一种新型串联电感并联调谐DE-1类功率放大器.doc
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1、一种新型串联电感并联调谐DE-1类功率放大器摘要:提出了一种新型串联电感并联调谐DE-1类功率放大器,利用零电流转换(ZCS)和零电流斜率转换(ZCSS)条件对电路进行理论分析。推导出了理想条件下该功率放大器的各元件参数的计算表达式。计算分析了该放大器的性能。DE-1类功率放大器理论上具有100%的效率,既具有D类功率放大器的优点,又具有E-1类放大器的优点。设计了实验电路对理论分析进行验证。采用3 V电源,在110 kHz频率下,该功率放大器的效率达到了97.8%,且实验波形与理论分析一致。0 引言D类功率放大器由于器件寄生电容的存在,当开关导通引起能量损耗,该损耗与工作频率成正比1-2。E
2、类功率放大器利用零电压转换(Zero Voltage Switching,ZVS)和零电压斜率转换(Zero Voltage Slope Switching,ZVSS)减小了晶体管输出寄生电容的损耗,具有较高的输出功率和效率3。SUETSUGU T等研究了任意占空比下的最优和次优E类功率放大器4。邓思建等研究了输出负载变化对E 类功率放大器的性能影响5。然而,E类功率放大器的开关上的峰值电压会达到电源电压的3倍以上3-4,这对于耐压受限的晶体管来说应用受到了限制。结合D类与E类功率放大器产生了DE类功率放大器6。刘昌等研究了输出电容对DE类功率放大器的影响7。SEKIYA H等进一步将DE类功
3、率放大器拓展到任意占空比8。DE类功率放大器已经被应用在无线能量传输中9。E-1类功率放大器10相比于E类功率放大器,其开关器件上的峰值电压下降为电源电压的1/2.8,且最优负载相比E类功率放大器提高数倍,具有较高的研究价值11-12。本文将D类功率放大器与E-1类功率放大器结合,提出一种新型串联电感并联调谐DE-1类功率放大器。首先利用ZCS和ZCSS条件10对该功率放大器的工作过程进行分析。然后给出元件参数的计算表达式,接着对电路特性进行分析,最后实现了一个串联电感并联调谐DE-1类放大器,对理论分析进行验证。1DE-1类功率放大器理论串联电感并联调谐DE-1类功率放大器如图1所示。S1和
4、S2分别是NMOS管和PMOS管,工作在开关状态,受驱动电压VDr1和VDr2控制。电感L1和L2分别与MOS管的漏极连接,形成串联关系。串联中心点通过隔直电容与Lp-Cp并联谐振网络、补偿电容C和负载RL连接。为了简化分析,作如下假设:(1)晶体管是理想开关,导通时短路,截止时开路。(2)开关工作在占空比为25%的方波下。(3)并联LC电路的Q值足够大使得输出电压是正弦波。(4)所有元件为理想元件。隔直电容CDC为理想电容,无交流压降。理想串联电感并联调谐DE-1类功率放大器的等效电路如图2所示。根据假设(3),负载上的电压和电流是正弦的,表达式如式(1)和式(2)所示。当开关中的电流满足式
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