[发明专利]一种串联滤波逆E类功率放大器及其应用方法

说明书

本发明公开了一种串联滤波逆E类功率放大器，包括开关晶体管，串联电感，射频扼流圈，直流电压源，串联谐振电容，串联谐振电感，补偿并联电容和负载电阻，同时还公开了其应用方法；具有效率高，归一化功率较串联滤波E类和并联滤波逆E类功率放大器大，晶体管峰值电压与直流电压的比值较小的特点。

技术领域

本发明属于功率放大器技术领域，具体涉及一种串联滤波逆E类功率放大器及其应用方法。

背景技术

E类功率放大器是一种开关功率放大器，自1975年发明以来得到了广泛应用。E类功率放大器的输出采用LC串联谐振滤波器。此后出现了E类功率放大器的对偶形式—逆E类功率放大器，它的输出采用LC并联谐振滤波器。归一化功率是开关功率放大器的一个指标，定义为PR/V_DD²，其中P是输出功率，R是负载电阻，V_DD是直流电源电压。归一化功率反映功率放大器的输出功率能力。在直流电源电压较低情况下，归一化功率越大，放大器越容易获得较高功率输出。

目前，E类功率放大器晶体管的峰值电压通常是直流电源电压的数倍，过高的倍数会造成晶体管被击穿。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种理论上具有100％的效率，归一化功率较串联滤波E类和并联滤波逆E类功率放大器大，晶体管峰值电压与直流电压的比值较它们小的功率放大器。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种串联滤波逆E类功率放大器，包括：开关晶体管，串联电感，射频扼流圈，直流电压源，串联谐振电容，串联谐振电感，补偿并联电容和负载电阻，所述开关晶体管的栅极为串联滤波逆E类功率放大器的输入端，开关晶体管的源极接直流电源地，开关晶体管的漏极和串联电感的一端相连，串联电感的另一端分别与射频扼流圈、补偿并联电容和串联谐振电容相连，射频扼流圈另一端接直流电源正极，补偿并联电容的另一端接电源地，串联谐振电容另一端与串联谐振电感、负载电阻依次相连，负载电阻的另一端接电源地，所述串联谐振电感和负载电阻的连接点为串联滤波逆E类功率放大器的输出端。

进一步的，所述开关晶体管S中电流满足零电流切换和零电流导数切换条件。

进一步的，所述串联滤波逆E类功率放大器的输出功率为P，直流电源源的电压为V_DD，工作频率为f，串联回路品质因数为Q_L，元件参数的计算公式如下：

其中，a＝0.9253，ω＝2πf。

进一步的，所述串联滤波逆E类功率放大器的归一化功率的计算公式如下：

进一步的，所述输出功率为P为2W，直流电源电压V_DD为5V，工作频率f为1GHz，负载品质因数Q_L为10，所述串联电感为46.5nH，所述补偿并联电容为8.1pF，所述串联谐振电容为0.545pF，串联谐振电感为46.5nH，所述负载电阻为29.2Ω。

进一步的，所述串联滤波逆E类功率放大器的单个开关周期为2π，且分为[0,π]和[π,2π]两段，在[0,π]段时，所述串联滤波逆E类功率放大器的输入驱动信号Vg为低高电平，开关晶体管截止，开关晶体管的开关电流i_S(θ)和串联电感中的电流i_L(θ)为0，开关晶体管漏源极之间电压V_S增大，直到θ＝π时达到直流电源电压2.77倍的峰值；