一種射頻功率放大器系統(tǒng)及照明設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種射頻功率放大器系統(tǒng)及照明設(shè)備，其中射頻功率放大器系統(tǒng)包括依次串接的第一級(jí)功率放大電路、第二級(jí)功率放大電路和第三級(jí)功率放大電路；所述第一級(jí)功率放大電路主要包括銦鎵磷應(yīng)變高電子遷移率晶體管；所述第二級(jí)功率放大電路主要包括砷化鎵高遷移率晶體管的驅(qū)動(dòng)放大器；所述第三極功率放大電路主要包括LDMOS晶體管。本發(fā)明提供的射頻功率放大器系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低廉，工作穩(wěn)定，可保障大功率輸出，因此保證了照明設(shè)備系統(tǒng)功率要求和安全可靠運(yùn)行。
【專利說明】一種射頻功率放大器系統(tǒng)及照明設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及射頻等離子照明領(lǐng)域，尤其涉及一種射頻功率放大器系統(tǒng)及照明設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]近些年來，微波放電等離子體作為激發(fā)源及照明已有許多醫(yī)療和科學(xué)上的應(yīng)用。射頻氣體放電燈原理是將無電極的燈泡放置在諧振腔的開口，在該處聚集了連續(xù)波的強(qiáng)電場(chǎng)，該強(qiáng)電場(chǎng)使氣體成為等離子從而放電發(fā)光(即微波發(fā)生器產(chǎn)生的微波利用燈泡內(nèi)的冷光材料形成等離子區(qū)，從而發(fā)射連續(xù)的光；射頻直接激發(fā)氣體放電，因?yàn)橛镁€圈感應(yīng)傳輸能量，所以無需電極，壽命很強(qiáng)。)這種照明系統(tǒng)具有許多特性:(I)它產(chǎn)生了高度的電離和大量分子離解，不需要過分加熱腔內(nèi)氣體；(2)不需要內(nèi)部電極，它可以使構(gòu)造更為簡(jiǎn)單，更不受污染，減少對(duì)人體的傷害；(3)其產(chǎn)生的電氣干擾少；(4)不存在危險(xiǎn)的高電壓，可以很容易地接觸。
[0003]雖然幾十年來射頻氣體放電照明一直為人所知，但是在如工業(yè)和公共戶外照明上應(yīng)用時(shí)，需要加裝射頻功率放大系統(tǒng)，現(xiàn)有的射頻功率放大系統(tǒng)較為昂貴，且使用現(xiàn)有的射頻功率放大系統(tǒng)(例如單一的雙極型晶體管)的照明系統(tǒng)的電源的效率通常低于50%，這是任何工業(yè)和公共戶外照明系統(tǒng)都不能接受的，因?yàn)殡娫葱屎褪褂贸杀揪荒軡M足節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種射頻功率放大器系統(tǒng)及照明設(shè)備，以解決上述問題。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明提供了一種射頻功率放大器系統(tǒng)，包括依次串接的第一級(jí)功率放大電路、第二級(jí)功率放大電路和第三級(jí)功率放大電路；
[0007]所述第一級(jí)功率放大電路包括銦鎵磷應(yīng)變高電子遷移率晶體管；所述第二級(jí)功率放大電路包括砷化鎵高遷移率晶體管的驅(qū)動(dòng)放大器；所述第三極功率放大電路包括LDMOS
晶體管。
[0008]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供了一種照明設(shè)備，包括交直流轉(zhuǎn)換器和上述的射頻功率放大器系統(tǒng)、射頻諧振器和燈泡，其中:
