转换单元20A以及一射频放大器30A，该转换单元20A连接该功因校正单元10A与该射频放大器30A之间，且转换一交流输入电压Vac为一输出电压Vorf。复而参阅图1，其中第三级的射频放大器30A切换频率为高频率(400kHz～40MHz)，其射频放大器30A内部的功率开关(图未示)切换时所造成的切换损失(SwitchingLoss)是射频电源供应器100A效率最大的问题与障碍。因此，在此高开关切换频率下，选择电路架构上能达到零电压切换以降低切换损失，所常用架构为D类与E类射频放大器30A。其中，E类射频放大器相较于D类类射频放大器差别在于使用单臂开关切换，虽然E类射频放大器30A开关元件与驱动电路成本较低，但由于且E类射频放大器30A电路的内部元件较多，造成于高输出功率时(约2000W～3000W)，E类射频放大器30A电路的内部元件的功率损耗，以及功率开关导通损失(conductionlosses)较高，造成E类射频放大器30A设计复杂且功率应用率低落，故E类射频放大器30A还是广泛地使用于中低瓦数应用。因此，上述该些现有的应用E类射频放大器的射频电源供应器，存在有以下的缺陷：1、无法有效提升E类射频放大器的效率：由于现有的E类射频放大器应用于中高输出功率(约2000W～3000W)，且处于高频切换(400kHz～40MHz)时，E类射频放大器内部元件的功率损失过大，而造成效率低落；2、使用尝试法选择E类射频放大器的功率开关：由于现有的调整E类射频放大器的效率的方法，大多以尝试法选择合适的功率开关以及电路元件。此方法首先需最大化E类射频放大器的散热系统的散热效率，在周而复始地更换功率开关以及电路元件后，测试该E类射频放大器的效率，以调整E类射频放大器的效率。其大多最终所能调整的最高效率，通常仅能于80％左右；及3、未有一套有效的E类射频放大器电路设计流程：由于现有的E类射频放大器的调整方法大多皆使用上述的尝试法，而未有一套有效的电路参数调整流程。因此，需耗费冗长的时间于调整功率开关以及电路元件的参数中。因此，如何设计出一种射频电源供应器、射频放大器及其电路设计方法，设计出应用于中高功率(100～3000W)，且可维持高效率的射频电源供应器、射频放大器及其电路设计方法，乃为本案创作人所欲行克服并加以解决的一大课题。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种提高射频放大器效率的方法，以克服现有技术的问题。因此，本专利技术该射频放大器包括一输入电感串联一功率开关的一输入回路，一输出电容串联一谐振单元的一输出回路，该功率开关并联该输出电容，且转换一输入电压为一输出电压，该提高射频放大器效率的方法包括：(a)设定一组预定参数，该组预定参数包含该射频放大器的输出功率、该输入电压、操作频率以及占空比。(b)依据该组预定参数计算一总电路参数。(c)依据该组预定参数与该总电路参数计算该功率开关的一开关应力。(d)依据该组预定参数与该总电路参数计算该射频放大器的效率。(e)比对效率是否符合一预定范围，若效率不符合该预定范围，改变该组预定参数中的该输入电压或占空比，并返回步骤(a)；若该射频放大器的效率符合该预定范围，选定该占空比数值为该射频放大器的该功率开关的占空比。于一实施例中，其中步骤(c)更包含：(c1)依据占空比与该开关应力，做成一第一曲线图。于一实施例中，其中步骤(d)更包含：(d1)依据占空比与该射频放大器的效率，做成一第二曲线图。于一实施例中，其中在步骤(d1)之后更包含：(d2)依据该第一曲线图选定一占空比数值，且依据该第二曲线图得到该占空比数值所对应的效率。于一实施例中，其中步骤(e)更包含：(e1)比对该射频放大器的总谐波失真与散热能力是否符合该预定范围内，若该射频放大器的总谐波失真或散热能力不在该预定范围内时，改变该组预定参数中的该输入电压或占空比，并返回步骤(a)。若该射频放大器的总谐波失真与散热能力符合该预定范围，选定该占空比数值为该射频放大器的该功率开关的占空比。于一实施例中，其中该总电路参数包含该射频放大器的相移角度、该输出电容的电容量、该射频放大器的输入电流以及该谐振单元的谐振电流。于一实施例中，其中步骤(d)更包含：(d2)依据该组预定参数与该总电路参数计算该射频放大器的一总功率损失，且依据该总功率损失计算该射频放大器的效率。其中，该射频放大器的效率为该射频放大器功率输出相对于该射频放大器整体功率耗损之比。于一实施例中，其中该谐振单元包含一谐振电容串联一谐振电感，步骤(d)更包含：(d3)依据该总功率损失选定该输入电感的电感值、该谐振电容的电容值以及该谐振电感的电感值。于一实施例中，其中该开关应力包括开关电压应力及开关电流应力。于一实施例中，其中步骤(c)更包含：(c2)依据该开关电压应力及开关电流应力选定该功率开关。于一实施例中，其中该总功率损失包含该功率开关的功率损失、该输出电容的功率损失、该谐振单元的功率损失以及该输入电感的功率损失。为了解决上述问题，本专利技术提供一种射频放大器，以克服现有技术的问题。