CN102478873B - 一种电源调制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电源调制器，包括：并联连接的开关式电源调节器和线性电源调节器；所述开关式电源调节器和线性电源调节器将输入的待跟踪参考信息进行调节处理后，开关式电源调节器的输出电压和线性电源调节器的输出电压组合为所述电源调制器的总输出电压，其特征在于，所述线性电源调节器采用非直流电源供电。本发明提供的电源调制器，采用非直流电源供电的方式，改变了传统的采用直流电源为线性电源调节器进行供电的方式，从而克服了原有效率低下的问题。

Description

一种电源调制器

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种电源调制器。

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为射频功率放大器的供电装置。

为应对用户对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，其中带来的一个突出问题就是射频功率放大器的效率低下，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(PAPR，Peak to Average Power Ratio)。而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)且具较高峰均比的调制方式。例WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)系统中调制信号的峰均比为6.5db～7.0dB，而下一代网络LTE(Long TermEvolution)及WiMax使用的OFDMA(Orthogonal Frequency-Division MultipleAccess)系统，峰均比则更是高达9.0dB～9.5dB，导致功率放大器效率的低下。由此也带来一系列其他问题如增加的功放体积及重量，更高的空调等散热环境要求等，使得应用及维护成本上升。因此，改善功率放大器的效率具有较大的实际意义。

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(EER，Envelope Elimination and Restoration)及包络跟踪(ET，Envelope Tracking)供电。其中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和相位调制信号，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。由于放大后的信号幅值由包络跟踪电源输出电压幅值决定，对包络跟踪电源的跟踪精度较高，否则影响放大信号的线性度。而包络跟踪供电方式则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，提高线性功率放大器的效率。两种方案都需要对电源的输出电压进行动态调制。电源调制器必须同时保证较高的效率，才能保证两种方案对整个功放系统的效率提升。

现代通讯系统中射频包络信号具有较高的带宽，例如WCDMA单载波为5MHz，4载波为20MHz。包络跟踪电源需要提供高的调制带宽和效率，在已有技术中，开关式电源调节器可以提供高的转换效率。但在满足如20MHz高带宽的应用中，需要极高的开关切换速度，将无法通过现有的开关器件实现，并且调节器的转换效率也因此变得低下。

在另一现有技术中，采用多电平输出的方式可以降低开关切换速度，如通过切换多路输入电压的Class-G方式，如图1所示，得到多种跟踪电平104，无需电感等耦合器件，带宽可以大大提高，由于直接切入高效的直流电压源101、102、103，因此效率也较高。但在现有开关器件切换速度和开关损耗的制约下，现有的开关式多电平方案都采用开环的方式，跟踪精度较低。另外还有不可避免的开关纹波存在，进一步降低跟踪精度，因此开关式高带宽电源调节器的进一步改善技术是与线性电源调节器的组合应用，如图2所示，可通过线性电源调节器202的负反馈控制，提供平滑的切换和较高的跟踪精度。

然而，在现有的开关式电源调节器与线性电源调节器结合的技术中，线性电源调节器还是采用传统的直流供电方式，效率较低。

发明内容

本发明提供一种电源调制器，用以解决现有技术中线性电源调节器采用传统的直流供电方式效率较低的问题。

具体的，本发明提供的一种电源调制器，包括：并联连接的开关式电源调节器和线性电源调节器；所述开关式电源调节器和线性电源调节器将输入的待跟踪参考信息进行调节处理后，开关式电源调节器的输出电压和线性电源调节器的输出电压组合为所述电源调制器的总输出电压，其特征在于，所述线性电源调节器采用非直流电源供电。