[0009]所述射頻功率放大器系統(tǒng)的輸入端連接所述交直流轉(zhuǎn)換器，輸出端連接所述射頻諧振器；所述射頻諧振器伸入所述燈泡內(nèi)部。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0011]本發(fā)明提供的一種射頻功率放大器系統(tǒng)，其中，分析上述結(jié)構(gòu)可知:該射頻功率放大器系統(tǒng)主要由三級(jí)功率放大電路組成，適應(yīng)于I千兆赫茲的頻段，其目的在于將功率從I亳瓦通過三級(jí)放大電路穩(wěn)步放大到100瓦左右輸出；其中:第一級(jí)功率放大電路的輸入功率范圍為1-1.5毫瓦，輸出功率范圍為100-150毫瓦；其第一級(jí)功率放大電路中的主要部件為銦鎵磷應(yīng)變高電子遷移率晶體管，該銦鎵磷應(yīng)變高電子遷移率晶體管具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和功耗小的特點(diǎn)；第二級(jí)功率放大電路的輸入功率范圍為100-150毫瓦(即同第一級(jí)放大電路的輸出)，輸出功率范圍為1.5-2瓦；第二級(jí)功率放大電路中的主要部件為砷化鎵高遷移率晶體管的驅(qū)動(dòng)放大器；第三級(jí)功率放大電路的輸入功率即為第二級(jí)功率放大電路的輸出，其輸出功率范圍90-110瓦；第三極功率放大電路中的主要部件為L(zhǎng)DMOS晶體管(即用于高效率功率放大)。LDMOS晶體管(即橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體)是該功率放大器系統(tǒng)中最重要的功率放大器件，以逆F級(jí)模式為主，用以實(shí)現(xiàn)最大的系統(tǒng)效率。相比于現(xiàn)有技術(shù)中的功率放大器，該LDMOS晶體管具有效率極高(例如:如增益、線性度、開關(guān)性能、散熱性能較佳)，成本極低，體積極小的特點(diǎn)，因此選用其作為應(yīng)用在公共照明設(shè)備上的射頻功率放大器系統(tǒng)的射頻功率放大電路。
[0012]本發(fā)明提供的射頻功率放大器系統(tǒng)中三個(gè)已封裝的晶體管芯片級(jí)聯(lián)，可以實(shí)現(xiàn)十萬倍的功率放大。第一階段是使用銦鎵磷高遷移率晶體管來增益。第二個(gè)階段是使用砷化鎵高遷移率晶體管的驅(qū)動(dòng)放大器來增益。該功率放大器系統(tǒng)中最重要的部分是最后階段的功率放大器，其輸出功率是約在100瓦特。它的功率損失決定了整個(gè)系統(tǒng)的損失，LDMOS晶體管可執(zhí)行高于現(xiàn)有技術(shù)中的雙極型晶體管二倍的功率，且線性較好。本發(fā)明實(shí)施例中的LDMOS晶體管(即第三級(jí)功率放大器)，可以提供足夠的功率以用于本發(fā)明中的照明設(shè)備，同時(shí)抑制其成本，使其在市場(chǎng)上仍具有競(jìng)爭(zhēng)力。
[0013]本發(fā)明實(shí)施例涉及的射頻功率放大器系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低廉，工作穩(wěn)定，可保障大功率輸出，因此保證了照明設(shè)備系統(tǒng)功率要求和安全可靠運(yùn)行。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的射頻功率放大器系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)不意圖；
[0015]圖2為本發(fā)明實(shí)施例一提供的射頻功率放大器系統(tǒng)中的第一級(jí)功率放大電路LI原理圖；
[0016]圖3為本發(fā)明實(shí)施例一提供的射頻功率放大器系統(tǒng)中的第二級(jí)功率放大電路L2原理圖；
[0017]圖4為本發(fā)明實(shí)施例一提供的射頻功率放大器系統(tǒng)中的第三級(jí)功率放大電路L3原理圖；
[0018]圖5為本發(fā)明實(shí)施例二提供的照明設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面通過具體的實(shí)施例子并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0020]實(shí)施例一
[0021]參見圖1，本發(fā)明實(shí)施例一提供了一種射頻功率放大器系統(tǒng)1，包括依次串接的第一級(jí)功率放大電路L1、第二級(jí)功率放大電路L2和第三級(jí)功率放大電路L3 ；
[0022]所述第一級(jí)功率放大電路LI包括銦鎵磷應(yīng)變高電子遷移率晶體管；所述第二級(jí)功率放大電路L2包括砷化鎵高遷移率晶體管的驅(qū)動(dòng)放大器；所述第三極功率放大電路L3包括LDMOS晶體管。
