DE4040693A1 - Treiber fuer einen d-leistungsverstaerker hohen wirkungsgrads und hoher frequenz - Google Patents

Treiber fuer einen d-leistungsverstaerker hohen wirkungsgrads und hoher frequenz

Info

Publication number
DE4040693A1
DE4040693A1 DE4040693A DE4040693A DE4040693A1 DE 4040693 A1 DE4040693 A1 DE 4040693A1 DE 4040693 A DE4040693 A DE 4040693A DE 4040693 A DE4040693 A DE 4040693A DE 4040693 A1 DE4040693 A1 DE 4040693A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
switching
power amplifier
capacitance
driver according
series
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE4040693A
Other languages
English (en)
Other versions
DE4040693C2 (de
Inventor
Sayed-Amr El-Hamamsy
George Jernakoff
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of DE4040693A1 publication Critical patent/DE4040693A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE4040693C2 publication Critical patent/DE4040693C2/de
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F3/21Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/217Class D power amplifiers; Switching amplifiers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Description

Die Erfindung steht in Beziehung zu zwei gleichzeitig ein­ gereichten weiteren deutschen Patentanmeldungen der Anmel­ derin mit dem Titel "Halbleitervorrichtungs- und Halb­ brückenschaltungsbaustein" (Anwaltsakte: 12905.5-RD-19659) bzw. "Lampenvorschaltgerät" (Anwaltsakte: 12903.3-RD-20001).
Die Erfindung betrifft allgemein Leistungsverstärker hohen Wirkungsgrads und insbesondere einen Treiber für einen D- Spannungsschaltleistungsverstärker hohen Wirkungsgrads und hoher Frequenz.
In einem Leistungsverstärker der Klasse D werden zwei ak­ tive Schaltvorrichtungen als einpoliger Umschalter zum Er­ zeugen eines Rechtecksignals benutzt. Eine Ausgangslast­ schaltung enthält einen Schwingkreis, der auf die Schalt­ frequenz der Vorrichtungen abgestimmt ist, wodurch die Har­ monischen des Rechtecksignals beseitigt werden und sich ein sinusförmiges Ausgangssignal ergibt. Es gibt zwei Typen von D-Leistungsverstärkern, und zwar einen Spannungsschalttyp und einen Stromschalttyp. Bei dem Spannungsschalttyp sind die Schaltvorrichtungen mit einer Stromversorgung in Reihe geschaltet, und die Versorgungsspannung wird abwechselnd zwischen den Eingängen derselben geschaltet. Bei dem Strom­ schalttyp, der das Doppelte des Spannungsschalttyps ist, werden die Vorrichtungen in Parallel- oder Gegentakt­ schaltung benutzt, und der Versorgungsstrom wird zwischen ihnen abwechselnd geschaltet. Da die Schaltvorrichtungen der D-Leistungsverstärker abwechselnd zwischen Abschaltung und Sättigung angesteuert werden, so daß eine leitend ist, während die andere abgeschaltet ist, und umgekehrt, werden D-Leistungsverstärker zweckmäßig durch Rechtecksignale an­ gesteuert. Ein Eingangstrenntransformator wird herkömmli­ cherweise benutzt, um die beiden phasenverschobenen Ansteu­ ersignale zu liefern.
Schaltleistungsverluste bei niedrigen Frequenzen sind bei D-Leistungsverstärkern im allgemeinen vernachlässigbar. Bei höheren Betriebsfrequenzen werden Schaltverluste jedoch be­ deutsam und verringern den Wirkungsgrad. Bei einem Span­ nungsschaltverstärker nimmt die Leistung, die durch jede Schaltvorrichtung beim Entladen der Ausgangskapazität der anderen Schaltvorrichtung verbraucht wird, mit zunehmender Betriebsfrequenz zu. Darüber hinaus müssen, wenn die Fre­ quenz zunimmt, die Trenntransformatoren, welche in der Lage sind, die höheren Harmonischen der Rechteckansteuersignale durchzulassen, komplexer sein. Es ist allgemein anerkannt, daß die vorgenannten Nachteile eine obere Grenze für den erzielbaren Wirkungsgrad bei D-Leistungsverstärkern festle­ gen, z. B. 80% bei einem Betrieb mit hoher Frequenz und niedriger Leistung und weniger als 70% bei einem Betrieb mit hoher Frequenz und hoher Leistung.
Es ist demgemäß ein Ziel der Erfindung, einen neuen und verbesserten Treiber für einen D-Spannungsschaltleistungs­ verstärker zu schaffen, der Vorrichtungsschaltverluste re­ duziert und dadurch den Wirkungsgrad erhöht.
Weiter soll durch die Erfindung ein Treiber für einen D- Leistungsverstärker geschaffen werden, welcher ein Sinus­ schwingungseingangssignal liefert und die Übergangszeit zwischen dem Abschalten einer Schaltvorrichtung und dem Einschalten der anderen Schaltvorrichtung optimiert, um den Wirkungsgrad zu erhöhen.
Ferner soll durch die Erfindung ein Treiber für einen D- Leistungsverstärker geschaffen werden, der den Wirkungsgrad bei jeder Betriebsfrequenz durch Steuern der Schaltüber­ gangszeit erhöht.