其中，所述线性电源调节器采用非直流电源供电的方式包括：

由所述开关式电源调节器为所述线性电源调节器供电；或者，

由所述电源调制器的总输出电压为所述线性电源调节器供电；或者，

所述电源调制器设有第二开关式电源调节器，由所述第二开关式电源调节器为所述线性电源调节器供电；所述第二开关式电源调节器的输入信号为所述待跟踪参考信号。

优选的，本发明所述的电源调制器进一步具有以下特点：

所述电源调制电路还包括：

第一偏置电源，用于将待输入所述线性电源调节器的供电电压进行偏置电压处理后输出给所述线性电源调节器的正极端；和/或；

第二偏置电源，用于将待输入所述线性电源调节器的供电电压进行偏置电压处理后输出给所述线性电源调节器的负极端。

所述电源调制器还包括：

阻抗匹配电路，用于将所述开关式电源调节器和线性电源调节器的输出电压进行滤波处理后输出。

所述电源调制器还包括：延迟电路，用于补偿所述开关式电源调节器和线性电源调节器间的电路时延。

所述电源调制器中，所述线性电源调节器的输出电压作为所述线性电源调节器的反馈信号形成闭环电路。

或者，所述电源调制器中，所述电源调制器的总输出电压作为所述线性电源调节器的反馈信号形成闭环电路。

本发明所述的电源调制器中，所述阻抗匹配电路包括低通滤波器和高通滤波器；

所述低通滤波器，与所述开关式电源调节器相连，用于对所述开关式电源调节器的输出电压进行低通滤波处理；

所述高通滤波器，与所述线性电源调节器相连，用于对所述线性电源调节器的输出电压进行高通滤波处理。

本发明有益效果如下：

本发明提供的电源调制器，采用非直流电源供电的方式，改变了传统的采用直流电源为线性电源调节器进行供电的方式，从而克服了原有效率低下的问题；并且，当采用开关式电源调节器进行供电时，能够很好的利用开关式电源调节器跟踪参考包络信号的特点，将其输出同时给线性电源调节器供电，实现了线性电源调节器在输出电压较低时供电电压也较低的供电电压调制功能，在不增加成本和电路复杂性的情况下，可以最大限度在保证电源调制器输出跟踪精度和带宽的同时，提高了线性电源调节器的效率，从而进一步提高了系统的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中一种开关式电源调节器的结构示意图；

图2为现有技术中开关式电源调节器与线性电源调节器的组合结构示意图；

图3为本发明提供的一种电源调制器的结构示意图；

图4为本发明提供的又一电源调制器的结构示意图；

图5为本发明提供的再一电源调制器的结构示意图；

图6为本发明实施例一中所述电源调制器的电压波形示意图；

图7为本发明实施例二提供的一种电源调制器的结构示意图；

图8为本发明实施例二中所述电源调制器的电压波形示意图；

图9为本发明实施例三提供的一种电源调制器的结构示意图；

图10为本发明实施例三中所述电源调制器的电压波形示意图；

图11为本发明实施例四提供的一种电源调制器的结构示意图；

图12为本发明实施例五提供的一种电源调制器的结构示意图；

图13为本发明实施例六提供的一种电源调制器的结构示意图；

图14为本发明中所述的阻抗匹配电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决现有技术中线性电源调节器采用传统的直流供电方式效率较低的问题，本发明提供一种电源调制器，该电源调制器可以最大限度的保证电源调制器输出跟踪精度和带宽的同时，提高系统的效率；且该电源调制器可用于包络跟踪射频信号功率放大器等对供电电压有跟踪调制要求的场合，其中用于包络跟踪射频信号功率放大器的供电可提高射频信号功率放大器的效率；另外，本发明所述电源调制器还可独立用作功率放大器，如音频信号放大器等。

具体的，本发明提供一种电源调制器，包括：并联连接的开关式电源调节器和线性电源调节器；所述开关式电源调节器和线性电源调节器将输入的待跟踪参考信息进行调节处理后，开关式电源调节器的输出电压和线性电源调节器的输出电压组合为所述电源调制器的总输出电压，其特征在于，所述线性电源调节器采用非直流电源供电。