[0023]在本實(shí)用實(shí)施例中，其中，分析上述結(jié)構(gòu)可知:該射頻功率放大器系統(tǒng)主要由三級(jí)功率放大電路組成，適應(yīng)于I千兆赫茲的頻段，其目的在于將功率從I亳瓦通過三級(jí)放大電路穩(wěn)步放大到100瓦左右輸出；其中:第一級(jí)功率放大電路的輸入功率范圍為1-1.5毫瓦，輸出功率范圍為100-150毫瓦；其第一級(jí)功率放大電路中的主要部件為銦鎵磷應(yīng)變高電子遷移率晶體管，該銦鎵磷應(yīng)變高電子遷移率晶體管具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和功耗小的特點(diǎn)；第二級(jí)功率放大電路的輸入功率范圍為100-150毫瓦(即同第一級(jí)放大電路的輸出)，輸出功率范圍為1.5-2瓦；第二級(jí)功率放大電路中的主要部件為砷化鎵高遷移率晶體管的驅(qū)動(dòng)放大器；第三級(jí)功率放大電路的輸入功率即為第二級(jí)功率放大電路的輸出，其輸出功率范圍90-110瓦；第三極功率放大電路中的主要部件為L(zhǎng)DMOS晶體管(即用于高效率功率放大)。LDMOS晶體管(即橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體)是該功率放大器系統(tǒng)中最重要的功率放大器件，以逆F級(jí)模式為主，用以實(shí)現(xiàn)最大的系統(tǒng)效率。相比于現(xiàn)有技術(shù)中的功率放大器，該LDMOS晶體管具有效率極高(例如:如增益、線性度、開關(guān)性能、散熱性能較佳)，成本極低，體積極小的特點(diǎn)，因此選用其作為應(yīng)用在公共照明設(shè)備上的射頻功率放大器系統(tǒng)的射頻功率放大電路。
[0024]本發(fā)明提供的射頻功率放大器系統(tǒng)中三個(gè)已封裝的晶體管芯片級(jí)聯(lián)，可以實(shí)現(xiàn)十萬倍的功率放大。第一階段是使用銦鎵磷高遷移率晶體管來增益。第二個(gè)階段是使用砷化鎵高遷移率晶體管的驅(qū)動(dòng)放大器來增益。該功率放大器系統(tǒng)中最重要的部分是最后階段的功率放大器，其輸出功率是約在100瓦特。它的功率損失決定了整個(gè)系統(tǒng)的損失，LDMOS晶體管可執(zhí)行高于現(xiàn)有技術(shù)中的雙極型晶體管二倍的功率，且線性較好。對(duì)于LDMOS晶體管需要說明的是=LDMOS能經(jīng)受住高于雙極型晶體管3倍的駐波比，能在較高的反射功率下運(yùn)行而沒有破壞LDMOS設(shè)備；它較能承受輸入信號(hào)的過激勵(lì)和適合發(fā)射射頻信號(hào)，因?yàn)樗懈呒?jí)的瞬時(shí)峰值功率。LDMOS增益曲線較平滑并且允許多載波射頻信號(hào)放大且失真較小。LDMOS管有一個(gè)低且無變化的互調(diào)電平到飽和區(qū)，不像雙極型晶體管那樣互調(diào)電平高且隨著功率電平的增加而變化。這種主要特性允許LDMOS晶體管執(zhí)行高于雙極型晶體管二倍的功率，且線性較好。本發(fā)明實(shí)施例中的LDMOS晶體管(即第三級(jí)功率放大器)，可以提供足夠的功率以用于照明，同時(shí)抑制其成本，使其在市場(chǎng)上仍具有競(jìng)爭(zhēng)力。
[0025]需要說明的是:該射頻功率放大器系統(tǒng)中的第一級(jí)功率放大電路、第二級(jí)功率放大電路和第三級(jí)功率放大電路中還包括多個(gè)阻抗匹配電路和偏置電路以及多個(gè)輔助電路。其中:阻抗匹配電路用于提供給各級(jí)功率放大器電路的阻抗匹配(即下一階段的功率放大電路匹配)；偏置電路用于提供偏置電壓(如下面具體結(jié)構(gòu)中具體說明)。
[0026]在本發(fā)明實(shí)施例一涉及的高頻功率放大電路中，為了保障射頻功率放大器系統(tǒng)所有高頻微波信號(hào)都能傳至負(fù)載的目的(此時(shí)輸出功率最大)，不會(huì)有信號(hào)反射回來源點(diǎn)，從而提高照明設(shè)備的能源效益，必須要考慮阻抗匹配(可通過改變阻抗匹配電路的阻抗力或調(diào)整傳輸線匹配)；相反，如果不匹配，則會(huì)形成反射，能力傳遞不過去，降低效率，會(huì)在傳輸線上形成駐波，導(dǎo)致傳輸線的有效功率容量降低；功率發(fā)射不出去，甚至?xí)p壞發(fā)射設(shè)備。
