本发明专利技术提供一种功率变换器设备，该功率变换器设备包括输入功率源和配置用于将输入功率源的功率耦合到该设备的输入电感器。开关配置用于调整通过输入电感器的输入功率源的功率。分流二极管耦合在开关和输入电感器之间。谐振负载与输入电感器耦合。开关元件与输入电感器和谐振负载相耦合并且配置用于以固定频率操作。功率变换器设备还包括用于对开关的频率进行调制的控制电路以及用于以固定频率驱动开关元件的驱动模块。在一个示例性实施方式中，功率变换设备是Ｅ类放大器。该固定频率是等于谐振负载的谐振频率的频率。在一个实施方式中，功率变换器设备配置为集成电路设备。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及功率放大器领域。更具体地，本专利技术涉及E类功率放大器和功率变换 器设备。
技术介绍
E类放大器将DC源转换为特定频率的正弦放大输出信号。E类放大器通常是高效 的开关电源放大器。图1示出了传统的E类放大器设备100。该设备100包括输入功率VP。输入电感 器110的第一端子耦合到输入功率VP。M0SFET 112的漏极与输入电感器110的第二端子以 及具有谐振频率的谐振LCR负载或谐振负载111的输入端子耦合。驱动模块122与M0SFET 112的栅极耦合用于驱动该M0SFET 112。驱动模块122响应于输入信号“Vin (freq) ”而以 固定的频率交替地导通和关断该M0SFET 112。该固定频率等于谐振负载111的谐振频率。输入电感器110通常是连接到输入功率VP的大型电感器。存储在输入电感器110 中的功率可以在M0SFET 112被导通的时候通过该功率M0SFET 112被下拉到电路接地。当 M0SFET 112没有进行传导时，电感器110中的功率耦合到谐振负载111。该谐振负载111 包括从输入端子耦合到电路接地的第一电容器114。第二电容器116与谐振负载111的输 入端子和谐振负载111的输出端子之间的电感器118串联耦合。负载电路120耦合在谐振 负载111的输出端子和电路接地之间。E类设备100将M0SFET 112操作在欧姆区域或完全 关断。当M0SFET 112没有进行传导时，漏极上的电压Vdrain(freq)将升高并且可以高 于DC输入电压VP。当M0SFET 112导通的时候，漏极上的电压Vdrain (freq)达到M0SFET 112的欧姆电压降。M0SFET 112的低阻抗使得M0SFET 112消耗的功率很低。为了使得图1的设备100以单一频率来提供单输出正弦电压幅度，在到M0SFET 112的输入频率、该输入频率处输入信号的占空比以及构成谐振LCR负载111的部件的值之 间必须具有固定的关系。如果偏离该固定关系，则将导致不期望的谐波失真增加或效率降 低或者二者皆有。因此，与设备100类似的、企图通过调整输入频率的占空比或者通过改变 LCR值来影响输出幅度V0UT的那些设备将遭受谐波失真增加和效率降低。图2示出了另一种传统的E类放大器设备200。该设备200与图1的设备100类 似，例外之处在于降压变换器电路225耦合在输入功率VP和输入电感器210之间。具体而 言，输入电感器210、M0SFET212、电容器214和216、电感器218、负载电路220以及驱动模块 222在功能和架构上分别与图1的输入电感器110、M0SFET 112、电容器114和116、电感器 118、负载电路120以及驱动模块122相对应。降压变换器电路225包括开关224，其具有耦 合到输入功率VP的第一端子，以及第二端子。二极管226具有阴极和阳极。阴极耦合到开 关224的第二端子并且阳极耦合到电路接地。降压电感器228具有耦合到阴极的第一端子 和耦合到输入电感器210的第一端子的第二端子。降压电容器230具有耦合到降压电感器 228的第二端子的第一端子以及耦合到接地的第二端子。与图1的实施方式相似，M0SFET212的驱动频率固定在谐振负载211的谐振频率处。该设备200使用降压变换器225来调 节输出电压V0UT的幅度。降压变换器225通过改变或调制输入功率VP的幅度来调节输出 电压V0UT的幅度。降压变换器225以传统降压变换器的通常方式进行操作。降压变换器 电路225的使用允许对E类放大器电路200的幅度进行调节。不期望的是，降压变换器225 将降低E放大器电路200的整体效率。