带有到开关电源的反馈的调制电源级的制作方法

专利名称：带有到开关电源的反馈的调制电源级的制作方法
技术领域：
本发明涉及调制电源级，具体地说，涉及这样的级，其中，连接有反馈回路，以提供 输入来控制对低频开关电源的选择。可以从低频开关电源的输出或者从高频校正级的输出 来提供这种反馈。
背景技术：
本领域技术人员已知的是，包络线路追踪(ET:envel0pe tracking)以及包络 线路消除与恢复(EER :envelope elimination and restoration)可以较大地提高功率 放大器工作的效率，特别是具有较大峰值系数的例如正交频分复用(OFDM orthogonal frequency-division multiplexing)的信号。然而，同样已知的是，由于涉及较大的功率以 及带宽，这些技术的应用表现出相当大的困难。当应用于必须将分立元件的数目最小化并 且必须避免使用大尺寸磁性元件的便携式无线路终端时，这些困难变得尤其难以应对。显而易见的简单解决方案是使调制器成为快速响应的线路性调节器。然而，这只 是改变了功率放大器中浪费的功率以及线路性调节器中浪费的功率，并没有导致效率的净 ±曾长(net gain)。为了增大一些效率，已知一些现有技术实现采取提供有低压差(LD0:low drop-out)快速响应线路性稳压器的开关型。这消除了开关型操作中固有的误差。然而，由 于在线路性稳压器中必须有足够的范围以考虑到开关型误差的峰值，其比均方根(RMS)误 差大得多，所以会出现问题。这在LDO中导致较大的固有耗散(standing dissipation)。GB2398648中公开的技术提供了在此之上的重大改进。图1中示出了该实现。图 1示出了用作高效功率转换装置的典型的开关式电源的图。应注意，作为示例将其给出；本 发明不限于该类型的拓扑。粗DC-DC开关电源102在滤波器网络104滤波之后提供了对于输入线路118上所 提供的参考波形的所需波形的近似值。滤波器包括用于存储磁能的电感器106以及用于存 储电能的电容器108。使用变压器110，其可以给出真正的叠加，例如，信号可以相加和相 减，所以可以将来自校正放大器114的平均校正设为零，从而消除较大的固有耗散。变压器 的输出向负载112提供了输出。变压器110的输出被反馈，以向校正放大器114提供输入， 校正放大器114接收线路116上的参考信号作为进一步的输入(其可以与线路118上的参 考信号相同，或者来自与线路118上的参考信号相同的源)。变压器将开关电源电压与校正 放大器的输出进行组合，以提供校正后的输出电压。图1的结构的潜在问题是，变压器110必须具有较高的自感以防止校正电流通过 变压器多余的电感而分流。这表示通常必须使用较大的铁氧体磁芯。尽管这对于无线路基 础设施应用而言是可以接受的，但是对于便携式手机应用或任何可能会施加尺寸限制的应 用而言，这表现得尤其困难。图1的电源级能够进行非常高效的操作，但是电路仅可以在两个水平(level)之 间进行切换(switched)仅可以通过能量存储元件106以及108的滤波动作获得中间水平。对于低频输出(比切换频率低得多的频率)，该结构能够执行追踪，但是在高频下，该结 构会提供较差的追踪。开关相关的产品在高频下也会有实质上的突破。当所述功率转换电 路被用作调制器时，能量存储元件形成了平行的谐振回路(resonant tank)，其在某些频率 下将表现出针对负载的较高阻抗。在图2中可以看出其影响。能量存储元件针对快速改变的电流要求的反作用在功 率放大器处产生了波形204。与所需波形202比较时，它表现出严重的示踪。而且，较高的 输出阻抗会导致负载的不稳定。可以在美国专利No. 5，905，407,6, 054，914,6, 198，374,6, 300，826,6, 583，664、 6，661，210,6, 661，217,6, 710，646,6, 792，252、以及美国专利申请 No. 2002/0008574 中找 到现有技术的开关型调节器的示例。本发明的目的是提供一种改进的调制电源级。

发明内容
本发明的一方面提供了一种电压供应级，该电压供应级包括选择装置，其根据表 示期望电源电压的参考信号来选择多个电源电压中的一个电源电压；组合装置，其将所选 择的电源电压与校正信号相组合，以生成经调整的电源电压；以及调整装置，其适于根据所 述参考信号和所述经调整的电源电压来生成所述校正信号，其中，所述选择装置被设置为 进一步根据由所述组合装置的一个输入得到的信号来选择所述多个电源电压中的所述一 个电源电压。所述组合装置的输入是要组合的信号所选择的电源电压和校正信号。所选择的 电源电压是选择装置的输出，其优选地是开关电压供应。校正信号是调整装置的输出。所述由所述组合装置的一个输入得到的信号可以是所述选择装置的输出。所述由所述组合装置的一个输入得到的信号可以是所述调整装置的输出。所述反馈控制级可以向选择装置提供由组合装置的一个输入得到的信号。反馈控 制级可以适于接收参考信号作为第一输入，并接收组合装置的一个输入作为第二输入，并 且还适于根据组合装置的一个输入来调整参考信号，以便为选择装置提供经调整的参考信 号。在一个实施方式中，所述反馈控制级可以包括减法器，其从所述参考信号中减去 所述选择装置的输出；比例积分PI控制器，其接收相减所得信号并生成经修改的输出；以 及加法器，其将所述PI控制器的所述经修改的输出与所述参考信号相加，以形成作为所述 经调整的参考信号的所述反馈控制级的输出。在另选实施方式中，所述反馈控制级可以包括比例积分PI控制器，其接收所述 调整装置的输出，并生成经修改的输出；以及加法器，其将所述PI控制器的所述经修改的 输出与所述参考信号相加，以形成作为所述经调整的参考信号的所述反馈控制级的输出。