Die vorgenannten und weitere Ziele und Merkmale der Erfin­ dung werden mit einem neuen Treiber für einen D-Spannungs­ schaltleistungsverstärker erreicht, der ein Eingangssinus­ leistungssignal liefert und die Übergangszeit zwischen dem Schalten der beiden aktiven Vorrichtungen der Halbbrücke steuert, so daß der Wirkungsgrad gegenüber herkömmlichen Treibern verbessert wird, und zwar sogar bei hohen Be­ triebsfrequenzen. Insbesondere ist der Treiber nach der Er­ findung zum Ansteuern eines D-Spannungsschaltleistungsver­ stärkers geeignet, bei dem zwei Schaltvorrichtungen benutzt werden, die kapazitive Gates oder Steuerelektroden haben und in Halbbrückenschaltung angeordnet sind. Gemäß der Er­ findung wird die Übergangszeit in Abhängigkeit von der Aus­ gangskapazität der Schaltvorrichtungen, der Schwellenspan­ nung der Schaltvorrichtungen, der verlangten Ausgangslei­ stung und der Impedanz der Lastschaltung optimiert. Durch Steuern der Amplitude der Spannungssignale an den Eingängen der Schaltvorrichtungen, d. h. der Gate-Source-Spannungssi­ gnale in Abhängigkeit von den vorgenannten Variablen kann die Übergangszeit für einen besonderen Fall optimiert wer­ den, um Schaltverluste im wesentlichen auf null zu reduzie­ ren.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden un­ ter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 ein Schaltbild eines herkömmlichen D- Spannungsschaltleistungsverstärkers,
Fig. 2 ein Schaltbild eines D-Leistungsverstär­ kers und einer für diesen vorgesehenen Treiberschaltung gemäß einer ersten, be­ vorzugten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 3A-3C graphische Darstellungen von Spannungs- und Stromwellenformen, die beim Beschrei­ ben der Arbeitsweise des D-Systems nach Fig. 2 nützlich sind,
Fig. 4 eine graphische Darstellung des Spitzen­ ausgangsstroms über der Versorgungs­ gleichspannung für einen MOSFET des Typs IRF 140, der in einem D-Leistungsverstär­ ker wie dem nach Fig. 2 benutzt wird,
Fig. 5 eine graphische Darstellung der Versor­ gungsgleichspannung über der optimalen Übergangszeit für einen MOSFET des Typs IRF 140, der in einem D-Leistungsverstär­ ker wie dem nach Fig. 2 benutzt wird,
Fig. 6 eine graphische Darstellung des Spitzen­ ausgangsstroms über der optimalen Über­ gangszeit für einen MOSFET des Typs IRF 140, der in einem D-Leistungsverstärker wie dem nach Fig. 2 benutzt wird, und
Fig. 7 ein Schaltbild eines D-Leistungsverstär­ kers und einer Treiberschaltung dessel­ ben gemäß einer zweiten bevorzugten Aus­ führungsform der Erfindung.
Fig. 1 zeigt einen herkömmlichen D-Spannungsschaltlei­ stungsverstärker 10. Zwei Leistungsschaltvorrichtungen Q1 und Q2 sind in Reihenschaltung an eine Gleichstromversor­ gung VDD1 in einer Halbbrückenschaltung angeschlossen. Die Schaltvorrichtungen Q1 und Q2 sind als MOSFETs dargestellt, andere Arten von Schaltvorrichtungen, die kapazitive Gates oder Steuerelektroden haben, können aber benutzt werden, wie z. B. Bipolartransistoren mit isolierter Steuerelektrode (IGBTs) oder MOS-gesteuerte Thyristoren (MCTs). Jede Schaltvorrichtung Q1 und Q2 hat eine parasitäre Ausgangska­ pazität Coss1 bzw. Coss2 (mit gestrichelten Linien darge­ stellt) und eine parasitäre Eingangskapazität Ciss1 bzw. Ciss2 (ebenfalls mit gestrichelten Linien dargestellt).
Eine Lastschaltung, die einen Reihenschwingkreis aufweist, der eine Spule L0 und einen Kondensator C0 und einen Last­ widerstand RL enthält, ist an die Halbbrücke an der Verbin­ dungsstelle zwischen den Vorrichtungen Q1 und Q2 ange­ schlossen. Eine übliche Treiberschaltung 12 erzeugt ein Rechteckeingangssignal und ist mit den Steuerelektroden der MOSFETs Q1 und Q2 durch einen Trenntransformator 14 verbun­ den. Der Trenntransformator bewirkt, daß die Vorrichtungen Q1 und Q2 durch Rechteckspannungssignale angesteuert wer­ den, die um 180° phasenverschoben sind. Im Idealfall wird so ein Rechteckspannungssignal an den Reihenschwingkreis angelegt. In Wirklichkeit ist aufgrund einer endlichen Schaltübergangszeit dieses Spannungssignal insgesamt tra­ pezförmig. Bei einem richtig abgestimmten Schwingkreis ist bei der Schaltfrequenz die Reaktanz null, und das Ausgangs­ signal an dem Lastwiderstand RL ist sinusförmig.
Während der Einschaltung einer Schaltvorrichtung Q1 oder Q2 wird Energie in der Ausgangskapazität Coss2 oder Coss1 der anderen Schaltvorrichtung gespeichert. Wenn die Schaltvor­ richtung Q1 oder Q2 abgeschaltet wird, wird die in der Aus­ gangskapazität der anderen Schaltvorrichtung gespeicherte Energie verbraucht. Die Übergangszeit oder "Totzeit" td ist die Zeit zwischen dem Abschalten einer Vorrichtung und dem Einschalten der anderen Vorrichtung. Bei niedrigen Frequen­ zen ist die Energie, die während der Totzeit td aufgrund des Entladens der Ausgangskapazität verlorengeht, vernach­ lässigbar. Wenn die Frequenz zunimmt, wird dieser Energie­ verlust jedoch beträchtlich.
