采用線性驅(qū)動器和開關(guān)調(diào)節(jié)器的動態(tài)電源的制作方法
【專利摘要】一種高效、高控制帶寬且高速的電源使用線性驅(qū)動器和開關(guān)調(diào)節(jié)器來基于控制信號來調(diào)節(jié)輸出。所述線性驅(qū)動器具有用于接收控制信號的第一輸入端和被連接至所述輸出以接收負(fù)反饋的第二輸入端。所述驅(qū)動器的輸出由其兩個輸入端控制，并且使與驅(qū)動器串聯(lián)連接的電容器生成響應(yīng)于驅(qū)動器的輸出中的DC分量和低頻分量的電容器電壓VC。所述開關(guān)調(diào)節(jié)器具有連接在調(diào)節(jié)器反饋回路中的控制輸入端和調(diào)節(jié)器輸出端。所述控制輸入端接收電容器電壓VC，并且所述調(diào)節(jié)器反饋回路使電容器電壓VC最小化。從而，所述開關(guān)調(diào)節(jié)器接管DC分量和低頻分量的生成，同時線性驅(qū)動器提供高頻輸出電流分量。
【專利說明】采用線性驅(qū)動器和開關(guān)調(diào)節(jié)器的動態(tài)電源
[0001]相關(guān)申請
[0002]本申請與同一日期提交的名稱為“低噪聲、高帶寬準(zhǔn)諧振模式開關(guān)電源(Low-Noise, High Bandwidth Quas1-Resonant Mode Switching Power Supply)，，的美國申請相關(guān)。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明總體上涉及利用線性驅(qū)動器和開關(guān)調(diào)節(jié)器來以高功率效率且在寬帶寬上提供輸出的動態(tài)電源。

【背景技術(shù)】
[0004]通常，需要能夠以高的總功率轉(zhuǎn)換效率遞送具有高頻分量(快速動態(tài)變化的電壓和電流)的功率的電源電路。例如，可以由高效的電源以降低的電壓對射頻(RF)功率放大器(PA)，即RF PA，供電，以使得PA能夠更高效地工作(即，具有較低的功耗)。
[0005]在包絡(luò)跟蹤系統(tǒng)中，電源向PA供給跟蹤PA的輸出功率包絡(luò)的可變電壓。這提供了降低的電壓，同時仍然保持PA的輸出級的足夠的操作空間(headroom)以防止飽和。注意，電源必須能夠很快地改變輸出電壓以適應(yīng)PA的輸出功率包絡(luò)中的快速變化。同時，在電源中期望高的總效率以實現(xiàn)所期望的較低的功耗。
[0006]典型的開關(guān)模式電源(SMPS)電路實現(xiàn)高效率。不幸的是，開關(guān)模式電源不能充分地遞送功率的高頻分量，這是因為這些類型的調(diào)節(jié)器中通常使用的低開關(guān)頻率(主要由磁損耗和開關(guān)損耗施加的限制)限制調(diào)節(jié)器的帶寬。另一方面，線性調(diào)節(jié)器可以被設(shè)計成遞送高頻分量，但這樣的線性調(diào)節(jié)器的功率轉(zhuǎn)換效率很差。因而，普通的SMPS或線性調(diào)節(jié)器不能滿足該需求。
[0007]高效且能夠遞送快速變化的電壓和電流的電源的另一需求示例是對可以包括微處理器的數(shù)字電路供電。如果數(shù)字電路由動態(tài)地調(diào)節(jié)其電壓以匹配所預(yù)測的處理要求的電源供電，則該數(shù)字電路可以更高效地運行。
[0008]一般地，當(dāng)數(shù)字電路高速運行時，向上調(diào)節(jié)電壓，而當(dāng)數(shù)字電路較低速運行時，向下調(diào)節(jié)電壓。雖然常規(guī)電源通?？梢栽?0ms內(nèi)改變其電壓，但該延遲可能阻止數(shù)字電路系統(tǒng)以峰值效率操作。期望更快速地調(diào)節(jié)其電壓以允許數(shù)字電路系統(tǒng)的計時速度的更頻繁的變化的電源。
[0009]此外，在開關(guān)電源中最小或低電壓紋波是所期望的。例如，由于增大的芯片密度和先進的CMOS (互補金屬氧化物半導(dǎo)體)技術(shù)中的低電壓擊穿，現(xiàn)代微處理器日益工作在低電壓。在這些低電壓下，電源紋波可能是電源電壓的絕大部分。高的紋波可能不期望地要求電源輸出電壓升高到最佳電平以上，以便確保向微處理器供給當(dāng)紋波電壓將電壓偏置驅(qū)動至最小時的時間段期間所需要的最小電壓。作為另外的示例，RF PA要求其電源在其輸出端呈現(xiàn)低紋波。紋波通常與開關(guān)調(diào)節(jié)器的開關(guān)頻率同步出現(xiàn)，并且可以供給至PA的輸出端，這導(dǎo)致RF輸出信號中的不期望的失真。
