零电压互补开关的高效率D类放大器制造技术

本发明专利技术涉及一种高效率Ｄ类放大器。此放大器包含有两个晶体管，依序转换通断。其输出是由两个晶体管间的公共节点上输出。确使每一晶体管于其接通时，其上电压大体上为０，此时放大器的效率大为增加。此优点经由在公共节点上连接一电感的方式而获致，因此使储存于任何杂散电容内的电能均于任一晶体管接通之前转移到电感上。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及D类放大器，尤其是涉及高效率D类放大器，此等放大器适于提供高频信号予无电极放电灯内的感应线圈。D类放大器的基本形式如附图说明图1所示。两个晶体管QA和QB均由变压器予以驱动以转换于接通与关断之间而使彼此相位相差为180°。此两个晶体管相当于图2中所示的双刀开关，并于其公共节点上产生方波输出，该波形与图3中所示波形相仿。理想的是，D类放大器的效率应为100%，即，在晶体管QA和QB再重复转换通断时，应完全不消耗功率。但是，实际上，晶体管QA和QB本身均具有其驻在电阻，通常称为晶体管的驻在电阻。此等晶体管也有其固有电容，如图1中所示为电容器CA和CB，此等电容器于其关断时，乃能充电而产生电压。因此，当其接通时，晶体管上因有电压差，结果流经晶体管的电流使能量变为热量而散失。此能量损失可表示为CV2f，其中的C表示晶体管的固有电容(其值为CA或CB)，V为直流输出电压(VDD)，而f为放大器驱动时的频率。实际上，高频D类放大器的标准工作效率约为50%至60%。此效率损失的大部分是由于晶体管固有电容造成的。此一低效率，对于显著功率损失无法承受的无电极放电灯和其他装置，D类放大器的适合性已大受限制。在实际工作中，具有相同电特性的晶体管QA和QB，并不为图3中所示的立即和同时接通和关断。反之，来自变压器的输入标准的正弦波形，当其到达其阈电压Vth时才使每一晶体管接通，如图4中所示。因此，在晶体管其中之一关断而另一晶体管接通之间有一个时间段。因此，其输出信号并非为完全方波，而有一倾斜过度时间，如图5所示，其时间段为△t。此外，每一晶体管的接通或关断均须有一定的时间。本专利技术的目的在于提供一种工作效率高的D类放大器。本专利技术的另一个目的在于提供一种使用该D类放大器的无电极放电灯。为了达到上述专利技术目的，本专利技术的一种D类放大器，包括串联的第一和第二转换装置;用以控制第一转换装置的第一门控装置;用以控制第二转换装置的第二门控装置;一个联接到第一门控装置和第二门控装置的信号源，该信号源使所述的第一转换装置和所述的第二转换装置顺序断开和闭合，第一和第二转换装置其中之一为断开时，另一个为闭合，且还有一个时间段，在该时间段内第一和第二转换装置均为断开;其中，所述的放大器有固有的电容，当第一和第二转换装置其中之一断开时，固有的电容储存能量;以及储存能量的装置，该装置在所述的时间段内接收储存在固有电容中的能量，以便减少加在第一和第二转换装置上的电压，使之在从断开转为闭合的情况下几乎为零。本专利技术的另一个使用D类放大器的无电极放电灯，包括一个振荡信号源;一个安装到密封器附近的感应线圈，所述的密封容器含有金属蒸汽，以及，一个与所述的感应线圈相连接的放大器，所述的放大器包括串联的第一和第二转换装置;用于相继断开和闭合第一转换装置的第一门控装置;用于相继断开和闭合第二转换装置的第二门控装置其中(ⅰ)所述的放大器被设计成有一个时间段，在该时间段内，在第一和第二转换装置均为断开，以及(ⅱ)所述的放大器具有一个固有的电容，该电容在第一和第二转换装置为断开时储存能量;一个储存能量的装置，该装置接收储存在所述的固有电容中的能量，以便减少加在第一和第二转换装置其中之一上的电压，使当第一和第二转换装置其中之一从断开转换到闭合时的情况下电压几乎为零。在本专利技术的D类放大器中，放大器的内在电感是依电容方式耦合至两个晶体管间的公共节点上。此电感实际上与晶体管的固有电容及电路上其他杂散电容构成一谐振电路，此等电容总称为输出电容Co。电感的选定，在两个晶体管均关断时的时间段△t内，其储存于输出电容Co内的功率转移至电感内。因此当一个晶体管关断时，在输出电容Co与电感之间发生能量转移，而另一晶体管接通时，其上不致有电压降。如上所述，这就是使晶体管转换功率损失减小至最低限度所需要的条件。因此，由此电感与输出电容所构成的谐振电路，使储存于输出电容内的能量转移至电感上，而不致于在晶体管接通时经由电流流通和热损失而消耗掉。