電源控制的制作方法
【專利摘要】一種E級(jí)放大器，具有一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，該場(chǎng)效應(yīng)晶體管上的晶體管（T2）通過(guò)一個(gè)串行LC電路連接到負(fù)載，并且還通過(guò)一個(gè)恒定電流源連接到電源電壓。該放大器還包括一諧振控制器，其中，該諧振控制器提供了對(duì)AC應(yīng)用的電源控制，并且還包含了一個(gè)輸入傳感器的諧振跟蹤系統(tǒng)，該輸入傳感器由采用一輸入電感器中諧振跟蹤系統(tǒng)的電源供電，其中諧振跟蹤系統(tǒng)采用具有兩個(gè)與地串聯(lián)的檢測(cè)電阻負(fù)載的電阻諧振檢測(cè)儀。
【專利說(shuō)明】電源控制【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種電源控制，尤其涉及通過(guò)不同的控制開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)電源控制。更具體地說(shuō)，本發(fā)明提供了在硅拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中電源控制的改進(jìn)方法，但并不限于此。
[0002]雖然本發(fā)明可應(yīng)用于從低電壓到電源電壓的一系列電源，并適用于直流電或交流電(DC或AC)，為了方便起見(jiàn)，本發(fā)明應(yīng)該就一系列電壓下的對(duì)發(fā)光二極管的(LED)的控制進(jìn)行敘述。尤其是，會(huì)針對(duì)E類放大器進(jìn)行闡述。然而本發(fā)明的范圍并不局限于此，并且可以包括其他電源控制一個(gè)或多個(gè)部分。
【背景技術(shù)】
[0003]在電源控制電路中重點(diǎn)討論的是功率損耗和蓄電。在開(kāi)關(guān)模式電源中，功率損耗發(fā)生在各種不同的情況下。一些主要的情況是:
1、歐姆功率P的損失來(lái)源于下列方程中通過(guò)具有電阻R的裝置的電流I，如下方程式所描述的:
P = I2 X R
2、當(dāng)一個(gè)諸如FET的開(kāi)關(guān)在打開(kāi)或關(guān)閉的狀況下切換時(shí)，并且如果電流或電壓在或穿過(guò)該FET，該切換期間導(dǎo)致電流和電壓都施加在所述FET上，這等同于功率損耗。
[0004]3、硬轉(zhuǎn)換是指位于場(chǎng)效應(yīng)晶體管內(nèi)的一裝置，先將其關(guān)閉，使兩端電壓V施加在FET上，打開(kāi)開(kāi)關(guān)后。在整個(gè)輸出中寄生電容C將保留30能量E。
[0005]E.0.5 X C X V2
每次FET在這種情況下導(dǎo)通存儲(chǔ)的能量被耗散引發(fā)了功率損失。
[0006]4、在一 RC等效電路形式中的柵極驅(qū)動(dòng)損耗，其中C為柵極電容，并且R是連通門極電阻。RC電路消耗的功率與頻率f，電容C和電壓V的平方成正比:
E類放大器是功率控制的一種特殊形式。如圖1所示是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的E類放大器，它有一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，該場(chǎng)效應(yīng)晶體管上的晶體管(T2)通過(guò)一個(gè)串行LC電路連接到負(fù)載(R1)，并且還通過(guò)一個(gè)大電感(L2)連接到電源電壓(不顯示5)。L2作為一個(gè)粗略的恒流電源。E類放大器中加入一個(gè)的電容(Cl)將晶體管輸出接地。而這種功率放大器將產(chǎn)生大量的功率損耗。
[0007]因此，本發(fā)明目的是克服或基本上改善一個(gè)或多個(gè)現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，或者至少提供一種有效的替代方案的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供了一種基于狀態(tài)控制的電源控制的手段或方法。本發(fā)明提供了許多可單獨(dú)或一起使用的不同修改。
