[发明专利]零电压互补开关的高效率D类放大器

说明书

本发明涉及D类放大器，尤其是涉及高效率D类放大器，此等放大器适于提供高频信号予无电极放电灯内的感应线圈。

D类放大器的基本形式如图1所示。两个晶体管Q_A和Q_B均由变压器予以驱动以转换于接通与关断之间而使彼此相位相差为180°。此两个晶体管相当于图2中所示的双刀转换，并于其公共节点上产生方波输出，该波形与图3中所示波形相仿。

理想的是，D类放大器的效率应为100％，即，在晶体管Q_A和Q_B再重复转换通断时，应完全不消耗功率。但是，实际上，晶体管Q_A和Q_B本身均具有其驻在电阻，通常称为晶体管的驻在电阻。此等晶体管也有其固有电容，如图1中所示为电容器C_A和C_B，此等电容器于其关断时，乃能充电而产生电压。因此，当其接通时，晶体管上因有电压差，结果流经晶体管的电流使能量变为热量而散失。此能量损失可表示为CV²f，其中的C表示晶体管的固有电容(其值为C_A或C_B)，V为直流输出电压(V_DD)，而f为放大器驱动时的频率。实际上，高频D类放大器的标准工作效率约为50％至60％。此效率损失的大部分是由于晶体管固有电容造成的。此一低效率，对于显著功率损失无法承受的无电极放电灯和其他装置，D类放大器的适合性已大受限制。

在实际工作中，具有相同电特性的晶体管Q_A和Q_B，并不为图3中所示的立即和同时接通和关断。反之，来自变压器的输入标准的正弦波形，当其到达其阈电压V_th时才使每一晶体管接通，如图4中所示。因此，在晶体管其中之一关断而另一晶体管接通之间有一个时间段。因此，其输出信号并非为完全方波，而有一倾斜过度时间，如图5所示，其时间段为Δt。此外，每一晶体管的接通或关断均须有一定的时间。

本发明的目的在于提供一种工作效率高的D类放大器。

本发明的另一个目的在于提供一种使用该D类放大器的无电极放电灯。

为了达到上述发明目的，本发明的一种D类放大器，包括：

串联的第一和第二开关装置；

用以控制第一开关装置的第一门控装置；

用以控制第二开关装置的第二门控装置；

一个联接到第一门控装置和第二门控装置的信号源，该信号源使所述的第一开关装置和所述的第二开关装置顺序断开和闭合，第一和第二开关装置其中之一为断开时，另一个为闭合，且还有一个时间段，在该时间段内第一和第二开关装置均为断开；

其中，所述的放大器有固有的电容，当第一和第二开关装置其中之一断开时，固有的电容储存能量；以及

储存能量的装置，该装置在所述的时间段内接收储存在固有电容中的能量，以便减少加在第一和第二转换装置上的电压，使之在从断开转为闭合的情况下几乎为零。

本发明的另一个使用D类放大器的无电极放电灯，包括：

一个振荡信号源；

一个安装到密封器附近的感应线圈，所述的密封容器含有金属蒸汽，以及，

一个与所述的感应线圈相连接的放大器，所述的放大器包括：

串联的第一和第二开关装置；

用于相继断开和闭合第一开关装置的第一门控装置；

用于相继断开和闭合第二开关装置的第二门控装置

其中(i)所述的放大器被设计成有一个时间段，在该时间段内，在第一和第二开关装置均为断开，以及

(ii)所述的放大器具有一个固有的电容，该电容在第一第二开关装置为断开时储存能量；

一个储存能量的装置，该装置接收储存在所述的固有电容中的能量，以便减少加在第一和第二开关装置其中之一上的电压，使当第一和第二开关装置其中之一从断开转换到闭合时的情况下电压几乎为零。

在本发明的D类放大器中，放大器的内在电感是依电容方式耦合至两个晶体管间的公共节点上。此电感实际上与晶体管的固有电容及电路上其他杂散电容构成一谐振电路，此等电容总称为输出电容C_o。电感的选定，在两个晶体管均关断时的时间段Δt内，其储存于输出电容C_o内的功率转移至电感内。因此当一个晶体管关断时，在输出电容C_o与电感之间发生能量转移，而另一晶体管接通时，其上不致有电压降。如上所述，这就是使晶体管转换功率损失减小至最低限度所需要的条件。