基于ARM的通信電源最優控制算法
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摘要：在第四代移動通信系統中，調制射頻放大器輸入信號包絡幅值變化較大，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的變化而變化，實現了放大器功率管電壓相對較小的下降，從而提高了系統效率。提出了一種基于ARM的通信電源的電流最優控制算法，使開關電源的工作頻率恒定，該算法通過引入輸出電壓前饋支路，進一步減少了組合輔助電源，提高了系統的效率，并進行了實驗驗證。
關鍵詞：ARM：通信電源;同步整流變換器;最優控制算法
中圖分類號：TP391
文獻標識碼：A
第三代移動通信采用了正交調幅和正交移相鍵控等新的數字調制方式，這些調制方法采用塑料數據脈沖，并且需要同時調制射頻（ RF）輸入信號的幅度和相位[1]。RF輸入信號的包絡的幅度不再恒定，并且帶寬相對較寬。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，從而導致功率損耗相對較大，系統平均電壓效率僅為[3]。為了提高RFPA的效率，需要使其電源電壓跟隨RF輸入信號包絡的變化，即利用包絡跟蹤技術減小RFPA輸出功率管壓降[4]，提高系統效率，這種電源稱為ARM通信電源，雖然采用開關變換器系統可以實現ARM通信電源，然而，由于開關電源的非線性特性，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電源并聯的方式作為ARM通信電源結構，提出了一種基于ARM通信電源的電流控制方法，并對控制方法進行了改進，引入了輸出電壓前饋，進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控制算法
2 改進的電流最優控制算法
2.1 改進電流控制算法的方案
由于電流基準為零，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傳遞函數，即組合輔助電源的閉環負載導納如下：
將設計的閉環參數分別引入方程（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 改進前后控制算法的實驗結果
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，在實驗室進行了n次實驗，做出平均功率為37.5W、峰值功率為75W的樣機，主要技術指標為：輸入直流電壓uin= 20 V，輸出電壓u0= 10+5sin（2rrfot）V，負載電阻Ro=3 Q開關電源頻率fs=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：采用改進的電流控制算法后，開關電源輸出電流幅值增大，但與負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，開關電源的基波電流與負載電流的基波電流之間的相位差越小，基波幅度越接近，復合輔助電源的電流越小，這與理論分析基本一致，說明了ARM通信功率結構和所提出的電流最優控制算法的有效性。
3 結論
主要針對無線通信基站中為RFPA供電的ARM通信電源，由開關電源與組合從電源并聯構成的ARM通信電源中，高帶寬組合從電源用于調節輸出電壓，低帶寬開關電源用于提供大部分負載功率以提高供電效率。根據這種結構，提出了一種基于ARM的通信電源最優控制算法，使開關電源的工作頻率恒定，改進了的控制算法，通過引入輸出電壓前饋支路，進一步減少了組合輔助電源，提高了系統的效率，并進行了實驗驗證。
參考文獻：
[1]戴茂飛.脈沖調制射頻磁控濺射電源的研制[D].武漢：中南民族大學，2012.
[2]孫必武，射頻電源放大器研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2016.
[3]
HOYERBY M C W， ANDERSEN M A E.High-bandwidth， high-efficiency envelope tracking power supply for 40W RF power am-plifier using paralleled bandpass current sources [C]. Proceedingsof IEEE 36th Power Electronics Specialists Conference.IEEE.2005：2804-2805.
[4] YOUSEFZADEH V，ALARCON E，MAKSIMOVIC D.Threelevelbuck converter for envelope tracking applications [J]. IEEETransactions on Power Electronics， 2006， 21（2）：549-552.
[5]鄧海麗，劉澤軍，劉敏，基于ARM的通信電源監控系統的設計[J].電源技術，2013，137（10）：1865-1866.
[6]成小霞，基于ARM的通信電源監控系統的研究[D].武漢：武漢理工大學，2011.
[7]徐帥男，通信電源監控系統發展趨勢的探討[J].通信電源技術，2014，31（5），38-40.
[8]楊洪軍，基于TCP/IP協議的通信電源監控系統[J]，電源技術，2016， 140（6）：1298-1299.
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