所述组合装置优选地包括电感器，并且所述调整装置优选地包括电压-电流转换 器，其中，表示所述校正信号的电流在所述电感器的第二端子处被注入，以调整由所选择的 电源电压提供的在所述电感器中流动的电流，在连接至所述电感器的第二端子的负载中流 动的经过如此调整的电流由此在所述负载两端施加了所述经调整的电源电压。所述电压供应级优选地还包括参考调整级，其调整所述参考信号以提供经修改的参考信号。所述选择装置适于根据所述经修改的参考信号来进行选择。所述反馈控制装置 适于根据所述经修改的参考信号来提供所述由所述组合装置的一个输入得到的信号。所述参考调整级可以包括用于根据所述参考信号的幅度与所选择的电源电压的 幅度之间的差来调整所述参考信号的幅度的装置。用于调整所述参考信号的幅度的装置可 以包括相关器，其确定所述参考信号与所选择的电源电压之间的幅度误差；以及幅度调 整块，其根据所述误差来修改所述参考信号。所述参考调整级可以包括用于对所述组合装 置中的电流进行控制，以使所述组合装置中的电流最大化并由此使所述调整装置中的电流 最小化的装置。用于控制电流的装置包括相关器，其确定所述电感器中的电流，并且提供 控制信号以根据该电流来修改微分器的系数，所述微分器被设置为接收所述参考信号并且 生成其微分版本。所述微分器被设置为接收经幅度调整的参考信号作为输入，生成微分后 的经幅度调整的参考信号，所述参考调整级还包括加法器，其将所述经幅度调整的参考信 号与所述微分后的经幅度调整的参考信号相加，以形成所述经修改的参考信号。一种用于移动无线设备的追踪调制电源级，该追踪调制电源级包括所定义的电压 供应级。这样，本发明还提供了一种生成电源电压的方法，该方法包括以下步骤选择步 骤，根据表示期望电源电压的参考信号来选择多个电源电压中的一个电源电压；组合步骤， 将所选择的电源电压与校正信号相组合，以生成经调整的电源电压；生成步骤，根据所述参 考信号和所述经调整的电源电压来生成所述校正信号；以及提供步骤，向所述组合步骤提 供一个输入信号作为反馈信号，其中，所述选择步骤被进一步配置为根据所述反馈信号来 选择所述多个电源电压中的一个电源电压。所述提供步骤可以提供所述选择装置的输出作为所述反馈信号。所述提供步骤可以提供所述调整装置的输出作为所述反馈信号。该方法还可以包括以下步骤对所述反馈信号进行控制，以向所述选择装置提供 由所述组合装置的一个输入得到的信号。对所述反馈信号进行控制的步骤包括以下步骤接收所述参考信号作为第一输 入，并且接收所述组合步骤的一个输入作为第二输入；以及根据所述组合步骤的所述一个 输入来调整所述参考信号，以便为所述选择步骤提供经调整的参考信号。对所述反馈信号进行控制的步骤包括以下步骤从所述参考信号中减去所述选择 装置的输出；接收相减所得信号，并且生成经比例积分PI修改的输出，并且将经修改的信 号与所述参考信号相加，以形成所述经调整的参考信号。对所述反馈信号进行控制的步骤包括以下步骤接收所述调整装置的输出；生成 经比例积分PI修改的输出；以及将经修改的信号与所述参考信号相加，以形成所述经调整 的参考信号。所述组合装置可以包括电感器，并且，所述调整装置可以包括电压-电流转换器， 该方法还可以包括以下步骤在所述电感器的第二端子处注入表示所述校正信号的电流， 以调整由所选择的电源电压提供的在所述电感器中流动的电流、在连接至所述电感器的第 二端子的负载中流动的经过如此调整的电流，由此在所述负载两端施加所述经调整的电源 电压。该方法还可以包括以下步骤调整步骤，调整所述参考信号以提供经修改的参考信号。所述选择步骤还适于根据所述经修改的参考信号来进行选择。所述反馈控制步骤还适于根据所述经修改的参考信号来提供所述由所述组合步 骤的一个输入得到的信号。所述调整步骤还可以包括根据所述参考信号的幅度与所选择的电源电压的幅度 之间的差来调整所述参考信号的幅度。调整所述参考信号的幅度的步骤可以包括确定所述参考信号与所选择的电源电 压之间的幅度误差；以及根据所述误差来修改所述参考信号。所述调整步骤可以包括对所述组合装置中的电流进行控制，以使所述组合装置 中的电流最大化，由此使所述调整装置中的电流最小化。对电流进行控制的步骤可以包括确定所述电感器中的电流；提供控制信号以根 据该电流来修改微分器的系数，所述微分器被设置为接收所述参考信号并生成其微分版 本。该方法还可以包括以下步骤在所述微分器处接收经幅度调整的参考信号作为输 入；以及生成微分后的经幅度调整的参考信号，所述调整步骤还包括将所述经幅度调整的 参考信号与所述微分后的经幅度调整的参考信号相加，以形成所述经修改的参考信号。另一方面，本发明提供了一种组合器，该组合器将第一电压信号与第二电压信号 相组合，以提供组合后的电压信号，该组合器包括电感，其具有连接至第一电压信号的第 一端子；负载，其连接至第二电压端子；以及转换装置，其在输入端接收第二电压信号，并 且在输出端生成表示第二电压信号的电流，所述转换装置的输出端连接至所述电感器的第 二端子，其中，在所述负载中生成了表示组合后的第一电压和第二电压的电流，因此在所述 负载两端施加了组合后的电压信号。该组合器还可以包括连接在所述电感器的第二端子处的电容器，其中，所述电感 器和所述电容器以组合的方式形成了针对组合信号的L-C滤波器。所述转换装置可以是电压-电流转换器。所述负载可以是功率放大器，并且组合电压是所述功率放大器的电源电压。一种调制电压供应级可以包括所定义的组合器，该调制电压供应级还可以包括 选择装置，其根据参考信号来选择多个电源电压中的一个电源电压，所选择的电源电压是 第一电压信号，所述转换装置是用于根据所述参考信号和所述组合后的电压信号来生成包 括第二电压信号的校正信号的调整装置。这样，本发明还提供了一种用于组合第一电压信号和第二电压信号以提供组合后 的电压信号的方法，该方法包括以下步骤将第一电压信号连接至电感器的第一端子；将 负载连接至所述电感器的第二端子；将第二电压信号转换为表示第二电压信号的电流；在 所述电感器的第二端子处提供表示第二电压信号的电流，其中，在所述负载中生成了表示 组合后的第一电压和第二电压的电流，因此在所述负载两端施加了所述组合后的电压信 号。