[0027]下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的射頻功率放大器系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步說明:
[0028]較佳地，
[0029]參見圖2，所述第一級(jí)功率放大電路LI還包括電容器Cl、電容器C2和電容器C3 ；
[0030]所述電容器Cl的正極連接約為I毫瓦的射頻輸入直流電流，所述電容器Cl的負(fù)極連接所述銦鎵磷應(yīng)變高電子遷移率晶體管的輸入端，所述銦鎵磷應(yīng)變高電子遷移率晶體管的一個(gè)輸出端連接電容器C3的正極,另一輸出端連接電容器C2的正極,所述電容器C2的負(fù)極分別電容器C3的正極和5伏特的偏置電壓。
[0031]需要說明的是:它的原理圖如圖2所示，該增益晶體管的型號(hào)是HMC589st(即編號(hào)31)。其中電容器Cl (S卩32)和電容器C3 (即34)是輸入和輸出端的直流開路電容器。電容器C2 (即33)提供50歐姆阻抗以便于下一階段的電路匹配。適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)可以達(dá)到100毫瓦的輸出功率(即第一級(jí)功率放大電路包括了阻抗匹配和偏置電壓)。
[0032]較佳地，參見圖3，所述第二級(jí)功率放大電路L2還包括第一電容器C5、第一電容器C6、電容器C7、電容器C8、阻抗Zl和阻抗Z2，其中:
[0033]所述第一級(jí)功率放大電路中的電容器C3的負(fù)極連接所述第二級(jí)功率放大電路中的第一電容器C6(即41)的正極，所述第一電容器C6的負(fù)極分別連接電容器C7的正極和阻抗Zl的輸入端，所述阻抗Zl的輸出端連接所述砷化鎵高遷移率晶體管的驅(qū)動(dòng)放大器的輸入端，所述砷化鎵高遷移率晶體管的驅(qū)動(dòng)放大器的輸出端連接阻抗Z2的輸入端，所述阻抗Z2的輸出端連接分別連接電容器C7的正極和電容器C8 (即47)的正極以及5伏特的偏置電壓；所述電容器C7的負(fù)極、第一電容器C5和所述砷化鎵高遷移率晶體管的驅(qū)動(dòng)放大器的另一輸出端均接地。
[0034]需要說明的是，第二個(gè)階段是使用砷化鎵高遷移率晶體管的驅(qū)動(dòng)放大器來增益的。它的原理圖如圖3所示。該驅(qū)動(dòng)器放大器的增益晶體管的型號(hào)是HMC921L4E (即44)，其內(nèi)有三個(gè)雙極型晶體管，每個(gè)都有5V偏置電壓。阻抗Zl (即43)和阻抗Z2 (即45)是一節(jié)晶體管的輸入和輸出端印刷電路板上的傳輸線。傳輸線的部分有如同電感一般的效應(yīng)，加上與相鄰的電容(第一電容器C5 (即42)輸入和電容器C7 (即48)輸出)，(即把電容或電感與負(fù)載串聯(lián)起來，即可改變負(fù)載的阻抗值)，它們分別被用來作為調(diào)諧電路以保證輸入和輸出都有50歐姆匹配。驅(qū)動(dòng)器放大器是能夠生產(chǎn)1.5?2瓦的輸出功率。
[0035]較佳地，參見圖4，所述第三級(jí)功率放大電路L3還包括第二電容器C5、第二電容器C6、電容器C9、電容器C10、電容器C11、電容器C12、電容器C13、電容器C15、電容器C16、阻抗Z3、阻抗Z4、阻抗Z5、阻抗Z6、阻抗Z7、阻抗Z8和電感器L4、電感器L5、電感器L8，其中:
[0036]所述第二級(jí)功率放大電路中的電容器C8的負(fù)極連接所述第三級(jí)功率放大電路中的第二電容器C6的正極，所述第二電容器C6的負(fù)極分別連接阻抗Z3的輸入端和電容器C16的正極，所述阻抗Z3的輸出端分別連接第二電容器C5的正極和阻抗TA的輸入端，所述阻抗Z4的輸出端連接分別連接電感器L8的輸入端和阻抗Z5的輸入端；所述電感器L8的輸出端連接分別連接電容器C15的正極和3伏特的偏置電壓，所述阻抗Z5的輸出端連接LDMOS晶體管的柵極，所述LDMOS晶體管的漏極連接阻抗Z6的輸入端，所述阻抗Z6的輸出端分別連接電容器C9的正極和阻抗Z7的輸入端，所述電容器C9的負(fù)極連接電感器L4的輸入端；所述阻抗Z7的輸出端分別連接電感器L5的輸入端、電容器Cll的正極和阻抗Z8的輸入端，所述電感器L5的輸出端分別連接電容器ClO的正極和28伏特的偏置電壓；所述阻抗Z8的輸出端分別連接電容器C12的正極和電容器C13的正極；所述電容器C16的負(fù)極、第二電容器C5的負(fù)極、所述LDMOS晶體管的源極、電容器ClO的負(fù)極、電容器Cll的負(fù)極、電容器C12的負(fù)極、電容器C15的負(fù)極以及電感器L4的輸出端均接地。