[0010]已經(jīng)進行了一些努力來改進常規(guī)開關(guān)調(diào)節(jié)器電路。例如，一些現(xiàn)有技術(shù)示教了:使用饋送至簡單的求和節(jié)點的開關(guān)調(diào)節(jié)器和線性調(diào)節(jié)器兩者來形成電源的輸出。這樣的合并的意圖在于:線性調(diào)節(jié)器用以提供高頻，而開關(guān)調(diào)節(jié)器用以將電流的低頻分量和DC分量提供給負(fù)載。然而，這些電路對線性調(diào)節(jié)器施加了高負(fù)荷，這是因為這些電路要求線性調(diào)節(jié)器供給大量的過電流以對開關(guān)調(diào)節(jié)器所需要的大存儲電容器中的電壓進行調(diào)制?？商娲?，可以串聯(lián)地設(shè)置開關(guān)調(diào)節(jié)器和線性調(diào)節(jié)器，其中，開關(guān)調(diào)節(jié)器的輸出端饋送至線性調(diào)節(jié)器的輸入端。在該布置中，線性調(diào)節(jié)器能夠遞送功率的高頻分量，而開關(guān)調(diào)節(jié)器可以高效地將功率遞送至線性調(diào)節(jié)器。然而，該串聯(lián)布置迫使遞送至負(fù)載的全部功率經(jīng)過線性調(diào)節(jié)器，這導(dǎo)致線性調(diào)節(jié)器中的功率消耗并且實質(zhì)上降低電源的總效率。
[0011]因此，仍然需要具有高的總效率、高帶寬和低電壓紋波的動態(tài)電源系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]通過利用控制信號調(diào)節(jié)電力輸出的動態(tài)電源獲得本發(fā)明的目的和優(yōu)點。該動態(tài)電源包括線性驅(qū)動器，該線性驅(qū)動器具有第一驅(qū)動器輸入端、第二驅(qū)動器輸入端和驅(qū)動器輸出端。第一驅(qū)動器輸入端被連接用以接收控制信號，該控制信號具有一定帶寬并且包括DC。第二驅(qū)動器輸入端連接至電力輸出以接收負(fù)反饋。該驅(qū)動器輸出端響應(yīng)于其兩個驅(qū)動器輸入端而生成驅(qū)動器輸出電流。
[0013]該動態(tài)電源具有與驅(qū)動器輸出端串聯(lián)連接的電容器，以生成響應(yīng)于驅(qū)動器輸出端中存在的DC和低頻電流分量的電容器電壓。該動態(tài)電源還裝備有開關(guān)調(diào)節(jié)器，該開關(guān)調(diào)節(jié)器具有連接在調(diào)節(jié)器反饋回路中的控制輸入端和調(diào)節(jié)器輸出端?，F(xiàn)在，連接開關(guān)調(diào)節(jié)器的控制輸入端以接收電容器電壓，并且調(diào)節(jié)器反饋回路被設(shè)計成使電容器電壓最小化。更具體地，開關(guān)調(diào)節(jié)器試圖在其調(diào)節(jié)器輸出端處抵消電容器電壓。為了實現(xiàn)此，開關(guān)調(diào)節(jié)器在其調(diào)節(jié)器輸出端處生成迫使電容器的DC電流分量為零的電流。結(jié)果，開關(guān)調(diào)節(jié)器對電力輸出貢獻(xiàn)DC和低頻電流分量。
[0014]通過合并驅(qū)動器輸出電流和調(diào)節(jié)器輸出電流來獲得動態(tài)電源的電力輸出。位于電力輸出之前的合并器執(zhí)行相應(yīng)的電流合并任務(wù)。在實踐中，有線求和節(jié)點是合并器的適當(dāng)實現(xiàn)。
[0015]在一種【具體實施方式】中，開關(guān)調(diào)節(jié)器為降壓調(diào)節(jié)器。在相同或不同的實施方式中，線性驅(qū)動器為推挽式線性驅(qū)動器。當(dāng)然，本發(fā)明的動態(tài)電源可以采用任何適當(dāng)?shù)腄C-DC調(diào)節(jié)器，本領(lǐng)域的技術(shù)人員也將其稱為開關(guān)模式電源(SMPS)或簡稱切換器。對于也稱為線性調(diào)節(jié)器的線性驅(qū)動器的選擇同樣如此。