在所述电感器的第二端子处提供表示第二电压信号的电流的步骤可以包括将电 流注入到所述电感器的第二端子中。另一方面，本发明提供了一种电压供应级，该电压供应级包括选择装置，其根据表示期望电源电压的参考信号来选择多个电源电压中的一个电源电压；组合装置，其将所 选择的电源电压与校正信号相组合，以生成经调整的电源电压；校正装置，其适于根据所述 参考信号和所述经调整的电源电压来生成所述校正信号；调整装置，其根据所述参考信号 的幅度与所选择的电源电压的幅度之间的差来调整所述参考信号的幅度；以及微分装置， 其对所述组合装置中的电流进行控制，以使在所述组合装置中流动的电流最大化，并由此 使需要在所述校正装置中流动的电流最小化。所述调整装置可以包括相关器，其确定所述参考信号与所选择的电源电压之间 的幅度误差；以及幅度调整块，其根据所述误差来修改所述参考信号。用于对所述组合装置中的电流进行控制以使在所述组合装置中流动的电流最大 化并由此使在所述校正装置中流动的电流最小化的装置可以包括相关器，该相关器确定所 述电感器中的电流，并且据此来校正微分器的系数。所述幅度调整块可以接收所述参考信号，并生成经幅度调整的参考信号，所述微 分器接收所述经幅度调整的参考信号并且在其输出端生成所述经幅度调整的参考信号的 微分版本，并且，加法器将所述经幅度调整的参考信号与经修改的微分后的参考信号相加， 以提供由所述调制电源级使用的所述参考信号。另一方面，本发明还提供了一种用于生成调制电源电压的方法，该方法可以包括 以下步骤选择步骤，根据表示期望电源电压的参考信号来选择多个电源电压中的一个电 源电压；组合步骤，将所选择的电源电压与校正信号相组合，以生成经调整的电源电压；生 成步骤，根据所述参考信号和所述经调整的电源电压来生成所述校正信号；调整步骤，根据 所述参考信号的幅度与所选择的电源电压的幅度之间的差来调整所述参考信号的幅度；以 及控制步骤，通过微分来控制所述组合装置中的电流，以使在所述组合装置中流动的电流 最大化，并由此使需要在所述校正装置中流动的电流最小化。所述调整步骤可以包括确定所述参考信号与所选择的电源电压之间的幅度误 差；以及根据所述误差来修改所述参考信号。对所述组合装置中的电流进行控制，以使在所述组合装置中流动的电流最大化并 由此使在所述校正装置中流动的电流最小化的步骤可以包括确定所述电感器中的电流； 以及据此来修改微分器的系数。所述幅度调整块可以接收所述参考信号，并生成所述经幅度调整的参考信号，所 述微分器接收所述经幅度调整的参考信号，并在其输出端生成所述经幅度调整的参考信号 的微分版本，并且，加法器将所述经幅度调整的参考信号与经修改的微分后的参考信号相 加，以提供由所述调制电源级使用的所述参考信号。可以单独地实现或者以任何组合方式来实现所定义的或者在以下描述中所讨论 的本发明的所有方面与特性。


现在将参照附图举例描述本发明，其中图1例示了包括根据现有技术的低频开关电源以及高频误差校正的调制电源级；图2例示了与例如图1的现有技术结构有关的问题；图3例示了根据本发明第一示例性实施方式的调制电源级的改进；
图4例示了对于第一实施方式的优选实现的变型；图5例示了对于第一实施方式的优选实现的进一步变型；图6例示了本发明第二实施方式的示例性实现；图7例示了本发明实施方式的示例性实现。
具体实施例方式现在将参照本发明在各种实施方式中的应用，举例来描述本发明。本领域技术人 员将理解的是，本发明不限于其针对任何特定实施方式的特定实现细节的范围。根据本发明的主要原理是提供附加的反馈路径。该反馈路径向开关电源提供输 入。根据两个主要实施方式中的一个来提供反馈路径。在第一主要实施方式中，反馈 路径来自于开关电源的输出，即，粗路径的输出。在第二主要实施方式中，反馈路径来自于 校正路径的输出。从而，开关电源级向组合器级(用于组合开关电源与校正信号)提供了 来自输入的输入。该反馈减小了低频误差，并且能够减小组合器级的带宽。现在将参照图3来描述用于实现第一主要实施方式的第一结构。在以下图中使用 相同的标号，其中，任何元件都对应于在另一图中示出的元件。通常由标号300来表示图3的调制电源级，其包括开关电源级302、开关电源控 制器304、校正放大器310、组合器级308、反馈控制级306、电容器312以及负载314。图3的调制电源级300根据在输入线路316上提供的参考信号在输出线路318上 向负载314提供调制电源。负载314可以是功率放大器。开关电源控制器304从反馈控制级306接收输入信号。根据来自反馈控制级306 的信号，开关电源控制器304对开关电源级302进行控制以在线路320上提供开关电源输 出。线路320上的开关电源输出向组合器级308提供第一输入。反馈控制级306接收两个 输入第一输入是在线路322上提供的来自线路320上的开关电源级302的输出，第二输入 是通过输入线路316上的参考信号来提供的。反馈控制级306的作用是根据反馈信号来调 整所接收的参考信号，以向开关电源控制器304提供改动的输入。组合器级308的第二输入是通过校正放大器310的输出来提供的。校正放大器 310接收线路316上的参考信号作为第一输入，并且接收线路3M上的包括线路318上的组 合器级308的输出的反馈信号作为第二输入。可选的电容器312连接在输出线路318与地之间。在图3的示例性结构中，根据第一实施方式，用变压器来实现组合器级308。变压 器具有第一绕组340以及第二绕组342。第一绕组340的第一抽头连接至线路320上的开 关电源级302的输出。第一绕组340的第二抽头在线路318上提供输出信号。连接第二绕 组342的第一抽头以接收校正放大器310的输出。第二绕组342的第二抽头连接至地。这 样，变压器就将开关电源的输出与校正放大器的输出组合起来，以在其输出端产生校正后 的开关电源。反馈控制级306开始工作以利用线路322上的来自开关电源的输出的反馈向开关 电源控制器304的输入提供线路316上的参考信号的改进版本。