[0037]需要說明的是:功率放大器系統(tǒng)中最重要的部分是最后階段的功率放大器，其輸出功率是約在100瓦特。它的功率損失主宰整個(gè)系統(tǒng)的損失。本發(fā)明實(shí)施例選擇了飛思卡爾LDMOS功率的晶體管模型MRFE6S9060 (或MRFE6S9045)(即52)。特殊設(shè)計(jì)的放大器是以逆F級(jí)模式為架構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)高效率。它的原理圖如圖3所示。LDMOS的漏極偏壓為28V，柵極偏壓為3V。無論是在柵極和漏極，都有直流通交流斷的輔助電路(即55和56)，以防止高頻信號(hào)看到的直流源。有兩個(gè)n型網(wǎng)路(即51和54)，輸入和輸出端各一個(gè)的。這些型網(wǎng)路用于作為調(diào)諧電路以達(dá)到50歐姆匹配，使得系統(tǒng)有最大功率傳輸。在設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要部分，是開發(fā)正確的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和合適組件數(shù)值，以達(dá)到最高效率(最低功率損耗)輸出的要求。
[0038]低成本的LDMOS包裝通常帶有較大的漏極電容，適用于高效率逆F級(jí)的設(shè)計(jì)。逆F級(jí)功率放大器的基礎(chǔ)是建立于，在基波和各個(gè)諧振波的頻率，加適當(dāng)?shù)呢?fù)載于晶體管的輸出端以提高功率效率?；旧?，在晶體管輸出端最好是在奇數(shù)諧振波看到短路和在偶次諧振波看到開路，用以調(diào)控漏極波形形狀。在輸出網(wǎng)路上加適當(dāng)負(fù)載和諧波的諧振器可達(dá)到此效果。對(duì)于逆F級(jí)功率放大器(這是本發(fā)明的情況下)，漏極電壓如果近似半正弦波，而漏極電流近似方波，對(duì)效率來說是最理想的。從理論上講，更多的諧波調(diào)諧效率更高，具體而言，在本發(fā)明的設(shè)計(jì)是第一個(gè)(基本)諧波(輸入信號(hào)的頻率)和一個(gè)50歐姆的負(fù)載相匹配，而從晶體管的輸出端看去，第二次和第四次諧波是開路，但第三，第五諧波和任何更高諧波是短路。
[0039]如圖4所示，輸出端網(wǎng)路(即54)是用于調(diào)諧第一個(gè)(基本)諧波。由于晶體管的大漏極電容，第三和高次諧波自動(dòng)短路。二次諧波的開路是通過的電容電感串聯(lián)電路(即53)來完成。在一千兆赫茲左右，這種逆F級(jí)模式最多允許80%的漏極效率。各種不同Zi圖代表在印刷電路板上的傳輸線部分，它們本質(zhì)是電感，也包括在放大器的設(shè)計(jì)中。
[0040]較佳地，所述LDMOS晶體管為逆F級(jí)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0041]需要說明的是，對(duì)于高效率射頻功率放大器的而言，如何提高功率放大器的工作效率已成為一個(gè)重要課題。為了提高效率，研究人員將大量精力專注于放大器的工作模式上，例如:D類，E類，F(xiàn)類和逆F類功率放大器。采用逆F類工作模式效率達(dá)到80%，可以滿足大輸出功率的要求。
[0042]較佳地，所述第一級(jí)功率放大電路的輸入功率范圍為1-1.5毫瓦，輸出功率范圍為100-150毫瓦；所述第二級(jí)功率放大電路的輸出功率范圍為1.5-2瓦；所述第三級(jí)功率放大電路的輸出功率范圍90-110瓦。
[0043]較佳地，參見圖4，所述電感器L8和電容器C15 (即電路55)構(gòu)成了第一輔助電路；所述電感器L5和電容器ClO (即電路56)構(gòu)成了第二輔助電路；所述第一輔助電路和第二輔助電路均用于當(dāng)直流輸入時(shí)導(dǎo)通，交流輸入時(shí)斷開。