Gemäß der Erfindung wird ein D-Leistungsverstärker durch einen Sinustreiber angesteuert, und die Totzeit td wird op­ timiert, um eine Umschaltung bei der Spannung null zu be­ wirken, wodurch der Wirkungsgrad verbesert wird, selbst bei hohen Frequenzen. Der hier benutzte Begriff Umschaltung bei der Spannung null ist definiert als Einschalten/Abschalten bei der Spannung null an der Vorrichtung und dem Strom null in derselben, d. h. bei den Bedingungen für verlustloses Schalten.
Eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Treibers 16 hohen Wirkungsgrads umfaßt einen E-Leistungs­ verstärker hohen Wirkungsgrads, wie er in Fig. 2 darge­ stellt ist. In dem E-Leistungsverstärker 16 wird, wie dar­ gestellt, eine einzelne Treiberschaltvorrichtung Q3 be­ nutzt, die mit einer Gleichstromversorgung VDD2 in Reihe geschaltet ist. Wie die Schaltvorrichtungen Q1 und Q2 kann die Schaltvorrichtung Q3 ein MOSFET sein. Ein Reihen­ schwingkreis, der an den Drainanschluß der Vorrichtung Q3 angeschlossen ist, weist eine Induktivität L1 und eine Ka­ pazität auf, die mit einer Last, d.h. dem D-Leistungsver­ stärker 10 verbunden sind. Vorzugsweise umfaßt die Indukti­ vität L1 die Streuinduktivität eines Trenntransformators T1, welche den Treiber 16 mit dem E-Leistungsverstärker 10 verbindet. Durch diese Ausnutzung der parasitären Indukti­ vität kann die Treibergröße verringert werden, während der Wirkungsgrad erhöht wird. Die Kapazität des Reihenschwing­ kreises umfaßt die Reihenschaltung aus einer Blockierkapa­ zität Cb1 und der Kapazität aufgrund der Kombination der parasitären Eingangskapazitäten Ciss1 und Ciss2, welche auf die Primärwicklung des Transformators T1 zurückwirkt. Die Blockierkapazität Cb1 ist vorgesehen, um die Sättigung des Transformators T1 durch Blockieren des Anlegens einer Gleichspannung an denselben zu verhindern. Da die Blockier­ kapazität Cb1 üblicherweise im Vergleich zu der Rückwir­ kungskapazität aufgrund der Kombination aus den Kapazitäten Ciss1 und Ciss2 groß ist, ist die Kapazität des Reihen­ schwingkreises effektiv gleich der Rückwirkungskapazität der Kombination aus den parasitären Kapazitäten Ciss1 und Ciss2. Die E-Treiberschaltung enthält weiter eine HF-Dros­ sel LRFC, um zu gewährleisten, daß der Drainstrom der Vor­ richtung Q3 im wesentlichen konstant bleibt. Eine Kapazität Cs, die vorzugsweise wenigstens einen Teil der parasitären Ausgangskapazität der Vorrichtung Q3 umfaßt, wird benutzt, um die Schaltvorrichtung Q3 in den Nebenschluß zu legen. Die Treiberschaltvorrichtung Q3 wird durch einen Oszillator 18 angesteuert, der ein Sinusleistungssignal mit einer ho­ hen Frequenz erzeugt, z. B. 13,56 MHz, bei welcher es sich um eine geeignete Frequenz zum Ansteuern eines D-Vorschalt­ gerätes für eine elektrodenlose Entladungslampe hoher In­ tensität handelt. Bei einem ausreichend hohen Gütefaktor Q ist die Ausgangsspannung der E-Treiberschaltung sinusför­ mig.
Fig. 3A zeigt die um 180° phasenverschobenen sinusförmigen Gate-Source-Spannungswellenformen vGS1 und vGS2, die je­ weils eine Amplitude Vp haben und aus dem Ansteuern des D- Verstärkers mit der dargestellten E-Treiberschaltung über den Transformator T1 gemäß der Darstellung in Fig. 2 resul­ tieren. Die Schaltvorrichtungen Q1 und Q2 sind nicht ideal und haben daher eine Schwellenspannung VT, die erreicht werden muß, bevor diese Vorrichtungen einschalten können. Die Übergangszeit td, die zwischen dem Abschalten der Vorrichtung Q1 und dem Einschalten der Vorrichtung Q2 auf­ tritt, ist in Fig. 3A angegeben. Gemäß der Erfindung wird diese Übergangszeit optimiert, um eine Umschaltung bei der Spannung null zu erzielen, was im folgenden beschrieben wird.
In Fig. 3B ist die Drainspannungswellenform v(t) für die Vorrichtung Q2 des D-Verstärkers nach Fig. 2 graphisch dar­ gestellt, d. h. die Spannung an der Verbindungsstelle zwi­ schen den beiden Schaltvorrichtungen Q1 und Q2. Diese Span­ nungswellenform ist insgesamt trapezförmig. Die Übergangs­ zeit td ist die Zeit, die die trapezförmige Spannung benö­ tigt, um von ihrem Maximalwert auf ihren Minimalwert über­ zugehen, und umgekehrt, wie dargestellt. Fig. 3B zeigt au­ ßerdem die entsprechende Grundanteilwellenform vf(t) der Spannungswellenform v(t). Die Amplitude Vf der Grundanteil­ wellenform vf(t) kann folgendermaßen ausgedrückt werden:
wobei der Lastimpedanzwinkel ⌀, in Radian, folgendermaßen durch die Übergangszeit td ausgedrückt werden kann:
wobei T die Periode der Gate-Source-Spannungswellenform der betreffenden Schaltvorrichtung darstellt.
In Fig. 3C ist die Ausgangslaststromwellenform i(t) zusam­ men mit der Spannungswellenform v(t) unter Bedingungen gra­ phisch dargestellt, unter denen erreicht wird, daß der D- Verstärker nach Fig. 2 bei der Spannung null umschaltet. Gemäß der Erfindung wird die Übergangszeit td optimiert, so daß das Umschalten erfolgt, wenn die Spannungswellenform v(t) und die Stromwellenform i(t) einander bei null schnei­ den. Auf diese Weise wird die Ausgangskapazität jeder Schaltvorrichtung in dem Schaltzeitpunkt vollständig entla­ den, wodurch sich ein verlustloses Umschalten ergibt. Die folgende Gleichung beschreibt das Entladen der Ausgangska­ pazität Coss einer Schaltvorrichtung eines D-Spannungs­ schaltleistungsverstärkers, ausgedrückt durch die Über­ gangszeit td, die Betriebsfrequenz ω, den Lastimpedanzwin­ kel ⌀ und den Spitzenausgangsstrom I1:
Gemäß der Erfindung wird die Übergangszeit td optimiert, indem die Amplitude Vp der sinusförmigen Gate-Source-Span­ nungssignale vGS1 und vGS2 gesteuert wird in Abhängigkeit von: den Ausgangskapazitäten Coss1 und Coss2, der Schwel­ lenspannung VT der Schaltvorrichtungen, der erforderlichen Ausgangsleistung und der Impedanz der Schwingkreis-Last­ schaltung. Die Ausgangsleistung Po kann folgendermaßen aus­ gedrückt werden:
Weiter kann durch Integrieren der Gleichung (3) und durch Umformen der Glieder die Versorgungsgleichspannung VDD1 folgendermaßen ausgedrückt werden:
Die Gleichungen (1), (4) und (5) können gelöst werden, um einen Ausdruck für den Spitzenausgangsstrom I1 des D-Lei­ stungsverstärkers zu erzielen:
Fig. 4 ist ein Diagramm, das den Spitzenausgangsstrom I1 über der Versorgungsgleichspannung VDD1 für einen MOSFET des Typs IRF 140 zeigt, der von der International Rectifier Corporation hergestellt wird und benutzt werden kann, um die Schaltvorrichtungen Q1 und Q2 des D-Leistungsverstär­ kers 10 nach Fig. 2 zu realisieren. Unter Verwendung des Diagramms nach Fig. 4 kann ein Arbeitspunkt gewählt werden, der die Werte für die Versorgungsspannung VDD1 und den Spitzenausgangsstrom I1 beinhaltet. Sichere Arbeitspunkte für einen MOSFET des Typs IRF 140 finden sich innerhalb des begrenzten Gebietes 19. Die Fig. 5 und 6 zeigen Diagramme des Spitzenausgangsstrom I1 bzw. der Versorgungsgleichspan­ nung VDD1 über der optimalen Übergangszeit td für MOSFETs des Typs IRF 140. Die Diagramme nach den Fig. 4-6 wurden unter Verwendung der Gleichungen (1)-(6) erstellt.
Durch Interpolieren zwischen den beiden Übergangszeitkur­ ven, d.h. den Fig. 5 und 6, kann die optimale Übergangszeit td für einen ausgewählten Arbeitspunkt, d. h. können spe­ zielle Werte des Spitzenausgangsstroms I1 und der Versorgungsgleichspannung VDD1 approximiert werden. Wenn der Wert der optimalen Übergangszeit td bekannt ist, kann die Amplitude Vp der Gate-Source-Spannungssignale vGS1 und vGS2, die benötigt werden, damit sich diese optimale Über­ gangszeit td ergibt, gemäß folgender Gleichung bestimmt werden:
Schließlich die Auslegung des Oszillators 18 zum Erzeugen eines Eingangssignals, um Gate-Source-Spannungssignale vGS1 und vGS2 zu erzeugen, welche die Amplitude Vp bei der ver­ langten Betriebsfrequenz haben, ist eine bekannte Angele­ genheit.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer Treiberschal­ tung für einen Hochfrequenz-D-Leistungsverstärker enthält eine weitere D-Verstärkerstufe 20 gemäß der Darstellung in Fig. 7, bei der die Amplitude der sinusförmigen Gate- Source-Spannungssignale so gesteuert wird, daß die Über­ gangszeit td gemäß den Prinzipien der Erfindung optimiert wird. Eine solche D-Treiberschaltung enthält zwei Schalt­ vorrichtungen Q4 und Q5, die mit einer Gleichstromversor­ gung VDD3 in einer Halbbrückenschaltung in Reihe geschaltet sind. Ein Reihenschwingkreis ist an die Halbbrücke an der Verbindungsstelle zwischen den Schaltvorrichtungen Q4 und Q5 angeschlossen. Der Reihenschwingkreis umfaßt eine Induk­ tivität L1 und die Reihenschaltung aus einer Blockierkapa­ zität Cb2 und der Rückwirkungskapazität aufgrund der para­ sitären Eingangskapazitäten Ciss1 und Ciss2 der Schaltvor­ richtungen Q1 und Q2. Da die Blockierkapazität Cb2 übli­ cherweise groß ist im Vergleich zu der Rückwirkungskapazi­ tät aufgrund der Kombination der Kapazitäten Ciss1 und Ciss2, ist die Kapazität des Reihenschwingkreises effektiv gleich der Rückwirkungskapazität der Kombination der para­ sitären Kapazitäten Ciss1 und Ciss2. Die Induktivität L1 umfaßt vorzugsweise die Streuinduktivität des Trenntrans­ formators T1. Die D-Treiberschaltung wird über einen Trans­ formator 22 durch einen Oszillator 24 angesteuert.