其中，所述线性电源调节器采用非直流电源供电的方式包括：

如图3所示，线性电源调节器由所述开关式电源调节器供电；或者，

如图4所示，线性电源调节器由电源调制器的总输出电压供电；或者，

如图5所示，在电源调制器设置第二开关式电源调节器，由该第二开关式电源调节器为所述线性电源调节器供电；所述第二开关式电源调节器的输入信号为所述待跟踪参考信号。

基于上述的供电方式，本发明提供的电源调制器还至少包括下述技术特征之一，或者下述技术特征的组合，具体如下：

所述电源调制器还包括：

第一偏置电源，用于将待输入所述线性电源调节器的供电电压进行偏置电压处理后输出给所述线性电源调节器的正极端；

第二偏置电源，用于将待输入所述线性电源调节器的供电电压进行偏置电压处理后输出给所述线性电源调节器的负极端；

阻抗匹配电路，用于将所述开关式电源调节器和线性电源调节器的输出电压进行滤波处理后输出；

延迟电路，用于补偿所述开关式电源调节器和线性电源调节器间的电路时延；

所述电源调制器中，所述线性电源调节器的输出电压作为所述线性电源调节器的反馈信号形成闭环电路，或者，所述电源调制器中，所述电源调制器的总输出电压作为所述线性电源调节器的反馈信号形成闭环电路；当然产生的这两种闭环电路的方式并不会组合出现，而只能择一出现。

本发明提供的电源调制器，采用非直流电源供电的方式，改变了传统的采用直流电源为线性电源调节器进行供电的方式，从而克服了原有效率低下的问题；并且，当采用开关式电源调节器进行供电时，能够很好的利用开关式电源调节器跟踪参考包络信号的特点，将其输出同时给线性电源调节器供电，实现了线性电源调节器在输出电压较低时供电电压也较低的供电电压调制功能，在不增加成本和电路复杂性的情况下，提高了线性电源调节器的效率。

下面根据图6～图14给出本发明几个较佳的实施例，并结合对实施例的描述，进一步给出本发明的技术细节，使其能够更好地说明本发明的提供的方法的具体实现过程。当然，下述的实施方式只是几种较佳实现方式的列举而并非本发明实施方式的穷举。具体包括：

实施例一

本实施例提供了一种电源调制器，其结构图继续如图3所示，该电源调制器具体包括：开关式电源调节器301和线性电源调节器302；

其中，所述开关式电源调节器301与线性电源调节器302并联，且开关式电源调节器301为线性电源调节器302供电；所述开关式电源调节器301由直流电源供电；

该电源调制器的工作原理是：待跟踪参考信号305输入开关式电源调节器301和线性电源调节器302后，分别进行开关式电源调节和线性电源调节后得到输出电压303和304，然后再将输出电压303和304组合成电源调制器的总输出电压306。

本实施例所提供的电源调制器通过开关式电源调节器301为线性电源调节器302供电，克服了现有技术中存在的线性电源调节器302直接采用传统的直流电源供电效率低下的问题。而利用本实施例所述的电源调制器利用开关式电源调节器也跟踪参考包络信号的特点，将其输出同时给线性电源调节器供电，实现了线性电源调节器在输出电压较低时供电电压也较低的供电电压调制功能，在不增加成本和电路复杂性的情况下，提高了线性电源调节器的效率，从而进一步提高了系统的效率。如图6所示，为利用本实施例所述电源调制器得到的输出电压波形；其中，401为开关式电源调节器301输出电压波形，402为线性电源调节器302输出电压波形。

实施例二

如图7所示，为本实施例提供的一种电源调制器，该电源调制器具体包括：开关式电源调节器301和线性电源调节器302；其中，所述开关式电源调节器301与线性电源调节器302并联，且开关式电源调节器301为线性电源调节器302供电；所述开关式电源调节器301由直流电源供电；

进一步的，该电源调制器还包括：第一偏置电源501、阻抗匹配电路502和延时电路503；其中：

第一偏置电源501，用于将开关式电源调节器301输出给线性电源调节器302的供电电压进行偏置电压处理后输出给线性电源调节器302，更加有效地保证线性电源调节器302的供电电压高于输出电压；

阻抗匹配电路502，用于将开关式电源调节器301的输出电压303和线性电源调节器的输出电压304进行滤波处理后输出；

延时电路503，用于将输入线性电源调节器302的待跟踪参考信号进行延时处理，来补偿开关式电源调节器301和线性电源调节器302的不同电路时延。

优选的，还可以将线性电源调节器302的输出电压304作为反馈信号形成闭环电路，从而更进一步的提高跟踪精度。

如图8所示，为本实施例所述的电源调制器生成的供电电压波形，其中，601为开关式电源调节器301的输出电压303经第一偏置电源501后电压波形，602为线性电源调节器302的输出电压304波形。通过该图可见本实施例所述的电源调制器更具有可实施性。

实施例三

如图9所示，为本实施例提供的一种电源调制器，该电源调制器具体包括：

开关式电源调节器301、线性电源调节器302、第一偏置电源501、阻抗匹配电路502和延时电路503；

其中，所述开关式电源调节器301与线性电源调节器302并联，且开关式电源调节器301为线性电源调节器302供电；所述开关式电源调节器301由直流电源供电；

第一偏置电源501，用于将开关式电源调节器301输出给线性电源调节器302的供电电压进行偏置电压处理后输出给线性电源调节器302；

阻抗匹配电路502，用于将开关式电源调节器301的输出电压303和线性电源调节器的输出电压304进行滤波处理后输出；

延时电路503，用于将输入线性电源调节器302的待跟踪参考信号进行延时处理，来补偿开关式电源调节器301和线性电源调节器302的不同电路时延。

进一步的，本实施例所述的开关式电源调节器301还向线性电源调节器302的负极端供电；

较佳的，本实施例所述电源调制器还包括第二偏置电源702，该第二偏置电源702用于将开关式电源调节器301输出的供电电压进行偏置电压处理后输出给线性电源调节器302的负极端。

如图10所示，为本实施例提供的电源调制器生成的供电电压波形，其中，801为开关式电源调节器301的输出电压303经第一偏置电源501后电压波形，802为线性电源调节器302的输出电压304波形，803为开关式电源调节器301输出电压303经第二偏置电源702后电压波形。通过本实施例所述电源调制器可以实现正负极端的电压跟踪，使得线性电源调节器302损耗更小。

实施例四

如图11所示，为本实施例提供的一种电源调制器，该电源调制器具体包括：

开关式电源调节器301和线性电源调节器302；其中，所述开关式电源调节器301与线性电源调节器302并联，且开关式电源调节器301为线性电源调节器302供电；所述开关式电源调节器301由直流电源供电；

该电源调制器还包括：第一偏置电源501、阻抗匹配电路502和延时电路503；其中：

偏置电源501，用于将开关式电源调节器301输出给线性电源调节器302的供电电压进行偏置电压处理后输出给线性电源调节器302；

阻抗匹配电路502，用于将开关式电源调节器301的输出电压303和线性电源调节器的输出电压304进行滤波处理后输出；

延时电路503，用于将输入线性电源调节器302的待跟踪参考信号进行延时处理，来补偿开关式电源调节器301和线性电源调节器302的不同电路时延。

进一步的，本实施例所述的电源调制器还将电源调制器的总输出电压306作为线性电源调节器302的反馈信号形成闭环电路。

本实施例不仅能够更加有效的保证线性电源调节器302的供电电压高于输出电压，而且还能进一步的提高跟踪精度。

实施例五

如图12所示，为本发明实施例提供的一种电源调制器，该电源调制器包括：开关式电源调节器301、线性电源调节器302、第一偏置电源501、阻抗匹配电路502、延时电路503；其中，所述开关式电源调节器301与线性电源调节器302并联，开关式电源调节器301的输出电压303和线性电源调节器302的输出电压304经过阻抗匹配电路502处理后输出总电压306；

本实施例中，线性电源调节器302的供电方式采用电压调制器的总输出电压306进行供电；

所述第一偏置电源501，则用于对输入线性电源调节器302的供电电压进行电压偏置处理，并将处理后的供电电压输出给线性电源调节器302。

当然，该实施例也可以通过增加反馈回路的方式来进一步提高跟踪精度等。

实施例六

如图13所示，为本发明实施例提供的一种电源调制器，该电源调制器包括：开关式电源调解器301、线性电源调节器302、阻抗匹配电路502、延时电路503以及第二开关式电源调节器308；

其中，所述开关式电源调节器301与线性电源调节器302并联，开关式电源调节器301的输出电压303和线性电源调节器302的输出电压304经过阻抗匹配电路502处理后输出总电压306；

本实施例采用第二开关式电源调节器308为线性电源调节器302供电；优选的，该第二开关式电源调节器307输出电压可以通过偏置电源处理后为线性电源调节器302供电。

当然，本实施例中也可通过增加反馈回路的方式来进一步提高跟踪精度等。

上述实施例一至六中：

所述的开关式电源调节器301的输出电压303可以粗略地跟踪参考信号305，其结构可能为但不限于高带宽多电平电压源，例如图1所示的Class-G；

所述的线性电源调节器302的输出电压304可以精确地跟踪输入参考信号305，其结构可能为但不限于常用的如Class-A、push-pull推挽结构。

进一步的，上述实施例中：

所述的阻抗匹配电路502的结构如图14所示，由低通滤波器和高通滤波器的组合。开关式电源调节器301的输出电压303连接低通滤波器，线性电源调节器302的输出电压304连接高通滤波器，高通滤波器和低通滤波器的输出组合形成电源调制器的总输出电压306。具体地，低通滤波器和高通滤波器可以由被动元件电感、电阻、电容等组成。

本发明提供的电源调制器，采用非直流电源供电的方式，改变了传统的采用直流电源为线性电源调节器进行供电的方式，从而克服了原有效率低下的问题；并且，当采用开关式电源调节器进行供电时，能够很好的利用开关式电源调节器跟踪参考包络信号的特点，将其输出同时给线性电源调节器供电，实现了线性电源调节器在输出电压较低时供电电压也较低的供电电压调制功能，在不增加成本和电路复杂性的情况下，提高了线性电源调节器的效率。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种电源调制器，包括：并联连接的开关式电源调节器和线性电源调节器；所述开关式电源调节器和线性电源调节器将输入的待跟踪参考信息进行调节处理后，开关式电源调节器的输出电压和线性电源调节器的输出电压组合为所述电源调制器的总输出电压，其特征在于，所述线性电源调节器采用非直流电源供电；其中，采用非直流电源供电的方式包括：由所述开关式电源调节器为所述线性电源调节器供电；或者，由所述电源调制器的总输出电压为所述线性电源调节器供电。

2.如权利要求1所述的电源调制器，其特征在于，所述电源调制器还包括：

第一偏置电源，用于将待输入所述线性电源调节器的供电电压进行偏置电压处理后输出给所述线性电源调节器的正极端；

第二偏置电源，用于将待输入所述线性电源调节器的供电电压进行偏置电压处理后输出给所述线性电源调节器的负极端。

3.如权利要求1所述的电源调制器，其特征在于，所述电源调制器还包括：

阻抗匹配电路，用于将所述开关式电源调节器和线性电源调节器的输出电压进行滤波处理后输出。

4.如权利要求2所述的电源调制器，其特征在于，所述电源调制器还包括：

阻抗匹配电路，用于将所述开关式电源调节器和线性电源调节器的输出电压进行滤波处理后输出。

5.如权利要求1或2或3或4所述的电源调制器，其特征在于，所述电源调制器还包括：延迟电路，用于补偿所述开关式电源调节器和线性电源调节器间的电路时延。

6.如权利要求1或2或3或4所述的电源调制器，其特征在于，所述电源调制器中，所述线性电源调节器的输出电压作为所述线性电源调节器的反馈信号形成闭环电路。

7.如权利要求5所述的电源调制器，其特征在于，所述电源调制器中，所述线性电源调节器的输出电压作为所述线性电源调节器的反馈信号形成闭环电路。

8.如权利要求1或2或3或4所述的电源调制器，其特征在于，所述电源调制器中，所述电源调制器的总输出电压作为所述线性电源调节器的反馈信号形成闭环电路。

9.如权利要求5所述的电源调制器，其特征在于，所述电源调制器中，所述电源调制器的总输出电压作为所述线性电源调节器的反馈信号形成闭环电路。

10.如权利要求3或4所述的电源调制器，其特征在于，所述阻抗匹配电路包括低通滤波器和高通滤波器；

所述低通滤波器，与所述开关式电源调节器相连，用于对所述开关式电源调节器的输出电压进行低通滤波处理；

所述高通滤波器，与所述线性电源调节器相连，用于对所述线性电源调节器的输出电压进行高通滤波处理。

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