反馈控制级306包括减法 器326、加法器330以及PI控制块328。减法器接收线路316上的参考信号作为一个输入，并且接收线路322上的反馈信号作为另一个输入。用线路316上的反馈信号减去线路322 上的反馈信号以向PI控制块3 提供输入。PI (比例积分)控制器的实现在本领域中是公 知的。PI控制块328的输出形成了加法器330的第一输入，加法器330的第二输入由线路 316上的参考信号来提供。加法器将PI控制块328的输出与参考信号316相加，以针对开 关电源控制器304产生改动的参考信号作为反馈控制级306的输出。加法器330向反馈控 制上加了处理大振幅信号所需的前馈元件。反馈控制级306通过利用减法装置3 感应电平差异来工作。减法器326的输出 电平被PI控制块328感应到，并被用于向开关电源控制器304提供对于输入电平的较慢调 整修理(trim)，使得两个电平尽可能地接近。在线路322上的开关电源级路径中提供的反馈移除了线路320上的开关电源输出 中的低频误差，使得组合器级308可以实现为较小的器件，否则就可能较大。开关电源控制器304根据本领域已知的技术来控制开关电源以选择合适的电源 电压。开关电源控制器根据其输入线路上的信号来控制开关电源102，在所例示的结构中由 反馈控制级306的输出来提供该信号。在改进的结构中，组合器级308由电感器实现，而不是由变压器实现。图4中示出 了该改进的实现。如图4所例示的，组合器级308设置有电感器402，其具有连接至开关电源级302 的输出线路320的第一端子。电感器402的第二端子在线路318上提供输出信号。通过以电感器来实现组合器级308，提供了另外的修改从而实现组合功能。由图4 的校正放大器410来代替图3的校正放大器310。校正放大器410在线路412上提供电流 输入，其在连接至输出线路318的电感器402的端子上注入电流。这样就提供了将校正信 号与开关电源信号进行组合以在线路318上获得改进调制的电源电压的功能。图4的示例性结构的电感器402有两个功能。首先，电感器402将开关电源信号 与校正(或调整)信号进行组合。其次，电感器402可以与电容器302组合以提供由图1 中的电感器106与电容器108所提供的L-C滤波器。与GB2398648的结构相比，将电感器402的磁化或自感用作电路功能的一部分，而 不是多余但必需的附加装置，就像图3的变压器结构中那样。在提供了如图1所示的L-C 结构的情况下，电感器106可以实现电感器402，并且电容器108可以实现电容器312。从 而利用现有的电路实现了组合器。这表明输出组合电路的带宽需求被极大地降低。图3的结构与图4的结构之间的另一个明显差异是，大部分输出电流通过电感器 402被开关电源级分流，而不是由校正放大器来提供。通常，参照图4，开关电源302在开关电源控制块304的控制下在一组电压之间进 行切换，以选择与线路316上的参考信号电压相对应的开关电源。校正放大器410提供作 为电流的调整或校正信号，将其添加到表示开关电源电压的线路318上的电感器402的输 出中流动的电流中。线路318上的调整电流形成了针对负载314的调整电源电压。提供了图4的附加元件作为优选元件，以增强图3的结构的运行。作为电感器的 组合器级308的实现(利用电流注入校正放大器)不依赖于线路322上提供的反馈。该结 构可以方便地实现，而不依赖于提供针对开关电源级的反馈。参照图5，例示了在示例性实施方式中的更进一步变型。参照图5，在此例示的调整电源级500还设置有参考调整级403。参考调整级适于接收线路316上的参考信号作为输入。参考调整级403还接收另 外的输入，该输入是线路416上的来自线路412上的校正放大器410的输出的反馈信号。参 考调整级403产生形成对于反馈控制级306的输入的输出。在图5的结构中，反馈控制级 306接收作为参考调整级403的输出而提供的参考信号的改进版本，而不是反馈控制级306 接收线路316上的参考信号作为直接的输入。参考调整级403包括幅度调整块404、微分器块406、加法器408、相关器411以及 两个积分器413和414。相关器411接收线路316上的参考信号作为第一输入，并且接收线路416上的校 正放大器410的输出作为第二输入。相关器产生两个输出。通过积分器413将第一输出提 供至幅度调整块404。通过积分器414将第二输出提供至微分器块406。除了相关器411 的已积分的第一输出之外，幅度调整块接收线路316上的参考信号作为输入。微分器块406 接收幅度调整块404的输出作为第一输入，并且接收相关器411的第二已积分的输出作为 第二输入。加法器408接收幅度调整块404的输出作为第一输入，并且接收微分器块406 的输出作为第二输入。加法器408的输出形成了参考调整级403的输出，从而提供了反馈 控制级306的输入。相关器411对线路316上的参考信号电流与线路416上的校正放大器410所提供 的电流进行相关。当两个输入信号相关时，相关器411提供正的输出，而当两个输入信号反 相关时，相关器411提供负的输出。两个输出都是取决于出现在相关器的输入的不同成形 的滤波器响应而从相关器411产生的。从而，通过未示出的装置来控制相关器，以将其输入 信号施加给两组滤波器中的一个。当选择相关器输入的滤波器响应使之具有带通响应时，微分器406由相关器来控 制。当选择相关器输入的滤波器响应使之具有低通响应时，幅度调整块404由相关器来控 制。从而，相关器产生了两个输出，这些输出形成了积分器413和414的输入。积分器414对相关器输出进行积分，从而使其以受控的方式来控制微分器406的 微分系数。参考调整级403提供了双重的功能。第一个功能由微分器406来提供，第二个功 能由幅度调整块404来提供。通常，微分器406可以使流经电感器402的电流最大化。这会使需要通过校正放 大器410传送的电流最小化，下面将对此进行更详细的讨论。