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通信系统中包络线跟踪电源的研究

作　者: 熊小玲
导　师: 阮新波
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 3G通信 ET技术组合电源 AB类线性电源同步整流Buck变换器控制策略
分类号: TN86
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 57次
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内容摘要

在3G移动通信系统中,射频功放的输入信号包络线幅值是变化的,且带宽较高,采用恒定电压给射频功放供电,其损耗将很大。为了提高射频功放的效率,有必要使其供电电压跟随输入信号包络线的变化而变化,这样的供电电源被称为包络线跟踪(Envelope Tracking, ET)电源。本文研究ET电源的系统架构、电路拓扑和控制方式。本文采用开关电源和线性电源并联来构成ET电源,其中开关电源采用同步整流Buck变换器,工作在电流源方式,提供大部分功率;而线性电源采用三级放大器结构,工作于电压源方式,用于调节输出电压,这样的组合方式具有效率高和输出电压波形质量高的优点。ET电源的输出电压依靠线性电源来调节,为此本文提出一种双电压环控制方法,其中输出电压的交流分量通过电压内环和电压外环同时调节,直流分量则通过电压外环来调节。为了尽可能减小线性电源电流,以提高ET电源效率,本文提出一种PWM电流控制方法,使开关电源尽可能提供全部负载电流。该控制方式的优点是开关频率恒定,为以后多个开关电源交错并联创造条件。本文还对电流控制方法进行改进,以进一步减小线性电源电流。本文详细讨论了线性电源和开关电源中主要元器件参数的设计和选取原则,给出了电压闭环和电流闭环的设计过程,并指出ET电源输出电压纹波产生的原因。基于以上理论分析,本文最后研制一台平均功率为37.5W、峰值功率为75W的原理样机,并进行仿真和实验验证,仿真和实验结果表明本文所提出的ET电源电路拓扑和控制策略是有效的。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
图表清单  9-12
注释表  12-15
第一章绪论  15-27
  1.1 研究背景  15-18
    1.1.1 EER 技术  16-17
    1.1.2 ET 技术  17-18
  1.2 ET 电源的研究现状  18-25
    1.2.1 开关变换器系统  18-21
    1.2.2 开关电源与线性电源组合系统  21-25
  1.3 ET 电源发展面临的挑战  25-26
  1.4 本文研究的内容及意义  26-27
第二章 ET 电源的电路拓扑和工作原理  27-40
  2.1 引言  27
  2.2 ET 电源的拓扑选择  27
  2.3 线性电源的工作原理和参数设计  27-36
    2.3.1 线性电源电路  27-28
    2.3.2 线性电源直流通路分析  28-32
    2.3.3 线性电源的开环交流电压增益  32-35
    2.3.4 线性电源的开环输出阻抗  35-36
  2.4 开关电源的主要参数设计  36-39
    2.4.1 输入直流电压的要求  36-38
    2.4.2 滤波电感Lf 的计算  38-39
  2.5 本章小结  39-40
第三章 ET 电源的电压控制策略和闭环设计  40-50
  3.1 引言  40
  3.2 ET 电源的电压控制策略  40-42
    3.2.1 电压内环  40-41
    3.2.2 电压外环  41-42
  3.3 电压闭环的设计  42-47
    3.3.1 电压内环的闭环设计  42-45
    3.3.2 电压外环的闭环设计  45-47
  3.4 ET 电源输出电压纹波分析  47-49
    3.4.1 线性电源的闭环输出阻抗  47-48
    3.4.2 ET 电源输出电压纹波  48-49
  3.5 本章小结  49-50
第四章 ET 电源的电流控制方法  50-62
  4.1 引言  50
  4.2 ET 电源的电流控制方法  50-51
  4.3 电流闭环的参数设计  51-53
    4.3.1 开关电源系统的小信号数学模型  51-52
    4.3.2 电流调节器的参数设计  52-53
  4.4 电流控制方法的改进  53-57
    4.4.1 改进电流控制方法的提出  53-54
    4.4.2 改进电流控制方法的实现  54-55
    4.4.3 改进前后电流控制方法的比较  55-57
  4.5 仿真验证  57-61
  4.6 本章小结  61-62
第五章 ET 电源样机的研制  62-74
  5.1 引言  62
  5.2 开关电源主电路参数设计  62-65
    5.2.1 直流输入电压的选择  62
    5.2.2 滤波电感的计算  62-65
    5.2.3 开关管Q_1 和Q_2 的选择  65
  5.3 线性电源主电路参数设计  65-68
    5.3.1 功率管T_1 和T_2 的选择  65-66
    5.3.2 放大电路直流工作点的设定  66-67
    5.3.3 偏置电流源和偏置电压源的参数设计  67-68
  5.4 控制电路的参数设计  68-70
    5.4.1 电流检测电路  68
    5.4.2 控制芯片选择及其外围电路的设计  68-69
    5.4.3 驱动芯片的选择  69-70
    5.4.4 调节器参数选择  70
  5.5 实验验证  70-73
  5.6 本章小结  73-74
第六章工作总结与展望  74-76
  6.1 本文的主要工作  74
  6.2 下一步工作  74-76
参考文献  76-81
致谢  81-83
在学期间的研究成果及发表的学术论文  83

通信系统中包络线跟踪电源的研究

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