[0044]需要說明的是:無論是在柵極和漏極都有直流通交流斷的輔助電路(55和56)，以防止高頻信號(hào)看到的直流源。
[0045]較佳地，參見圖4，所述阻抗Z3、電容器C16和第二電容器C5構(gòu)成的電路為型網(wǎng)路(即電路51)；
[0046]所述阻抗Z8、電容器Cll和電容器C12構(gòu)成的電路也為型網(wǎng)路(即電路54)；上述兩個(gè)型網(wǎng)路均為調(diào)諧電路，用于將調(diào)諧與50歐姆匹配。
[0047]其中:有兩個(gè)型網(wǎng)路(51和54)，輸入和輸出端各一個(gè)的。這些型網(wǎng)路用于作為調(diào)諧電路以到50歐姆匹配，使得系統(tǒng)有最大功率傳輸。在設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要部分，是開發(fā)正確的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和合適組件數(shù)值，以達(dá)到到最高效率(最低功率損耗)。輸出端n網(wǎng)路54是用于調(diào)諧第一個(gè)(基本)諧波。
[0048]較佳地，參見圖4，所述電容器C9和電感器L4構(gòu)成了第二諧波的調(diào)諧電路(SP53)。
[0049]基于本發(fā)明實(shí)施例一提供的射頻功率放大器系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，本發(fā)明實(shí)施例二還提供了一種照明設(shè)備，由于此照明設(shè)備中射頻功率放大是通過上述射頻功率放大器系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，因此該照明設(shè)備的射頻功率放大器不再贅述。
[0050]實(shí)施例二
[0051]相應(yīng)的，參見圖5，本發(fā)明實(shí)施例二提供了一種照明設(shè)備100，包括交直流轉(zhuǎn)換器101，還包括上述的射頻功率放大器系統(tǒng)102、射頻諧振器103和燈泡104，其中:
[0052]所述射頻功率放大器系統(tǒng)的輸入端連接所述交直流轉(zhuǎn)換器，輸出端連接所述射頻諧振器；所述射頻諧振器伸入所述燈泡內(nèi)部。
[0053]本發(fā)明實(shí)施例的射頻功率放大器系統(tǒng)是焊接在一個(gè)電路板上，成為一個(gè)組件，封裝于一個(gè)金屬盒中。該組件的功能塊結(jié)構(gòu)框圖是描繪在圖2中所示。輸入是28V直流電源。輸出提供高達(dá)100瓦特射頻連續(xù)波。一個(gè)微控制器為基礎(chǔ)的頻率合成器沒有包括在所述的電源系統(tǒng)中。該合成器產(chǎn)生約I毫瓦特的功率輸入到功率放大器系統(tǒng).此系統(tǒng)包括了第一和第二級(jí)驅(qū)動(dòng)放大器，以及最后階段的高功率放大器。三個(gè)放大器前后各部分都有匹配電路，以確保動(dòng)力傳輸順暢。各階段內(nèi)的功率放大器中的特定的晶體管芯片都是基于成本和性能的考量仔細(xì)選定的。
[0054]本發(fā)明涉及射頻功率放大器系統(tǒng)，它將直流電能轉(zhuǎn)換成射頻電能。此照明系統(tǒng)能夠成為一產(chǎn)品的先決條件是它的功率放大器成本夠低，體積夠小，更重要的是效率要高。整個(gè)射頻燈系統(tǒng)的框圖，圖5中所示。一個(gè)家庭交流電源110/220伏60赫茲，先接到一個(gè)轉(zhuǎn)換器，提供了一個(gè)直流輸出電壓源和一定的額定電流。該電壓源成為功率放大器系統(tǒng)中晶體管的偏置電壓。功率放大器系統(tǒng)的輸出通常是90至110瓦的功率，它被用作輸入氣體放電腔的電能用以點(diǎn)燃無電極金屬鹵化物燈泡。
[0055]在學(xué)理上，每射頻瓦特是可產(chǎn)生約110-130流明的。但燈系統(tǒng)的功效是根據(jù)每系統(tǒng)瓦產(chǎn)生的流明為主。因此，燈的功率放大器效率成為系統(tǒng)節(jié)能的能力的主導(dǎo)因素。此外，它的外形和散熱也是十分的重要，因?yàn)檎w的系統(tǒng)往往需要和現(xiàn)有燈具相配套。目前市售的射頻功率放大系統(tǒng)是昂貴的，系統(tǒng)的電源的效率通常低于50%，這是任何節(jié)能照明系統(tǒng)都不能接受的。本發(fā)明開發(fā)了一個(gè)新的功率放大器系統(tǒng)稱為(燈引擎-發(fā)電機(jī))，提供了更聞的效率(可聞達(dá)80% ),具有小的總體尺寸如一副撲克牌，在一千兆赫茲正負(fù)五十兆赫茲的頻帶內(nèi)的射頻功率能產(chǎn)生超過100瓦的連續(xù)波。此電源放大器系統(tǒng)成本低于現(xiàn)在市面上看的到的。