附加地，降压变换器225要求附加的分立部件，其将 增加电路200的成本和复杂度。图3示出了另一传统的E类放大器设备300。该设备300是差分放大器。输入功率 VP耦合到匹配的第一和第二输入电感器310A、310B的第一端子。第一和第二MOSFET 312A、 312B的漏极端子分别与第一和第二输入电感器310A、310B的第二端子耦合。谐振LCR负载 或谐振负载311耦合在第一和第二输入电感器310A、310B的第二端子之间。驱动模块322 与第一和第二 MOSFET 312A、312B的栅极耦合，用于驱动该第一和第二 MOSFET 312A、312B。 驱动模块322响应于输入信号Vin(freq)(未示出)以固定的频率交替地导通和关断第一 和第二 MOSFET 312A、312B。该固定频率等于谐振负载311的谐振频率。第一和第二输入电感器310A、310B通常是连接到输入功率VP的大型电感器。存 储在第一和第二输入电感器310A、310B的功率可以在第一和第二 MOSFET 312A、312B被导 通的时候通过第一和第二 MOSFET 312A、312B被下拉到电路接地。当第一和第二 MOSFET 312A、312B没有进行传导时，第一和第二输入电感器310A、310B中的功率耦合到谐振负载 311。该谐振负载311包括分别匹配的第一和第二电容器314、315。第一和第二电容器314、 315分别从第一和第二输入电感器310A、310B的第二端子耦合到电路接地。第三或串联电 容器316与负载电路320和电感器318串联耦合。输出端子“Vout”耦合到负载电路320 的第一和第二端子。E类设备300将第一和第二 MOSFET 312A、312B操作在欧姆区域或完全 关断。当第一和第二 MOSFET 312A、312B没有进行传导时，漏极上的电压Vdrain(freq) 将升高并且可以高于DC输入电压VP。当第一和第二 MOSFET 312A、312B导通时，漏极上的 电压Vdrain(freq)进行到第一和第二 MOSFET 312A、312B的欧姆电压降。该第一和第二 MOSFET 312A、312B的低阻抗使得第一和第二 MOSFET 312A、312B所消耗的功率很低。为了使得图3的设备300以单一频率来提供单输出正弦电压幅度，在第一和第二 MOSFET 312A、312B的输入频率、该输入频率处输入信号的占空比以及构成谐振LCR负载 311的部件的值之间必须具有固定的关系。如果偏离该固定关系，则将导致不期望的谐波失 真增加或效率降低或者二者皆有。因此，与设备300类似的、企图通过调整输入频率的占空 比或者通过改变LCR值来影响输出幅度V0UT的那些设备将遭受谐波失真增加和效率降低。图4示出了另一种传统的E类放大器设备400。该设备400与图3的设备30类似， 例外之处在于降压变换器电路425耦合在输入功率源VP和第一和第二输入电感器410A、 410B之间。具体而言，第一和第二输入电感器410A、410B、第一和第二 MOSFET 412A、412B、 第一和第二电容器414和415、串联电容器416、电感器418、负载电路420以及驱动模块 422在功能和架构上分别与图3的第一和第二输入电感器310A、310B、第一和第二 MOSFET 312A、312B、第一和第二电容器314和315、串联电容器316、电感器318、负载电路320以及 驱动模块322相对应本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种功率变换器设备，包括：输入功率源；输入电感器，配置用于耦合所述输入功率源的功率；开关，配置用于调整通过所述输入电感器的输入功率源的功率；分流二极管，其耦合在所述开关和所述输入电感器之间；谐振负载，其与所述输入电感器相耦合，并且包括第一电容器、第二电容器、串联电感器和负载电路；以及开关元件，其与所述输入电感器以及谐振负载相耦合，并且配置用于以固定频率进行操作。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：MJ弗恩德里，
申请(专利权)人：马克西姆综合产品公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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