Claims (11)

1. Treiber für einen D-Spannungsschaltleistungsverstärker (10) hohen Wirkungsgrads, der eine erste und eine zweite Schaltvorrichtung (Q1, Q2) hat, die in einer Halbbrücken­ schaltung in Reihe geschaltet sind, und einen Ausgangs­ schwingkreis an der Verbindungsstelle zwischen der ersten und der zweiten Schaltvorrichtung aufweist, wobei der Aus­ gangsschwingkreis eine Kapazität (C0) aufweist, die mit ei­ ner Induktivität (L0) in Reihe geschaltet ist, und wobei die erste und die zweite Schaltvorrichtung (Q1, Q2) jeweils eine Eingangskapazität (Ciss1, Ciss2) haben, gekennzeichnet durch eine Sinussignalerzeugungseinrichtung zum Anlegen eines Eingangssinusleistungssignals an die er­ ste und die zweite Schaltvorrichtung (Q1, Q2), und durch eine der Sinussignalerzeugungseinrichtung zugeordnete Einrichtung zum Steuern der Übergangszeit (td) zwischen dem Abschalten einer der beiden Schaltvorrichtungen (Q1, Q2) und dem Einschalten der anderen Schaltvorrichtung, um ein im wesentlichen verlustloses Umschalten zu bewirken.
2. Treiber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinussignalerzeugungseinrichtung einen Transformator (T1) aufweist, der eine Streuinduktivität (L1) hat, einen E-Lei­ stungsverstärker (16), der mit dem D-Leistungsverstärker (10) durch den Transformator (T1) verbunden ist, wobei der E-Leistungsverstärker (16) eine dritte Schaltvorrichtung (Q3) aufweist, die eine Parallelkapazität (Cs) hat, welche zu ihr parallel geschaltet ist, und eine HF-Drosseleinrich­ tung (LRFC), wobei die Parallelschaltung mit der HF- Drosseleinrichtung (LRFC) in Reihe geschaltet ist, und einen zweiten Schwingkreis, der an die Verbindungsstelle zwischen der dritten Schaltvorrichtung (Q3) und der HF- Drosseleinrichtung (LRFC) angeschlossen ist, wobei der zweite Schwingkreis eine zweite Kapazität (Cb1) aufweist, die mit einer zweiten Induktivität (L1) in Reihe geschaltet ist, und daß die die Übergangszeit (td) steuernde Einrichtung eine Einrichtung aufweist zum Verändern der Amplitude der Span­ nungssignale an den Eingängen der ersten bzw. zweiten Schaltvorrichtung (Q1, Q2).
3. Treiber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Induktivität die Streuinduktivität (L1) umfaßt.
4. Treiber nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kapazität (Cb1) eine Blockierkapazität in Reihe mit jeder der Eingangskapazitäten (Ciss1, Ciss2) der ersten und der zweiten Schaltvorrichtung (Q1, Q2) umfaßt, wobei die Blockierkapazität dazu dient, das Anlegen einer Gleichspannung an den Transformator (T1) zu blockieren.
5. Treiber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinussignalerzeugungseinrichtung einen zweiten D-Leistungs­ verstärker (20) aufweist, der an den D-Leistungsverstärker (10) hohen Wirkungsgrads über einen Transformator (T1) an­ geschlossen ist, welcher eine Streuinduktivität (L1) hat, wobei der zweite D-Leistungsverstärker eine dritte und eine vierte Schaltvorrichtung (Q4, Q5) aufweist, die in Halb­ brückenschaltung in Reihe geschaltet sind, wobei der zweite D-Leistungsverstärker (20) einen zweiten Schwingkreis auf­ weist, der eine zusätzliche Kapazität (Cb2) enthält, die mit einer zusätzlichen Induktivität (L1) in Reihe geschal­ tet ist, und daß die die Übergangszeit (td) steuernde Einrichtung eine Einrichtung aufweist zum Verändern der Amplitude der Span­ nungssignale an den Eingängen der ersten bzw. zweiten Schaltvorrichtung (Q1, Q2).
6. Treiber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Induktivität die Streuinduktivität (L1) umfaßt.
7. Treiber nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Kapazität (Cb2) eine Blockierkapazität in Reihe mit jeder Eingangskapazität der ersten bzw. zwei­ ten Schaltvorrichtung (Q1, Q2) umfaßt, wobei die Blockier­ kapazität dazu dient, das Anlegen einer Gleichspannung an den Transformator (T1) zu blockieren.
8. Treiber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine an die Sinussignalerzeugungseinrichtung ange­ schlossene Einrichtung, die aus dem Eingangssinusleistungs­ signal zwei Sinussignale erzeugt, welche im wesentlichen um 180° phasenverschoben sind, wobei die beiden Sinussignale an die erste bzw. zweite Schaltvorrichtung (Q1, Q2) ange­ legt werden.
9. Treiber nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die erste und die zweite Schaltvorrich­ tung (Q1, Q2) jeweils ein MOSFET sind.
10. Treiber nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die erste und die zweite Schaltvorrich­ tung (Q1, Q2) jeweils ein Bipolartransistor mit isolierter Steuerelektrode sind.
11. Treiber nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die erste und die zweite Schaltvorrich­ tung (Q1, Q2) jeweils ein MOS-gesteuerter Thyristor sind.
DE4040693A 1989-12-21 1990-12-19 Treiber fuer einen d-leistungsverstaerker hohen wirkungsgrads und hoher frequenz Granted DE4040693A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/454,614 US5023566A (en) 1989-12-21 1989-12-21 Driver for a high efficiency, high frequency Class-D power amplifier