[0056]本發(fā)明實(shí)施例的新構(gòu)想包括1、結(jié)合三個(gè)特定封裝的功率晶體管的芯片，使得功率放大十萬倍。2、新穎的電路拓?fù)湟赃_(dá)到高效率的能量轉(zhuǎn)換(低損耗于晶體管)。3、整個(gè)系統(tǒng)是建立在一個(gè)印刷電路板上，不大于8厘米長(zhǎng)，3厘米寬，I厘米高。
[0057]本發(fā)明實(shí)施例有三個(gè)獨(dú)到的特點(diǎn)。首先，在一千兆赫茲左右的頻率，由于在高功率放大級(jí)使用逆F級(jí)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，100瓦特的輸出系統(tǒng)的效率提高到70?80%。與此相比較，在相似的頻率和功率范圍內(nèi)的現(xiàn)有的射頻放大器系統(tǒng)的效率低于50%。節(jié)能照明系統(tǒng)的功效取決于功率放大級(jí)的功率消耗的量，因此高效率是非常關(guān)鍵的。
[0058]其次，整體的功率放大器系統(tǒng)的成本非常低。通常情況下，100瓦特的射頻功率放大器在市場(chǎng)上花費(fèi)可到幾千美元。通過使用一個(gè)三階段的功率放大和精心選擇的晶體管的芯片，整個(gè)系統(tǒng)的成本降低的至少20倍。這降低成本，使射頻照明對(duì)LED或其他金屬鹵化物燈有高度競(jìng)爭(zhēng)力。
[0059]第三，整體的功率放大器系統(tǒng)尺寸非常小。射頻照明的主要特點(diǎn)之一是有一個(gè)附加的功率放大器系統(tǒng)，用來轉(zhuǎn)換直流電能成為射頻功率。因此，它的大小在設(shè)計(jì)燈具和融入現(xiàn)有的燈結(jié)構(gòu)時(shí)就變得很重要。在級(jí)聯(lián)3個(gè)晶體管的芯片中，需要六個(gè)阻抗匹配電路(最前輸入端，最后輸出端，及在中間4個(gè))。用于形成型網(wǎng)路的傳輸線部分的長(zhǎng)度被設(shè)計(jì)的非常小，使得最后功率放大器系統(tǒng)像手掌一般大小和香煙盒的大小非常接近。
[0060]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該可以理解:本發(fā)明實(shí)施例涉及的射頻功率放大器系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低廉，工作穩(wěn)定，可輸出大功率運(yùn)行，保證了照明設(shè)備系統(tǒng)功率要求和安全可靠運(yùn)行。
[0061]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種射頻功率放大器系統(tǒng)，其特征在于， 包括依次串接的第一級(jí)功率放大電路、第二級(jí)功率放大電路和第三級(jí)功率放大電路； 所述第一級(jí)功率放大電路包括銦鎵磷應(yīng)變高電子遷移率晶體管；所述第二級(jí)功率放大電路包括砷化鎵高遷移率晶體管的驅(qū)動(dòng)放大器；所述第三極功率放大電路包括LDMOS晶體管。
2.如權(quán)利要求1所述的射頻功率放大器系統(tǒng)，其特征在于， 所述第一級(jí)功率放大電路還包括電容器Cl、電容器C2和電容器C3 ； 所述電容器Cl的正極連接約為I毫瓦的射頻輸入直流電流，所述電容器Cl的負(fù)極連接所述銦鎵磷應(yīng)變高電子遷移率晶體管的輸入端，所述銦鎵磷應(yīng)變高電子遷移率晶體管的一個(gè)輸出端連接電容器C3的正極，另一輸出端連接電容器C2的正極，所述電容器C2的負(fù)極分別電容器C3的正極和5伏特的偏置電壓。
