專利名稱：一種并聯(lián)結(jié)構(gòu)包絡(luò)線跟蹤電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信及功率變換領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)用于無(wú)線通信基站供電系統(tǒng)的并聯(lián)結(jié)構(gòu)包絡(luò)線跟蹤電源。
背景技術(shù)：
身處信息時(shí)代，人們對(duì)信息的依賴程度越來(lái)越大，隨時(shí)隨地取得迅速可靠的通信，即所謂的移動(dòng)通信，成為人們不斷追求的目標(biāo)。移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展至今經(jīng)歷了三個(gè)階段第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)使用模擬式頻分多址技術(shù)，這在1980年代是一項(xiàng)具有重大意義的革新。但模擬式通信系統(tǒng)容量相對(duì)較小，業(yè)務(wù)類型也比較單一，僅限于語(yǔ)音服務(wù)，因此在經(jīng)歷了短暫的輝煌后迅速被第二代移動(dòng)通信所取代。從第二代開始，移動(dòng)通信技術(shù)采用數(shù)字化的處理方式，它克服了傳統(tǒng)模擬式的缺點(diǎn)，系統(tǒng)容量得到擴(kuò)大，并且可以支持一定速率的數(shù)據(jù)傳輸。其中典型的頻移鍵控和相移鍵控采用矩形數(shù)據(jù)脈沖，其射頻(Radio Frequency,RF)信號(hào)的包絡(luò)線是恒定的，此時(shí)采用非線性的功率放大器(Power Amplifier,PA)可以對(duì)信號(hào)實(shí)現(xiàn)高效的放大。但是，這類“恒包絡(luò)”的調(diào)制方式所導(dǎo)致的頻譜延展將占用較大的頻帶，因此它們比較適合低數(shù)據(jù)率和相對(duì)寬松的頻帶要求場(chǎng)合。隨著移動(dòng)通信用戶的迅猛增長(zhǎng)，現(xiàn)有的系統(tǒng)容量已不能滿足要求。同時(shí)，人們對(duì)數(shù)據(jù)傳輸率要求的進(jìn)一步提高以及數(shù)據(jù)傳輸類型的多樣化等要求也促成了第三代(3G)移動(dòng)通信的產(chǎn)生。以正交相移鍵控和正交幅值調(diào)制為典型代表，第三代移動(dòng)通信采用整形化的數(shù)據(jù)脈沖，需要對(duì)數(shù)據(jù)波形的幅值和相位同時(shí)進(jìn)行調(diào)制。同時(shí)，與多載波技術(shù)相結(jié)合，數(shù)據(jù)脈沖的包絡(luò)線不再恒定不變。若此時(shí)仍然使用恒定電壓為PA供電，則會(huì)產(chǎn)生較大的功率損耗，降低整個(gè)系統(tǒng)的效率。例如，對(duì)手機(jī)基站而言，PA占用著其中50%的功率使用量，而其恒壓供電時(shí)效率只有15%左右，這造成了極大的能源浪費(fèi)。因此，較優(yōu)化的供電策略應(yīng)該是電源電壓幅值跟隨RF輸入信號(hào)包絡(luò)線的變化而變化，即采用包絡(luò)線跟隨供電方式。據(jù)相關(guān)研究報(bào)道，對(duì)一個(gè)包含20000個(gè)基站的歐洲典型通信網(wǎng)絡(luò)而言，在3G通信時(shí)采用包絡(luò)線跟隨的供電方式，將比傳統(tǒng)的供電方式每年節(jié)省28MW的功率消耗和3000萬(wàn)美元的電費(fèi)開支，并可減少11萬(wàn)噸的C02排放量?，F(xiàn)階段，國(guó)際電信聯(lián)盟確定的3G主流無(wú)線接口標(biāo)準(zhǔn)主要有WCDMA，CDMA2000和TD-SCDMA三種，而無(wú)論采用哪種標(biāo)準(zhǔn)，其RF輸入信號(hào)都具有多載波和非恒定包絡(luò)的共同特點(diǎn)。因此，包絡(luò)線跟蹤電源具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)價(jià)值，同時(shí)對(duì)保護(hù)環(huán)境和減弱溫室效應(yīng)也具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。