專(zhuān)利名稱(chēng)：用于快速跟蹤參考的直流變壓器型多電平輸出直流電源的制作方法
用于快速跟蹤參考的直流變壓器型多電平輸出直流電源技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明提出的用于快速跟蹤參考的直流變壓器型多電平輸出直流電源，屬電力電子學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
可變包絡(luò)調(diào)制技術(shù)可以滿(mǎn)足充分利用頻譜的要求，因而廣泛的應(yīng)用于現(xiàn)代的無(wú)線(xiàn)通信調(diào)制技術(shù)中?？勺儼j(luò)調(diào)制技術(shù)需要使用放大器進(jìn)行信號(hào)放大。
現(xiàn)代通信中，存在著線(xiàn)性度和效率的矛盾。為了放大信號(hào)，使用線(xiàn)性射頻功率放大器(radio frequency power amplifier, RFPA),它有著線(xiàn)性度高的特點(diǎn),但是如果線(xiàn)性 RFPA的工作效率低就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)射頻功率放大系統(tǒng)的效率低。
傳統(tǒng)供電方式下，線(xiàn)性RFPA由恒定的直流電壓供電。在這種方法下，射頻功率放大系統(tǒng)在多數(shù)情況下工作在低效率區(qū)，損耗大，會(huì)造成RFPA的使用壽命減小。為了提高線(xiàn)性RFPA的效率，研究人員提出了一系列的方法，其中最有效的是電源控制方案。該類(lèi)方案使用變化的電平為線(xiàn)性RFPA供電。變化的電平能夠跟隨待放大射頻信號(hào)的包絡(luò)，從而使得 RFPA時(shí)刻工作在理想的高效率區(qū)域附近。
現(xiàn)有的電源方案中，使用多個(gè)電源串聯(lián)或者并聯(lián)的方式組成一個(gè)輸出電平可變的電源。這種方案中，每輸多出一種電平，就需要多并接一個(gè)直流電源，若所需直流電平較多， 則直流電源的數(shù)量同時(shí)直線(xiàn)上升，過(guò)于復(fù)雜，在實(shí)際工程中，成本較高，實(shí)現(xiàn)較為不便。
本文針對(duì) 現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種新型的電源結(jié)構(gòu)一一利用直流變壓器、整流橋、濾波電容、開(kāi)關(guān)管等實(shí)現(xiàn)單端輸入、多路輸出的電源結(jié)構(gòu)。直流變壓器的原邊通入直流電，副邊經(jīng)過(guò)整流橋以及濾波電容輸出直流電壓。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠滿(mǎn)足輸出變化的電平的要求的同時(shí)能夠方便的擴(kuò)展。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種利用直流變壓器以及整流濾波技術(shù)實(shí)現(xiàn)單輸入、多電平輸出的電源電路結(jié)構(gòu)。
該電路的主要特征在于直流變壓器的原邊接一直流電壓源，變壓器的副邊增加繞組的個(gè)數(shù)，各路副邊輸出經(jīng)過(guò)整流橋以及濾波電容后串聯(lián)輸出，控制開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通關(guān)斷， 可實(shí)現(xiàn)多電平輸出。
該電路較現(xiàn)有的電路的優(yōu)勢(shì)在于
(I)傳統(tǒng)電路中，使用較多的電源，實(shí)際工程中，成本較高，實(shí)現(xiàn)不便，本發(fā)明的電路僅需要一個(gè)直流電壓源，與原電路相比，更為簡(jiǎn)單方便。
(2)對(duì)于本發(fā)明的電路，各路副邊串聯(lián)輸出，根據(jù)控制邏輯控制開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)，可以方便實(shí)現(xiàn)多電平輸出，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單靈活，方便擴(kuò)展。
(3)可以通過(guò)改變副邊繞組的匝數(shù)，易于得到想要的輸出電平值各路副邊的匝數(shù)相同的時(shí)候，即Ii1 = n2 =…=nk = n' ι = η'k，可現(xiàn)實(shí)等分電平輸出，即 U01 U02 :…Uok=1: 2 :…k(負(fù)組部分為 U' 01 : U' 。2 :…U' ok =1: 2 :…k);當(dāng)?shù)确蛛娖綗o(wú)法滿(mǎn)足系統(tǒng)效率最大化的時(shí)候，可以改變各路副邊的匝數(shù)， 以用來(lái)優(yōu)化輸出電平。


圖1是用于快速跟蹤參考的直流變壓器型多電平輸出直流電源的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是系統(tǒng)的控制框圖。
圖3是開(kāi)關(guān)管的邏輯與輸出電壓的關(guān)系。