3.如權(quán)利要求2所述的射頻功率放大器系統(tǒng)，其特征在于， 所述第二級(jí)功率放大電路還包括第一電容器C5、第一電容器C6、電容器C7、電容器C8、阻抗Zl和阻抗Z2，其中: 所述第一級(jí)功率放大電路中的電容器C3的負(fù)極連接所述第二級(jí)功率放大電路中的第一電容器C6的正極,所述第一電容器C6的負(fù)極分別連接電容器C7的正極和阻抗Zl的輸入端，所述阻抗Zl的輸出端連接所述砷化鎵高遷移率晶體管的驅(qū)動(dòng)放大器的輸入端，所述砷化鎵高遷移率晶體管的驅(qū)動(dòng)放大器的輸出端連接阻抗Z2的輸入端，所述阻抗Z2的輸出端連接分別連接電容器C7的正極和電容器CS的正極以及5伏特的偏置電壓；所述電容器C7的負(fù)極、第一電容器C5和所述砷化`鎵高遷移率晶體管的驅(qū)動(dòng)放大器的另一輸出端均接地。
4.如權(quán)利要求3所述的射頻功率放大器系統(tǒng)，其特征在于， 所述第三級(jí)功率放大電路還包括第二電容器C5、第二電容器C6、電容器C9、電容器C10、電容器C11、電容器C12、電容器C13、電容器C15、電容器C16、阻抗Z3、阻抗Z4、阻抗Z5、阻抗Z6、阻抗Z7、阻抗Z8和電感器L4、電感器L5、電感器L8，其中: 所述第二級(jí)功率放大電路中的電容器C8的負(fù)極連接所述第三級(jí)功率放大電路中的第二電容器C6的正極，所述第二電容器C6的負(fù)極分別連接阻抗Z3的輸入端和電容器C16的正極，所述阻抗Z3的輸出端分別連接第二電容器C5的正極和阻抗TA的輸入端，所述阻抗Z4的輸出端連接分別連接電感器L8的輸入端和阻抗Z5的輸入端；所述電感器L8的輸出端連接分別連接電容器C15的正極和3伏特的偏置電壓，所述阻抗Z5的輸出端連接LDMOS晶體管的柵極，所述LDMOS晶體管的漏極連接阻抗Z6的輸入端，所述阻抗Z6的輸出端分別連接電容器C9的正極和阻抗Z7的輸入端，所述電容器C9的負(fù)極連接電感器L4的輸入端；所述阻抗Tl的輸出端分別連接電感器L5的輸入端、電容器Cll的正極和阻抗Z8的輸入端，所述電感器L5的輸出端分別連接電容器ClO的正極和28伏特的偏置電壓；所述阻抗Z8的輸出端分別連接電容器C12的正極和電容器C13的正極；所述電容器C16的負(fù)極、第二電容器C5的負(fù)極、所述LDMOS晶體管的源極、電容器ClO的負(fù)極、電容器Cll的負(fù)極、電容器C12的負(fù)極、電容器C15的負(fù)極以及電感器L4的輸出端均接地。
5.如權(quán)利要求4所述的射頻功率放大器系統(tǒng)，其特征在于， 所述LDMOS晶體管為逆F級(jí)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求5所述的射頻功率放大器系統(tǒng)，其特征在于， 所述第一級(jí)功率放大電路的輸入功率范圍為1-1.5毫瓦，輸出功率范圍為100-150毫瓦；所述第二級(jí)功率放大電路的輸出功率范圍為1.5-2瓦；所述第三級(jí)功率放大電路的輸出功率范圍90-110瓦。
7.如權(quán)利要求6所述的射頻功率放大器系統(tǒng)，其特征在于， 所述電感器L8和電容器C15構(gòu)成了第一輔助電路；所述電感器L5和電容器ClO構(gòu)成了第二輔助電路；所述第一輔助電路和第二輔助電路均用于當(dāng)直流輸入時(shí)導(dǎo)通，交流輸入時(shí)斷開。
8.如權(quán)利要求7所述的射頻功率放大器系統(tǒng)，其特征在于， 所述阻抗Z3、電容器C16和第二電容器C5構(gòu)成的電路為型網(wǎng)路； 所述阻抗Z8、電容器Cll和電容器C12構(gòu)成的電路也為型網(wǎng)路。
9.如權(quán)利要求8所述的射頻功率放大器系統(tǒng)，其特征在于， 所述電容器C9和電感器L4構(gòu)成了第二諧波的調(diào)諧電路。
10.一種照明設(shè)備，其特征在于，包括交直流轉(zhuǎn)換器和如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的射頻功率放大器系統(tǒng)、射頻諧 振器和燈泡，其中: 所述射頻功率放大器系統(tǒng)的輸入端連接所述交直流轉(zhuǎn)換器，輸出端連接所述射頻諧振器；所述射頻諧振器伸入所述燈泡內(nèi)部。
【文檔編號(hào)】H05B41/282GK103618507SQ201310689022
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月16日
【發(fā)明者】楊宏宇 申請(qǐng)人:北京美電環(huán)宇科技有限公司