基于前述分析，本發(fā)明人針對(duì)包絡(luò)線跟蹤電源技術(shù)進(jìn)行深入研究，本案由此產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于提供一種并聯(lián)結(jié)構(gòu)包絡(luò)線跟蹤電源，其主要針對(duì)開關(guān)變換器與AB類線性放大器，采用輸出電壓全前饋的控制方法，提高系統(tǒng)效率。為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是—種并聯(lián)結(jié)構(gòu)包絡(luò)線跟蹤電源，包括開關(guān)變換器、AB類線性放大器和全前饋控制電路，其中，開關(guān)變換器采用Buck變換器或同步整流Buck變換器，全前饋控制電路包括電流采樣電路、電流調(diào)節(jié)器、比例微分前饋電路、反相器、加法器、PWM調(diào)制器和驅(qū)動(dòng)電路；電流采樣電路檢測(cè)AB類線性放大器的輸出電流，并將其與電流基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較，將誤差信號(hào)送入電流調(diào)節(jié)器；比例微分前饋電路的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)反相器，與電流調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)由加法器進(jìn)行加法運(yùn)算后送入PWM調(diào)制器，再經(jīng)由驅(qū)動(dòng)電路得到開關(guān)變換器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。上述開關(guān)變換器采用同步整流Buck變換器，包括兩個(gè)開關(guān)管和一個(gè)電感，所述第一開關(guān)管的漏極用于輸入電壓，源極分別連接第二開關(guān)管的漏極和電感的一端，所述第二開關(guān)管的源極接地，電感的另一端用于輸出電壓，該電感的另一端還經(jīng)由一負(fù)載電阻接地； 所述電感的另一端與AB類線性放大器的輸出端連接。上述開關(guān)管為MOSFET或三極管。 上述變換器采用Buck變換器，包括一個(gè)開關(guān)管、一個(gè)二極管和一個(gè)電感，所述開關(guān)管的漏極用于輸入電壓，源極分別連接二極管的陰極和電感的一端，所述二極管的陽(yáng)極接地，電感的另一端用于輸出電壓，該電感的另一端還經(jīng)由一負(fù)載電阻接地；所述電感的另一端與AB類線性放大器的輸出端連接。采用上述方案后，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其主要特點(diǎn)如下采用輸出電壓全前饋控制方法，完全消除輸出電壓對(duì)線性放大器輸出電流的影響，大幅減小線性放大器輸出電流的有效值，提高系統(tǒng)效率。


圖I是并聯(lián)結(jié)構(gòu)包絡(luò)線跟蹤電源的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖及全前饋控制電路圖；圖2是未加入全前饋控制電路的系統(tǒng)控制框圖；圖3是未加入全前饋控制電路的主要工作波形；圖4是加入全前饋控制電路的系統(tǒng)控制框圖；圖5是全前饋控制電路的主要工作波形。上述附圖中的主要符號(hào)名稱其中Vin是Buck變換器的輸入電壓，Q1A2為開關(guān)管， L是濾波電感，Rl是負(fù)載電阻。isw是Buck變換器的輸出電流，iline是AB類線性放大器的輸出電流，i。是負(fù)載電流，V。是輸出電壓，iMf是全前饋控制電路的電流基準(zhǔn)信號(hào)。\是電流調(diào)節(jié)器的輸出電壓，vc是調(diào)制波電壓。Ql t和Q2 t分別為開關(guān)管Q1和Q2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。Rp R2> R3> R4為比例微分前饋電路中的電阻，C1為其中的電容。R5、R6為加法器電路中的電阻。 Hi是AB類線性放大器的電流采樣系數(shù)，Kpwm是PWM調(diào)制器的傳遞函數(shù)。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。