專利名稱：高效率的功率放大器系統(tǒng)及產(chǎn)生高效率放大輸出的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種功率放大器及其產(chǎn)生高效率放大輸出的方法，尤其涉及一種高效率的功率放大器裝置及其產(chǎn)生高效率放大輸出的方法。
當說一放大器具有最佳的工作表現(xiàn)，即是指此放大器所能輸出的最大電壓，十分接近此放大器的操作電壓。換句話說，一操作電壓為15V的放大器，當所產(chǎn)生的輸出電壓越接近15V，工作效率越好。然而，對一個具有15V輸出的放大器而言，其輸出電壓通常遠低于15V的工作電壓，因為該操作電壓必須高于輸出電壓的最大尖端值。例如，對一個具有15V操作電壓，和電壓增益為3的放大器而言，其最大輸入電壓值(尖端值)應(yīng)為5V，但通常是在1至3V間。


圖1所示為一現(xiàn)有交流弦波放大器系統(tǒng)的概略圖，其中電源電路101將外部輸入的交流或直流電源轉(zhuǎn)換成放大器電路102所需的操作電壓，而放大器電路102將小信號源103所輸入的弦波信號做電壓或電流放大。參閱圖2，假設(shè)此放大器電路102為一B類放大器，其余A類、AB類或其它類型的放大器也可如此分析。首先由圖1的電源電路101產(chǎn)生正電壓源(+V)與負電壓源(-V)，供此放大器電路102(B類放大器)作為操作電壓，其中晶體管Q1負責在T1時間區(qū)間內(nèi)的信號放大，而晶體管Q2負責在T2時間區(qū)間內(nèi)的信號放大，其中晶體管Q1，Q2工作于線性區(qū)。
如圖3所示，小信號源103將所欲放大的小信號輸入放大器電路102，以輸出欲得的弦波，但電源電路101所提供的正電壓源(+V)與負電壓源(-V)需大于此輸出弦波的尖端值(Vp值)，因所輸出的放大的信號VR也為弦波，如下所示VR＝VP×sin(2πft)因此其輸出效率會隨著弦波的變化而改變，一般而言其輸出效率最大是在其尖端值，因此如圖1所示的現(xiàn)有交流弦波放大器系統(tǒng)，十分缺乏效率。另一方面，晶體管Q1，Q2的Vce也會隨著輸出的放大信號而變化，而晶體管消耗功率(power dissipation)如下式所示power dissipation＝Vce×Ic(1)其中Vce為晶體管集極射極間電壓，而Ic為流過此晶體管電流。根據(jù)方程式(1)，其中晶體管Q1，Q2的Vce，與流過晶體管Q1，Q2的電流分別為Vce(Q1)＝V-VP×sin(2πft)Vce(Q2)＝V+VP×sin(2πft)Ic(Q1)=Vp×sin(2πft)/R]]>常sin(2πft)＞0Ic(Q1)＝0 當sin(2πft)＜0Ic(Q2)=Vp×sin(2πft)/R]]>當sin(2πft)＜0Ic(Q2)＝0 當sin(2πft)＞0根據(jù)方程式(1)，輸出端晶體管消耗功率(power dissipation)如下式所示power dissipation＝Vce(Q1)×Ic(Q1)+Vce(Q2)×Ic(Q2)根據(jù)上式計算現(xiàn)有線性放大器效率約為30％至70％。
因此，如何解決此現(xiàn)有放大器固有的低效率就成為現(xiàn)今工程師急于解決的問題，現(xiàn)有技術(shù)中曾提出一種解決方法如圖4所示，圖標為一現(xiàn)有使用模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換的放大器系統(tǒng)概略圖，其中電源電路401將外部輸入的交流或直流電源轉(zhuǎn)換成模擬—數(shù)字轉(zhuǎn)換放大器電路402所需的操作電壓，小信號源403提供欲放大的弦波，輸入的小信號弦波通過模擬—數(shù)字轉(zhuǎn)換放大器電路402放大成脈沖寬度可變的數(shù)字信號，其中此模擬—數(shù)字轉(zhuǎn)換放大器電路402，由一脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生器404所輸出的脈沖寬度調(diào)制信號所控制。再經(jīng)晶體管開關(guān)405做切換后，經(jīng)輸出的濾波器L與電容器C回路，即可還原成與輸入小信號同相的放大信號。然而，雖然此種結(jié)構(gòu)的輸出效率較高，但輸出端需有一電感值很大的LC濾波，且此LC濾波器會消耗很大的功率。因此，對于一種能提供高效率輸出的放大器系統(tǒng)有一急迫性的需求。
一般而言，線性放大器的輸出效率可通過動態(tài)改變放大器的操作電壓而得到提升，也即，讓操作電壓根據(jù)所欲放大的輸入模擬小信號進行動態(tài)改變。此策略的主要目的，是將供應(yīng)給放大器的操作電壓最小化，來避免無謂的功率消耗，換句話說，此放大器的操作電壓是隨著輸入的模擬信號大小而改變，當在輸入信號的尖端值時，此時的操作電壓供給會在最大值。
根據(jù)上述的描述，本發(fā)明的主要目的即是提供一具有動態(tài)改變操作電壓的放大器系統(tǒng)，用以接收模擬信號輸入，同時產(chǎn)生一相對的放大模擬信號輸出。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種放大器系統(tǒng)，讓各式各樣的信號都能通過此系統(tǒng)作放大，且能避免無謂的功率消耗。
本發(fā)明的次要目的在于提供一種放大器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，此放大器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，不僅能兼顧尖端值電壓的問題，且其輸出效率不會因為尖端值的問題而下降。
根據(jù)上述的目的，本發(fā)明的高效率的功率放大器系統(tǒng)包括一整流電路、兩組切換電路、一直流轉(zhuǎn)交流電路、一弦波信號產(chǎn)生和邏輯控制電路、一脈沖寬度調(diào)制及相位信號產(chǎn)生電路、一反饋電路和一線性放大電路。其中整流電路、切換電路和直流轉(zhuǎn)交流電路組成本發(fā)明放大器系統(tǒng)的電源電路。
本發(fā)明的脈沖寬度調(diào)制及相位信號產(chǎn)生電路會產(chǎn)生一組脈沖寬度調(diào)制信號，這些信號會控制切換電路與直流轉(zhuǎn)交流電路將外部輸入的交流或直流電源轉(zhuǎn)換成放大器電路所需的動態(tài)操作電壓，而放大器電路會將弦波信號產(chǎn)生和邏輯控制電路所產(chǎn)生的小信號源放大輸出。而反饋電路會將放大電路的動態(tài)操作電壓信號反饋給脈沖寬度調(diào)制及相位信號產(chǎn)生電路，做PWM波的調(diào)制，以確保此動態(tài)操作電壓隨時依小信號波形做變動。且因本發(fā)明系統(tǒng)的切換電路與直流轉(zhuǎn)交流電路，是使用脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號來進行控制，讓所提供的操作電壓會隨著輸入模擬信號進行動態(tài)改變，如此在進行放大輸入信號時可獲得最大的輸出效率。