因此，本专利技术该种射频放大器包括：一输入回路，该输入回路包括一输入电感与一功率开关，该输入电感串联该功率开关，且接收一输入电压。一输出回路，该输出回路包括一输出电容与一谐振单元，该输出电容并联该功率开关，且该谐振单元串联该输出电容，并输出一输出电压。其中，该射频放大器的该功率开关的占空比根据如请求项第1项所述的提高射频放大器效率的方法所决定。于一实施例中，其中该射频放大器的该输入电压为该功率开关的占空比对应的输入电压。为了解决上述问题，本专利技术提供一种射频电源供应器，以克服现有技术的问题。因此，本专利技术该射频电源供应器包括：一功因校正单元，转换一交流输入电压为一直流电压。一转换单元，连接该功因校正单元，且转换该直流电压为一输入电压。一射频放大器，连接该转换单元，且转换该输入电压为一输出电压。一控制单元，控制该功因校正单元、该转换单元以及该射频放大器。其中，该射频放大器包括一输入电感串联一功率开关的一输入回路，一输出电容串联一谐振单元的一输出回路，该功率开关并联该输出电容；该射频放大器的该功率开关的占空比根据如请求项第1项所述的提高射频放大器效率的方法所决定。于一实施例中，其中该射频放大器的该输入电压为该功率开关的占空比对应的输入电压。于一实施例中，其中依据该输入电压调整该转换单元的电压转换比例。为了能更进一步了解本专利技术为达成预定目的所采取的技术、手段及功效，请参阅以下有关本专利技术的详细说明与附图，相信本专利技术的目的、特征与特点，当可由此得一深入且具体的了解，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本专利技术加以限制者。附图说明图1为现有射频电源本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高射频放大器效率的方法，其特征在于，该射频放大器包括一输入电感串联一功率开关的一输入回路，一输出电容串联一谐振单元的一输出回路，该功率开关并联该输出电容，且转换一输入电压为一输出电压，该提高射频放大器效率的方法包括：(a)设定一组预定参数，该组预定参数包含该射频放大器的输出功率、该输入电压、操作频率以及占空比；(b)依据该组预定参数计算一总电路参数；(c)依据该组预定参数与该总电路参数计算该功率开关的一开关应力；(d)依据该组预定参数与该总电路参数计算该射频放大器的效率；(e)比对效率是否符合一预定范围，若效率不符合该预定范围，改变该组预定参数中的该输入电压或占空比，并返回步骤(a)；若该射频放大器的效率符合该预定范围，选定该占空比数值为该射频放大器的该功率开关的占空比。

【技术特征摘要】
1.一种提高射频放大器效率的方法，其特征在于，该射频放大器包括一输入电感串联一功率开关的一输入回路，一输出电容串联一谐振单元的一输出回路，该功率开关并联该输出电容，且转换一输入电压为一输出电压，该提高射频放大器效率的方法包括：(a)设定一组预定参数，该组预定参数包含该射频放大器的输出功率、该输入电压、操作频率以及占空比；(b)依据该组预定参数计算一总电路参数；(c)依据该组预定参数与该总电路参数计算该功率开关的一开关应力；(d)依据该组预定参数与该总电路参数计算该射频放大器的效率；(e)比对效率是否符合一预定范围，若效率不符合该预定范围，改变该组预定参数中的该输入电压或占空比，并返回步骤(a)；若该射频放大器的效率符合该预定范围，选定该占空比数值为该射频放大器的该功率开关的占空比。2.如权利要求1所述的提高射频放大器效率的方法，其特征在于，步骤(c)更包含：(c1)依据占空比与该开关应力，做成一第一曲线图。3.如权利要求2所述的提高射频放大器效率的方法，其特征在于，步骤(d)更包含：(d1)依据占空比与该射频放大器的效率，做成一第二曲线图。4.如权利要求3所述的提高射频放大器效率的方法，其特征在于，在步骤(d1)之后更包含：(d2)依据该第一曲线图选定一占空比数值，且依据该第二曲线图得到该占空比数值所对应的效率。5.如权利要求1所述的提高射频放大器效率的方法，其特征在于，步骤(e)更包含：(e1)比对该射频放大器的总谐波失真与散热能力是否符合该预定范围内，若该射频放大器的总谐波失真或散热能力不在该预定范围内时，改变该组预定参数中的该输入电压或占空比，并返回步骤(a)；若该射频放大器的总谐波失真与散热能力符合该预定范围，选定该占空比数值为该射频放大器的该功率开关的占空比。6.如权利要求1所述的提高射频放大器效率的方法，其特征在于，该总电路参数包含该射频放大器的相移角度、该输出电容的电容量、该射频放大器的输入电流以及该谐振单元的谐振电流。7.如权利要求1所述的提高射频放大器效率的方法，其特征在于，步骤(d)更包含：(d2)依据该组预定参数与该总电路参数计算该射频放大器的一总功率损失，且依据该总功率损失计算该射频放大器的效率；其中，该...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖威勳，许棨，
申请(专利权)人：台达电子工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71