[0016]在優(yōu)選實施方式中，開關(guān)調(diào)節(jié)器的用于接收電容器電壓的控制輸入端還接收電壓偏置。該電壓偏置由偏置電壓源產(chǎn)生、與電容器電壓相加，并且被施加到控制輸入端。在控制輸入端處添加電壓偏置生成驅(qū)動器輸出端處的期望的DC偏置。優(yōu)選地，動態(tài)電源還具有用于基于該DC偏置有效地對來自第一輸入電壓源的驅(qū)動器的電源電壓進行降壓的調(diào)節(jié)器。換言之，在該實施方式中，可以降低驅(qū)動器電源電壓。
[0017]在很多實施方式中，例如，當(dāng)動態(tài)電源被部署在移動和節(jié)能(power-efficient)設(shè)備中時，第一輸入電壓源為電池。在這些情況下，可以通過高效的開關(guān)調(diào)節(jié)器來對驅(qū)動器電源電壓降壓，從而提高驅(qū)動器的總效率。同時，電池將電源電壓提供給開關(guān)調(diào)節(jié)器而不進行任何降壓或調(diào)節(jié)?？商娲?，電源可以是不同的，即，第一輸入電壓源供應(yīng)驅(qū)動器，而第二輸入電壓源連接至開關(guān)調(diào)節(jié)器以向開關(guān)調(diào)節(jié)器供應(yīng)比驅(qū)動器電源電壓高的開關(guān)調(diào)節(jié)器電源電壓。
[0018]在一些實施方式中，動態(tài)電源具有與開關(guān)調(diào)節(jié)器串聯(lián)連接的低通濾波器。這樣的濾波器位于合并器之前。
[0019]本發(fā)明還延伸至用于通過控制信號調(diào)節(jié)動態(tài)電源的電力輸出的方法。該方法要求提供線性驅(qū)動器，該線性驅(qū)動器具有第一驅(qū)動器輸入端、第二驅(qū)動器輸入端和驅(qū)動器輸出端。第一驅(qū)動器輸入端被連接用以接收具有一定帶寬的控制信號并且在驅(qū)動器輸出端處輸出驅(qū)動器輸出電流。第二驅(qū)動器輸入端連接至電力輸出端以接收負(fù)反饋。
[0020]因而，本發(fā)明提供了高效、高控制帶寬的(動態(tài))電源，在該電源中開關(guān)調(diào)節(jié)器高效地提供DC和低頻輸出電流分量。同時，線性驅(qū)動器提供開關(guān)調(diào)節(jié)器不能提供的高頻輸出電流分量。另外，由于線性驅(qū)動器從電力輸出獲得反饋，因而可以通過線性調(diào)節(jié)器去除在線性驅(qū)動器(帶內(nèi)噪聲)的帶寬內(nèi)由開關(guān)調(diào)節(jié)器施加的任何電壓紋波。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的方法，電容器與驅(qū)動器輸出端串聯(lián)連接，以生成響應(yīng)于驅(qū)動器輸出電流中的DC和低頻電流分量的電容器電壓。設(shè)置具有連接在調(diào)節(jié)器反饋回路中的控制輸入端和調(diào)節(jié)器輸出端的開關(guān)調(diào)節(jié)器，以生成包括DC和低頻電流分量的調(diào)節(jié)器輸出電流。這確保了，控制輸入端接收電容器電壓并且電流調(diào)節(jié)器反饋回路通過生成具有DC和低頻電流分量的期望的調(diào)節(jié)器輸出來使電容器電壓最小化。合并這樣生成的調(diào)節(jié)器輸出電流和驅(qū)動器輸出電流以生成電力輸出。
[0022]本發(fā)明的方法可以用在實施也已知為卡恩技術(shù)的EER(包絡(luò)消除和恢復(fù))的RF功率放大器中。在這些實施方式中，電力輸出被遞送至RF功率放大器的電源電壓軌?？刂菩盘枮橐庠谡{(diào)制RF載波的幅值信號。在另外的其它實施方式中，電力輸出用于根據(jù)要放大的RF信號的幅值來調(diào)節(jié)RF功率放大器的電源電壓。因而，用于放大該信號的RF功率放大器能夠在其電源電壓中不具有不必要的電壓過頂(overhead)的情況下操作，從而降低總功耗。
[0023]此外，本發(fā)明的方法延伸至通過開關(guān)調(diào)節(jié)器在電力輸出處生成電壓偏置。這允許在超過線性驅(qū)動器所提供的峰值電壓的模式下的操作。優(yōu)選地，從偏置電壓源向開關(guān)調(diào)節(jié)器的控制輸入端提供電壓偏置電平。結(jié)果，通過開關(guān)調(diào)節(jié)器引入了 DC偏置，進而在驅(qū)動器輸出端處引入了降低的電壓。在實施方式中還期望引入電壓偏置，以對線性驅(qū)動器提供較低的電源電壓，相應(yīng)地對利用開關(guān)模式調(diào)節(jié)器的輸入電壓源降壓，使得其對線性驅(qū)動器施加有效的降壓的驅(qū)動器電源電壓。