本發(fā)明提供的一種高效率功率放大器系統(tǒng)，至少包含一信號源，用以產(chǎn)生同步的弦波參考信號與輸入信號；一脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生器，接收一直流參考電位并根據(jù)該直流參考電位產(chǎn)生第一脈沖寬度調(diào)制信號，同時根據(jù)該弦波參考信號，產(chǎn)生第二脈沖寬度調(diào)制信號，及一邏輯控制信號；一電源電路，用以接收輸入電源，并根據(jù)該第一脈沖寬度調(diào)制信號將該輸入電源轉(zhuǎn)換成一對穩(wěn)定直流電壓源，同時根據(jù)該第二脈沖寬度調(diào)制信號及該邏輯控制信號，將這對穩(wěn)定直流電壓源轉(zhuǎn)換成與該弦波參考信號同相的類弦波電壓；一反饋電路，接收該電源電路的類弦波電壓，并產(chǎn)生第一反饋信號，其中該第一反饋信號會被送至該脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生器，來與該弦波參考信號進行比較，以產(chǎn)生第二脈沖寬度調(diào)制信號送至該電源電路以對該類弦波電壓進行微調(diào)，同時該反饋電路也接收這對穩(wěn)定直流電壓源，并產(chǎn)生第二反饋信號送至該脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生器，用以與該直流參考電位進行比較以產(chǎn)生第一脈沖寬度調(diào)制信號，送至該電源電路來對這對穩(wěn)定直流電壓源進行微調(diào)；以及一放大器電路，接收該類弦波電壓作為操作電壓源，并將該輸入信號放大輸出。
所述的高效率功率放大器系統(tǒng)，其中所述該放大器電路，可為A類、B類放大器或AB類放大器電路。
所述的高效率功率放大器系統(tǒng)，其中所述的類弦波電壓相位與該弦波參考信號同相。
所述的高效率功率放大器系統(tǒng)，其中所述該電源電路，用以接收該第一及第二脈沖寬度調(diào)制信號，及邏輯控制信號，以輸出類弦波電壓，至少包括一整流電路，接收一交流市電，將該交流市電整流成直流輸出電壓；第一切換電路，接收該直流輸出電壓，并根據(jù)該所接收的第一脈沖寬度調(diào)制信號轉(zhuǎn)換該直流輸出電壓為第三脈沖寬度調(diào)制信號，并送至輸出端；一變壓器，調(diào)整該第三脈沖寬度調(diào)制信號為所需的大小；以及一直流轉(zhuǎn)交流電路，接收該調(diào)整后的第三脈沖寬度調(diào)制信號，并將之轉(zhuǎn)換成一對穩(wěn)定直流電壓源，然后根據(jù)該邏輯控制信號及該第二脈沖寬度調(diào)制信號將這對穩(wěn)定直流電壓源轉(zhuǎn)換成類弦波信號的電壓輸出，其中該類弦波信號與該參考弦波信號同相。
所述的高效率功率放大器系統(tǒng)，還包括一備用直流電壓源，作為該交流市電斷路時的備用電源；以及第二切換電路，接收該備用直流電壓源的輸出電壓，并根據(jù)該所接收的第一脈沖寬度調(diào)制信號轉(zhuǎn)換該備用直流電壓源的輸出電壓為第四脈沖寬度調(diào)制信號，并送至輸出端。
所述的高效率功率放大器系統(tǒng)，其中所述的第二切換電路，在該交流市電斷路時，才會開始工作。
所述的高效率功率放大器系統(tǒng)，其中當交流市電斷路時，會激活該備用直流電壓源，此時第二切換電路會根據(jù)該第一脈沖寬度調(diào)制信號調(diào)制該備用直流電壓源的輸出電壓為第四脈沖寬度調(diào)制信號，并送至輸出端，接著變壓器會調(diào)整該第四脈沖寬度調(diào)制信號為所需的大小，并傳送至該直流轉(zhuǎn)交流電路將之轉(zhuǎn)換成一對穩(wěn)定直流電壓源后，并根據(jù)該邏輯控制信號及該第二脈沖寬度調(diào)制信號將這對穩(wěn)定直流電壓源轉(zhuǎn)換成類弦波信號的電壓輸出，其中該類弦波信號與該參考弦波信號同相。
所述的高效率功率放大器系統(tǒng)，其中上述直流轉(zhuǎn)交流電路還包括第一二極管，其中該第一二極管用以讓該調(diào)整后的第三或第四脈沖寬度調(diào)制信號的正電壓通過，以于輸出端產(chǎn)生一穩(wěn)定直流正電壓；第二二極管，其中該第二二極管用以讓該調(diào)整后的第三或第四脈沖寬度調(diào)制信號的負電壓通過，以于輸出端產(chǎn)生一穩(wěn)定直流負電壓；第一切換開關(guān)，連接該第一二極管，其中該第一切換開關(guān)會根據(jù)該該邏輯控制信號及該第二脈沖寬度調(diào)制信號做切換以輸出正電壓半波信號；以及第二切換開關(guān)，連接該第二二極管，其中該第二切換開關(guān)會根據(jù)該該邏輯控制信號及該第二脈沖寬度調(diào)制信號做切換以輸出負電壓半波信號，其中該負電壓半波信號與該正電壓半波信號的相位差180度，因此在該第一與第二二切換開關(guān)的共同輸出端會產(chǎn)生一類弦波信號。
所述的高效率功率放大器系統(tǒng)，其中該第一二極管的輸出端還被連接至一電容器。
所述的高效率功率放大器系統(tǒng)，其中該第二二極管的輸出端還被連接至一電容器。
所述的高效率功率放大器系統(tǒng)，其中該第一與第二切換開關(guān)的共同接點還被連接至一電容器。
所述的高效率功率放大器系統(tǒng)，其中所述的第一與第二切換電路可選用返馳式設(shè)計、順向式設(shè)計、推挽式設(shè)計、半橋式設(shè)計或全橋式設(shè)計架構(gòu)。
本發(fā)明提供的一種可產(chǎn)生類弦波電壓源系統(tǒng)，至少包含一信號源，用以產(chǎn)生同步的弦波參考信號與輸入信號；一脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生器，接收一直流參考電位并根據(jù)該直流參考電位產(chǎn)生第一脈沖寬度調(diào)制信號，同時根據(jù)該弦波參考信號，產(chǎn)生第二脈沖寬度調(diào)制信號，及一邏輯控制信號；一電源電路，用以接收該第一及第二脈沖寬度調(diào)制信號，及邏輯控制信號，以輸出類弦波電壓，至少包括一整流電路，接收一交流市電，將該交流市電整流成直流輸出電壓；第一切換電路，接收該直流輸出電壓，并根據(jù)該所接收的第一脈沖寬度調(diào)制信號轉(zhuǎn)換該直流輸出電壓為第三脈沖寬度調(diào)制信號；一變壓器，調(diào)整該第三脈沖寬度調(diào)制信號為所需的大小；以及一直流轉(zhuǎn)交流電路，接收該調(diào)整后的第三脈沖寬度調(diào)制信號，并將之轉(zhuǎn)換成一對穩(wěn)定直流電壓源，然后根據(jù)該邏輯控制信號和第二脈沖寬度調(diào)制信號將這對穩(wěn)定直流電壓源轉(zhuǎn)換成類弦波信號的電壓輸出，其中該類弦波信號與該參考弦波信號同相；以及一反饋電路，接收該電源電路的類弦波電壓，并產(chǎn)生第一反饋信號，其中該第一反饋信號會被送至該脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生器，來與該弦波參考信號進行比較以產(chǎn)生第二脈沖寬度調(diào)制信號送至該電源電路以對該類弦波電壓進行微調(diào)，同時該反饋電路也接收這對穩(wěn)定直流電壓源，并產(chǎn)生第二反饋信號送至該脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生器，用以與該直流參考電位進行比較以產(chǎn)生第一脈沖寬度調(diào)制信號，送至該電源電路來對這對穩(wěn)定直流電壓源進行微調(diào)。
所述的可產(chǎn)生類弦波電壓源系統(tǒng)，還包括一備用直流電壓源，作為該交流市電斷路時的備用電源；以及第二切換電路，接收該備用直流電壓源的輸出電壓，并根據(jù)該所接收的第一脈沖寬度調(diào)制信號轉(zhuǎn)換該備用直流電壓源的輸出電壓為第四脈沖寬度調(diào)制信號。
所述的可產(chǎn)生類弦波電壓源系統(tǒng)，其中所述的第二切換電路，在該交流市電斷路時，才會開始工作。
