电源及电源调压方法
【专利摘要】本发明公开了一种电源及电源调压方法，该电源包括：电流源装置、电压源装置和电压选择装置，其中，电流源装置，用于向电压源装置提供电流信号；电压源装置，连接至电流源装置，包括多个电压源，用于将来自电流源装置的电流信号转换成电压信号；电压选择装置，连接至电压源装置，用于在来自多个电压源的电压信号中选择一路作为输出电压信号。通过本发明，利用一个电流源装置分别给电压源装置中的多个电压源供电，以维持各个电压源输出电压（V1~VN）的稳定，电压选择装置根据实际调压的需求选择其中一路电压源的输出作为最终的输出电压（Vout），可大大简化多路输入电源的结构，进而减小电源体积，降低成本，提高效率。
【专利说明】电源及电源调压方法【技术领域】
[0001]本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种电源及电源调压方法。
【背景技术】
[0002]在电子装置中，为了最大限度地降低能耗，有多种场合要求电源具有快速调压功能，如中央处理器(Central Processing Unit,简称为CPU)供电电源、射频功率放大器的供电电源等，其中较为典型的是射频功率放大器的供电装置。
[0003]为了应对用户对带宽需求的不断提高，通讯系统的调制方式变得越来越复杂，其中带来的一个突出问题就是射频功率放大器的效率低下，这成为提高整个通讯系统效率的瓶颈。对于线性功率放大器， 为保证其线性度，供电电压需高于射频信号峰值电压，在传统直流供电方式下，电源输出电压按功放输出最大功率设计，这会导致在功放输出较低功率时，功放效率低下，电能浪费严重。因此，降低功放损耗成了通讯系统节能减排的关键。
[0004]相关技术中，为了提高功放在不同输出功率下的效率，通常采用对供电电源电压进行相应调整的方式，即在功放输出功率大的时候采用较高的供电电压，在功放输出功率小的时候采用较低的供电电压。由于现有的电源技术调压速度较慢，目前的功放调压供电技术仅适用于较长时间内的输出功率变化情况，如在白天通讯业务繁忙时，功放输出功率接近最大，采用较高电压供电，在深夜业务量较小时，功放输出功率较低，采用较低电压供电。受限于现有电源技术的调压速度，上述方案对功放的效率提高比较有限。
[0005]为了进一步提高功放的效率，需要进一步提高电源的调压速度。图1是根据相关技术的常规电源的结构示意图，如图1所示，该电源是典型的开关式电源，开关式电源由于其功率半导体器件仅工作在开通、关断状态，因此具有损耗低、效率高的优点。其工作原理是通过开关102和开关103互补导通，对输入电源101进行斩波，根据斩波脉冲信号的宽度，经后续电感104、电容105滤波后得到不同的输出电压，但受限于电感电容的低频滤波作用，此类电源调压速度较慢。想要提高该电源的调压速度，需要提高斩波频率，此时开关器件102和103的开关损耗随之增大；另外由于调压时需要对电容105充放电，较高的调压速度需要较大的充放电电流，导致导通损耗随之增大，电源转换效率也随之降低，因此图1所示的电源不适用于快速调压应用。
[0006]图2是根据相关技术的可快速调压电源的结构示意图，如图2所示，采用对多个独立输入电源201、202、203选通输出的方式进行快速调压，即开关204导通时，选通输入电源201到输出电压(即整个电源的输出电压是V1),开关205导通时选通输入电源202 (即整个电源的输出电压是V2),开关206导通时选通输入电源203(即整个电源的输出电压是V3),调压不需要对输出电容进行充放电，因此提高了调压的速度和效率，但是，由于需要多个独立的输入电源，且通常情况下每个独立输入电源201、202、203至少包含一组如图1所示的两个开关器件，一个电感，一个电容等，所以存在电源体积较大、成本较高、效率较低的问题。
【发明内容】
[0007]本发明提供了一种电源及电源调压方法，以至少解决相关技术中，调压电源调压速度慢，效率较低的问题。
[0008]根据本发明的一个方面，提供了一种电源，包括电流源装置、电压源装置和电压选择装置，其中，电流源装置，用于向电压源装置提供电流信号；电压源装置，连接至电流源装置，包括多个电压源，用于将来自电流源装置的电流信号转换成电压信号；电压选择装置，连接至电压源装置，用于在来自多个电压源的电压信号中选择一路作为输出电压信号。