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE4040693A1 true DE4040693A1 (de) 1991-07-04
DE4040693C2 DE4040693C2 (de) 1993-05-13

Family

ID=23805362

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE4040693A Granted DE4040693A1 (de) 1989-12-21 1990-12-19 Treiber fuer einen d-leistungsverstaerker hohen wirkungsgrads und hoher frequenz

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5023566A (de)
JP (1) JPH0787311B2 (de)
DE (1) DE4040693A1 (de)
NL (1) NL9002583A (de)

Families Citing this family (69)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5187580A (en) * 1991-02-04 1993-02-16 Advanced Energy Industries, Inc. High power switch-mode radio frequency amplifier method and apparatus
US5117198A (en) * 1991-04-08 1992-05-26 Kenneth Morenz Class D MOSFET amplifier and voltage supply balance circuit therefor
US5118997A (en) * 1991-08-16 1992-06-02 General Electric Company Dual feedback control for a high-efficiency class-d power amplifier circuit
US5134345A (en) * 1991-10-31 1992-07-28 General Electric Company Feedback system for stabilizing the arc discharge of a high intensity discharge lamp
US5153484A (en) * 1991-10-31 1992-10-06 General Electric Company Electrodeless high intensity discharge lamp excitation coil and ballast configuration for maximum efficiency
US6229392B1 (en) 1992-01-30 2001-05-08 Advanced Energy Industries, Inc. High power switch-mode radio frequency amplifier method and apparatus
US5306986A (en) * 1992-05-20 1994-04-26 Diablo Research Corporation Zero-voltage complementary switching high efficiency class D amplifier
TW214598B (en) * 1992-05-20 1993-10-11 Diablo Res Corp Impedance matching and filter network for use with electrodeless discharge lamp
WO1993026140A1 (en) * 1992-06-05 1993-12-23 Diablo Research Corporation Electrodeless discharge lamp containing push-pull class e amplifier and bifilar coil
TW210397B (en) * 1992-06-05 1993-08-01 Diablo Res Corp Base mechanism to attach an electrodeless discharge light bulb to a socket in a standard lamp harp structure
US5332970A (en) * 1992-06-25 1994-07-26 General Electric Company Method for measuring the impedance of an electrodeless arc discharge lamp
US5619103A (en) * 1993-11-02 1997-04-08 Wisconsin Alumni Research Foundation Inductively coupled plasma generating devices
US5463285A (en) * 1994-03-14 1995-10-31 General Electric Company Variable capacitor with very fine resolution
US5535438A (en) * 1994-05-10 1996-07-09 Panasonic Technologies, Inc. Phase linear class E amplifier for a satellite communication terminal which communicates with a low earth orbiting satellite
US5600187A (en) * 1994-06-27 1997-02-04 General Electric Company Electronically controllable capacitors using power MOSFET's
US5945785A (en) * 1996-08-27 1999-08-31 Matsushita Electric Works, Ltd. Power source device with minimized variation in circuit efficiency due to variation in applied voltage to driving transformer
US6100756A (en) * 1998-09-21 2000-08-08 Motorola, Inc. Method and apparatus for high efficiency power amplification
US6441652B1 (en) * 1999-06-24 2002-08-27 Koninklijke Philips Electroanics N.V. High efficiency high frequency resonant gate driver for power converter
US6469919B1 (en) 1999-07-22 2002-10-22 Eni Technology, Inc. Power supplies having protection circuits
US7180758B2 (en) * 1999-07-22 2007-02-20 Mks Instruments, Inc. Class E amplifier with inductive clamp
US7265618B1 (en) * 2000-05-04 2007-09-04 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. RF power amplifier having high power-added efficiency
US6577194B2 (en) 2000-03-03 2003-06-10 Tripath Technology, Inc. Resonant gate drive technique for a digital power amplifier
US6348836B2 (en) 2000-03-03 2002-02-19 Tripath Technology, Inc. Dual independently clocked analog-to-digital conversion for a digital power amplifier
AU2001245398A1 (en) * 2000-03-03 2001-09-17 Tripath Technology, Inc. Rf communication system using an rf digital amplifier
US6549069B2 (en) 2000-03-03 2003-04-15 Tripath Technology, Inc. Self-timed switching for a digital power amplifier
US6628166B2 (en) 2000-03-03 2003-09-30 Tripath Technology, Inc. RF communication system using an RF digital amplifier
US6414560B2 (en) 2000-03-03 2002-07-02 Tripath Technology, Inc. Loop delay compensation for a digital power amplifier
US6462620B1 (en) 2000-09-12 2002-10-08 Silicon Laboratories, Inc. RF power amplifier circuitry and method for amplifying signals
US6917245B2 (en) 2000-09-12 2005-07-12 Silicon Laboratories, Inc. Absolute power detector
US6392488B1 (en) 2000-09-12 2002-05-21 Silicon Laboratories, Inc. Dual oxide gate device and method for providing the same