[0009]用于交流電應(yīng)用的電源控制可以包括:由電源供電的一輸入電感器中諧振跟蹤系統(tǒng)，其中諧振跟蹤系統(tǒng)20采用具有兩個(gè)與地串聯(lián)的檢測(cè)電阻負(fù)載的電阻諧振檢測(cè)儀，并且該電阻諧振檢測(cè)儀接收兩個(gè)感應(yīng)電阻負(fù)載之間的反饋，并且第一感應(yīng)電阻負(fù)載接地，第二感應(yīng)電阻負(fù)載供應(yīng)于比較器從而提供對(duì)比于輸入端參考電壓的輸出控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0010]可以看出，設(shè)置該感應(yīng)電阻負(fù)載顯然是為兩個(gè)各自對(duì)應(yīng)的信號(hào)的電壓求和節(jié)點(diǎn)。接地的第一感應(yīng)電阻負(fù)載可以檢測(cè)輸入端的直流變化。供應(yīng)于比較器的第二感應(yīng)電阻負(fù)載可以檢測(cè)交流波動(dòng)。
[0011]供給于第二感應(yīng)電阻負(fù)載的比較器可以通過(guò)一個(gè)RC濾波器的改進(jìn)得以實(shí)現(xiàn)。
[0012]電源控制可以包括一個(gè)具有檢測(cè)手段的制動(dòng)電路，包括在輸入電壓反饋下的RC電路從而確保無(wú)法過(guò)電流。
[0013]電源控制可以包括輸入功率的有源整流器，從而保證FET的柵極在閾值內(nèi)，該柵極有一個(gè)在與線性穩(wěn)壓器組合的FET控制器。該線性穩(wěn)壓器可以將一個(gè)大電阻和小的齊納電壓結(jié)合，從而通過(guò)減控制開(kāi)關(guān)的電流，從而減少功率損耗。
[0014]電源控制可以包括由多對(duì)P和N摻雜MOSFET構(gòu)成的整流器，其中一 P摻雜MOSFET的柵極連接到N摻雜MOSFET的漏極，而一 N摻雜MOSFET的柵極連接到P摻雜MOSFET的源極。優(yōu)選地，一成對(duì)P和NlO摻雜的M0SFET。
[0015]通過(guò)這種方式操作小于I伏的電壓的FET，仍然可以由整流器來(lái)控制。這也無(wú)法避免了一對(duì)MOSFETs在同時(shí)操作時(shí)的擊穿。
[0016]在本發(fā)明的一種形式中，提供了一個(gè)狀態(tài)開(kāi)關(guān)，該狀態(tài)開(kāi)關(guān)用于調(diào)控諧振周期切換的狀態(tài)開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)可彼此功率的補(bǔ)償，從而限制了功率使用和功率損耗。
[0017]本發(fā)明可以提供了對(duì)E類放大器實(shí)質(zhì)性一種形式的改進(jìn)。
[0018]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，電源控制涉及一 E類放大器，并且包括以下任意一個(gè)或多個(gè)部分。這些部分包括:
A.諧振跟蹤器
B.制動(dòng)電路
C.整流器
D.降壓器
但是這些部分也可以用于其他表現(xiàn)類似的好處的電源控制系統(tǒng)。
[0019]可以看出，本發(fā)明提供了一種E類拓?fù)淇刂频男路椒?。雖然是自諧振，但該新方法與FET驅(qū)動(dòng)控制從其他元件耦合(如變壓器)的其他自諧振系統(tǒng)并沒(méi)有共同之處。并且此類應(yīng)用的問(wèn)題包含無(wú)法定義開(kāi)始/停止條件，以及用于波形控制的空間局限。
[0020]該方法可嵌入在簡(jiǎn)單組件中實(shí)時(shí)，逐周期的數(shù)字化控制器，并具有設(shè)計(jì)上的自由度和優(yōu)點(diǎn)。具有不同數(shù)值和頻率的多個(gè)模擬信號(hào)是由一個(gè)單一的比較來(lái)總結(jié)和閾值處理的。這些參數(shù)的控制可以保證精確諧振控制，該諧振控制使DC以非凡的效率，速度和功率因數(shù)的諧振電路的諧振電路通過(guò)大范圍的輸入電壓的諧振電路的物理極限。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]為了使本發(fā)明可以更容易地被理解，將通過(guò)非限制性的例子來(lái)描述一個(gè)具體的實(shí)施例，其中:
圖1是現(xiàn)有技術(shù)一個(gè)E類放大器的的電路圖；
圖2是本發(fā)明一實(shí)施例中一類應(yīng)用于E類放大器諧振驅(qū)動(dòng)器電源控制電路圖；
圖3是本發(fā)明顯示的交流感應(yīng)、無(wú)制動(dòng)的控制器的實(shí)施例中的電源控制電路圖； 圖4是圖3中電源控制電路中V和I的運(yùn)行軌跡；
圖5是本發(fā)明一顯示制動(dòng)的實(shí)施例中的電源控制電路圖；
圖6是圖5中電源控制電路中V和I的運(yùn)行軌跡；
圖7是本發(fā)明的一顯示整流器的實(shí)施例的電源控制電路圖；
圖8是以對(duì)比為目的現(xiàn)有技術(shù)中整流器電源控制電路圖；
圖9是圖8中電源控制電路中V和I的運(yùn)行軌跡；
圖10是本發(fā)明一實(shí)施例顯示主動(dòng)區(qū)下拉的整流器的電源控制電路圖；
圖11是圖10中電源控制電路中V和I的運(yùn)行軌跡；
圖12和圖13是N和P摻雜的FET等效子電路各自顯示圖10中與線性調(diào)節(jié)器組合的FET中Xl到X4的細(xì)節(jié)圖；
圖14是一在本發(fā)明負(fù)載中添加電壓控制元件來(lái)顯示逐減電路和反激電路替代品的實(shí)施例中的電源控制電路圖；
圖15是采用圖14中IOms中降壓9V的電源控制電路中V和I的運(yùn)行軌跡；
圖16是在微觀狀況下圖15中電源控制電路中V和I的運(yùn)行軌跡。
【具體實(shí)施方式】
[0022]參照該優(yōu)選實(shí)施例的附圖，如圖2所示，本發(fā)明提供了一種具有下列部分的一個(gè)E類放大器
A.諧振追蹤
B.制動(dòng)電路
C.整流器
D.逐減電路/反激電路 A:諧振跟蹤
如圖1為E類放大器中電源控制的一種特定形式。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的E類放大器，它有一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，該場(chǎng)效應(yīng)晶體管上的晶體管(T2)通過(guò)一個(gè)串行LC電路連接到負(fù)載(R1)，并且還通過(guò)一個(gè)大電感(L2)連接到電源電壓(未顯示)。L2作為一個(gè)粗略的恒流電源。E類放大器中加入一個(gè)的電容(Cl)將晶體管輸出接地。而這種功率放大器將產(chǎn)生大量的功率損耗。
[0023]然而這延伸到AC應(yīng)用，或低或高電壓如圖3所示，這里新整流器包含部件01 ,Vl(基準(zhǔn)電壓)，R 2 (諧振傳感器)和R5 (輸入電流傳感器)。
[0024]用于AC應(yīng)用的電源控制可以包括:由電源供電的一輸入電感器中諧振跟蹤系統(tǒng)，其中諧振跟蹤系統(tǒng)采用具有兩個(gè)與地串聯(lián)的檢測(cè)電阻負(fù)載的電阻諧振檢測(cè)儀，在這情況下的感應(yīng)電阻負(fù)載是接地的第一感應(yīng)電阻R5和第二感應(yīng)電阻RlI。并且該輸入電感器L2接收兩個(gè)感應(yīng)電阻負(fù)載之間的反饋，并且第一感應(yīng)電阻負(fù)載R5接地，第二感應(yīng)電阻Rll負(fù)載供應(yīng)于比較器01從而提供對(duì)比于輸入端參考電壓的輸出控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0025]可以看出，設(shè)置該感應(yīng)電阻負(fù)載顯然是為兩個(gè)各自對(duì)應(yīng)的信號(hào)的電壓求和節(jié)點(diǎn)。接地的第一感應(yīng)電阻R5可以檢測(cè)輸入端的直流變化。供應(yīng)于比較器的第二感應(yīng)電阻Rll可以檢測(cè)交流波動(dòng)。
[0026]R5的主要作用是跟蹤L2中所需的電流。這種方式的系統(tǒng)電源可以容易被控制。值得注意的是由于在L2中不可避免的波紋電流，R5的確包含該波紋的信息。因此在沒(méi)有包含Rll的情況下進(jìn)行常規(guī)操作是可行的。實(shí)際上，在大電壓范圍內(nèi)的電壓被施加在整流的AC波形系統(tǒng)上，有必要放大的波紋元件使它變得明顯。這是Rll的關(guān)鍵點(diǎn)；將其列入可確保足夠的信號(hào)強(qiáng)度存在。值得注意的是Rll和R5的比值也允許了系統(tǒng)的功率因數(shù)的控制。
[0027]當(dāng)AC信號(hào)是足夠的，可能有必要采用數(shù)字系統(tǒng)延遲來(lái)匹配該系統(tǒng)的共振頻率。這可以通過(guò)很容易地通過(guò)圖2中顯示為R3和C4的額外的任選的相位滯后的RC濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)。可以根據(jù)需要附加延時(shí)控制比較器01的輸出端在數(shù)字部分來(lái)執(zhí)行。
[0028]圖4說(shuō)明了上述成功地確保正確和正常運(yùn)行15上I電源半周期，在宏觀的角度說(shuō)明了系統(tǒng)將零電壓開(kāi)關(guān)(ZVS)高速，低損耗操作是極為重要的。
[0029]制動(dòng)電路
參照?qǐng)D3中沒(méi)有制動(dòng)的電路，可以看出，如果沒(méi)有制動(dòng)電流條件可能會(huì)導(dǎo)致各種問(wèn)題。AC信號(hào)通過(guò)DC紋波提供的諧振信號(hào)被偏置。那時(shí)通過(guò)包括R12和C4附近的自諧振系統(tǒng)來(lái)放緩。如果諧振和電流脈沖施加后，有過(guò)電流和失效的情況。這是主要的爭(zhēng)論以及現(xiàn)有技術(shù)解決方案使用大量電力的主要來(lái)源。
[0030]圖5中顯示的帶有制動(dòng)的電路擁有由R3和晶體管T3組成的制動(dòng)元件。在圖2所示的其它形式的R6和T3提供的制動(dòng)元件。一個(gè)重要的作用是，如果過(guò)沖讓流量通過(guò)R15，制動(dòng)元件關(guān)閉Tl中的FET。參考圖5和圖6中運(yùn)行軌跡，顯示為了防止任意形式的過(guò)電流提供了停工裝置或制動(dòng)器的。尤其是開(kāi)關(guān)的運(yùn)行只有關(guān)機(jī)后其他的信號(hào)控制，從而避免過(guò)電流的可能性。
[0031]整流器
現(xiàn)有技術(shù)中的有源整流電路可以如圖8中所見(jiàn)，并且圖9中示出了它的運(yùn)行軌跡。尤其是P型或者是N型的FET與外電阻器連接，如R4，其大約達(dá)到lOOOhm，因此允許大量的電流和相應(yīng)的功率損耗。尤其圖9中的軌跡示出了位于頂部的輸入端和位于中部的高效的輸出端。但是，根據(jù)所示的下方的軌跡，在運(yùn)行的過(guò)程中出現(xiàn)大量的功率損耗。
[0032]但是，如圖7所示的是本發(fā)明的最簡(jiǎn)單的形式，以及圖10、12和13和圖11中的軌跡詳細(xì)地示出了一個(gè)整流器，該整流器能夠應(yīng)用于功率控制，包括一個(gè)輸入功率的有源整流器以保證FET柵極在閾值內(nèi)。這通過(guò)一個(gè)FET控制器與一個(gè)線性調(diào)節(jié)器的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)。該線性調(diào)節(jié)器可以包含一個(gè)大電阻器R4，大約100K Ohm，和一個(gè)接近于FET運(yùn)行電壓的電壓，以通過(guò)在控制開(kāi)關(guān)時(shí)最小化電流來(lái)最小化功率的損耗。與圖9中的軌跡相比，圖10的本發(fā)明的如圖11中的軌跡示出了頂部的輸入端和中部的有效輸出端。但是，根據(jù)所示的下方的軌跡，在運(yùn)行的過(guò)程中出現(xiàn)了最小化的間歇的功率損耗。
[0033]如圖10所示，該電源控制可以包括一個(gè)形成有多對(duì)P型和N型摻雜的MOSFET的整流器，其中，一個(gè)P型摻雜MOSFET的柵極與一個(gè)N型摻雜的MOSFET的漏極連接并且反之亦然。在這種情況下，多對(duì)P型和N型摻雜的MOSFET中的一對(duì)具有Xl到X4中的每一個(gè)，該Xl到X4包括一個(gè)圖12和13中的NFET或PFET。
[0034]通過(guò)這種方法，電壓小于I伏的FET的運(yùn)行仍然受整流器控制。這也避免了當(dāng)一對(duì)MOSFET的運(yùn)行不能同時(shí)發(fā)生并且因此無(wú)法是電壓增加超過(guò)閾值時(shí)所出現(xiàn)的擊穿現(xiàn)象。
[0035]尤其在低電壓、高電流的應(yīng)用中，通過(guò)一個(gè)FET全橋而不是二極管(肖特基二極管、PN結(jié)，碳化物等)，交流電至直流電的整流過(guò)程可以更有效的進(jìn)行，因?yàn)樗鼈儾恍枰粋€(gè)幾乎大量下降的正向傳導(dǎo)電壓。在實(shí)施中需要注意以下幾點(diǎn):
1.當(dāng)最大電壓超過(guò)FET的柵極值時(shí)，必須實(shí)施保護(hù)以確保MOSFET不被毀壞。這就是在所提供的原理圖中的齊納二極管/電阻器裝置的目的。
[0036]2.該齊納二極管應(yīng)該稍小于最大柵極電壓，否則通過(guò)齊納的傳導(dǎo)將消耗大量的能量，這很不幸地意味著柵電容具有的能量遠(yuǎn)超打開(kāi)FET所需要的能量。
[0037]3.該電阻器必須足夠大以在輸入電壓超過(guò)齊納二極管時(shí)來(lái)限制電流，但是又足夠小以保持打開(kāi)和關(guān)閉時(shí)間足夠小并保護(hù)FET的短路。
[0038]4.由于MOSFET具有柵電容，任何使用該例子的電阻都會(huì)引起打開(kāi)和關(guān)閉的延時(shí)。
[0039]5.該柵極電容和電阻器形成一個(gè)阻容濾波器，當(dāng)任何交流電出現(xiàn)在輸入端時(shí)，該阻容濾波器將消耗能量并隨著頻率和振幅而惡化。
[0040]圖10中所示的新的配置結(jié)構(gòu)看上去與圖8中的現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)相似。但是，隨著進(jìn)一步地觀察圖12和13的“SCH NFET基”和“SCH PFET基”中所示出的X模組，就可以發(fā)現(xiàn)明顯的區(qū)別。每個(gè)子電路(N型和P型)被設(shè)計(jì)用于取代現(xiàn)有技術(shù)中的M0SFET、齊納二極管和電阻器，其中N型的子電路在橋的底部，P型的子電路在橋的頂部。
[0041]檢查N型FET子電路，框中展現(xiàn)的是完整的FET模型?？虻耐獠渴且粋€(gè)附加的電路，一個(gè)二極管和FET (其僅有一個(gè)像MOSFET那樣總是具有體二極管的裝置)，一個(gè)電阻器和一個(gè)齊納二極管。添加了該MOSFET對(duì)電路具有極大的影響，如:
1.該齊納二極管可以僅足夠大來(lái)保證整流器FET的打開(kāi)，并保持低能量的傳輸。
[0042]2.在橋MOSFET的充電過(guò)程中，MOSFET阻抗很低，這樣就可以允許快速充電，但是當(dāng)達(dá)到齊納二極管的電壓時(shí)，該MOSFET阻抗就立刻變得很高，這就可以快速充電，保證了就算不考慮輸出端上出現(xiàn)什么樣的交流電信號(hào)也不會(huì)發(fā)生滲漏的問(wèn)題。
[0043]3.當(dāng)該齊納二極管偏壓電阻器不再為橋MOSFET柵極覆蓋充電時(shí)，其值會(huì)變得很大，同時(shí)使用很少的能量。
[0044]4.當(dāng)該柵極信號(hào)降低后，Dl (Ti的體二極管)將使橋柵極電容開(kāi)始放電。
[0045]P型FET子電路在運(yùn)作上是相同的，僅在一個(gè)負(fù)電壓中作為一個(gè)P型FET。
[0046]參見(jiàn)圖9中的現(xiàn)有技術(shù)中的軌跡文件和圖11中的新的有源整流器，紅色的(頂部的)軌跡示出了一個(gè)構(gòu)造的波形，一個(gè)12VRMS的基本信號(hào)(+-17V峰值到峰值)AC，在更高的頻率下具有5Vpp。下一個(gè)軌跡表示的是源電流，綠色的是負(fù)載電阻器Rl上的電壓，最后的軌跡是進(jìn)入一個(gè)半橋P/N型FET對(duì)的電流。改進(jìn)的最大指示在于圖11中的軌跡，如其所示，新的有源整流器除了開(kāi)關(guān)電流外沒(méi)有別的可見(jiàn)的電流。測(cè)量表表明與圖9的簡(jiǎn)單比較，新系統(tǒng)98%的效率相對(duì)于舊系統(tǒng)95%的效率。當(dāng)現(xiàn)有技術(shù)中的齊納二極管傳導(dǎo)的越來(lái)越多或著當(dāng)頻率增加時(shí)，這個(gè)界限會(huì)變遠(yuǎn)超過(guò)大輸入電壓范圍。
[0047]最后，圖10的另一個(gè)循環(huán)示出了一個(gè)優(yōu)化處理，該優(yōu)化處理允許橋FET的閾值電壓小于新的柵極驅(qū)動(dòng)FET的體二極管的閾值電壓。信號(hào)在N型和P型子電路之間共享，以確保FET是關(guān)閉的。
[0048]在每一對(duì)N型或者P型中，相反的驅(qū)動(dòng)FET也驅(qū)動(dòng)其他新增加的“拉低”FET0
[0049]逐減電路/反激電路
由于運(yùn)行電壓的限制，如圖14所示的逐減電路/反激電路組件經(jīng)常需要在輸出端交叉處與圖2中所示的電容器C2連接以控制LED的電源。但是，該系統(tǒng)在其他的電源控制區(qū)域中可能不需要。
[0050]由于發(fā)光二極管(LED)的恒定正向電壓的性質(zhì)，在一個(gè)并聯(lián)的電容器內(nèi)的可用能量是十分有限的。這是因?yàn)樵陔娙萜鲀?nèi)的任何大于LED的Vf (正向電壓)的電壓在更高的電流下快速放電，直到電壓降低至Vf，這時(shí)停止傳導(dǎo)。一個(gè)關(guān)于它的簡(jiǎn)單的方案是具有一個(gè)串聯(lián)的電阻器，其限制超過(guò)Vf的電壓下的電流。它的缺點(diǎn)是在這個(gè)過(guò)程中會(huì)在電阻器中浪
費(fèi)能量。
[0051]一個(gè)更詳盡的方案是實(shí)施一個(gè)全“降壓斬波”電路。這樣做可以以復(fù)雜性和成本為代價(jià)來(lái)最小化額外的功率損耗。其存在的一個(gè)潛在的問(wèn)題是一個(gè)“負(fù)阻抗”的引入，當(dāng)電壓升高時(shí)，電流降低，反之亦然。這與“正阻抗”形成對(duì)比，該正阻抗的電流和電壓一起成比例的或者是其他形式的升高和降低。在一個(gè)單獨(dú)的電路中，降壓斬波電路的負(fù)阻抗不是一個(gè)問(wèn)題，但是如果連同另一個(gè)控制線路一起使用可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。
[0052]直接與LED并聯(lián)的電容器會(huì)在我們使用一個(gè)增壓拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)時(shí)產(chǎn)生另一個(gè)問(wèn)題。由于輸出電壓必須總是大于輸入電壓，因此LED Vf’s必須相應(yīng)的高。在MR16的例子中，輸入電壓能夠達(dá)到超過(guò)17V的峰值(12VRMS)，這限制了 20V+晶片的生產(chǎn)。如果我們希望使用一個(gè)更低電壓的LED，一個(gè)根本的解決辦法是在增壓之后增加一個(gè)降壓斬波電路階段。但是，這樣產(chǎn)生了一個(gè)問(wèn)題，就是單次增壓與降壓斬波電路階段之間互相的“對(duì)抗”，這就是為什么盡管其間具有大電容性的能量存儲(chǔ)緩沖，增壓器還是會(huì)由于負(fù)阻抗負(fù)載(降壓斬波電路)引起的過(guò)電壓輸出情況而頻繁地關(guān)閉。
[0053]本發(fā)明包括一個(gè)更簡(jiǎn)單的逐減機(jī)制被引入，該機(jī)制實(shí)施起來(lái)更為便宜，并且仍舊提供具有正阻抗的增壓。
[0054]參見(jiàn)圖14，示出了一個(gè)常規(guī)可能的組合。它們可以用于一個(gè)9V和一個(gè)12V的LED解決方案中。即使2IV的LED已經(jīng)滿足大電壓的需求，但是LED中的紋波電流超過(guò)總線頻率(50-60HZ)是更好的，這是由于大的工作電壓范圍更容易得到能量?jī)?chǔ)備。
[0055]現(xiàn)有技術(shù)中的降壓斬波電路的好處包括允許在降壓斬波電路時(shí)將負(fù)載精確地調(diào)節(jié)至負(fù)載電壓，或者在反激電路時(shí)將負(fù)載精確地調(diào)節(jié)至完整的范圍。但是在降壓斬波電路和反激電路中還存在以下幾個(gè)問(wèn)題:
1.昂貴。
[0056]2.當(dāng)一個(gè)高側(cè)墻的FET驅(qū)動(dòng)是必要的時(shí)(在降壓斬波電路結(jié)構(gòu)中)，復(fù)雜的閉合回路系統(tǒng)并且特別低效。
[0057]3.在電壓供給上施加負(fù)阻抗的特性。
[0058]4.復(fù)雜和穩(wěn)定的需求通常限制了速度的最大化。反過(guò)來(lái)需要更大的無(wú)源元件來(lái)進(jìn)行。
[0059]相似的，在固定頻率和逐減電路或反激電路的占空比中也存在著優(yōu)勢(shì)
1.開(kāi)環(huán)回路(沒(méi)有反饋電路)，因此十分便宜，容易實(shí)施。
[0060]2.只需要低側(cè)開(kāi)關(guān)，因此容易實(shí)施。
[0061]3.總是施加正阻抗，易于與調(diào)節(jié)階段相結(jié)合，如增壓階段。
[0062]4.提高速度的簡(jiǎn)易的裝置僅收到共振源驅(qū)動(dòng)性能的限制，因此，速度能夠提高的非常高。[0063]固定頻率和逐減電路或反激電路的占空比中存在的問(wèn)題
1.開(kāi)環(huán)回路裝置的運(yùn)行受到輸入電壓的固定轉(zhuǎn)換的限制，即，沒(méi)有自適應(yīng)的可能性。
[0064]本發(fā)明的運(yùn)行可以參考附圖，但是具體請(qǐng)參考圖14，R4與Dl串聯(lián)以代表一個(gè)“真” LED，該LED由所需要的和寄生的組件構(gòu)成。在9V的原理圖和軌跡中提到的逐減電路具有一個(gè)十分簡(jiǎn)單的運(yùn)行工具，可以進(jìn)行能夠驅(qū)動(dòng)一個(gè)FET的任何形式的震蕩源，在本例子中是V3。當(dāng)FET的偏壓打開(kāi)，在L3，LED (Dl)和C3的電流開(kāi)始升高。當(dāng)FET關(guān)閉，電感向Dl和C3放出電流。C3純粹作為一個(gè)交流支路以保持LED中的紋波電流在一個(gè)最小的值，并且因此能夠極其的小。這個(gè)簡(jiǎn)單的操作導(dǎo)致L3表現(xiàn)為一個(gè)與LED串聯(lián)的額外的阻抗，僅隨著LED Vf和電容C3之間的電壓的差來(lái)進(jìn)行變化。這個(gè)阻抗可以通過(guò)改變LI的電感或者逆變器的頻率/占空比來(lái)變化。
[0065]在2IV的軌跡和原理圖中提到的反激電路，像上述的實(shí)施方式一樣顯著的，簡(jiǎn)單的并且也普通的顯示在圖14中。當(dāng)FET的偏壓被打開(kāi)，LI開(kāi)始充電。當(dāng)FET關(guān)閉時(shí)，LI向C4和LED中放出電流。此外，C4僅包括交流支路，提供直流電流給LED。該電路與逐減電路不同，因?yàn)樗梢栽诘陀贚ED電壓的情況下讓C4放電。同時(shí)，可取一個(gè)大的VfjB 21V，電壓小于所允許的升壓電壓的最小值是不可取的。因?yàn)椴捎弥饻p電路時(shí)，只要頻率和占空比固定，電感基本上表現(xiàn)為線性的正阻抗。
[0066]需要注意的是，任何頻率和占空比都可以被實(shí)施，一些調(diào)整的好處在于:
1.頻率跳動(dòng)-當(dāng)遇到電磁輻射干擾(EMI)時(shí)，該頻率跳動(dòng)是有幫助的。
[0067]2當(dāng)需要較低的Vfs時(shí)，.除了 50/50的占空比(像例子中使用的一樣)以外是特別有用的，將占空比設(shè)置在15/85開(kāi)/關(guān)將會(huì)憑借震蕩源的使用而允許逐減電壓小于3伏(單LED晶片)，而不需要增加任何復(fù)雜性或者反饋電路。
[0068]對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的等同修改和替代也都在本發(fā)明的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種E類放大器，其特征在于，包括:具有一個(gè)晶體管(T2)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管通過(guò)一串聯(lián)的“LC”電路連接到負(fù)載，并通過(guò)一恒流電源連接到電源電壓，所述放大器還包括一個(gè)諧振控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放大器，其特征在于，所述諧振控制器為交流電應(yīng)用提供了電源控制的，并且所述諧振控制器還包括:由電源供電的輸入感應(yīng)器中的諧振跟蹤系統(tǒng)，所述電源帶有所述諧振跟蹤系統(tǒng)，并且所述諧振跟蹤系統(tǒng)采用含有兩個(gè)串聯(lián)的感應(yīng)電阻器負(fù)載的諧振跟蹤探測(cè)器。
3.如權(quán)利要求2所述的放大器，其特征在于，所述諧振控制器包括元件參考電壓、諧振傳感器和第一輸入電流傳感器。
4.如權(quán)利要求2或3所述的放大器，其特征在于，所述諧振控制器包括感應(yīng)電阻負(fù)載，即均接地的第一感應(yīng)電阻負(fù)載R5和第二感應(yīng)電阻負(fù)載R11，并且所述輸出感應(yīng)器接收兩個(gè)感應(yīng)電阻負(fù)載之間的反饋，并且第一感應(yīng)電阻R5接地，第二感應(yīng)電阻Rll供應(yīng)于比較器從而提供對(duì)比于輸入端參考電壓的輸出控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
5.如權(quán)利要求4所述的放大器，其特征在于，所述諧振控制器包括設(shè)置所述第一感應(yīng)電阻負(fù)載和第二感應(yīng)電阻負(fù)載，從而為兩個(gè)各自對(duì)應(yīng)的信號(hào)的電壓求和節(jié)點(diǎn)，接地的第一感應(yīng)電阻R5可以檢測(cè)輸入端的直流變化； 供應(yīng)于比較器的第二感應(yīng)電阻Rll可以檢測(cè)交流波動(dòng)。
6.根據(jù)上述任意一條權(quán)利要求所述的放大器，其特征在于，所述諧振控制器包括--第一感測(cè)電阻R5，具有主要用于跟蹤在L2中所需電流，從而控制所述諧振跟蹤系統(tǒng)。
7.如權(quán)利要求4所述的放大器，其特征在于，由于在L2的波紋電流，所述諧振控制器包括使用在所述感應(yīng)電阻負(fù)載R5上的波紋信息。
8.如權(quán)利要求4所述的放大器，其特征在于，所述諧振控制器包括與Rll結(jié)合的第一感測(cè)電阻負(fù)載R 5，從而放大該波紋元件，以確保在大電壓范圍內(nèi)有足夠的信號(hào)強(qiáng)度通過(guò)整流的AC波形施加在所述諧振跟蹤系統(tǒng)。
9.如權(quán)利要求8所述的放大器，其特征在于，所述諧振控制器包括選中的Rll和R5的比值，以滿足對(duì)該系統(tǒng)功率因數(shù)的控制。
10.如權(quán)利要求4所述的放大器，其特征在于，所述諧振控制器包括:當(dāng)AC信號(hào)充足時(shí)，采用數(shù)字系統(tǒng)延遲來(lái)匹配該系統(tǒng)的共振頻率。