[0009]优选地，上述电流源装置包括:第一输入电源、第一开关、第二开关和第一电感，其中，第一输入电源的负极接地，正极连接至第一开关的一端；第一开关的另一端连接至第二开关和第一电感，且第二开关接地；第一电感的另一端是电流源装置的输出端。
[0010]优选地，上述电流源装置还包括隔离电路，隔离电路包括以下之一:正激、反激、桥式电路、推挽电路，隔离电路中的隔离器件是变压器。
[0011]优选地，上述电流源装置还包括第三开关，其中，变压器的原边的一端连接至第一输入电源的正极，另一端连接至第三开关的一端，第三开关的另一端连接至第一输入电源的负极；变压器的副边的一端连接至第一开关，另一端连接至第二开关接地的一端。
[0012]优选地，上述电流源装置包括:第二输入电源、第二电感和第四开关，其中，第二输入电源的负极接地，正极连接至第二电感的一端；电感的另一端是电流源装置的输出端，并连接至第四开关的一端，第四开关的另一端接地。
[0013]优选地，上述电流源装置包括:第三输入电源、隔离电路和第五开关，其中，隔离电路包括以下之一:正激、反激、桥式电路、推挽电路，隔离电路中的隔离器件是变压器。
[0014]优选地，第三输入电源的负极接地，正极连接至变压器的原边的一端，原边的另一端连接至第五开关的一端，第五开关的另一端连接至第三输入电源的负极；变压器的副边一端是电流源装置的输出端，另一端接地。
[0015]优选地，上述电压源包括:第六开关和电容，其中，第六开关的一端连接至电流源装置，另一端是电压源的输出端，并连接至电容的一端，电容的另一端接地。
[0016]优选地，上述电压选择装置包括多个开关，分别连接至电压源装置中的多个电压源。
[0017]优选地，上述开关包括以下至少之一:三极管、金属氧化物半导体(Metal-Oxide-Semiconductor,简称为M0S)管、二极管、结晶型场效应晶体管(JunctionFieldEffect Transistor,简称为 JFET)。
[0018]根据本发明的另一方面，提供了一种电源调压方法，采用上述任一种的电源，该方法包括:电流源装置向电压源装置输入电流信号；电压源装置中的多个电压源分别将电流信号转换成电压信号；电压选择装置在多个电压信号中选择一路作为输出电压信号。
[0019]优选地，电压选择装置在多个电压信号中选择一路作为输出电压信号包括:电压选择装置通过导通不同的开关，得到不同的电压幅值，作为输出电压信号。
[0020]优选地，电压选择装置通过导通不同的开关，得到不同的电压幅值包括:将与电压选择装置中导通的开关连接的电压源中的开关导通，电压源中的电容与电流源装置组成稳压直流电源，维持电压源的输出在带负载下的稳压。
[0021]优选地，电流源装置向电压源装置输入电流信号包括:控制电流源装置中的输入电源对电感进行充电；当电压源中的开关导通时，电感的电流对电压源中的电容充电。[0022]优选地，当电压源以及与其连接的电压选择装置中的开关处于断开状态时，电压源的输出电压由电压源中的电容维持。
[0023]通过本发明，利用一个电流源装置分别给电压源装置中的多个电压源供电，以维持各个电压源输出电压(V1In)的稳定，电压选择装置根据实际调压的需求选择其中一路电压源的输出作为最终的输出电压(Vwt)，可大大简化多路输入电源的结构，进而减小电源体积，降低成本，提闻效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0025]图1是根据相关技术的常规电源的结构示意图；
[0026]图2是根据相关技术的可快速调压电源的结构示意图；
[0027]图3是根据本发明实施例的电源的结构示意图；
[0028]图4是根据本发明优选实施例一的电源的结构示意图；
[0029]图5是根据本发明优选实施例一的波形示意图；
[0030]图6是根据本发明优选实施例一的对应于图4的具有隔离功能的电源的结构示意图；
[0031]图7是根据本发明优选实施例二的电源的结构示意图；
[0032]图8是根据本发明优选实施例二的对应于图7的具有隔离功能的电源的结构示意图；
[0033]图9是根据本发明实施例的电源调压方法的流程图。
【具体实施方式】
[0034]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0035]本发明实施例提供了一种电源，图3是根据本发明实施例的电源的结构示意图，如图3所示，该电源包括电流源装置32、电压源装置34和电压选择装置36。下面对其结构进行详细描述。
