一种串并联组合结构包络线跟踪电源的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种串并联组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。
[0002]
【背景技术】
[0003] 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IOdB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。据相关研宄报道，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丽的功率消耗和3000万美元的电费开 支，并可减少11万吨的C02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。
[0004] 在向第四代（4G)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。
[0005]
【发明内容】
[0006] 本发明提供一种包络线跟踪电源，以减小线性放大器功率损耗，提高电源的整体 效率。
[0007] 本发明的技术方案如下： 一种串并联组合结构包络线跟踪电源，包括电平提供单元，电平切换单元，A类线性放 大器，斩波电路和控制电路，电平提供单元为电平切换单元提供多路独立电平，电平切换单 元的输出接A类线性放大器的输入，A类线性放大器的输出为负载供电；斩波电路的输出经 过一个电感同时为负载供电，控制电路的输入接A类线性放大器的电压调节器的输入，输 出分别接电平切换单元和斩波电路。
[0008] 本发明的进一步设计在于； 所述控制电路包括两个控制信号产生单元，输入参考信号分别连接A类线性放大器的 电压调节器和第一控制信号产生单元的输入，第一控制信号产生单元输出分别连接电平切 换单元的控制端和第二控制信号产生单元的输入，第二控制信号产生单元的输出连接斩波 电路。
[0009] 还包括电流采样器，其信号采集端接斩波电路的输出，输出端与控制电路连接。
[0010] 所述控制电路包括最小值检测单元和两个控制信号产生单元；输入参考信号分别 连接A类线性放大器的电压调节器的输入、第一控制信号产生单元和最小值检测电路的输 入，第一控制信号产生单元输出连接电平切换单元；最小值检测单元的输出连接第二控制 信号产生单元输入，电流采样器采集斩波电路的输出电流也输出至第二控制信号产生单元 的输入，第二控制信号产生单元的输出连接斩波电路。
[0011] 电平提供单元将一个输入电压转换成多路电平输出，电平切换单元包括并联的多 路，分别对应电平切换单元的一路；用于将多路电平调制成拟合参考信号形状并按固定放 大倍数输出给线性放大器供电。
[0012] 多路电平输出优选为3-6路，电平切换单元也对应设有并联的3-6路。
[0013] 电平切换单元每路由二极管和开关管串联而成，（其中最高电平的二极管和最低 电平的开关管可省略，以简化电路)。
[0014] 所述斩波电路采用以下4种设计之一： 1) 由两个开关管串联而成，其连接的中点为输出； 2) 由一个开关管和一个二极管串联而成，其连接的中点为输出； 3) 多个开关管并联后与一个开关管串联而成，串联的中点为输出； 4) 由多个开关管并联后与一个二极管串联，串联的中点为输出。
[0015] 所述控制电路采用数字控制器FPGA;电流采样器采用电流霍尔或者串联电阻采 样实现；电平提供单元，电平切换单元，A类线性放大器，均采用模拟电路实现。
[0016] 本发明中，采用电平切换单元与A类线性放大器串联输出，再与斩波电路并联给 负载供电的结构。此串联结构可以减小线性放大器输出电压的摆幅，减小线性放大器承受 电压应力，提高包络线跟踪电源输出电压的变化范围；采用的并联结构可以减小线性放大 器输出电流的摆幅，提高包络线跟踪电源输出电流的变化范围。同时，可采用两种电流控制 的策略以控制斩波电路提供负载功率的多少，进一步提尚系统效率。
[0017] 本发明的包络线跟踪电源同时有两种电流控制方式：第1种.由电流采样电路， 最小值检测电路和两个控制信号产生单元组成，最终控制实现斩波电路提供负载电流中最 低幅值直流电流；第2种.由两个控制信号产生单元组成，最终实现斩波电路提供负载电 流中部分三角波电流。
[0018] 本发明与现有技术相比，其主要特点如下： 线性放大器的输出电压叠加在电平切换单元的输出电压之上提供负载电压，斩波电路 的输出电流与线性放大器的输出电流叠加提供负载电流。相比传统方案，此结构可同时减 小线性放大器所承受电压和电流差，有利于大幅度提高整体效率。
[0019] 可采用两种电流控制策略，控制斩波电路输出电流的形式，可根据参考信号的特 点，有针对性地减小线性放大器功率损耗，提高电源的整体效率。
[0020] 第二种电流控制策略中，控制斩波电路的输出电流为三角形电流，电感工作在电 流断续模式，无需进行闭环控制，可巧妙地简化硬件电路。
[0021] 所有控制电路可采用数字控制器FPGA实现，可操作性高。
【附图说明】
[0022] 附图I a、lb是采用第一种电流控制策略的包络线跟踪电源串并联组合结构示意 图。
[0023] 附图2 a、2b是采用第二种电流控制策略的包络线跟踪电源串并联组合结构示意 图。
[0024] 附图3a、3b是电平提供单元的两种实现式。
[0025] 附图4是串并联组合结构关键点输出电压波形。
[0026] 附图5 a、5b、5c、5d是斩波电路的四种实现方式。
[0027] 附图6是采用第一种电流控制策略的关键点电流波形。
[0028] 附图7是采用第二种电流控制策略的关键点电流波形。
[0029] 上述附图中的主要符号名称：5%~5Fn为选通开关管，忍~4为阻断二极管，砂/A类 线性放大器的调整管，是斩波电路的开关管，^是斩波电路的续流开关管，々是斩波 电路的续流二极管，。足为负载电阻，是输出电压参考信号，^和A是最终输出的电压 和电流，是电平切换单元的输出电压，in是线性放大器的输出电流，％是斩波电路的输 出电压，是斩波电路的输出电流，4是滤波电感。
[0030]
【具体实施方式】
[0031] 以下需要结合附图对本发明作进一步说明：