通常，幅度调整块404可以将校正放大器410提供幅度校正的需求最小化，使得校 正放大器可以较不努力地工作，下面进行更详细地讨论。电感器402的第一端子处的电压是开关电源302的输出，其大约为aXl+b -dx/dt, 其中aXl是所需的调节器的信号输出，dx/dt表示时间导数校正信号，b是时间导数校正信 号的幅度。电感器402的第二端子处的电压是通过校正放大器的动作而校正过的第一端子 处的电压，使得第二端子的电压尽可能地接近可以由ax2表示的电压信号，其中皿2是所需 的调制器输出。微分器406可以控制传送至负载的电压信号的幅度分量b。相关器411向微分器406提供与电感器402中流动的电流有关的信息。基于该电流信息，调整微分器的系数以确 保电压水平b是正确的水平。于是块406中的微分发生了改变。因而，微分器改进了信号， 使信号更接近所需的电压。如果没有微分器406，则由于开关电源反馈路径，存在通过电感器402的dc电流 (但是没有ac电流)。提供微分器406以确保大多数电流(不仅是dc电流)流过电感器 402。电流相关器411将校正放大器410提供的AC电流与线路316上的参考信号的AC 分量相乘。如果参考信号的时间导数太低，则校正放大器进行电流相关。如果导数项太高， 则两个信号之间是反相关。这可以用于调整所测量的负载电流与导数项之间的联系。二次 项将不需调整。例如微分器406的微分器的实现以及微分器系数的采用对于本领域技术人员来 说是公知的。可以由以下描述进一步理解微分器406的操作以获得性能改进。开关电源302用作主追踪元件，而校正放大器410施加精细调整或校正。开关电源 302基于反馈路径322针对改进的追踪运行闭环。开关电源的输出端仍然会存在一些残留 误差。校正放大器提供了另一个闭环，其消除了存在于开关电源的输出端的残留误差。校 正放大器可以消除高频误差，但是低频校正被电感器402的自感的分流效应削弱了。然而， 开关电源环在低频下具有更高的环路增益，所以在较低频率下可以减少校正。参考调整级403解决了当两个反馈回路使电感器402的两侧相等时所出现的问 题。这会使电感器402两端的电压为零。结果，需要校正放大器410来获得(source)电感 器402中的电流的整个AC部分。为了使AC电流流过电感器402，电感器402两端的电压 必须等于电感乘以流过电感器402的电流的时间导数。流过电感器402的电流是流过负载 314的电流，并且根据定义，包络线追踪调制器的输出电压必须跟随(follow)该电流。因 此，如果开关电源302的输入跟随时间导数项以及调制信号，则开关电源302可以提供除DC 电流以外的大部分AC电流，从而减少了需要通过校正放大器410传送的功率。连接在输出端的电容器312导致电感器402两端的电压分量等于所施加的调制电 压的二阶导数。这表示，理想情况下，施加至开关电源302的信号应具有一阶导数项与二阶 导数项。二阶导数项通过所使用的电感值与电容值而固定，但是一阶导数项还是负载314 所吸引的电流的函数。因此，需要进行负载电流的一些测量，并且，导数项与该负载电流是 有联系的。如上所述，通过相关器411来确定负载电流与该导数项之间的联系。幅度调整块404可以确保电感器402两端的dc信号的幅度是零，即，电感器两个 端子处的幅度是零。因而，幅度调整块404可以尝试使 等于 。如果使 等于 ，则仅 通过b · dx/dt分量来提供在电感器的第二端子处形成的电压信号(用于传送至负载)。如果达到了这种目的，则校正放大器不需提供幅度校正，从而减少了校正放大器 的工作量。提供参考调整级403以达到这些性能目标。电感器的端子处的潜在的幅度不平衡是开关电源302的输出与存在于线路316上 的校正放大器410的输入的参考信号之间的潜在幅度不平衡的结果。这种幅度不平衡导致
15较大的电流在电感器402中流动，尤其是在低频时。幅度调整块404通过使反馈控制级306 的输入在低频时等于线路302上的开关输出而解决了该问题，结果在电感器的端子上形成 的电压必然是匹配的。幅度调整块404根据校正信号来调整线路316上的参考信号的幅度，其中校正信 号表示幅度误差。通过积分器413从相关器411提供相关信号。通过幅度调整块404来提 供如此经过幅度调整的参考信号，作为加法器408的输入以及微分器406的输入。有利的是，参考调整级403所提供的控制功能跟组合器级308是否以电感器来实 现是无关的。可以对参考调整级403的双重功能进行如下总结。幅度调整块404使用一个相关器输出，以控制提供至微分器并且作为该级的输出 而提供的信号的幅度。微分器使用另一个相关器输出，以提供对于流过电感的电流的控制，从而避免校 正放大器必须为电感器提供电流。现在将参照图6来描述本发明第二主要实施方式的实现的示例性结构。参照图6，其改动了图5的结构，使得从校正放大器的输出来提供到反馈控制级 306的反馈，而不是从开关电源级的输出来提供。从而，反馈控制级306在线路602上接收 来自于线路412上的校正放大器的输出的反馈信号。在该结构中，由于不需要减法器326，所以改动了反馈控制级。从而，线路602上的 反馈信号形成了 PI控制块328的输入，其形成了加法器330的输入。如前所述，由参考调 整级403的输出来提供加法器330的另一个输入。图6的结构例示了优选的示例性结构，其中提供了参考调整级403，并且，以电感 器来实现组合器级308。然而，针对反馈控制级306从校正放大器的输出提供反馈信号的原 理不限于实现参考调整级403的结构，或者以电感器来实现组合器级308的结构。可以省 略参考调整级403，并且，可以由例如变压器的其它装置来实现组合器级308。应注意的是，在各种实施方式中公开了特征的组合，并且，本发明不限于对这种特 征的组合的应用或实现。从而，在此描述的从组合级的输入提供反馈信号的主要原理不限 于组合器级的具体实现。同样地，从组合器级的输入到开关电源级的反馈信号的实现不限 于在此例示的参考调整级的实现。