本专利技术原理特别适用于诸如无电极放电灯装置，其中对于灯的整体效率十分重要的是，使传输到感应线圈的振荡信号放大时的功率损失减少至最低限度。下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。附图简要说明图1所示为传统型D类放大器电路图。图2所示为D类放大器的等效电路。图3所示为D类输出放大器的理想化输出。图4所示为由信号源至D类放大器的输入。图5所示为将转换延迟计算在内时，D类放大器的输出。图6所示为本专利技术的D类放大器电路图。图7所示为图6的D类放大器中的变压器。图8所示为D类放大器的输入和输出信号的重叠视图。图9所示为图6的D类放大器中的谐振电路。图10所示为本专利技术D类放大器与无电极放电灯相连接的方块图。图6所示为本专利技术高效率D类放大器电路图。信号源S输送正弦波输入信号，RS表示信号源S的阻抗。此输入信号被输送至变压器组件T1，此组件包括变压器T1a和T1b，共用同一磁心CR，如图7所示。变压器T1a和T1b各绕组在图6和7中标示为La，Lb，Lc和Ld(La-Ld有时称为每一个别绕组的自感)上。如图7所示，绕组La和Lb为双线绕卷于磁心CR的一侧，而绕组Lc和Ld为双线绕卷于磁心CR的另一侧。绕组La和Lb(变压器T1a)间及绕组Lc和Ld(变压器T1b)间的耦合接近1，同时由于变压器11a和T1b位于磁心CR的之间相反端侧(约相隔180°)，且由于磁心CR的磁导率极低。其间的偶合极低(标准的约0.5)。由于下述理由，变压器T1a的匝数较变压器T1b的匝数为多。转换功能是经由晶体管Q1和Q2所提供，每一晶体管均为N通道功率金属氧化物转体场效晶体管(MOSFET)。晶体管Q1和Q2串联于直流电源电压VDD与接地之间，晶体管Q1的源极端与晶体管Q2的漏极端构成公共节点，代表放大器输出。此输出馈输至匹配阻抗网路N与负载L上。匹配阻抗网络N有多种变化，为本领域技术人员所熟知。绕组La末端E经由耦合电容器C1与晶体管Q1的栅极相耦合。绕组Lb末端F经由耦合电容器C2与输出相交流耦合，而绕组Ld末端D经由电感L1与晶体管Q2的栅极端相连接。图6中所示的电容器C1，C2和C3均用以作为交流耦合电容器。电容器C4用以作为交流旁路电容器，以确保晶体管Q1漏极端与电流接地间的交流阻抗维持一最小值。电阻器R1和R2均分别连接于晶体管Q1和Q2的栅极与源极端之间，并确保晶体管栅极保持在直流为零的基础上。变压器T1a构成为平衡一不平衡传输变压器，使来自信号源S的信号反相施加反相信号于晶体管Q1的栅极上。(平衡一不平衡变压器见郝伯特·L·克劳斯等人合著，于1980年由约翰·卫里父子出版社出版的Solid State Radio Engineering一书第374页，并已纳入本说明中供参考。)另一方面，变压器T1b为普通变压器，此变压器输送信号给晶体管Q2栅极，此信号与来自信号源S的信号同相。因此，当来自信号源S的信号变高时，变压器T1bD端输出也变高，而使晶体管Q2接通。同时，来自变压器E端输出，以F端为基准变低，使晶体管Q1关断。磁心CR上的平衡一不平衡变压器T1a与普通变压器T1b的配置根据所示方式相助，使之当晶体管Q1和Q2中其一关断，而另一晶体管接通时的时间有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种放大器，包括：串联的第一和第二转换装置；用以控制第一转换装置的第一门控装置；用以控制第二转换装置的第二门控装置；一个联接到第一门控装置和第二门控装置的信号源，该信号源使所述的第一转换装置和所述的第二转换装置顺序断开和闭合，第一和第二转换装置其中之一为断开时，另一个为闭合，且还有一个时间段，在该时间段内第一和第二转换装置均为断开；其中，所述的放大器有固有的电容，当第一和第二转换装置其中之一断开时，固有的电容储存能量；以及储存能量的装置，该装置在所述的时间段内接收储存在固有电容中的能量，以便减少加在第一和第二转换装置上的电压，使之在从断开转为闭合的情况下几乎为零。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗吉西亚欧，
申请(专利权)人：戴布罗研究公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]