11.如權(quán)利要求10所述的放大器，其特征在于，當(dāng)通過(guò)額外的任選的相位滯后的RC濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)AC信號(hào)，采用數(shù)字系統(tǒng)延遲來(lái)匹配所述諧振跟蹤系統(tǒng)的諧振頻率。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的放大器，其特征在于，當(dāng)比較器的輸出端在數(shù)字部分來(lái)執(zhí)行，采用數(shù)字系統(tǒng)延遲來(lái)匹配所述諧振跟蹤系統(tǒng)的諧振頻率。
13.根據(jù)權(quán)利要求4所述的放大器，其特征在于，所述諧振控制系統(tǒng)成功地諧振控制確保正確和正常運(yùn)行15以上I電源半周期使系統(tǒng)零電壓開(kāi)關(guān)(ZVS)極為重要的高速，低損耗操作。
14.根據(jù)上述任意一條權(quán)利要求所述的放大器，其特征在于，還包括一設(shè)有制動(dòng)元件的制動(dòng)電路，所述制動(dòng)元件通過(guò)在設(shè)置FET和電阻負(fù)載R3以及在放大器內(nèi)FET輸出端的晶體管T3來(lái)組成，并且在放大器內(nèi)FET輸入端的反饋電路聽(tīng)從輸入傳感器反饋的指令，從而在過(guò)沖讓流量通過(guò)R15,所述制動(dòng)元件關(guān)閉Tl中的FET,防止任意形式的過(guò)電流提供了停工裝置或制動(dòng)器的。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的放大器，其特征在于，制動(dòng)電路開(kāi)關(guān)的運(yùn)行只有在關(guān)閉其他的信號(hào)控制之后，從而避免過(guò)電流的可能性。
16.根據(jù)上述任意一條權(quán)利要求所述的放大器，其特征在于，還包括有源整流器，所述有源整流器采用的電源控制包含一輸出功率的有源整流器以保證FET柵極在閾值范圍內(nèi)，并所述述有源整流器通過(guò)FET控制器與線性穩(wěn)壓器結(jié)合。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的放大器，其特征在于，所述線性穩(wěn)壓器結(jié)合了一個(gè)為IOOK歐姆的大電阻和接近FET操作電壓的電壓，從而通過(guò)減控制開(kāi)關(guān)的電流，從而減少功率損耗。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的放大器，其特征在于，所述有源整流器包括由多對(duì)P和N摻雜MOSFET構(gòu)成的整流器，其中一 P摻雜MOSFET的柵極連接到N摻雜MOSFET的漏極，而一 N摻雜MOSFET的柵極連接到P摻雜MOSFET的源極。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的放大器，其特征在于，所述有源整流器包括一對(duì)成對(duì)的NFET或PFET，其中，由整流器控制FET的電壓小于IV的操作。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的放大器，其特征在于，所述有源整流器包括布置一個(gè)連接一對(duì)成對(duì)P和N摻雜的MOSFET的齊納二極管/電阻器。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的放大器，其特征在于，所述齊納二極管的電壓必須足夠大以確保所述有源整流器FET導(dǎo)通，并維持其低能量的傳輸。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的放大器，其特征在于，在對(duì)橋MOSFET充電時(shí)所述MOSFET阻抗很低，這可以使它快速地充電，當(dāng)達(dá)到齊納二極管電壓，所述MOSFET阻抗會(huì)變得非常高，以確保任何在輸入端交流信號(hào)都無(wú)法泄漏。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的放大器，其特征在于，所述齊納二極管的偏置電阻值是非常大，并且在橋MOSFET柵極帽不充電時(shí)消耗很少的能量。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的放大器，其特征在于，當(dāng)所述柵極信號(hào)降低，Dl(Ti的主體二極管)釋放橋柵極電容中的電。
【文檔編號(hào)】H02M3/335GK103988408SQ201280050458
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2012年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月14日
【發(fā)明者】詹姆斯·哈蒙德 申請(qǐng)人:英迪斯私人有限公司