如圖I所示，本發(fā)明提供一種并聯(lián)結(jié)構(gòu)包絡(luò)線跟蹤電源，包括開關(guān)變換器、AB類線性放大器和全前饋控制電路，其中，開關(guān)變換器主要是指Buck變換器或同步整流Buck變換器兩種類型，本實(shí)施例中是以同步整流Buck變換器為例進(jìn)行說(shuō)明的；本發(fā)明主要是由AB類線性放大器控制輸出電壓，保證輸出電壓的線性度；采樣AB類線性放大器的輸出電流，并與基準(zhǔn)電流進(jìn)行比較，以脈寬調(diào)制(PWM)方式調(diào)節(jié)Buck變換器或同步整流Buck變換器的占空比，控制開關(guān)動(dòng)作，讓其提供絕大部分的負(fù)載功率；同時(shí)引入全前饋控制電路，消除輸出電壓對(duì)AB類線性放大器輸出電流的影響，提高系統(tǒng)效率。配合圖I所示，所述AB類線性放大器采用電壓源型輸出，其作用是控制輸出電壓波形。當(dāng)開關(guān)電源的電流不足以提供負(fù)載電流時(shí)，AB類線性放大器提供不足部分電流；反之，當(dāng)開關(guān)電源的電流大于負(fù)載電流時(shí)，其吸收多余部分電流。所述全前饋控制電路包括電流采樣電路、電流調(diào)節(jié)器、比例微分前饋電路、反相器、加法器、PWM調(diào)制器和驅(qū)動(dòng)電路，其中，電流采樣電路檢測(cè)AB類線性放大器的輸出電流iliM，將它與電流基準(zhǔn)信號(hào)iMf進(jìn)行比較，其誤差信號(hào)送入電流調(diào)節(jié)器；比例微分前饋電路的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)反相器，與電流調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)由加法器進(jìn)行加法運(yùn)算后送入PWM調(diào)制器，從而得到兩路驅(qū)動(dòng)信號(hào)Qut和 Q2—當(dāng)iline大于Uf時(shí)，電流調(diào)節(jié)器的輸出減小，則加法器的輸出V。變大，使Buck變換器Q1管的占空比變大，以提供更多的負(fù)載電流，從而使iline減??；反之，如果iline小于iMf，則使Buck變換器的占空比變小，iline相應(yīng)增大。電流控制的目的是使iliM盡量小，由于isw+iliM = i。，而在純阻性負(fù)載條件下，i0由AB類線性放大器所控制的輸出電壓V。所確定。因此iliM盡量小，意味著isw幅值和相位都能很好地?cái)M合i。，即實(shí)現(xiàn)由Buck變換器提供絕大部分負(fù)載功率，而AB類線性放大器只處理紋波電流的目的，從而大幅提高系統(tǒng)效率。因此這里將iline的基準(zhǔn)設(shè)置為零。圖2給出了未加入前饋控制電路的系統(tǒng)控制框圖，其中Hi為電流采樣系數(shù)，Gcd(S)為電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)，Kpwm為PWM調(diào)制器的傳遞函數(shù)，其表達(dá)式為^pwm =TTl⑴
m式中，Vin為輸入電壓，Vm為鋸齒波的幅值。根據(jù)圖2可得AB類線性放大器輸出電流iliM的頻域表達(dá)式為
丄丄iHne ⑷=去 7^7 · Kef O) + R\ ^ · ' O)(2)
Hi I+ TJ1 + 7J其中，Ti = (Hi · Gci · KpJ/(sL)，為環(huán)路增益，s表示在復(fù)頻域內(nèi)運(yùn)算，即sL表示電感L在復(fù)頻域內(nèi)的阻抗。由式⑵可知，V。到ilin的傳遞函數(shù)，也即AB類線性放大器閉環(huán)負(fù)載導(dǎo)納的表達(dá)式為
丄丄其中，Υι { = γ^ψ(4)Ysw { = Y^(5)對(duì)AB類線性放大器而言，負(fù)載電阻和Buck變換器并聯(lián)在其輸出端，可以看成是它的兩個(gè)負(fù)載。因此，Yw(S)和Ysw(S)實(shí)際上是分別由負(fù)載電阻和Buck變換器部分引起的負(fù)載導(dǎo)納。圖3給出了為未加入全前饋控制電路時(shí)的關(guān)鍵工作波形。很明顯，由于負(fù)載導(dǎo)納YLd(s)和Ysw(S)的存在，Buck變換器的輸出電流isw滯后于負(fù)載電流i。一個(gè)較大的相位，這使得AB類線性放大器輸出電流iliM中包含一個(gè)較大的基波電流分量，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的效率。為了消除AB類線性放大器負(fù)載導(dǎo)納的影響，分別引入輸出電壓比例前饋和微分前饋，將AB類線性放大器的負(fù)載導(dǎo)納減小為零。圖4給出了加入全前饋控制電路的系統(tǒng)控制框圖，由圖可得到AB類線性放大器電流的頻域表達(dá)式
權(quán)利要求
1.一種并聯(lián)結(jié)構(gòu)包絡(luò)線跟蹤電源，其特征在于包括開關(guān)變換器、AB類線性放大器和全前饋控制電路，其中，變換器采用Buck變換器或同步整流Buck變換器，全前饋控制電路包括電流采樣電路、電流調(diào)節(jié)器、比例微分前饋電路、反相器、加法器、PWM調(diào)制器和驅(qū)動(dòng)電路；電流采樣電路檢測(cè)AB類線性放大器的輸出電流，并將其與電流基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較，將誤差信號(hào)送入電流調(diào)節(jié)器；比例微分前饋電路的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)反相器，與電流調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)由加法器進(jìn)行加法運(yùn)算后送入PWM調(diào)制器，再經(jīng)由驅(qū)動(dòng)電路得到開關(guān)變換器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
2.如權(quán)利要求I所述的一種并聯(lián)結(jié)構(gòu)包絡(luò)線跟蹤電源，其特征在于所述開關(guān)變換器采用同步整流Buck變換器，包括兩個(gè)開關(guān)管和一個(gè)電感，所述第一開關(guān)管的漏極用于輸入電壓，源極分別連接第二開關(guān)管的漏極和電感的一端，所述第二開關(guān)管的源極接地，電感的另一端用于輸出電壓，該電感的另一端還經(jīng)由一負(fù)載電阻接地；所述電感的另一端與AB類線性放大器的輸出端連接。
3.如權(quán)利要求2所述的一種并聯(lián)結(jié)構(gòu)包絡(luò)線跟蹤電源，其特征在于所述開關(guān)管為 MOSFET或三極管。
4.如權(quán)利要求I所述的一種并聯(lián)結(jié)構(gòu)包絡(luò)線跟蹤電源，其特征在于所述開關(guān)變換器采用Buck變換器，包括一個(gè)開關(guān)管、一個(gè)二極管和一個(gè)電感，所述開關(guān)管的漏極用于輸入電壓，源極分別連接二極管的陰極和電感的一端，所述二極管的陽(yáng)極接地，電感的另一端用于輸出電壓，該電感的另一端還經(jīng)由一負(fù)載電阻接地；所述電感的另一端與AB類線性放大器的輸出端連接。
全文摘要
本發(fā)明公開一種并聯(lián)結(jié)構(gòu)包絡(luò)線跟蹤電源，包括開關(guān)變換器、AB類線性放大器和全前饋控制電路，其中，開關(guān)變換器采用Buck變換器或同步整流Buck變換器，全前饋控制電路包括電流采樣電路、電流調(diào)節(jié)器、比例微分前饋電路、反相器、加法器、PWM調(diào)制器和驅(qū)動(dòng)電路；電流采樣電路檢測(cè)AB類線性放大器的輸出電流，并將其與電流基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較，將誤差信號(hào)送入電流調(diào)節(jié)器；比例微分前饋電路的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)反相器，與電流調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)由加法器進(jìn)行加法運(yùn)算后送入PWM調(diào)制器，再經(jīng)由驅(qū)動(dòng)電路得到開關(guān)變換器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。此結(jié)構(gòu)主要針對(duì)開關(guān)Buck變換器與AB類線性放大器，采用輸出電壓全前饋的控制方法，提高系統(tǒng)效率。
文檔編號(hào)H02M3/156GK102624231SQ20121010454
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月10日
發(fā)明者熊小玲, 郗煥, 金茜, 阮新波 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)