所述的可產(chǎn)生類弦波電壓源系統(tǒng)，其中當交流市電斷路時，會激活該備用直流電壓源，此時第二切換電路會根據(jù)該第一脈沖寬度調(diào)制信號轉(zhuǎn)換該備用直流電壓源的輸出電壓為第四脈沖寬度調(diào)制信號，并送至輸出端，接著變壓器會調(diào)整該第四脈沖寬度調(diào)制信號為所需的大小，并傳送至該直流轉(zhuǎn)交流電路將之轉(zhuǎn)換成一對穩(wěn)定直流電壓源，并根據(jù)該邏輯控制信號及該第二脈沖寬度調(diào)制信號將這對穩(wěn)定直流電壓源轉(zhuǎn)換成類弦波信號的電壓輸出，其中該類弦波信號與該參考弦波信號同相。
所述的可產(chǎn)生類弦波電壓源系統(tǒng)，其中所述的類弦波輸出電壓相位與該弦波參考信號同相。
所述的可產(chǎn)生類弦波電壓源系統(tǒng)，其中所述的直流轉(zhuǎn)交流電路還包括第一二極管，其中該第一二極管用以讓該調(diào)整后的第三或第四脈沖寬度調(diào)制信號的正電壓通過，以于輸出端產(chǎn)生一穩(wěn)定直流正電壓；第二二極管，其中該第二二極管用以讓該調(diào)整后的第三或第四脈沖寬度調(diào)制信號的負電壓通過，以于輸出端產(chǎn)生一穩(wěn)定直流負電壓；第一切換開關(guān)，連接該第一二極管，其中該第一切換開關(guān)會根據(jù)該該邏輯控制信號及該第二脈沖寬度調(diào)制信號做切換以輸出正電壓半波信號；以及第二切換開關(guān)，連接該第二二極管，其中該第二切換開關(guān)會根據(jù)該該邏輯控制信號及該第二脈沖寬度調(diào)制信號做切換以輸出負電壓半波信號，其中該負電壓半波信號與該正電壓半波信號的相位差180度，因此在該第一與第二二切換開關(guān)的共同輸出端會產(chǎn)生一類弦波信號。
所述的可產(chǎn)生類弦波電壓源系統(tǒng)，其中該第一二極管的輸出端還被連接至一電容器。
所述的可產(chǎn)生類弦波電壓源系統(tǒng)，其中該第二二極管的輸出端還被連接至一電容器。
所述的可產(chǎn)生類弦波電壓源系統(tǒng)，其中該第一與第二切換開關(guān)的共同接點還被連接至一電容器。
所述的可產(chǎn)生類弦波電壓源系統(tǒng)，其中所述的第一與第二切換電路可選用返馳式設(shè)計、順向式設(shè)計、推挽式設(shè)計、半橋式設(shè)計或全橋式設(shè)計架構(gòu)。
本發(fā)明還提供一種產(chǎn)生高效率放大輸出的方法，至少包含利用一信號源，以產(chǎn)生互相同步的弦波參考信號與輸入信號；根據(jù)該弦波參考信號，產(chǎn)生第一脈沖寬度調(diào)制信號，及一邏輯控制信號，同時利用一直流參考電位產(chǎn)生第二脈沖寬度調(diào)制信號；根據(jù)該第二脈沖寬度調(diào)制信號將交流市電調(diào)轉(zhuǎn)換成一對穩(wěn)定直流電壓源；根據(jù)該第一脈沖寬度調(diào)制信號，及該邏輯控制信號，將該穩(wěn)定直流電壓源轉(zhuǎn)換成與該弦波參考信號同相的類弦波電壓；使用該類弦波輸出電壓，當作放大器電路的工作電壓，以將該輸入信號放大輸出；以及使用一反饋電路，對該穩(wěn)定直流電壓源與類弦波電壓進行微調(diào)。
所述的使用一反饋電路，對該穩(wěn)定直流電壓源與類弦波電壓進行微調(diào)的方法，至少包含反饋該穩(wěn)定直流電壓源與類弦波電壓，來分別與該直流參考電位與該弦波參考信號進行比較，以產(chǎn)生第一與第二脈沖寬度調(diào)制信號以及利用該第一與第二脈沖寬度調(diào)制信號，對該穩(wěn)定直流電壓源與類弦波電壓進行微調(diào)。
所述的產(chǎn)生高效率放大輸出的方法，其中所述的該放大器電路，可為A類、B類放大器或AB類放大器電路。
所述的產(chǎn)生高效率放大輸出的方法，其中所述的類弦波輸出電壓相位與該弦波參考信號同相。
所述的產(chǎn)生高效率放大輸出的方法，其中所述的根據(jù)該第二脈沖寬度調(diào)制信號將交流市電轉(zhuǎn)換成一對穩(wěn)定直流電壓源，還包括接收交流市電，并將該交流市電整流成直流輸出電壓；根據(jù)該第二脈沖寬度調(diào)制信號轉(zhuǎn)換該直流輸出電壓為第三脈沖寬度調(diào)制信號；以及轉(zhuǎn)換該第三脈沖寬度調(diào)制信號為一對穩(wěn)定直流電壓源。
所述的產(chǎn)生高效率放大輸出的方法，其中所述的根據(jù)該第一脈沖寬度調(diào)制信號，及該邏輯控制信號，將這對穩(wěn)定直流電壓源轉(zhuǎn)換成與該弦波參考信號同相的類弦波電壓，還包括讓這對穩(wěn)定直流電壓源的正電壓通過，以于輸出端產(chǎn)生一正電壓；讓這對穩(wěn)定直流電壓源的負電壓通過，以于輸出端產(chǎn)生一負電壓；以及根據(jù)該邏輯控制信號以及該第一脈沖寬度調(diào)制信號，讓該正電壓與該負電壓交替輸出。
所述的產(chǎn)生高效率放大輸出的方法，其中所述的根據(jù)該第二脈沖寬度調(diào)制信號調(diào)制該直流輸出電壓成為一對穩(wěn)定直流電壓源，可選用返馳式設(shè)計、順向式設(shè)計、推挽式設(shè)計、半橋式設(shè)計或全橋式設(shè)計架構(gòu)。
附圖中，圖1為現(xiàn)有交流弦波放大器系統(tǒng)的概略圖；圖2為現(xiàn)有的B類放大器電路圖；圖3為現(xiàn)有的放大器操作電壓與輸出電壓間的比較圖；圖4為另一種現(xiàn)有交流弦波放大器系統(tǒng)(CLASS D)的概略圖；圖5為本發(fā)明高效率放大器系統(tǒng)的概略圖；圖6為本發(fā)明高效率放大器系統(tǒng)的詳細方塊圖；圖7為依據(jù)本發(fā)明的全橋式切換電路圖；圖8為經(jīng)反饋電路分壓后的反饋信號與參考信號比較后，所產(chǎn)生的PWM波與方波控制信號的波形示意圖；圖9為直流轉(zhuǎn)交流電路中的各點輸出信號的波形示意圖；圖10A為根據(jù)本發(fā)明的B類放大器電路圖；圖10B為根據(jù)圖10A的B類放大器中的各點輸出信號的波形示意圖。
一般而言，線性放大器的輸出效率可通過動態(tài)改變放大器的操作電壓而得到提升，也即，讓操作電壓根據(jù)所欲放大的輸入模擬小信號進行動態(tài)改變。此策略的主要目的，是將供應(yīng)給放大器的操作電壓最小化，來避免無謂的功率消耗，換句話說，此放大器的操作電壓是隨著輸入的模擬訊號大小而改變，當在輸入信號的尖端值時，此時的操作電壓供給會在最大值。因此本發(fā)明即是利用讓操作電壓隨著輸入模擬信號進行動態(tài)改變，來降低輸出級功率組件的功率消耗，以下即以一電壓放大器系統(tǒng)的實施例介紹本發(fā)明的應(yīng)用，然而，本發(fā)明并不僅限于電壓放大器系統(tǒng)。
參考圖5，為本發(fā)明的高效率的功率放大器系統(tǒng)的概略圖，脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生器504會產(chǎn)生一脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號，此信號會控制電源電路501將外部輸入的交流或直流電源轉(zhuǎn)換成放大器電路502所需的動態(tài)操作電壓，而放大器電路502將小信號源503所輸入的弦波信號做電壓或電流放大，其中放大器電路采用現(xiàn)有的B類放大器，但也可使用A類、AB類或其它類型的放大器。本發(fā)明的系統(tǒng)與圖1所示的現(xiàn)有功率放大系統(tǒng)最大不同處在于，現(xiàn)有系統(tǒng)的電源電路需將外部輸入的交流或直流電源轉(zhuǎn)換成正電壓源(+V)與負電壓源(-V)，同時供放大器電路(B類放大器)作為操作電壓，但本發(fā)明系統(tǒng)的電源電路，是使用脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號來進行控制，讓所提供的操作電壓會隨著輸入模擬信號進行動態(tài)改變，如此在進行放大輸入信號時可獲得最大的輸出效率。
根據(jù)本發(fā)明的最佳實施例，小信號源503所輸入的弦波信號除了提供至放大電路中進行放大外，另外會輸入至脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生器504，借以產(chǎn)生一個與輸入弦波信號同相的方波信號及一個PWM信號(PWM2)，然后此方波信號及PWM信號(PWM2)會被送至電源電路501中做控制信號用。其中此電源電路501首先將外部輸入的交流或直流電源轉(zhuǎn)換成直流操作電壓，然后另一個PWM信號(PWM1)會將此直流操作電壓切割成近似方波的高頻電壓信號，而所切割的頻率與脈沖寬度可由一反饋電路505控制，至于此高頻的方波信號可再經(jīng)過一變壓器與直流轉(zhuǎn)交流電路，調(diào)整成放大器電路502所需的動態(tài)操作電壓，為了使此動態(tài)操作電壓，能隨著小信號源503產(chǎn)生的弦波信號而變動，因此使用一反饋電路505，將此動態(tài)操作電壓反饋至脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生器504與小訊號源503所產(chǎn)生的弦波信號比較，借以產(chǎn)生PWM信號(PWM2)來調(diào)整動態(tài)操作電壓。也就是說，如果通過反饋電路505反饋后的電壓低于弦波參考電壓，此時會產(chǎn)生一串PWM信號以補償此動態(tài)操作電壓所不足的電壓，于是反饋電壓信號將沿著弦波電壓參考波形的上緣做微幅的波動，換句話說，放大器電路502的動態(tài)操作電壓將隨著放大器弦波輸出信號的外緣波動。同理，如果通過反饋電路505反饋后的電壓高于弦波參考電壓，此時PWM信號不再產(chǎn)生，以使動態(tài)操作電壓下降。
參考圖6，為本發(fā)明的高效率的功率放大器系統(tǒng)的詳細方塊圖，包括一整流電路601(rectifier circuit)、兩組切換電路602和603(Switch circuit)、一直流轉(zhuǎn)交流電路604(DC to AC circuit)、一弦波信號產(chǎn)生和邏輯控制電路605(sine wave generator and logic control circuit)、一脈沖寬度調(diào)制及相位信號產(chǎn)生電路606(Pulse Width Modulator and Phase signal generator)、一反饋電路607(feedback circuit)和一線性放大電路608(1iner amplifier)。其中本發(fā)明圖5所示的電源電路501由整流電路601、切換電路602、603和直流轉(zhuǎn)交流電路604所組成。圖5所示的小信號源503即為弦波信號產(chǎn)生和邏輯控制電路605。圖5所示的脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生器504即為脈沖寬度調(diào)制及相位信號產(chǎn)生電路606。而圖5所示的反饋電路505即為圖6所示的反饋電路607。圖5所示的放大器電路502即為圖6所示的線性放大電路608。
根據(jù)本發(fā)明的高效率的功率放大器系統(tǒng)方塊圖，本發(fā)明包括兩組切換電路602和603，其中切換電路603會連接一整流電路601，而切換電路602則直接連接一直流電源作為電壓源。整流電路601用以接收交流市電610，并將其整流成直流電源后，提供給切換電路603作為電壓源Vi。另一方面，切換電路602的作用與切換電路603相同，其是在當交流市電610無法提供時(例如停電時)，切換電路603便無電壓源可供運作，此時會由弦波信號產(chǎn)生和邏輯控制電路605產(chǎn)生一交流市電斷路信號，迫使切換電路603停止運作，同時激活切換電路602的功能，使切換電路602取代切換電路603的任務(wù)。此時切換電路602由外部提供直流電源作為工作時的電壓源，并在接受由脈沖寬度調(diào)制及相位信號產(chǎn)生電路606所提供的PWM信號后，于T1變壓器的P2線圈產(chǎn)生一對應(yīng)的PWM信號，通過變壓器T1的線圈612被耦合至T1變壓器的線圈613與614。值得注意的是，若直流電源是由電池供應(yīng)時，則切換電路602會包含有充電電路。
切換電路602或603為一現(xiàn)有的交換式電源電路，依據(jù)輸出功率的大小，切換電路602或603的設(shè)計可選用返馳式(Flyback)設(shè)計、順向式(Forward)設(shè)計、推挽式(Push-pull)設(shè)計、半橋式(Half-bridge)或全橋式(Full-bridge)設(shè)計等架構(gòu)。若以一全橋式的切換電路為例，參閱圖7為一典型的全橋式切換電路概略圖，此全橋式切換電路各具有二組開關(guān)對，分別為由半導(dǎo)體開關(guān)701與702所組成的開關(guān)對，和由半導(dǎo)體開關(guān)703與704所組成的開關(guān)對，用以控制能量的儲存與傳送方向，這些開關(guān)可以用半導(dǎo)體組件，如雙極性晶體管BJT、MOS晶體管、GTO或二極管Diode等組合而成。由脈沖寬度調(diào)制及相位信號產(chǎn)生電路606(如圖6所示)所提供的脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號來控制此兩組開關(guān)對，使得由半導(dǎo)體開關(guān)701與702所組成的開關(guān)對，和半導(dǎo)體開關(guān)703與704所組成的開關(guān)對可交替閉合。當半導(dǎo)體開關(guān)701與702閉合時，變壓器初級線圈705(Primary Winding)兩端的電壓Vp會與輸入電壓Vi相等，并耦合至次級線圈706與707(Secondary Winding)后，通過二極管708與709的整流，可在Vo1處得到一正電壓脈沖輸出，而Vo2處此時無輸出。當半導(dǎo)體開關(guān)703與704閉合時，變壓器初級線圈705(Primary Winding)兩端的電壓Vp＝-Vi，并耦合至次級線圈706與707(Secondary Winding)后，通過二極管708與709的整流，可在Vo2處得到一負電壓脈沖輸出，而Vo1處此時無輸出。于是通過由脈沖寬度調(diào)制及相位信號產(chǎn)生電路606提供的脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號，使得此兩組開關(guān)對，分別由半導(dǎo)體開關(guān)701與702所組成的開關(guān)對，和半導(dǎo)體開關(guān)703與704所組成的開關(guān)對，可交替閉合后，便可在Vo1處得到一振幅經(jīng)過調(diào)整后的正電壓脈沖寬度調(diào)制信號，而在Vo2處得到一振幅經(jīng)過調(diào)整后的負電壓脈沖寬度調(diào)制信號。因此，很明顯的輸入電壓Vi，通過脈沖寬度調(diào)制及相位信號產(chǎn)生電路606所提供的PWM信號將此直流輸入電壓Vi切割成近似方波的高頻電壓信號，并輸出至輸出端中，因此輸出端電壓Vo1與Vo2的頻率與脈沖寬度將相等于由脈沖寬度調(diào)制及相位信號產(chǎn)生電路606所提供的PWM波的頻率與寬度。