US6362606B1 (en) 2000-09-12 2002-03-26 Silicon Laboratories, Inc Method and apparatus for regulating a voltage
US6549071B1 (en) * 2000-09-12 2003-04-15 Silicon Laboratories, Inc. Power amplifier circuitry and method using an inductance coupled to power amplifier switching devices
US6448847B1 (en) 2000-09-12 2002-09-10 Silicon Laboratories, Inc. Apparatus and method for providing differential-to-single ended conversion and impedance transformation
US6593807B2 (en) 2000-12-21 2003-07-15 William Harris Groves, Jr. Digital amplifier with improved performance
EP1384393A1 (de) * 2001-04-20 2004-01-28 Koninklijke Philips Electronics N.V. Schaltungsanordnung für eine entladungslampe mit einem durch einen e-klasse treiber angesteuerten halbbrückenresonanzwandler
US6828859B2 (en) * 2001-08-17 2004-12-07 Silicon Laboratories, Inc. Method and apparatus for protecting devices in an RF power amplifier
US6621339B2 (en) 2001-11-30 2003-09-16 Tripath Technology, Inc. Methods and apparatus for facilitating negative feedback, providing loop stability, and improving amplifier efficiency
US6570777B1 (en) 2001-12-06 2003-05-27 Eni Technology, Inc. Half sine wave resonant drive circuit
US6894565B1 (en) * 2002-12-03 2005-05-17 Silicon Laboratories, Inc. Fast settling power amplifier regulator
US20040223545A1 (en) * 2003-03-04 2004-11-11 Lee Ying Lau Multi-level pulse width modulation in digital system
US6897730B2 (en) * 2003-03-04 2005-05-24 Silicon Laboratories Inc. Method and apparatus for controlling the output power of a power amplifier
US20040189502A1 (en) * 2003-03-04 2004-09-30 Lee Ying Lau Multi-level pulse width modulation in digital system
US8624678B2 (en) 2010-12-05 2014-01-07 Rf Micro Devices (Cayman Islands), Ltd. Output stage of a power amplifier having a switched-bulk biasing and adaptive biasing
US7218173B2 (en) * 2005-04-08 2007-05-15 Maxim Integrated Products, Inc. Minimum on time, dual supply class D amplifiers with ground speaker returns and methods of class D amplification
JP2007336618A (ja) * 2006-06-12 2007-12-27 Pre-Tech Co Ltd 高周波用高出力回路
EP2100372A2 (de) * 2006-10-30 2009-09-16 Nortel Networks Limited Digitaler leistungsverstärker mit hohem wirkungsgrad
US7719141B2 (en) * 2006-11-16 2010-05-18 Star Rf, Inc. Electronic switch network
US7859337B1 (en) 2007-04-27 2010-12-28 Rockwell Collins, Inc, Wideband driver for class-D power amplifiers
US9479202B2 (en) * 2008-02-19 2016-10-25 Infineon Technologies Ag System and method for burst mode amplifier
US20100019857A1 (en) * 2008-07-22 2010-01-28 Star Rf, Inc. Hybrid impedance matching
JP4788805B2 (ja) * 2009-06-15 2011-10-05 サンケン電気株式会社 半導体スイッチング素子のドライブ回路
JP4894894B2 (ja) * 2009-07-22 2012-03-14 Tdk株式会社 ワイヤレス給電装置およびワイヤレス電力伝送システム
KR101102128B1 (ko) * 2009-12-15 2012-01-02 서울대학교산학협력단 E 급 전력 증폭기
US8344801B2 (en) 2010-04-02 2013-01-01 Mks Instruments, Inc. Variable class characteristic amplifier
US8766724B2 (en) 2010-12-05 2014-07-01 Rf Micro Devices (Cayman Islands), Ltd. Apparatus and method for sensing and converting radio frequency to direct current
US8604873B2 (en) 2010-12-05 2013-12-10 Rf Micro Devices (Cayman Islands), Ltd. Ground partitioned power amplifier for stable operation
US8629725B2 (en) 2010-12-05 2014-01-14 Rf Micro Devices (Cayman Islands), Ltd. Power amplifier having a nonlinear output capacitance equalization
JP5736939B2 (ja) * 2011-05-09 2015-06-17 セイコーエプソン株式会社 容量性負荷駆動回路及び流体噴射装置
JP5903816B2 (ja) * 2011-09-16 2016-04-13 セイコーエプソン株式会社 脈動発生装置用制御装置および液体噴射装置
US8843083B2 (en) 2012-07-09 2014-09-23 Rf Micro Devices (Cayman Islands), Ltd. CMOS switching circuitry of a transmitter module
US8731490B2 (en) 2012-07-27 2014-05-20 Rf Micro Devices (Cayman Islands), Ltd. Methods and circuits for detuning a filter and matching network at the output of a power amplifier
US9214901B2 (en) 2012-07-27 2015-12-15 Mks Instruments, Inc. Wideband AFT power amplifier systems with frequency-based output transformer impedance balancing
US9281788B2 (en) 2013-03-15 2016-03-08 Analog Devices, Inc. All digital zero-voltage switching
US8970418B1 (en) 2013-08-19 2015-03-03 Analog Devices, Inc. High output power digital-to-analog converter system
US10056924B2 (en) 2013-08-19 2018-08-21 Analog Devices, Inc. High output power digital-to-analog converter system
KR102087283B1 (ko) * 2013-09-10 2020-03-11 이피션트 파워 컨버젼 코퍼레이션 고효율 전압 모드 클래스 d 토폴로지
CN111337866A (zh) 2018-12-19 2020-06-26 通用电气公司 一种开关电源及磁共振成像系统
RU2749015C1 (ru) * 2020-09-03 2021-06-03 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Устройство усиления аналоговых сигналов
US11463052B2 (en) 2020-11-30 2022-10-04 Stmicroelectronics S.R.L. PWM driving circuit and method

