[发明专利]一种阶梯拟合结构包络线跟踪电源

说明书

技术领域

本发明涉及一种阶梯拟合结构包络线跟踪电源，应用于无线通信基站供电系统，属于通信及功率变换的范畴。

背景技术

随着时代的发展，移动通信网络规模日益增大。数据通信速率过低，将无法满足移动多媒体业务更大容量更高速的发展需求。为了提高数据传输速率，现代无线通信采用了高效的数字调制技术，如正交相移键控，正交振幅调制等，来提高频谱的利用效率，其射频信号(Radio Frequency, RF)的包络由原来的恒定形式变成幅值无规则变化的形式。传统的功率放大器(Power Amplifier, PA)为了保证信号放大的线性度，常采用A/AB类放大电路。此类电路在传递变包络信号时的平均效率较低，且与包络信号的峰均比成反比。例如，A类放大器在RF信号峰均比为10dB时，其平均效率仅为5%，这将造成大量的能量以热能形式耗散。为了提高功率放大器的效率，包络线跟踪(Envelope Tracking, ET)技术应运而生。据相关研究报道，对一个包含20000个基站的欧洲典型通信网络而言，在3G通信时采用ET供电方式，将比传统的供电方式每年节省28 MW的功率消耗和3000万美元的电费开支，并可减少11万吨的CO2排放量。因此，包络线跟踪电源具有广阔的应用前景和巨大的社会、经济价值，同时对保护环境和减弱温室效应也具有重要的现实意义。

在向第三代(3G)移动通信技术演进的过程中，信道带宽从第一代移动通信技术的25kHz增长至MHz量级(WCDMA技术标准下信道带宽为5MHz)，且伴随新的信号调制方式的产生及多载波技术的应用，信道带宽和信号峰均比呈不断增长趋势。在3GPP(The 3rd Generation Partnership Project, 3GPP)长期演进(Long Term Evolution, LTE)项目中，信道带宽已经高达20MHz，信号峰均比为8-10dB。如何跟踪大摆幅且高速变化的包络信号，对ET电源的设计提出了极大的挑战。

发明内容

本发明根据现有技术状况，提供一种针对开关变换器与AB类线性放大器并联结构的包络线跟踪电源，其开关变换器采用阶梯拟合结构，确保了开关器件在一个跟踪周期内只动作一次，减小开关损耗，同时采用输出电压或参考信号前馈的控制提高系统效率。

本发明的具体技术方案如下：

一种阶梯拟合结构包络线跟踪电源，包括阶梯拟合开关变换器，AB类线性放大器及控制电路，所述阶梯拟合开关变换器由电平提供单元、二极管阻断电路、电平选通电路和电感组成，其中二极管阻断电路的二极管阳极与电平选通电路中的开关管相连，阴极与电感相连。

所述控制电路由调制信号产生电路和电平比较电路组成。其中调制信号产生电路有两种表现形式：

1）调制信号产生电路由输出电压比例微分前馈电路、电流采样电路、电流调节器、反向器和加法器组成。

2）调制信号产生电路还可以采用另外一种，由参考信号比例微分前馈电路、电流采样电路、电流调节器、反向器和加法器组成。

阶梯拟合结构包络线跟踪电源工作时，检测线性放大器的输出电流，与基准进行比较获取调制信号并与离散电平比较控制选通开关管，选择合适电压加于电感一端，控制变换器的输出电流；同时引入前馈控制电路，消除输出电压对线性放大器输出电流的影响，提高系统效率。

本发明与现有技术相比，其主要特点如下：

本发明阶梯拟合结构包络线跟踪电源中，变换器采用阶梯拟合结构，每个开关器件工作频率与跟踪频率相等，大大降低开关损耗；其控制电路设计采用输出电压或参考信号前馈控制方法，完全消除输出电压对线性放大器输出电流的影响，大幅减小线性放大器输出电流的有效值，提高系统工作效率。

附图说明

附图1是阶梯拟合结构包络线跟踪电源的系统结构示意图。

附图2是采用输出电压前馈控制电路的系统控制框图。

附图3是采用参考信号前馈控制电路的系统控制框图。

附图4是以电平数n=4为例的阶梯拟合调制方式波形示意图。

附图5是阶梯拟合结构包络线跟踪电源的主要工作波形。

图6为调制信号产生电路1的结构示意图。

图7为调制信号产生电路2的结构示意图。