其中上述各個電路所使用的PWM信號是由脈沖寬度調(diào)制及相位信號產(chǎn)生電路606所提供，其主要作用是產(chǎn)生PWM信號F1與F2來分別作為切換電路602與切換電路603的PWM信號源，與產(chǎn)生一個相位控制方波信號F3及一個PWM信號F4作為直流轉(zhuǎn)交流電路604的開關(guān)信號源。在脈沖寬度調(diào)制及相位信號產(chǎn)生電路606內(nèi)部有兩組運算放大器電路(OPA1與OPA2)被設(shè)計成比較器來使用。由弦波信號產(chǎn)生和邏輯控制電路605所提供的正弦波802作為比較器OPA1的參考信號源，值得注意的是，此正弦波參考信號802可由外部輸入信號來擔任，也可由振蕩器產(chǎn)生，或中央處理器(CPU)產(chǎn)生與輸入電源或外部輸入信號同步的正弦波參考信號802，以本發(fā)明的較佳實施例是由CPU所產(chǎn)生，且所產(chǎn)生的正弦波參考信號802也提供線性放大電路作為放大信號之用，而此參考信號802，會與反饋電路607所傳送回來的信號進行比較，其中此反饋信號會先通過反饋電路607，將反饋信號調(diào)整成適合此比較器電位所使用的電位。而直流轉(zhuǎn)交流電路604中，其直流信號621與622經(jīng)反饋電路607后，會產(chǎn)生反饋信號803，此反饋信號803會被送至比較器OPA2，來與另一直流參考電位Vref做比較。
以本發(fā)明而言，由直流轉(zhuǎn)交流電路604所輸出的是一個類弦波電壓輸出，為了讓此輸出信號能隨著正弦波參考信號802變動，會將輸出信號反饋至脈沖寬度調(diào)制及信號產(chǎn)生電路606中的比較器OPA1的輸入端，以控制輸出的PWM脈沖F4，達到電壓補償?shù)哪康?。根?jù)上述，此類弦波電壓輸出會通過反饋電路607，進行分壓將反饋信號降壓，再送入脈沖寬度調(diào)制及信號產(chǎn)生電路606的OPA1，與由CPU所產(chǎn)生的正弦波參考信號802進行比較。
參閱圖8，假設(shè)此時類弦波電壓信號619通過反饋電路607分壓后的反饋信號為信號801，而CPU所產(chǎn)生的參考正弦波信號802，由圖中可知，在周期T1內(nèi)，由反饋電路607反饋后的電壓信號801低于參考正弦波信號802，此時會將PWM波F4的脈沖寬度調(diào)寬以補償輸出所下降的電壓。而在周期T2內(nèi)，由反饋電路607反饋后的電壓信號801高于參考正弦波信號802，此時會將PWM波F4的脈沖寬度調(diào)窄，以本例而言在周期T2內(nèi)，由于信號801均高于參考正弦波信號802，因此并不輸出PWM波，以補償輸出所上升的電壓。
另外，變壓器T1上的線圈613與614分別輸出正電壓與負電壓的PWM信號，經(jīng)過二極管615，電容器617，和二極管616，電容器618整流后，則分別輸出穩(wěn)定直流正電壓621與穩(wěn)定直流負電壓622，將此穩(wěn)定直流正電壓621與穩(wěn)定直流負電壓622送至反饋電路607分壓后，產(chǎn)生一反饋信號803，再將此反饋信號803送入脈沖寬度調(diào)制及信號產(chǎn)生電路606的OPA2與參考電壓Vref比較，一旦反饋信號803的電壓低于Vref，脈沖寬度調(diào)制及信號產(chǎn)生電路606便會產(chǎn)生PWM信號F1與F2，來補償直流正電壓621與直流負電壓622所不足的電壓。若反饋信號803的電壓高于Vref，則脈沖寬度調(diào)制及信號產(chǎn)生電路606便不會產(chǎn)生PWM信號F1與F2輸出，則直流正電壓621與直流負電壓622便會下降。通過相位控制方波信號F3及PWM信號F4，對半導(dǎo)體開關(guān)SW1與SW2的控制，直流正電壓621與直流負電壓622便對電容623不斷地進行充放電以產(chǎn)生類弦波信號619(quasi-sine wave)。
根據(jù)上述描述可知，通過此反饋信號801在脈沖寬度調(diào)制及信號產(chǎn)生電路606中，與參考正弦波信號802的比較，此微調(diào)動作會持續(xù)不斷地進行，而由于參考正弦波信號802的波形為弦波，于是反饋信號源在不斷微調(diào)下便成了與參考信號源弦波波形相似卻含有失真與噪聲的類正弦波交流信號(quasi-sinewave)。而直流轉(zhuǎn)交流電路604中的直流正電壓621與直流負電壓622的直流信號，經(jīng)反饋電路607產(chǎn)生一反饋信號803，被送至脈沖寬度調(diào)制及信號產(chǎn)生電路606的OPA2與參考電壓Vref比較后，產(chǎn)生的PWM信號F1與F2則被使用來分別作為切換電路602與切換電路603的PWM信號源，此時于切換電路602或于切換電路603中，根據(jù)此PWM波所切割的輸出電壓，會在T1變壓器的線圈613與614中產(chǎn)生調(diào)整后的PWM電壓，由于此處的電壓是根據(jù)PWM信號F1與F2所切割的電壓信號，而PWM信號F1與F2則是由反饋信號803與參考電壓Vref比較后所產(chǎn)生，因此送入直流轉(zhuǎn)交流電路604整流后會分別輸出穩(wěn)定直流正電壓621與穩(wěn)定直流負電壓622，也即，反饋信號803的作用是產(chǎn)生一穩(wěn)定直流正電壓621與穩(wěn)定直流負電壓622輸出。
而另一方面，根據(jù)參考正弦波信號802產(chǎn)生的方波信號F3與PWM信號F4則做為直流轉(zhuǎn)交流電路604的開關(guān)控制信號源，其中在參考正弦波信號802的正半周上產(chǎn)生的正方波信號F3(VSW1)與PWM信號F4是負責切換SW1的控制信號，當F3(VSW1)在高電位時，PWM信號F4控制SW1的導(dǎo)通。而在參考正弦波信號802的負半周上產(chǎn)生的正方波信號F3(VSW2)與PWM信號F4是負責切換SW2的控制信號，當F3(VSW2)在高電位時，PWM信號F4控制SW2的導(dǎo)通。
直流轉(zhuǎn)交流電路604為將直流轉(zhuǎn)換成交流信號輸出，其作用是將T1變壓器線圈613與614中具有與輸入PWM波F1與F2同頻率與寬度的直流信號轉(zhuǎn)換成與弦波信號產(chǎn)生和邏輯控制電路605所產(chǎn)生的參考正弦波信號同相位的類正弦波交流信號(quasi-sine wave signal)。此電路會將T1變壓器線圈613與614上的PWM波形，由二極管615與616，和電容617與618濾成穩(wěn)定直流正電壓621與穩(wěn)定直流負電壓622輸出，請參閱圖9，為各部分的電壓波形比較圖，由于二極管615與616的排列關(guān)系，因此使得二極管615僅有正電壓通過，而二極管616僅可通過負電壓，通過二極管615與616，和電容617與618，不斷重復(fù)充電與放電的過程，所產(chǎn)生穩(wěn)定直流正電壓621與穩(wěn)定直流負電壓622輸出，其輸出信號是稍微帶有電壓漣波的正、負穩(wěn)定電壓。
請參閱圖9所示的波形圖，而由脈沖寬度調(diào)制及信號產(chǎn)生電路606所送出的方波信號F3及PWM信號F4作為直流轉(zhuǎn)交流電路604的開關(guān)控制信號源，用來負責SW1與SW2切換控制，其中根據(jù)圖8中的參考正弦波信號802的正半周上產(chǎn)生的正方波信號F3(VSW1)及PWM信號F4是負責切換SW1的控制信號，而在參考正弦波信號802的負半周上產(chǎn)生的正方波信號F3(VSW2)及PWM信號F4是負責切換SW2的控制信號。通過F3(VSW1)與F3(VSW2)及PWM信號F4對切換開關(guān)SW1與SW2狀態(tài)的精確控制，如于F3(VSW1)在高電壓且有PWM信號F4通過時，切換開關(guān)SW1關(guān)閉，輸出端電壓由直流正電壓621供給。相似的，當F3(VSW2)在高電壓且有PWM信號F4通過時，切換開關(guān)SW2關(guān)閉，輸出端電壓由直流負電壓622供給，通過電容623不斷地充放電，且在反饋信號801與參考正弦波信號802不斷地比較之下，可在輸出端得到與參考正弦波信號802信號同相位，且波形為類正弦波交流信號(quasi-sine wave signal)的輸出電壓619。
直流正電壓621通過切換開關(guān)SW1及直流負電壓622通過切換開關(guān)SW2對電容623不斷重復(fù)充電與放電的過程，所產(chǎn)生出的信號與正弦波信號相比，含有相當程度的失真與噪聲，于是稱此波形為類正弦波交流信號(quasi-sinewave signal)，雖不適合作為直接輸出用，但以此類正弦波電壓619作為線性放大電路608的操作電壓源卻為線性放大電路帶來突破性的發(fā)展。
線性放大電路608的設(shè)計可選用A類、B類或AB類放大器等架構(gòu)。此線性放大電路608是以直流轉(zhuǎn)交流電路604的輸出電壓619作為操作電源，也即線性放大電路608的操作電源的波形與直流轉(zhuǎn)交流電路604的輸出端電壓619一模一樣，然后將來自弦波信號產(chǎn)生和邏輯控制電路605所產(chǎn)生的正弦波參考信號802做線性放大，最后便得到與正弦波參考信號802同相位的大信號正弦波620。因為大信號正弦波620與直流轉(zhuǎn)交流電路604的輸出端電壓619都與正弦波參考信號802同相位，故大信號正弦波620與直流轉(zhuǎn)交流電路604的輸出端電壓619同相位，而直流轉(zhuǎn)交流電路604的輸出端電壓是通過反饋信號801與正弦波參考信號802比較后連續(xù)不斷微調(diào)而得出，因此其波形為類正弦波交流信號，大信號正弦波620則為正弦波參考信號802的放大信號，所以直流轉(zhuǎn)交流電路604的輸出端電壓619與大信號正弦波620的波形及振幅相當接近，二者電壓差幾乎維持在一個相當小的定值。換句話說，本發(fā)明中直流轉(zhuǎn)交流電路604的輸出電壓619是隨著輸入的正弦波參考信號802波形而改變，也即，隨著大信號正弦波620而改變，當在大信號正弦波620的尖端值時，此時直流轉(zhuǎn)交流電路604的輸出電壓619供給會在最大值。因此本發(fā)明供給放大電路608的操作電壓，即直流轉(zhuǎn)交流電路604的輸出電壓619，會隨著大信號正弦波620進行動態(tài)改變，且本發(fā)明的放大電路608，在進行操作時，其操作電壓同時供應(yīng)在放大器電路的兩側(cè)，如此一來放大電路輸出端功率開關(guān)組件的導(dǎo)通損失便相當?shù)牡?，同時放大電路608輸出端功率開關(guān)組件所需要的耐壓也相當?shù)牡?，不僅電路的可靠度大大提升了，對于組件的選用也能有更多的選擇，組件與散熱器的成本更將大幅降低。
請參閱圖10A，為本發(fā)明放大電路608的放大圖，假設(shè)此放大器電路608為一B類放大器，其余A類、AB類或其它類型的放大器也可如此分析。首先類弦波電壓619會供給此放大器電路608(B類放大器)作為操作電壓，正弦波參考信號802被輸入至放大電路608中，以輸出欲得的弦波(大信號正弦波620)。參考圖lOB，本發(fā)明的類弦波電壓619，會供應(yīng)給此放大器電路608的llO端，作為端電壓源V1，同時也供應(yīng)給此放大器電路608的120端，作為端電壓源V2，其電壓波形如圖10B所示。當進行操作時，晶體管Q1負責將正弦波參考信號802正半周信號放大，而晶體管Q2負責將正弦波參考信號802負半周信號放大，其中晶體管Q1，Q2工作于線性區(qū)，而其中端電壓源Vl與端電壓源V2會隨著輸出的大信號正弦波620而改變。
針對上述的分析，輸出級晶體管的耐壓與損耗分別為，當晶體管Q1導(dǎo)通時，其集極一射極端電壓VCE(Q1)=V1-Vout=ΔV≅0]]>其中，V1為放大器電路608的1lO端電壓，而Vout為輸出的大信號正弦波620電壓，根據(jù)上式ΔV可通過電路設(shè)計控制到相當小，理想狀態(tài)下ΔV可為0，也即其集極-射極端電壓可幾乎為0，因此晶體管Q1的損耗幾乎為0。而此時晶體管Q2的耐壓為VCE(Q2)=V2-Vout=ΔV≅0]]>其中，V2為放大器電路608的120端電壓，而Vout為輸出的大信號正弦波620電壓，根據(jù)上式ΔV可通過電路設(shè)計控制到相當小，理想狀態(tài)下ΔV也可為0，所以晶體管Q2的耐壓額定要求也幾乎為0，不像其它放大電路的輸出級晶體管需要有相當大的電壓額定值。
而在晶體管Q2導(dǎo)通時的情形，晶體管Q2集極-射極端電壓VCE(Q2)=V2-Vout=ΔV≅0]]>其中，V2為放大器電路608的120端電壓，而Vout為輸出的大信號正弦波620電壓，根據(jù)上式ΔV可通過電路設(shè)計控制到相當小，理想狀態(tài)下ΔV可為0，也即其集極-射極端電壓可幾乎為0，因此晶體管Q2的損耗幾乎為0。而此時晶體管Q1的耐壓為VCE(Q1)=V1-Vout=ΔV≅0]]>其中，V1為放大器電路608的110端電壓，而Vout為輸出的大信號正弦波620電壓，根據(jù)上式ΔV可通過電路設(shè)計控制到相當小，理想狀態(tài)下ΔV也可為0，所以晶體管Q1的耐壓額定要求也幾乎為0。因此，從上述的分析此電路效率可達到相當大值。
事實上，弦波信號產(chǎn)生和邏輯控制電路605所產(chǎn)生的正弦波參考信號802，可由外部輸入信號來擔任，也可由振蕩器產(chǎn)生，或中央處理器(CPU)產(chǎn)生與輸入電源或外部輸入信號同步的正弦波參考信號802。以本發(fā)明的較佳實施例是由CPU所產(chǎn)生，但是實際上各式各樣的信號都能通過此系統(tǒng)作放大，電路動作原理與之前的描述都相同，只有信號619、Vl、V2、反饋信號80l與輸出大信號620的波形會跟著參考信號802作變動。
可以理解的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案和技術(shù)構(gòu)思作出其他各種相應(yīng)的改變和變形，兒所有的這些改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種高效率功率放大器系統(tǒng)，至少包含一信號源，用以產(chǎn)生同步的弦波參考信號與輸入信號；一脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生器，接收一直流參考電位并根據(jù)該直流參考電位產(chǎn)生第一脈沖寬度調(diào)制信號，同時根據(jù)該弦波參考信號，產(chǎn)生第二脈沖寬度調(diào)制信號，及一邏輯控制信號；一電源電路，用以接收輸入電源，并根據(jù)該第一脈沖寬度調(diào)制信號將該輸入電源轉(zhuǎn)換成一對穩(wěn)定直流電壓源，同時根據(jù)該第二脈沖寬度調(diào)制信號及該邏輯控制信號，將這對穩(wěn)定直流電壓源轉(zhuǎn)換成與該弦波參考信號同相的類弦波電壓；一反饋電路，接收該電源電路的類弦波電壓，并產(chǎn)生第一反饋信號，其中該第一反饋信號會被送至該脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生器，來與該弦波參考信號進行比較，以產(chǎn)生第二脈沖寬度調(diào)制信號送至該電源電路以對該類弦波電壓進行微調(diào)，同時該反饋電路也接收這對穩(wěn)定直流電壓源，并產(chǎn)生第二反饋信號送至該脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生器，用以與該直流參考電位進行比較以產(chǎn)生第一脈沖寬度調(diào)制信號，送至該電源電路來對這對穩(wěn)定直流電壓源進行微調(diào)；以及一放大器電路，接收該類弦波電壓作為操作電壓源，并將該輸入信號放大輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效率功率放大器系統(tǒng)，其中所述該放大器電路，可為A類、B類放大器或AB類放大器電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效率功率放大器系統(tǒng)，其中所述的類弦波電壓相位與該弦波參考信號同相。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效率功率放大器系統(tǒng)，其中所述該電源電路，用以接收該第一及第二脈沖寬度調(diào)制信號，及邏輯控制信號，以輸出類弦波電壓，至少包括一整流電路，接收一交流市電，將該交流市電整流成直流輸出電壓；第一切換電路，接收該直流輸出電壓，并根據(jù)該所接收的第一脈沖寬度調(diào)制信號轉(zhuǎn)換該直流輸出電壓為第三脈沖寬度調(diào)制信號，并送至輸出端；一變壓器，調(diào)整該第三脈沖寬度調(diào)制信號為所需的大??；以及一直流轉(zhuǎn)交流電路，接收該調(diào)整后的第三脈沖寬度調(diào)制信號，并將之轉(zhuǎn)換成一對穩(wěn)定直流電壓源，然后根據(jù)該邏輯控制信號及該第二脈沖寬度調(diào)制信號將這對穩(wěn)定直流電壓源轉(zhuǎn)換成類弦波信號的電壓輸出，其中該類弦波信號與該參考弦波信號同相。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高效率功率放大器系統(tǒng)，還包括一備用直流電壓源，作為該交流市電斷路時的備用電源；以及第二切換電路，接收該備用直流電壓源的輸出電壓，并根據(jù)該所接收的第一脈沖寬度調(diào)制信號轉(zhuǎn)換該備用直流電壓源的輸出電壓為第四脈沖寬度調(diào)制信號，并送至輸出端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高效率功率放大器系統(tǒng)，其中所述的第二切換電路，在該交流市電斷路時，才會開始工作。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高效率功率放大器系統(tǒng)，其中當交流市電斷路時，會激活該備用直流電壓源，此時第二切換電路會根據(jù)該第一脈沖寬度調(diào)制信號調(diào)制該備用直流電壓源的輸出電壓為第四脈沖寬度調(diào)制信號，并送至輸出端，接著變壓器會調(diào)整該第四脈沖寬度調(diào)制信號為所需的大小，并傳送至該直流轉(zhuǎn)交流電路將之轉(zhuǎn)換成一對穩(wěn)定直流電壓源后，并根據(jù)該邏輯控制信號及該第二脈沖寬度調(diào)制信號將這對穩(wěn)定直流電壓源轉(zhuǎn)換成類弦波信號的電壓輸出，其中該類弦波信號與該參考弦波信號同相。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高效率功率放大器系統(tǒng)，其中上述直流轉(zhuǎn)交流電路還包括第一二極管，其中該第一二極管用以讓該調(diào)整后的第三或第四脈沖寬度調(diào)制信號的正電壓通過，以于輸出端產(chǎn)生一穩(wěn)定直流正電壓；第二二極管，其中該第二二極管用以讓該調(diào)整后的第三或第四脈沖寬度調(diào)制信號的負電壓通過，以于輸出端產(chǎn)生一穩(wěn)定直流負電壓；第一切換開關(guān)，連接該第一二極管，其中該第一切換開關(guān)會根據(jù)該該邏輯控制信號及該第二脈沖寬度調(diào)制信號做切換以輸出正電壓半波信號；以及第二切換開關(guān)，連接該第二二極管，其中該第二切換開關(guān)會根據(jù)該該邏輯控制信號及該第二脈沖寬度調(diào)制信號做切換以輸出負電壓半波信號，其中該負電壓半波信號與該正電壓半波信號的相位差180度，因此在該第一與第二二切換開關(guān)的共同輸出端會產(chǎn)生一類弦波信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高效率功率放大器系統(tǒng)，其中該第一二極管的輸出端還被連接至一電容器。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高效率功率放大器系統(tǒng)，其中該第二二極管的輸出端還被連接至一電容器。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高效率功率放大器系統(tǒng)，其中該第一與第二切換開關(guān)的共同接點還被連接至一電容器。
12.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高效率功率放大器系統(tǒng)，其中所述的第一與第二切換電路可選用返馳式設(shè)計、順向式設(shè)計、推挽式設(shè)計、半橋式設(shè)計或全橋式設(shè)計架構(gòu)。
13.一種可產(chǎn)生類弦波電壓源系統(tǒng)，至少包含一信號源，用以產(chǎn)生同步的弦波參考信號與輸入信號；一脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生器，接收一直流參考電位并根據(jù)該直流參考電位產(chǎn)生第一脈沖寬度調(diào)制信號，同時根據(jù)該弦波參考信號，產(chǎn)生第二脈沖寬度調(diào)制信號，及一邏輯控制信號；一電源電路，用以接收該第一及第二脈沖寬度調(diào)制信號，及邏輯控制信號，以輸出類弦波電壓，至少包括一整流電路，接收一交流市電，將該交流市電整流成直流輸出電壓；第一切換電路，接收該直流輸出電壓，并根據(jù)該所接收的第一脈沖寬度調(diào)制信號轉(zhuǎn)換該直流輸出電壓為第三脈沖寬度調(diào)制信號；一變壓器，調(diào)整該第三脈沖寬度調(diào)制信號為所需的大??；以及一直流轉(zhuǎn)交流電路，接收該調(diào)整后的第三脈沖寬度調(diào)制信號，并將之轉(zhuǎn)換成一對穩(wěn)定直流電壓源，然后根據(jù)該邏輯控制信號和第二脈沖寬度調(diào)制信號將這對穩(wěn)定直流電壓源轉(zhuǎn)換成類弦波信號的電壓輸出，其中該類弦波信號與該參考弦波信號同相；以及一反饋電路，接收該電源電路的類弦波電壓，并產(chǎn)生第一反饋信號，其中該第一反饋信號會被送至該脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生器，來與該弦波參考信號進行比較以產(chǎn)生第二脈沖寬度調(diào)制信號送至該電源電路以對該類弦波電壓進行微調(diào)，同時該反饋電路也接收這對穩(wěn)定直流電壓源，并產(chǎn)生第二反饋信號送至該脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生器，用以與該直流參考電位進行比較以產(chǎn)生第一脈沖寬度調(diào)制信號，送至該電源電路來對這對穩(wěn)定直流電壓源進行微調(diào)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的可產(chǎn)生類弦波電壓源系統(tǒng)，還包括一備用直流電壓源，作為該交流市電斷路時的備用電源；以及第二切換電路，接收該備用直流電壓源的輸出電壓，并根據(jù)該所接收的第一脈沖寬度調(diào)制信號轉(zhuǎn)換該備用直流電壓源的輸出電壓為第四脈沖寬度調(diào)制信號。