[0036]电流源装置32，用于向电压源装置34提供电流信号；电压源装置34，连接至电流源装置32，包括多个电压源342，用于将来自电流源装置32的电流信号转换成电压信号；电压选择装置36，连接至电压源装置34，用于在来自多个电压源342的电压信号中选择一路作为输出电压信号。
[0037]相关技术中，调压电源调压速度慢，效率较低。本发明实施例中，利用一个电流源装置分别给电压源装置中的多个电压源供电，以维持各个电压源输出电压(V1In)的稳定，电压选择装置根据实际调压的需求选择其中一路电压源的输出作为最终的输出电压(U，可大大简化多路输入电源的结构，进而减小电源体积，降低成本，提高效率。
[0038]上述电流源装置32至少可以有如下两种实现方式:
[0039](I)电流源装置32包括第一输入电源、第一开关、第二开关和第一电感,其中，第一输入电源的负极接地，正极连接至第一开关的一端；第一开关的另一端连接至第二开关和第一电感，且第二开关接地；第一电感的另一端是该电流源装置32的输出端。
[0040]优选地，除了上述第一输入电源、第一开关、第二开关和第一电感之外，电流源装置32还可以包括隔离电路，用于实现隔离功能，S卩，输出电压与输入电源的参考地不同。上述隔离电路包括但不限于以下之一:正激、反激、桥式电路、推挽电路，隔离电路中的隔离器件是变压器。
[0041]下面以变压器为例进行说明，为了实现隔离功能，电流源装置32还包括变压器和第三开关，其中，变压器的原边的一端连接至第一输入电源的正极，另一端连接至第三开关的一端，第三开关的另一端连接至第一输入电源的负极；变压器的副边的一端连接至第一开关，另一端连接至第二开关接地的一端。
[0042](2)电流源装置32包括第二输入电源、第二电感和第四开关，其中，第二输入电源的负极接地，正极连接至第二电感的一端；电感的另一端是电流源装置32的输出端，并连接至第四开关的一端，第四开关的另一端接地。
[0043]在这种实现方式中，为了实现隔离功能，电流源装置32还包括第三输入电源、隔离电路和第五开关，其中，隔离电路包括但不限于以下之一:正激、反激、桥式电路、推挽电路，隔离电路中的隔离器件是变压器。
[0044]以变压器为例进行说明，各个部件的连接关系如下:第三输入电源的负极接地，正极连接至变压器的原边的一端，原边的另一端连接至第五开关的一端，第五开关的另一端连接至第三输入电源的负极；变压器的副边一端是电流源装置32的输出端，另一端接地。
[0045]上述电压源342包括:第六开关和电容，其中，第六开关的一端连接至电流源装置32，另一端是电压源的输出端，并连接至电容的一端，电容的另一端接地。该电压源342的结构简单，节约了电源的成本。
[0046]优选地，上述电压选择装置36包括多个开关，分别连接至电压源装置中的多个电压源。
[0047]优选地，上述开关包括但不限于以下至少之一:三极管、MOS管、二极管、JFET管。具体地，开关可能由三极管、MOS管、二极管或者以上三种器件的组合构成；为防止因三极管、MOS管等单向阻断开关器件引起电压源短路的问题，开关也可能由JFET等具双向阻断特性的开关器件构成。当然，除上述开关之外，其它的开关种类也适用于本发明。
[0048]上述电源具有快速调压功能，可以应用于射频功率放大器的供电装置。
[0049]为了使本发明的技术方案和实现方法更加清楚，下面将结合优选的实施例对上述电源的几种具体实现方式进行详细描述。
[0050]优选实施例一
[0051]图4是根据本发明优选实施例一的电源的结构示意图，如图4所示，本优选实施例中，电流源装置402是图3中电流源装置32的一种可能的具体实现电路，包括:输入电源4021、第一开关4022、第二开关4023和电感4024。其中，第一开关4022导通、第二开关4023关断时，输入电源4021对电感4024充电，电感电流增加；当第一开关4022关断、第二开关4023导通时，电感电流减小。
[0052]电压源404是图3中电压源装置34中的电压源342的一种可能的实现方式，包括第三开关4042和电容4044。第三开关4042导通时，电感电流对电容4044充电，维持电压源404输出电压V1的稳定。相应地，其它电压源通过电感电流维持各自的输出电压V2In的稳定。
[0053]电压选择电路406是图3中电压选择装置36的一种可能实现电路，第四开关4062导通时，选通输入电压V1为输出电压Vrat，相应地，某个开关导通，就会将其对应的电压源的输出电压(V1In)作为整个电源的输出电压Vtjut。
