[发明专利]一种电源调制器及电源调制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电源技术，尤其涉及一种电源调制器及电源调制方法。

背景技术

在电子装置中，有多种场合需要电压调制，其中较为典型的一种是射频功率放大器的供电装置。为应对用户对通讯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，由此带来的一个突出问题就是射频功率放大器的效率低下，已成为提高整个通讯系统效率的瓶颈。

对于线性功率放大器，为保证线性度，在传统直流供电方式下，供电电压需高于射频信号峰值电压。在射频信号幅值较低的时候，功率放大器同时承受较高电压和负载电流，因此效率较低。

功率放大器的平均效率取决于射频信号的功率峰均比(Peak to Average Power Ratio，PAPR)。为了在有限频带内获得最大通讯带宽，现代通讯系统都使用了非恒定包络(振幅)信号且具有较高峰均比的调制方式。例如，WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access，宽带码分多址接入)系统中调制信号的峰均比为6.5dB～7.0dB，而下一代网络LTE(Long Term Evolution，长期演进)及WiMax(全球微波互联接入)使用的OFDMA(Orthogonal Frequency-Division Multiple Access，正交频分复用接入)系统，峰均比则更是高达9.0dB～9.5dB，导致了功率放大器平均效率的低下。

功率放大器功率的低下还带来了一系列其他问题，如增加功放体积及重量，更高的散热环境要求等，使得整个系统的应用及维护成本上升。因此，改善功率放大器的效率具有很大的实际意义。

在现有文献和技术中，依赖供电技术的功率放大器效率改善方案主要为：包络分离和恢复(Envelope Elimination and Restoration，EER)及包络跟踪(Envelope Tracking，ET)供电。两种方案都需要对功放供电电源的输出电压进行动态调制。

包络分离与恢复技术利用恒定包络信号可以通过非线性功率放大器进行高效放大的特性，将待放大射频信号分离为包络信号与相位调制信号，通过包络跟踪电源给非线性功率放大器供电，还原出放大的射频信号。由于非线性功率放大器放大后的信号幅值由功放供电电压决定，因此，该方法对包络跟踪电源的跟踪精度要求较高，否则会影响放大射频信号的线性度。

包络跟踪供电方式采用线性功率放大器，通过跟踪包络信号动态调节供电电压，进而提高线性功率放大器的效率，对包络跟踪电源的精度要求相对较低，另有数字预失真(Digital Pre-Distortion，DPD)等方法提高功放的线性度。

包络信号跟踪电源调制器对带宽要求较高。现代通讯系统中射频包络信号具有较高的带宽，例WCDMA单载波为5MHz，4载波为20MHz。由于线性调节电源的效率较低，通常需要高带宽的开关电源辅助，以达到效率和带宽的优化平衡。

如图1所示，传统脉宽调制方式(PWM)的开关电源(Class-S)由于需要接电感103、电容104等耦合器件，其带宽受开关器件的开关频率限制较大，实际应用时，开关频率通常是带宽的5倍以上。此外，对于图1所示的常用降压型电路，开关管压降需高于输出电压的峰值，造成开关损耗的进一步增加，因此，在高带宽应用中高频器件的选择和开关损耗都是较大的问题。

如图2所示，交错方式的多相开关电路并联方案，可有效降低各相电路的开关频率，但其开关损耗问题与单相电路相同，并且增加电路复杂性，存在因此带来的各相电流不平衡问题，造成导通损耗的进一步增加。在跟踪射频包络信号等复杂信号时，各相电流的不平衡问题控制也更困难。

如图3所示，通过切换多路输入电压的Class-G方式，可通过选通第一开关管306、第二开关管307或第三开关管308，从多个直流电压源中选择一个输出电压，输出多级电压的方式可有效降低开关频率，并且无需电感、电容等耦合器件，带宽可以提高，通过切入高效的第一直流电压源301、第二直流电压源302和第三直流电压源303，其效率也较高。但其可输出电压的级数与输入电压源的数目相同，因此，跟踪精度较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电源调制器及电源调制方法，实现通过较少的输入电压达到较高的跟踪精度。

为解决上述技术问题，本发明的一种电源调制器，包括：隔离电源、幅值产生电路和控制器，隔离电源和幅值产生电路分别为N(N＞1)个，每个隔离电源与一个对应的幅值产生电路连接，各幅值产生电路的输出端串联，控制器分别与每个幅值产生电路连接，其中：