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的可產(chǎn)生類弦波電壓源系統(tǒng)，其中所述的第二切換電路，在該交流市電斷路時，才會開始工作。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的可產(chǎn)生類弦波電壓源系統(tǒng)，其中當交流市電斷路時，會激活該備用直流電壓源，此時第二切換電路會根據(jù)該第一脈沖寬度調(diào)制信號轉(zhuǎn)換該備用直流電壓源的輸出電壓為第四脈沖寬度調(diào)制信號，并送至輸出端，接著變壓器會調(diào)整該第四脈沖寬度調(diào)制信號為所需的大小，并傳送至該直流轉(zhuǎn)交流電路將之轉(zhuǎn)換成一對穩(wěn)定直流電壓源，并根據(jù)該邏輯控制信號及該第二脈沖寬度調(diào)制信號將這對穩(wěn)定直流電壓源轉(zhuǎn)換成類弦波信號的電壓輸出，其中該類弦波信號與該參考弦波信號同相。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的可產(chǎn)生類弦波電壓源系統(tǒng)，其中所述的類弦波輸出電壓相位與該弦波參考信號同相。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的可產(chǎn)生類弦波電壓源系統(tǒng)，其中所述的直流轉(zhuǎn)交流電路還包括第一二極管，其中該第一二極管用以讓該調(diào)整后的第三或第四脈沖寬度調(diào)制信號的正電壓通過，以于輸出端產(chǎn)生一穩(wěn)定直流正電壓；第二二極管，其中該第二二極管用以讓該調(diào)整后的第三或第四脈沖寬度調(diào)制信號的負電壓通過，以于輸出端產(chǎn)生一穩(wěn)定直流負電壓；第一切換開關(guān)，連接該第一二極管，其中該第一切換開關(guān)會根據(jù)該該邏輯控制信號及該第二脈沖寬度調(diào)制信號做切換以輸出正電壓半波信號；以及第二切換開關(guān)，連接該第二二極管，其中該第二切換開關(guān)會根據(jù)該該邏輯控制信號及該第二脈沖寬度調(diào)制信號做切換以輸出負電壓半波信號，其中該負電壓半波信號與該正電壓半波信號的相位差180度，因此在該第一與第二二切換開關(guān)的共同輸出端會產(chǎn)生一類弦波信號。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的可產(chǎn)生類弦波電壓源系統(tǒng)，其中該第一二極管的輸出端還被連接至一電容器。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的可產(chǎn)生類弦波電壓源系統(tǒng)，其中該第二二極管的輸出端還被連接至一電容器。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的可產(chǎn)生類弦波電壓源系統(tǒng)，其中該第一與第二切換開關(guān)的共同接點還被連接至一電容器。
22.根據(jù)權(quán)利要求13所述的可產(chǎn)生類弦波電壓源系統(tǒng)，其中所述的第一與第二切換電路可選用返馳式設(shè)計、順向式設(shè)計、推挽式設(shè)計、半橋式設(shè)計或全橋式設(shè)計架構(gòu)。
23.一種產(chǎn)生高效率放大輸出的方法，至少包含利用一信號源，以產(chǎn)生互相同步的弦波參考信號與輸入信號；根據(jù)該弦波參考信號，產(chǎn)生第一脈沖寬度調(diào)制信號，及一邏輯控制信號，同時利用一直流參考電位產(chǎn)生第二脈沖寬度調(diào)制信號；根據(jù)該第二脈沖寬度調(diào)制信號將交流市電調(diào)轉(zhuǎn)換成一對穩(wěn)定直流電壓源；根據(jù)該第一脈沖寬度調(diào)制信號，及該邏輯控制信號，將該穩(wěn)定直流電壓源轉(zhuǎn)換成與該弦波參考信號同相的類弦波電壓；使用該類弦波輸出電壓，當作放大器電路的工作電壓，以將該輸入信號放大輸出；以及使用一反饋電路，對該穩(wěn)定直流電壓源與類弦波電壓進行微調(diào)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的產(chǎn)生高效率放大輸出的方法，其中所述的使用一反饋電路，對該穩(wěn)定直流電壓源與類弦波電壓進行微調(diào)的方法，至少包含反饋該穩(wěn)定直流電壓源與類弦波電壓，來分別與該直流參考電位與該弦波參考信號進行比較，以產(chǎn)生第一與第二脈沖寬度調(diào)制信號以及利用該第一與第二脈沖寬度調(diào)制信號，對該穩(wěn)定直流電壓源與類弦波電壓進行微調(diào)。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的產(chǎn)生高效率放大輸出的方法，其中所述的該放大器電路，可為A類、B類放大器或AB類放大器電路。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的產(chǎn)生高效率放大輸出的方法，其中所述的類弦波輸出電壓相位與該弦波參考信號同相。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的產(chǎn)生高效率放大輸出的方法，其中所述的根據(jù)該第二脈沖寬度調(diào)制信號將交流市電轉(zhuǎn)換成一對穩(wěn)定直流電壓源，還包括接收交流市電，并將該交流市電整流成直流輸出電壓；根據(jù)該第二脈沖寬度調(diào)制信號轉(zhuǎn)換該直流輸出電壓為第三脈沖寬度調(diào)制信號；以及轉(zhuǎn)換該第三脈沖寬度調(diào)制信號為一對穩(wěn)定直流電壓源。
28.根據(jù)權(quán)利要求23所述的產(chǎn)生高效率放大輸出的方法，其中所述的根據(jù)該第一脈沖寬度調(diào)制信號，及該邏輯控制信號，將這對穩(wěn)定直流電壓源轉(zhuǎn)換成與該弦波參考信號同相的類弦波電壓，還包括讓這對穩(wěn)定直流電壓源的正電壓通過，以于輸出端產(chǎn)生一正電壓；讓這對穩(wěn)定直流電壓源的負電壓通過，以于輸出端產(chǎn)生一負電壓；以及根據(jù)該邏輯控制信號以及該第一脈沖寬度調(diào)制信號，讓該正電壓與該負電壓交替輸出。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的產(chǎn)生高效率放大輸出的方法，其中所述的根據(jù)該第二脈沖寬度調(diào)制信號調(diào)制該直流輸出電壓成為一對穩(wěn)定直流電壓源，可選用返馳式設(shè)計、順向式設(shè)計、推挽式設(shè)計、半橋式設(shè)計或全橋式設(shè)計架構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明的高效率的功率放大器系統(tǒng)，是通過動態(tài)改變放大器的操作電壓讓輸出效率得到提升，也即讓操作電壓根據(jù)所欲放大的輸入小信號進行動態(tài)改變，以最小化供應(yīng)給放大器的操作電壓，來避免無謂的功率消耗。
文檔編號H03F1/34GK1477783SQ0312024
公開日2004年2月25日 申請日期2003年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月23日
發(fā)明者楊李龍 申請人:星峰科技股份有限公司