独立于组合器级的实现，通过在调制电源级中实现在此描述的参考调整级可以获 得相似的优势。尽管与在此描述的其它特性结合时，参考调整级具有特定的优势(例如，当 由电感器来实现组合器级时)，但是其实用性不限于这种特定的应用。还应注意的是，以电感器实现组合器级不限于在此示出的任何其它方面的细节。 尽管当结合这种特性使用时可以获得优势，以电感器实现组合器级不限于从组合器的输入 到开关电源级提供反馈的结构。同样地，尽管通过以电感器实现组合器级并结合参考调整 级可以再次获得优势，但是组合器级与电感器的实现不限于任何提供参考调整级的结构。最后应注意的是，从组合器的输入到开关电源级的反馈的特定实现与组合器级的 特定实现无关，并且与是否提供参考调整级无关。参照图7，根据在此描述的示例性实施方式的原理例示了多相位、多级电源结构。 图7的结构利用了在上面图3中描述的反馈结构，其中，从开关电源级的输出提供到开关电源级的反馈。此外，图7的结构利用了在上文中描述的图4的结构的特征，其中，以电感器 实现组合器级308。在所例示的图7的多相位结构中，假设是双相位结构。从而，提供了两组开关电源 级。各个开关电源级对应于前面图中的开关电源级302，因此在图7中例示了第一开关电源 级30 以及第二开关电源级302b，它们都对应于前面图中的开关电源级302。开关电源控 制器304为两个开关电源级30 与302b提供公共的开关电源控制信号。与图3的结构一 样，开关电源控制器304从反馈控制级306接收输入信号。反馈控制级306在线路316上 接收作为输入的参考信号，并且还接收来自开关电源级的输出端的反馈信号。在多相位结 构的示例中，反馈控制级306仅需要来自一个开关电源级的单个反馈信号。从而，在图7的 结构中，例示了从开关电源级30 的输出向反馈控制级306提供反馈信号。开关电源级30 与302b都向各自的组合器级308a与308b提供输出。在示例性 结构中，组合器级308a与308b都可以根据之前在此描述的任何组合器级来实现。在图7 的优选结构中，以电感器实现组合器级308a与308b，分别标识为元件40 与402b。电感 器40 与402b的第一端子都接收来自各自的开关电源级30 与302b的输出信号。电感 器40 与40 的第二端子一起连接至输出线路318。校正放大器410在线路316上接收参考信号，并且在线路412上产生电流，该电 流在电感器40 与402b的输出端被注入。从而，将校正放大器410的输出端以及电感器 402a与402b的输出端一起连接至输出线路，以将输出信号传送至负载。从先前的描述可以理解的是，组合器级308a与30 都可以由变压器来实现。各 个变压器的输出端可以连接在一起以在线路318上提供组合的多相位信号。从先前的描述可以理解的是，可以修改图7的结构，以从校正放大器410的输出端 向反馈控制级提供反馈信号。从先前的描述可以想到的是，可以进一步修改图7的结构，以包括例如在图5与图 6中例示的参考调整级403的参考调整级。开关电源30 与302b都可以具有一组电压(例如，V1至Vx)，其中χ可以是从2 以上的任何适用的数字。从开关电源控制器304驱动开关电源30 与302b，其中，开关电 源控制器304选择最接近的电压。在这些实施方式中，开关电源控制器304可以是PWM、迟滞型转换器或Delta sigma转换器。在优选结构中，以开关时钟的相反相位来定时开关电源30 与302b。根据先前的描述，展示了用于实现本发明的多个实施方式。各个实施方式的各种 元件可以分离地使用，或者可以与其它所描述的元件结合使用。本发明不限于其针对任何 在此描述的实施方式的细节的范围。本发明的范围由所附权利要求来限定。
权利要求
1.一种电压供应级，该电压供应级包括选择装置，其根据表示期望电源电压的参考 信号来选择多个电源电压中的一个电源电压；组合装置，其将所选择的电源电压与校正信 号相组合，以生成经调整的电源电压；以及调整装置，其适于根据所述参考信号和所述经调 整的电源电压来生成所述校正信号，其中，所述选择装置被设置为进一步根据由所述组合 装置的一个输入得到的信号来选择所述多个电源电压中的所述一个电源电压。
2.根据权利要求1所述的电压供应级，其中，由所述组合装置的一个输入得到的所述 信号是所述选择装置的输出。
3.根据权利要求1所述的电压供应级，其中，由所述组合装置的一个输入得到的所述 信号是所述调整装置的输出。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电压供应级，该电压供应级还包括反馈控制 级，其向所述选择装置提供由所述组合装置的一个输入得到的所述信号。
5.根据权利要求4所述的电压供应级，其中，所述反馈控制级适于接收所述参考信号 作为第一输入，并接收所述组合装置的一个输入作为第二输入，并且所述反馈控制级还适 于根据所述组合装置的所述一个输入来调整所述参考信号，以便为所述选择装置提供经调 整的参考信号。
6.根据权利要求5所述的电压供应级，当从属于权利要求4和权利要求2时，其中，所 述反馈控制级包括减法器，其从所述参考信号中减去所述选择装置的输出；比例积分PI 控制器，其接收相减所得信号并生成经修改的输出；以及加法器，其将所述PI控制器的所 述经修改的输出与所述参考信号相加，以形成作为所述经调整的参考信号的所述反馈控制 级的输出。
7.根据权利要求5所述的电压供应级，当从属于权利要求4和权利要求3时，其中，所 述反馈控制级包括比例积分PI控制器，其接收所述调整装置的输出，并生成经修改的输 出；以及加法器，其将所述PI控制器的所述经修改的输出与所述参考信号相加，以形成作 为所述经调整的参考信号的所述反馈控制级的输出。
8.根据任一前述权利要求所述的电压供应级，其中，所述组合装置包括电感器，并且所 述调整装置包括电压-电流转换器，其中，表示所述校正信号的电流在所述电感器的第二 端子处被注入，以调整由所选择的电源电压提供的在所述电感器中流动的电流，经过如此 调整的电流在连接至所述电感器的第二端子的负载中流动，由此在所述负载两端施加了所 述经调整的电源电压。
9.根据任一前述权利要求所述的电压供应级，该电压供应级还包括参考调整级，其 调整所述参考信号以提供经修改的参考信号。
10.根据权利要求9所述的电压供应级，当从属于权利要求1至3中任一项或权利要求 8时，其中，所述选择装置适于根据所述经修改的参考信号来进行选择。
11.根据权利要求9所述的电压供应级，当从属于权利要求4至8中任一项时，其中，所 述反馈控制装置适于根据所述经修改的参考信号来提供由所述组合装置的一个输入得到 的所述信号。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的电压供应级，其中，所述参考调整级包括用于 根据所述参考信号的幅度与所选择的电源电压的幅度之间的差来调整所述参考信号的幅 度的装置。
13.根据权利要求12所述的电压供应级，其中，用于调整所述参考信号的幅度的装置 包括相关器，其确定所述参考信号与所选择的电源电压之间的幅度误差；以及幅度调整 块，其根据所述误差来修改所述参考信号。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的电压供应级，其中，所述参考调整级包括用于 对所述组合装置中的电流进行控制，以使所述组合装置中的电流最大化并由此使所述调整 装置中的电流最小化的装置。
15.根据权利要求14所述的电压供应级，其中，用于控制电流的装置包括相关器，其 确定所述电感器中的电流，并且提供控制信号以根据该电流来修改微分器的系数，所述微 分器被设置为接收所述参考信号并且生成所述参考信号的微分版本。
16.根据权利要求15所述的电压供应级，当从属于权利要求14和12以及13时，其中， 所述微分器被设置为接收经幅度调整的参考信号作为输入，生成微分后的经幅度调整的参 考信号，所述参考调整级还包括加法器，其将所述经幅度调整的参考信号与所述微分后的 经幅度调整的参考信号相加，以形成所述经修改的参考信号。
17. 一种用于移动无线设备的追踪调制电源级，该追踪调制电源级包括根据权利要求 1至16中任一项所述的电压供应级。
18. —种生成电源电压的方法，该方法包括以下步骤选择步骤，根据表示期望电源电 压的参考信号来选择多个电源电压中的一个电源电压；组合步骤，将所选择的电源电压与 校正信号相组合，以生成经调整的电源电压；生成步骤，根据所述参考信号和所述经调整的 电源电压来生成所述校正信号；以及提供步骤，向所述组合步骤提供一个输入信号作为反 馈信号，其中，所述选择步骤被进一步配置为根据所述反馈信号来选择所述多个电源电压 中的一个电源电压。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述提供步骤提供所述选择装置的输出作为 所述反馈信号。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述提供步骤提供所述调整装置的输出作为 所述反馈信号。
21.根据权利要求18至20中任一项所述的方法，该方法还包括以下步骤对所述反馈 信号进行控制，以向所述选择装置提供由所述组合装置的一个输入得到的信号。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，对所述反馈信号进行控制的步骤包括以下步 骤接收所述参考信号作为第一输入，并且接收所述组合步骤的一个输入作为第二输入； 以及根据所述组合步骤的所述一个输入来调整所述参考信号，以便为所述选择步骤提供经 调整的参考信号。
23.根据权利要求22所述的方法，当从属于权利要求21和19时，其中，对所述反馈 信号进行控制的步骤包括以下步骤从所述参考信号中减去所述选择装置的输出；接收相 减所得信号，并且生成经比例积分PI修改的输出，并且将经修改的输出与所述参考信号相 加，以形成所述经调整的参考信号。
24.根据权利要求22所述的方法，当从属于权利要求21和20时，其中，对所述反馈信 号进行控制的步骤包括以下步骤接收所述调整装置的输出，并生成经比例积分PI修改的 输出；以及将经修改的输出与所述参考信号相加，以形成所述经调整的参考信号。
25.根据权利要求18至M中任一项所述的方法，其中，所述组合装置包括电感器，并且，所述调整装置包括电压-电流转换器，该方法还包括以下步骤在所述电感器的第二端 子处注入表示所述校正信号的电流，以调整由所选择的电源电压提供的在所述电感器中流 动的电流，经过如此调整的电流在连接至所述电感器的第二端子的负载中流动，由此在所 述负载两端施加所述经调整的电源电压。
26.根据权利要求18至25中任一项所述的方法，该方法还包括以下步骤调整步骤， 调整所述参考信号以提供经修改的参考信号。
27.根据权利要求沈所述的方法，当从属于权利要求18至20中任一项或权利要求25 时，其中，所述选择步骤适于根据所述经修改的参考信号来进行选择。
28.根据权利要求沈所述的方法，当从属于权利要求21至25中任一项时，其中，反馈 控制步骤适于根据所述经修改的参考信号来提供由所述组合步骤的一个输入得到的所述 信号。
29.根据权利要求沈至观中任一项所述的方法，其中，所述调整步骤包括根据所述 参考信号的幅度与所选择的电源电压的幅度之间的差来调整所述参考信号的幅度。
30.根据权利要求四所述的方法，其中，调整所述参考信号的幅度的步骤包括确定 所述参考信号与所选择的电源电压之间的幅度误差；以及根据所述误差来修改所述参考信号。
31.根据权利要求沈至30中任一项所述的方法，其中，所述调整步骤包括对所述组 合装置中的电流进行控制，以使所述组合装置中的电流最大化，并由此使所述调整装置中 的电流最小化。
32.根据权利要求31所述的方法，其中，对电流进行控制的步骤包括确定所述电感器 中的电流，并且提供控制信号以根据该电流来修改微分器的系数，所述微分器被设置为接 收所述参考信号并生成所述参考信号的微分版本。
