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(gè)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(hào)具有高帶寬的時(shí)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(duì)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(hào)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(chǎng)合,能夠產(chǎn)生顯著的節(jié)能和環(huán)保效益,對(duì)促進(jìn)國(guó)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(dòng)態(tài)響應(yīng)和低噪聲水平的性能要求,世界各國(guó)的研究機(jī)構(gòu)對(duì)其實(shí)現(xiàn)拓?fù)?、控制方法和高頻驅(qū)動(dòng)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(diǎn)

3、的基礎(chǔ)上,對(duì)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(duì)開關(guān)線性串聯(lián)型混合拓?fù)涞娜齻€(gè)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(duì)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(shí)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(dú)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(dú)立源的約束條件。當(dāng)選擇buck變換器作為獨(dú)立源時(shí),為避免母線電壓波動(dòng)的影響,提出了抑制輸入擾動(dòng)的新型控制方法。分析了高速線性調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu),采用恒定直流電源供電跟蹤正弦信號(hào)時(shí),可實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)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(shí)現(xiàn)高帶寬跟蹤性能打下基礎(chǔ)。
　　為實(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)帶寬1MHz內(nèi)信號(hào)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(duì)含有多個(gè)頻率分量的參考信號(hào),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(shí)現(xiàn)對(duì)低頻分量小于1MHz的參考信號(hào)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(hào)的控制跟蹤。
　　為實(shí)現(xiàn)開關(guān)線性串聯(lián)型FRTPS整體效率的優(yōu)化,對(duì)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(shí)現(xiàn)線性調(diào)節(jié)效率優(yōu)化的關(guān)鍵。分別針對(duì)已知參考信號(hào)的時(shí)間函數(shù)和已知參考信號(hào)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(duì)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(duì)給定的