[发明专利]一种串并联组合结构包络线跟踪电源

说明书

技术领域

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。

背景技术

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10dB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。据相关研究报道，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 MW的功率消耗和3000万美元的电费开支，并可减少11万吨的CO2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。

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。

发明内容

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。