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3239772A (en) * 1963-02-06 1966-03-08 Westinghouse Electric Corp Highly efficient semiconductor switching amplifier

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3919656A (en) * 1973-04-23 1975-11-11 Nathan O Sokal High-efficiency tuned switching power amplifier

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3239772A (en) * 1963-02-06 1966-03-08 Westinghouse Electric Corp Highly efficient semiconductor switching amplifier

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHUDOBIAK, W., PAGE, D.: Frequency and Power limitations of Class-D Transistor Amplifiers. In: IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. SC-4, Nr. 1, Feb. 1969, S. 25-37 *
SOKAL, N., SOKAL, A.: Class E-A New Class of High-Efficiency Tuned Single-Ended Switching Power Amplifiers. In: IEEE Journal of Solid- State Circuits, Vol. SC-10, Nr. 3, Juni 1975 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE4040693C2 (de) 1993-05-13
US5023566A (en) 1991-06-11
JPH04159804A (ja) 1992-06-03
JPH0787311B2 (ja) 1995-09-20
NL9002583A (nl) 1991-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4040693C2 (de)
EP2349041B1 (de) Hf-chirurgiegenerator
DE3789691T2 (de) Schwingende Gleichrichterschaltung.
DE69400102T2 (de) Verlustlose aktive Entlastungsschaltung für den Ausgang eines Gleichrichters in Halbbrückenanordnung
EP1935213B1 (de) Verfahren zum betrieb einer induktionsheizeinrichtung
EP0852454B1 (de) Betriebsschaltung für eine elektrodenlose Niederdruckentladungslampe
DE10262286B4 (de) Leistungsversorgungsvorrichtung zum Erzeugen von Hochfrequenzleistung für eine Plasmaerzeugungsvorrichtung
EP1057246A1 (de) Gleichspannungs-/gleichspannungswandler mit einem transformator und einer drossel
DE3642634A1 (de) Eintakt-gleichstromumrichter mit verlustloser umschaltung
DE102005051087A1 (de) Stromrichtervorrichtung
DE68923075T2 (de) Umkehrvorrichtung.
EP1852959A1 (de) Stromversorgung für einen Mittelfrequenz-Plasmagenerator
DE4302056A1 (de) Resonanter Wechselrichter
DE69125280T2 (de) Verlustarmer Schwingkreis für Kapazitäts-Treiber
EP1500196B1 (de) Halbbrückenschaltung
EP3667917A1 (de) Steuerschaltung für eine oszillatorschaltung zum betrieb von parallelgespeisten oszillatoren
EP1753272A2 (de) Schaltungsanordnung mit transformatorlosem Wandler mit Drossel für den gepulsten Betrieb von dielektrischen Barriere-Entladungslampen
DE69305166T2 (de) Schaltungsanordnung zur reduzierung der kapazitaet eines leistungsschalters
EP1507445B1 (de) Elektronisches Vorschaltgerät für eine mit iterativen Spannungspulsen zu betreibende Lampe
EP1063772A1 (de) Treiberschaltung zum Ansteuern einer Halbbrücke
DE69221716T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Hochleistungsrundfunkfrequenzverstärkungim Schaltbetrieb
DE3686889T2 (de) Selbstschwingender hochfrequenzenergieumformer.
EP1540803B1 (de) Elektrische schaltung zur spannungswandlung und verwendung der elektrischen schaltung
EP0992113B1 (de) Halbbrückenansteuerung ohne kollektor-vorstromspitze
DE3741666A1 (de) Speisekreis fuer roentgenroehren

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8128 New person/name/address of the agent

Representative=s name: VOIGT, R., DIPL.-ING., PAT.-ANW., 6232 BAD SODEN

D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee