[发明专利]一种串联结构包络线跟踪电源及其控制系统

说明书

技术领域

本发明属于通信及功率变换技术，特别涉及一种应用于无线通信基站供电系统的串联结构包络线跟踪电源及其控制系统。

背景技术

功率放大器(Power Amplifier，PA)在移动通信手机基站中承担着重要的作用，同时其功率消耗也达到基站功率的50％。传统的移动通信采用诸如频移键控和相移键控等数字调制方式，其PA的射频(Radio Frequency，RF)输入信号的包络线幅值是恒定的，采用恒定电压供电的非线性PA可以对信号实现高效的放大。然而，随着移动通信用户数量的迅猛增长以及人们对数据传输率要求的进一步提高，第三代(3rd Generation，3G)移动通信是发展的必然趋势。与传统方式不同，3G通信采用诸如正交相移键控和正交幅值调制等调制方式，数据脉冲的包络线不再恒定不变。若仍采用恒定电压为PA供电，则会产生较大的功率损耗，PA的效率仅为15％左右。因此，供电电压最好跟随RF输入信号包络线的变化而变化，即采用包络线跟踪技术(Envelope Tracking，ET)。据相关研究报道，对一个欧洲典型通信网络而言，3G通信时采用ET技术，将比传统供电方式每年节省28兆瓦的功率消耗和3000万美元的电费开支，并可减少11万吨的CO₂排放。

现阶段，国际电信联盟确定的3G主流无线接口标准主要有WCDMA，CDMA2000和TD-SCDMA三种，而无论采用哪种标准，其RF输入信号都具有多载波和非恒定包络的共同特点。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。

由于ET电源所需跟踪的是RF信号的包络线，因此其必须满足高带宽(最高达几十MHz)的要求。而开关变换器直接跟踪变化幅值的参考信号时，开关频率往往需要达到参考信号频率的5～10倍，这限制了包络线跟踪电源跟踪带宽的提高。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种串联结构包络线跟踪电源，其采用阶梯波电压产生单元和A类线性放大器串联结构，其可以减小A类线性放大器输出电压的摆幅，提高包络线跟踪电源输出电压的变化范围。

本发明的另一目的，在于提供一种串联结构包络线跟踪电源的控制系统，针对包络线跟踪电源基本控制策略中闭环无法有效抑制阶梯波电压对输出电压影响的问题，采用阶梯波电压前馈方法，同时采用频率补偿方法扩展级联运放的等效级联带宽，保证前馈控制策略相对低频部分的实现；以及输出电压高频尖峰抑制方法以匹配阶梯波电压到输出电压间两条通路的传递函数，消除阶梯波电压中高频分量对输出电压的影响，从而提高跟踪电源输出电压的线性度及跟踪效果。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种串联结构包络线跟踪电源，包括A类线性放大器、输出电压控制电路和阶梯波电压产生单元，其中，输出电压控制电路包括采样电路、电压调节器、差分隔离信号传递电路和增益匹配电路；A类线性放大器的输出电压与阶梯波电压产生单元的输出电压相叠加形成输出电压，所述输出电压经过采样电路与参考电压相比较，其误差信号经过电压调节器调节，依次经由差分隔离信号传递电路的一个输入端和增益匹配电路传递至A类线性放大器，所述差分隔离信号传递电路的另一个输入端接地，从而实现包络线跟踪电源输出电压的闭环调节。

上述A类线性放大器包括调整管和直流偏置电源，所述调整管的栅极连接输出电压控制电路中增益匹配电路的输出端，其源极连接采样电路的输入端，而漏极连接直流偏置电源的正极，所述直流偏置电源的负极连接阶梯波电压产生单元的输出正端。

一种如前所述的串联结构包络线跟踪电源的控制系统，包括包含有频率补偿电路的阶梯波电压前馈电路和高频尖峰抑制电路，其中，阶梯波电压前馈电路的一个输入端接地，另一个输入端连接阶梯波电压产生单元的输出正端，所述阶梯波电压前馈电路的输出端连接差分隔离信号传递电路的接地端；高频尖峰抑制电路的一个输入端连接阶梯波电压产生单元的输出正端，另一个输入端接地，而所述高频尖峰抑制电路的输出正端连接A类线性放大器的参考地端，输出负端接地。