33.根据权利要求32所述的方法，当从属于权利要求31和四以及30时，该方法还包 括以下步骤在所述微分器处接收经幅度调整的参考信号作为输入；以及生成微分后的经 幅度调整的参考信号，所述调整步骤还包括将所述经幅度调整的参考信号与所述微分后的 经幅度调整的参考信号相加，以形成所述经修改的参考信号。
34.一种组合器，该组合器将第一电压信号与第二电压信号相组合以提供组合后的电 压信号，该组合器包括电感器，其具有连接至第一电压信号的第一端子；负载，其连接至 第二电压端子；以及转换装置，其在输入端接收第二电压信号，并且在输出端生成表示第二 电压信号的电流，所述转换装置的输出端连接至所述电感器的第二端子，其中，在所述负载 中生成了表示组合后的第一电压和第二电压的电流，由此在所述负载两端施加了组合后的 电压信号。
35.根据权利要求34所述的组合器，该组合器还包括连接在所述电感器的第二端子 处的电容器，其中，所述电感器和所述电容器以组合的方式形成了针对组合后的信号的L-C 滤波器。
36.根据权利要求34或35所述的组合器，其中，所述转换装置是电压-电流转换器。
37.根据权利要求34至36中任一项所述的组合器，其中，所述负载是功率放大器，并且 所述组合电压是所述功率放大器的电源电压。
38.一种包括根据权利要求34至37中任一项所述的组合器的调制电压供应级，该调制电压供应级还包括选择装置，其根据参考信号来选择多个电源电压中的一个电源电压，所 选择的电源电压是第一电压信号，所述转换装置是用于根据所述参考信号和所述组合后的 电压信号来生成包括第二电压信号的校正信号的调整装置。
39.一种用于组合第一电压信号和第二电压信号以提供组合后的电压信号的方法，该 方法包括以下步骤将第一电压信号连接至电感器的第一端子；将负载连接至所述电感器 的第二端子；将第二电压信号转换为表示第二电压信号的电流；在所述电感器的第二端子 处提供表示第二电压信号的电流，其中，在所述负载中生成了表示组合后的第一电压和第 二电压的电流，由此在所述负载两端施加了所述组合后的电压信号。
40.根据权利要求39所述的方法，其中，在所述电感器的第二端子处提供表示第二电 压信号的电流的步骤包括将电流注入到所述电感器的第二端子中。
41.一种电压供应级，该电压供应级包括选择装置，其根据表示期望电源电压的参考 信号来选择多个电源电压中的一个电源电压；组合装置，其将所选择的电源电压与校正信 号相组合，以生成经调整的电源电压；校正装置，其适于根据所述参考信号和所述经调整的 电源电压来生成所述校正信号；调整装置，其根据所述参考信号的幅度与所选择的电源电 压的幅度之间的差来调整所述参考信号的幅度；以及微分装置，其对所述组合装置中的电 流进行控制，以使在所述组合装置中流动的电流最大化，并由此使需要在所述校正装置中 流动的电流最小化。
42.根据权利要求41所述的调制电源级，其中，所述调整装置包括相关器，其确定所 述参考信号与所选择的电源电压之间的幅度误差；以及幅度调整块，其根据所述误差来修 改所述参考信号。
43.根据权利要求41或42所述的调制电源级，其中，用于对所述组合装置中的电流进 行控制以使在所述组合装置中流动的电流最大化并由此使在所述校正装置中流动的电流 最小化的装置包括相关器，该相关器确定所述电感器中的电流，并且根据该电流来修改微 分器的系数。
44.根据权利要求43所述的调制电源级，当从属于权利要求42时，其中，所述幅度调整 块接收所述参考信号，并生成经幅度调整的参考信号，所述微分器接收所述经幅度调整的 参考信号并且在其输出端生成所述经幅度调整的参考信号的微分版本，并且，加法器将所 述经幅度调整的参考信号与经修改的微分后的参考信号相加，以提供由所述调制电源级使 用的所述参考信号。
45.一种用于生成调制电源电压的方法，该方法包括以下步骤选择步骤，根据表示期 望电源电压的参考信号来选择多个电源电压中的一个电源电压；组合步骤，将所选择的电 源电压与校正信号相组合，以生成经调整的电源电压；生成步骤，根据所述参考信号和所述 经调整的电源电压来生成所述校正信号；调整步骤，根据所述参考信号的幅度与所选择的 电源电压的幅度之间的差来调整所述参考信号的幅度；以及控制步骤，通过微分来控制所 述组合装置中的电流，以使在所述组合装置中流动的电流最大化，并由此使需要在所述校 正装置中流动的电流最小化。
46.根据权利要求45所述的方法，其中，所述调整步骤包括确定所述参考信号与所选 择的电源电压之间的幅度误差；以及根据所述误差来修改所述参考信号。
47.根据权利要求45或46所述的方法，其中，对所述组合装置中的电流进行控制以使在所述组合装置中流动的电流最大化并由此使在所述校正装置中流动的电流最小化的步 骤包括确定所述电感器中的电流，并且根据该电流来修改微分器的系数。
48.根据权利要求47所述的方法，当从属于权利要求46时，其中，所述幅度调整块接收 所述参考信号，并生成所述经幅度调整的参考信号，所述微分器接收所述经幅度调整的参 考信号并且在其输出端生成所述经幅度调整的参考信号的微分版本，并且，加法器将所述 经幅度调整的参考信号与经修改的微分后的参考信号相加，以提供由所述调制电源级使用 的所述参考信号。
全文摘要
本发明公开了电源级，该电源级包括选择装置，其根据表示期望电源电压的参考信号来选择多个电源电压中的一个电源电压；组合装置，其将所选择的电源电压与校正信号相组合，以生成经调整的电源电压；以及调整装置，其适于根据所述参考信号和所述经调整的电源电压来生成所述校正信号，其中，所述选择装置被设置为进一步根据由所述组合装置的一个输入得到的信号来选择所述多个电源电压中的一个电源电压。
文档编号H03F1/02GK102089967SQ200980126424
公开日2011年6月8日 申请日期2009年5月8日 优先权日2008年5月9日
发明者马丁·威尔逊 申请人:努吉拉有限公司