圖4是本發(fā)明在輸出各直流電平時(shí)對(duì)應(yīng)的各開(kāi)關(guān)模態(tài)示意圖。虛線(xiàn)表示器件關(guān)斷。
表I表2是各個(gè)輸出電壓下的所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)管與二極管的狀態(tài)表。ON代表開(kāi)通或者導(dǎo)通，OFF代表關(guān)斷。
圖中的主要符號(hào)名稱(chēng)(l)Uin-輸入直流電壓。Onc^nprvn3......n':、n/ 2、n' k 變壓器阻數(shù)。(3)Dn_D14、D21-D24......Dkl-D1^D' 11-D/ 14> 21-D/ 24......D' kl_D' k4——全橋整流二極管。(4)C1、C2……Ck、C' ^ C 2……C' k——濾波電容。(S)Scn-Sc^SpSyS3……Sk—pSpS' p S' 2、S' 3……S' η、S' k——功率開(kāi)關(guān)管。(6) D1^D2……Dh、D' pD' 2……D' η—防止環(huán)流的二極管。(7)Uq1、UwUq4……U。,、 U, 0l、U, o2、U, o3、U,。4……U,。,——各路輸出的直流電壓。(8)R、R'——負(fù)載電阻。
具體實(shí)施例方式
電路如圖1所示。直流變壓器的正組部分與負(fù)組部分相對(duì)稱(chēng)，以正組的連接方式進(jìn)行介紹。
主體上由直流電源、直流變壓器、整流橋、濾波電容、開(kāi)關(guān)管、二極管組成。連接方式為直流變壓器原邊接直流電源，變壓器副邊分別接Dn-D14、D21-D24……Dkl-Dk4構(gòu)成的全橋整流電路，C1X2……Ck分別并接于整流橋的輸出端，開(kāi)關(guān)管Sk的漏極接整流橋的輸出端， 源極接輸出電阻R(最高電壓支路沒(méi)有環(huán)流問(wèn)題，不需要二極管)，Sp S2、S3……Slri的源極分別接二極管DpD2……Dlrl的陽(yáng)極，漏極接各路濾波電容的高壓端，二極管01為……Dlrl的陰極接輸出電阻R、Ri串接于多電平輸出端與地之間。
具體的實(shí)施方式是采用單路輸入、多路輸出的結(jié)構(gòu)——直流變換器的原邊接直流電源，副邊增加繞組的數(shù)目，形成多路輸出的結(jié)構(gòu)，將輸出串聯(lián)在一起，通過(guò)整流橋二極管 Dn-D14、D21-D24……Dkl-Dk4 (正組部分)、D' n_D' 14、D' 2「IV 24……D' kl_D' k4 (負(fù)組部分)二極管D^D2……Dlri (正組部分)、D' pD' 2……D' η (負(fù)組部分)和開(kāi)關(guān)管Sp S2、S3……Sk^ Sk(正組部分)、S' pS' 2、S' 3……S' k-1>S/ k(負(fù)組部分)與多電平輸出端相連，根據(jù)控制邏輯，控制開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)，可在`各路輸出端分別輸出如下公式所示的電平W k為系數(shù))
權(quán)利要求
1.對(duì)用于快速跟蹤參考的電源，提出一種利用直流變壓器、整流橋、濾波電容等器件組成的新型電路結(jié)構(gòu)采用單路輸入、多路輸出的結(jié)構(gòu)一直流變換器的原邊接直流電源，副邊增加繞組的數(shù)目，形成多路輸出的結(jié)構(gòu)，各路副邊分別通過(guò)整流橋二極管Dn-D14、D21-D24……Dkl-Dk4(正組部分)、D' 11-D/ 14、D' 21-D/ 24……D' kl-D/ k4(負(fù)組部分)，二極管D^D2……Dlri (正組部分)、D' 1,D/ 2……D' 1;_1(負(fù)組部分)和開(kāi)關(guān)管31、52、53……Sn、Sk(正組部分)、S' 1,S/ 2、S' 3…S' ,+ S' k(負(fù)組部分)串聯(lián)輸出，與多電平輸出端相連，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)多電平輸出；副邊分為正組部分和負(fù)組部分每路副邊分別接一個(gè)全橋整流電路、濾波電容Ci (負(fù)組部分為C' i，i = 1、2、3……k)、開(kāi)關(guān)管Si(負(fù)組部分為S' J和防止環(huán)流的二極管Di (負(fù)組部分為D' 正組輸出+Utji，負(fù)組輸出-Utji ;連接方式為正組部分每路變壓器副邊輸出端接一個(gè)全橋整流電路，全橋整流電路的輸出端并聯(lián)一個(gè)濾波電容Ci,濾波電容Ci的高電勢(shì)端與開(kāi)關(guān)管Si的漏極相連,開(kāi)關(guān)管Si的源極與二極管Di的陽(yáng)極相連，Di的陰極與負(fù)載電阻相連，負(fù)載電阻的另一端與地相連，濾波電容后的二極管的作用是用來(lái)防止高低壓支路的環(huán)流，最高電壓支路不存在電流環(huán)流的問(wèn)題，因而Dk可以省略；負(fù)組部分連接方式與正組部分相對(duì)稱(chēng)；各支路的輸出串聯(lián)，因而高壓支路的輸出端的電壓可表示為Utji =(負(fù)組部分為U' oi=k' iUinn/ i/n0+U/ o(1-1)+U/ Q(1-2)+...