[0054]为进一步方便理解，如图5所示，是对应本优选实施例的一种可能示例波形，501是快速调压电源的输出电压，502是可能的负载电流(如，以电阻负载为例)，503是电流源装置402的输出电流。
[0055]图6是根据本发明优选实施例一的对应于图4的具有隔离功能的电源的结构示意图，隔离功能，即输出电压与输入电源的参考地可以不同。如图6所示，电流源装置402是图3中电流源装置32的一种带隔离功能的可能具体实现电路，其输入输出的隔离功能通过变压器4025实现。第五开关4026导通时，输入电源4021的电压通过变压器4025感应到副边,通过第一开关4022的导通给电感4024充电；第五开关4026关断时，电感电流通过第二开关4023续流。具体地，本优选实施例中的隔离功能也可能由其他拓展电路，如双管正激、反激、桥式电路、推挽电路等隔离电源领域常用拓扑实现。
[0056]优选实施例二
[0057]图7是根据本发明优选实施例二的电源的结构示意图，如图7所示，电流源装置702是图3中电流源装置32的另一种可能具体实现电路，第一开关7023导通时，输入电源7021对电感7022充电，电感电流增加；第一开关7023关断时，电感电流对后续电压源充电。其余部分与图4所示的结构一致，此处不再赘述。
[0058]图8是根据本发明优选实施例二的对应于图7的具有隔离功能的电源的结构示意图，如图8中，电流源装置702是图3中电流源装置32的另一种带隔离功能的可能具体实施电路，其输入输出隔离功能通过变压器7024实现。第二开关7025导通时，输入电源7021对变压器7024的原边激磁电感充电；第二开关7025关断时，原边激磁电感电流通过变压器7024反激到副边，形成电流源装置702的输出电流，对后续电压源充电。
[0059]本发明实施例还提供了一种电源调压方法，该电源调压方法可以基于上述任一种的电源实现。图9是根据本发明实施例的电源调压方法的流程图，如图9所示，包括如下的步骤S902至步骤S906。
[0060]步骤S902，电流源装置向电压源装置输入电流信号。
[0061]步骤S904，电压源装置中的多个电压源分别将电流信号转换成电压信号。
[0062]步骤S906，电压选择装置在多个电压信号中选择一路作为输出电压信号。
[0063]步骤S906包括:电压选择装置通过导通不同的开关，得到不同的电压幅值，作为输出电压信号。
[0064]优选地，电压选择装置通过导通不同的开关，得到不同的电压幅值包括:将与电压选择装置中导通的开关连接的电压源中的开关导通，电压源中的电容与电流源装置组成稳压直流电源(例如，可以组成Buck结构直流电源或者其它完整结构的稳压直流电源)，维持电压源的输出在带负载下的稳压。
[0065]优选地，电流源装置向电压源装置输入电流信号包括:控制电流源装置中的输入电源对电感进行充电；当电压源中的开关导通时，电感的电流对电压源中的电容充电。
[0066]对于当前处于断开状态的支路(包括电压源以及与其连接的电压选择装置中的开关)，由于不带负载，电压源的输出电压可由电压源中的电容维持。
[0067]上述实施例中，采用电压选择的方式实现调压，效率高，并且采用一路独立输入电源同时工作，结构简单，降低了体积和成本，没有其它路电源的空载工作，效率更高，调压响应速度更快。
[0068]综上所述，根据本发明的上述实施例，提供了 一种电源及电源调压方法。通过本发明，利用一个电流源装置分别给电压源装置中的多个电压源供电，以维持各个电压源输出电压(V1In)的稳定，电压选择装置根据实际调压的需求选择其中一路电压源的输出作为最终的输出电压(Vwt)，可大大简化多路输入电源的结构，进而减小电源体积，降低成本，提高效率。
[0069]显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
[0070]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种电源，其特征在于，包括电流源装置、电压源装置和电压选择装置，其中， 所述电流源装置，用于向所述电压源装置提供电流信号； 所述电压源装置，连接至所述电流源装置，包括多个电压源，用于将来自所述电流源装置的所述电流信号转换成电压信号； 所述电压选择装置，连接至所述电压源装置，用于在来自所述多个电压源的电压信号中选择一路作为输出电压信号。
