快速參考跟蹤電源的研究.pdf

1、頻譜效率和功率轉(zhuǎn)換效率是現(xiàn)代通信系統(tǒng)中頗受關(guān)注的兩個重要問題。CDMA、OFDM、WiMAX等復(fù)合調(diào)制技術(shù)被大量應(yīng)用來提高頻譜效率,而復(fù)合調(diào)制的信號具有高帶寬的時變包絡(luò)和高峰值平均比,這要求射頻功率放大器具有較高線性度。經(jīng)典放大理論下,功率放大器的線性度與功率效率是一對矛盾體。為兼顧線性度和效率,基于線性功率放大器的包絡(luò)跟蹤技術(shù)和基于開關(guān)型功率放大器的包絡(luò)恢復(fù)與消除技術(shù)被提出,然而二者都需要一種能夠快速跟蹤給定參考信號的高效率電源變換器

2、,被稱作快速參考跟蹤電源(FRTPS)。FRTPS可應(yīng)用于通信基站、手持終端等各類功率放大場合,能夠產(chǎn)生顯著的節(jié)能和環(huán)保效益,對促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重大而深遠(yuǎn)的意義。鑒于FRTPS高效率、高帶寬、高動態(tài)響應(yīng)和低噪聲水平的性能要求,世界各國的研究機(jī)構(gòu)對其實現(xiàn)拓?fù)洹⒖刂品椒ê透哳l驅(qū)動等問題進(jìn)行了廣泛研究,但目前僅有與劍橋大學(xué)合作的Nujira公司擁有產(chǎn)品樣機(jī)。
　　本文的目標(biāo)是研究RFTPS的關(guān)鍵技術(shù)問題。在分析現(xiàn)有各類拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)缺點

3、的基礎(chǔ)上,對適用于中等功率通信基站的開關(guān)線性串聯(lián)的混合型拓?fù)浞桨?、快速參考跟蹤控制方法以及混合型拓?fù)涞男蕛?yōu)化方案進(jìn)行深入研究,并就FRTPS與通信系統(tǒng)的接口問題進(jìn)行分析研究。
　　本文首先針對開關(guān)線性串聯(lián)型混合拓?fù)涞娜齻€構(gòu)成部分(多電平開關(guān)變換、高效電源組和線性調(diào)節(jié)環(huán)節(jié))進(jìn)行了分析。通過對比單元串聯(lián)結(jié)構(gòu)和多路并聯(lián)結(jié)構(gòu),采用功率MOSFET共源極的非隔離并聯(lián)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)多電平開關(guān)變換。提出采用單一母線帶多路非隔離獨立源的結(jié)構(gòu)作為高效電

4、源組的構(gòu)成方式,并給出選擇高效電源組中各獨立源的約束條件。當(dāng)選擇buck變換器作為獨立源時,為避免母線電壓波動的影響,提出了抑制輸入擾動的新型控制方法。分析了高速線性調(diào)節(jié)的實現(xiàn)結(jié)構(gòu),采用恒定直流電源供電跟蹤正弦信號時,可實現(xiàn)瞬時50W的輸出功率和大于1MHz的跟蹤頻率,為開關(guān)線性串聯(lián)型FRTPS在同等功率條件下實現(xiàn)高帶寬跟蹤性能打下基礎(chǔ)。
　　為實現(xiàn)高帶寬的快速參考跟蹤性能,分析了基于比較邏輯的多電平變換控制方法,并在此基礎(chǔ)上提出

5、了直接參考跟蹤控制方法,可實現(xiàn)對帶寬1MHz內(nèi)信號的跟蹤。為進(jìn)一步提高開關(guān)線性串聯(lián)型FRTPS的跟蹤帶寬,針對含有多個頻率分量的參考信號,提出了基于次優(yōu)包絡(luò)提取的間接參考跟蹤控制方法,可實現(xiàn)對低頻分量小于1MHz的參考信號的跟蹤。通過分析多電平電壓與跟蹤輸出電壓之間的關(guān)系,提出了基于Walsh變換的控制方法,該方法適用于周期性參考信號的控制跟蹤。
　　為實現(xiàn)開關(guān)線性串聯(lián)型FRTPS整體效率的優(yōu)化,對其各構(gòu)成部分進(jìn)行功率損耗建模分析

6、。線性調(diào)節(jié)部分是主要的功率損耗環(huán)節(jié),多電平電壓的電平數(shù)目及其分布是實現(xiàn)線性調(diào)節(jié)效率優(yōu)化的關(guān)鍵。分別針對已知參考信號的時間函數(shù)和已知參考信號的概率密度函數(shù)兩種情況,提出優(yōu)化多電平的選取方法。對功率開關(guān)和高效電源組在多電平變換中產(chǎn)生的功率損耗進(jìn)行了建模分析,并分別給出了功率損耗的減小方法。通過求取不同電平數(shù)目下混合拓?fù)涞恼w功率損耗,確定FRTPS整體效率優(yōu)化的電平數(shù)目及電平分布。
　　研究了FRTPS與通信系統(tǒng)的接口問題,針對給定的