基于ARM的通信電源最優(yōu)控制算法

韓星明 高蕊

摘要：在第四代移動通信系統(tǒng)中，調(diào)制射頻放大器輸入信號包絡(luò)幅值變化較大，帶寬比較高，采用恒壓給RF功率放大器供電，損耗巨大。而基于ARM的通信電源允許電源電壓隨輸入信號包絡(luò)的變化而變化，實現(xiàn)了放大器功率管電壓相對較小的下降，從而提高了系統(tǒng)效率。提出了一種基于ARM的通信電源的電流最優(yōu)控制算法，使開關(guān)電源的工作頻率恒定，該算法通過引入輸出電壓前饋支路，進(jìn)一步減少了組合輔助電源，提高了系統(tǒng)的效率，并進(jìn)行了實驗驗證。

關(guān)鍵詞：ARM：通信電源;同步整流變換器;最優(yōu)控制算法

中圖分類號：TP391

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

第三代移動通信采用了正交調(diào)幅和正交移相鍵控等新的數(shù)字調(diào)制方式，這些調(diào)制方法采用塑料數(shù)據(jù)脈沖，并且需要同時調(diào)制射頻（ RF）輸入信號的幅度和相位[1]。RF輸入信號的包絡(luò)的幅度不再恒定，并且?guī)捪鄬^寬。此時，如果射頻功率放大器（RFPA）采用恒壓供電[2]，其功率管壓降相對較大，從而導(dǎo)致功率損耗相對較大，系統(tǒng)平均電壓效率僅為[3]。為了提高RFPA的效率，需要使其電源電壓跟隨RF輸入信號包絡(luò)的變化，即利用包絡(luò)跟蹤技術(shù)減小RFPA輸出功率管壓降[4]，提高系統(tǒng)效率，這種電源稱為ARM通信電源，雖然采用開關(guān)變換器系統(tǒng)可以實現(xiàn)ARM通信電源，然而，由于開關(guān)電源的非線性特性，它輸出電壓紋波較大，帶寬較窄，輸出波形保真度不高[5]。采用電壓控制與開關(guān)電源并聯(lián)的方式作為ARM通信電源結(jié)構(gòu)，提出了一種基于ARM通信電源的電流控制方法，并對控制方法進(jìn)行了改進(jìn)，引入了輸出電壓前饋，進(jìn)一步減小了組合次級電源電流，有效地提高ARM通信電源的效率。

1 ARM通信電源的電流最優(yōu)控制算法

2 改進(jìn)的電流最優(yōu)控制算法

2.1 改進(jìn)電流控制算法的方案

由于電流基準(zhǔn)為零，因此從圖1可以得到組合輔助電源的輸出電壓與輸出電流之間的閉環(huán)傳遞函數(shù)，即組合輔助電源的閉環(huán)負(fù)載導(dǎo)納如下：

將設(shè)計的閉環(huán)參數(shù)分別引入方程（9）和方程（10），可已看出，輸出電壓AC基頻越低，基波幅度越接近基波幅度，組合次級電源的輸出電流越小;電流控制方法改進(jìn)前，基波相對于基波具有較大的相位滯后，基波頻率越高，相位滯后越大，改進(jìn)后的電流控制方法有效減小了基波與基波的相位差;因此，還減小了由組合的次級電源提供的基波電流。

2.3 改進(jìn)前后控制算法的實驗結(jié)果

為了驗證所提出的ARM通信電源工作原理和控制方法的有效性，在實驗室進(jìn)行了n次實驗，做出平均功率為37.5W、峰值功率為75W的樣機(jī)，主要技術(shù)指標(biāo)為：輸入直流電壓u_in= 20 V，輸出電壓u0= 10+5sin（2rrfot）V，負(fù)載電阻Ro=3 Q開關(guān)電源頻率f_s=1 MHz，濾波電感厶=3.3 μH;V1和V2切換閥選用vishay公司Si7850DP[6];組合的次級功率晶體管和VTi和VT2，分別采用2SC3858[7]和2SA1494[8]。

從表1可以看出：采用改進(jìn)的電流控制算法后，開關(guān)電源輸出電流幅值增大，但與負(fù)載基波電流的相位差減小，從而減小了組合次級電源的輸出基波電流;輸出電壓AC基頻的頻率f0越低，開關(guān)電源的基波電流與負(fù)載電流的基波電流之間的相位差越小，基波幅度越接近，復(fù)合輔助電源的電流越小，這與理論分析基本一致，說明了ARM通信功率結(jié)構(gòu)和所提出的電流最優(yōu)控制算法的有效性。

3 結(jié)論

主要針對無線通信基站中為RFPA供電的ARM通信電源，由開關(guān)電源與組合從電源并聯(lián)構(gòu)成的ARM通信電源中，高帶寬組合從電源用于調(diào)節(jié)輸出電壓，低帶寬開關(guān)電源用于提供大部分負(fù)載功率以提高供電效率。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，提出了一種基于ARM的通信電源最優(yōu)控制算法，使開關(guān)電源的工作頻率恒定，改進(jìn)了的控制算法，通過引入輸出電壓前饋支路，進(jìn)一步減少了組合輔助電源，提高了系統(tǒng)的效率，并進(jìn)行了實驗驗證。

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