2.根据权利要求1所述的电源，其特征在于，所述电流源装置包括:第一输入电源、第一开关、第二开关和第一电感，其中， 所述第一输入电源的负极接地，正极连接至所述第一开关的一端； 所述第一开关的另一端连接至所述第二开关和所述第一电感，且所述第二开关接地； 所述第一电感的另一端是所述电流源装置的输出端。
3.根据权利要求2所述的电源，其特征在于，所述电流源装置还包括隔离电路，所述隔离电路包括以下之一:正激、反激、桥式电路、推挽电路，所述隔离电路中的隔离器件是变压器。
4.根据权利要求3所述的电源，其特征在于，所述电流源装置还包括第三开关，其中， 所述变压器的原边的一端连接至所述第一输入电源的正极，另一端连接至所述第三开关的一端，所述第三开关的另一端连接至所述第一输入电源的负极； 所述变压器的副边的一`端连接至所述第一开关，另一端连接至所述第二开关接地的一端。
5.根据权利要求1所述的电源，其特征在于，所述电流源装置包括:第二输入电源、第二电感和第四开关，其中， 所述第二输入电源的负极接地，正极连接至所述第二电感的一端； 所述电感的另一端是所述电流源装置的输出端，并连接至所述第四开关的一端，所述第四开关的另一端接地。
6.根据权利要求5所述的电源，其特征在于，所述电流源装置还包括:第三输入电源、隔离电路和第五开关，其中，所述隔离电路包括以下之一:正激、反激、桥式电路、推挽电路，所述隔离电路中的隔离器件是变压器。
7.根据权利要求6所述的电源，其特征在于，所述第三输入电源的负极接地，正极连接至所述变压器的原边的一端，所述原边的另一端连接至所述第五开关的一端，所述第五开关的另一端连接至所述第三输入电源的负极；所述变压器的副边一端是所述电流源装置的输出端，另一端接地。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电源，其特征在于，所述电压源包括:第六开关和电容，其中，所述第六开关的一端连接至所述电流源装置，另一端是所述电压源的输出端，并连接至所述电容的一端，所述电容的另一端接地。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的电源，其特征在于，所述电压选择装置包括多个开关，分别连接至所述电压源装置中的多个电压源。
10.根据权利要求2至7中任一项所述的电源，其特征在于，开关包括以下至少之一:三极管、金属氧化物半导体MOS管、二极管、结晶型场效应晶体管JFET管。
11.一种电源调压方法，其特征在于，采用权利要求1至10中任一项所述的电源，所述方法包括: 电流源装置向电压源装置输入电流信号； 所述电压源装置中的多个电压源分别将所述电流信号转换成电压信号； 电压选择装置在多个电压信号中选择一路作为输出电压信号。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，电压选择装置在多个电压信号中选择一路作为输出电压信号包括: 所述电压选择装置通过导通不同的开关，得到不同的电压幅值，作为输出电压信号。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述电压选择装置通过导通不同的开关，得到不同的电压幅值包括: 将与所述电压选择装置中导通的开关连接的电压源中的开关导通，所述电压源中的电容与所述电流源装置组成稳压直流电源，维持所述电压源的输出在带负载下的稳压。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，电流源装置向电压源装置输入电流信号包括: 控制所述电流源装置中的输入电源对电感进行充电；` 当所述电压源中的开关导通时，所述电感的电流对所述电压源中的电容充电。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其特征在于，当所述电压源以及与其连接的电压选择装置中的开关处于断开状态时，所述电压源的输出电压由所述电压源中的电容维持。
【文档编号】H02M3/155GK103731031SQ201210393107
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2012年10月16日 优先权日:2012年10月16日
【发明者】王林国, 张滨 申请人:中兴通讯股份有限公司