+U/ 02+U/i 為系數(shù))，各路繞組的阻數(shù)相同的時(shí)候(即Ii1 = n2 =…=nk = n' I=Vk)，可以實(shí)現(xiàn)等分電平輸出，即U01 U02 …Uok= I 2 …k(負(fù)組部分為 U' 0l U/ 。2 :…U' ok=l : 2 :…k)，如果等分電平輸出不能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)效率最大話(huà)的話(huà)，可以改變各路繞組的匝數(shù)，以用來(lái)優(yōu)化輸出電平，提高系統(tǒng)的效率；輸入信號(hào)為高頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)檢測(cè)分析以后，得到它的包絡(luò)信號(hào)Uref (t)，當(dāng)0 < |Urrf(t) I < U1時(shí)(U1及下文的UfUk是用來(lái)與Uref⑴比較的參考電壓)，正組部分輸出Utjl，負(fù)組部分輸出U'正組部分與負(fù)組部分相對(duì)稱(chēng)，所以Utjl =-u' 01,),當(dāng)U1 < Uref (t) I < U2時(shí)，正組部分輸出Utj2，負(fù)組部分輸出U' o2 (U02 = -u'。2)……當(dāng)uk_2< IUref (t) < ，正組部分輸出Un)，負(fù)組部分輸出u' O(H)Wq(H) =-u, H))，當(dāng)Uk-! < Uref (t) I < Uk時(shí)，正組部分輸出Uok,負(fù)組部分輸出u, ok(uok = -u'。,)；通過(guò)控制開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)多電平輸出，當(dāng)0 < |UMf(t)| < U1時(shí)，正組部分開(kāi)關(guān)管S1開(kāi)通，開(kāi)關(guān)管s2、S3……Sm、Sk處于關(guān)斷狀態(tài)，二極管D1導(dǎo)通，二極管D2……Dlrl處于關(guān)斷狀態(tài)，負(fù)組部分開(kāi)關(guān)管s' i開(kāi)通，開(kāi)關(guān)管S' 2、S' 3……S' H、s' k處于關(guān)斷狀態(tài)，二極管D':導(dǎo)通，二極管D' 2……D' ^處于關(guān)斷狀態(tài)，正組部分和負(fù)組部分分別輸出土U。= 土Utjl ;當(dāng)U1 < Uref (t) < U2時(shí)，正組部分開(kāi)關(guān)管S1不關(guān)斷，開(kāi)關(guān)管S2開(kāi)通，開(kāi)關(guān)管S3……SkfSk處于關(guān)斷狀態(tài)，二極管D1承受反壓關(guān)斷，二極管D2導(dǎo)通，二極管D3……Dlrl處于關(guān)斷狀態(tài)，負(fù)組部分開(kāi)關(guān)管S' i不關(guān)斷，開(kāi)關(guān)管S' 2開(kāi)通，開(kāi)關(guān)管S'H、S' k處于關(guān)斷狀態(tài)，二極管D':承受反壓關(guān)斷，二極管D' 2導(dǎo)通，二極管D' 3……D' H處于關(guān)斷狀態(tài)，正組部分和負(fù)組部分分別輸出土U。= ±11。2......當(dāng)Ulrf < Uref (t) I < Uk時(shí),正組部分開(kāi)關(guān)管S1、S2、S3……Slri不關(guān)斷，開(kāi)關(guān)管Sk開(kāi)通，二極管DpD2……Dk_2承受反壓關(guān)斷，負(fù)組部分開(kāi)關(guān)管S' pS' 2、S' 3…S' H不關(guān)斷，開(kāi)關(guān)管S' k開(kāi)通，二極管D' pD' 2……D' k_2承受反壓關(guān)斷，正組部分和負(fù)組部分分別輸出土U。= 土U。,。
全文摘要
本發(fā)明提出一種用于快速跟蹤參考的直流變壓器型多電平輸出直流電源，以滿(mǎn)足某些場(chǎng)合下需要輸出電壓快速變化并跟蹤參考的需要。對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，本發(fā)明提出了利用直流變壓器、整流橋以及功率開(kāi)關(guān)管等器件，實(shí)現(xiàn)單輸入多電平輸出的電源結(jié)構(gòu)。直流變壓器原邊僅接一直流電源，副邊增加繞組數(shù)目，每個(gè)繞組副邊經(jīng)過(guò)整流橋和濾波電容以后串聯(lián)輸出，控制開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)輸出多電平。
文檔編號(hào)H02M3/315GK103066848SQ20121056642
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者陳晨, 王慧貞, 吳凱成, 陳穎玉, 鄒愛(ài)龍 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)