[0024]最后，本發(fā)明延伸至在電壓模式下操作的動態(tài)電源。在電壓模式下，動態(tài)電源檢測驅(qū)動器輸出電壓中的DC和低頻電壓分量，而不是檢測電流信號的DC和低頻電流分量。開關(guān)調(diào)節(jié)器具有連接在調(diào)節(jié)器反饋回路中的開關(guān)調(diào)節(jié)器的控制輸入端和調(diào)節(jié)器輸出端，在調(diào)節(jié)器反饋回路中，控制輸入端連接至偏置電壓源和節(jié)點。
[0025]然后，開關(guān)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)其調(diào)節(jié)器輸出，以使驅(qū)動器輸出電壓與利用調(diào)節(jié)器反饋回路的外部提供的偏置電壓之間的差最小化。更具體地，開關(guān)調(diào)節(jié)器試圖抵消驅(qū)動器輸出電壓與偏置電壓之間的差。為了實現(xiàn)此，開關(guān)調(diào)節(jié)器在其調(diào)節(jié)器輸出端處生成滿足驅(qū)動器的反饋回路的調(diào)節(jié)器輸出電壓，從而迫使驅(qū)動器的DC輸出電壓等于偏置電壓。
[0026]利用求和變壓器(summing transformer)來合并驅(qū)動器輸出電壓和調(diào)節(jié)器輸出電壓，以生成電壓模式實施方式中的電力輸出。在這些實施方式中也可以部署基于DC偏置將來自第一輸入電壓源的驅(qū)動器電源電壓降壓至較低的電源電壓的調(diào)節(jié)器。
[0027]明顯地，本發(fā)明的設(shè)備和方法得到很多有利的實施方式。參照附圖在下面詳細(xì)的描述中給出了本發(fā)明的細(xì)節(jié)，包括其優(yōu)選實施方式。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是示出了本發(fā)明的幾個主要方面的動態(tài)電源的圖。
[0029]圖2是由圖1的動態(tài)電源中的線性驅(qū)動器和開關(guān)調(diào)節(jié)器所貢獻(xiàn)的電流頻率分量的曲線圖。
[0030]圖3A是示出了根據(jù)本發(fā)明的動態(tài)電源連同EER(包絡(luò)消除和恢復(fù))RF發(fā)送器系統(tǒng)的部署的圖。
[0031]圖3B是示出了根據(jù)本發(fā)明的動態(tài)電源在高能量效率、高頻功率放大器電路中的部署的圖。
[0032]圖4是與圖1的動態(tài)電源相似的動態(tài)電源的圖并且示出了本發(fā)明的幾個另外的方面。
[0033]圖5A和圖5B是示出了基于圖4的電源的本發(fā)明的另外的有利方面的電壓曲線圖。
[0034]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的動態(tài)電源的另一實施方式的圖。
[0035]圖7是被設(shè)計成在電壓模式下操作的根據(jù)本發(fā)明的動態(tài)電源的又一實施方式的圖。

【具體實施方式】
[0036]僅為了說明的目的，附圖和下面的說明涉及本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。應(yīng)當(dāng)注意，根據(jù)下面的討論，本文所公開的結(jié)構(gòu)和方法的替代實施方式將容易被識別為在不偏離要求保護的發(fā)明的原理的情況下實施的可行的替選。
[0037]將詳細(xì)參照本發(fā)明的若干實施方式，在附圖中示出了實施方式的示例。注意，可以在附圖中使用在任何地方均可實行的相似或相同的附圖標(biāo)記，并且這些附圖標(biāo)記可以表示相似或相同的功能。僅出于說明的目的，這些圖示出了本發(fā)明的實施方式。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員從下面的描述將容易地認(rèn)識到:可以在不偏離本文中所描述的本發(fā)明的原理下實施本文中所示出的結(jié)構(gòu)和方法的替選實施方式。
[0038]如圖1所示，可以通過首先觀察根據(jù)本發(fā)明的動態(tài)電源100的圖更好地理解本發(fā)明。電源100具有線性驅(qū)動器102 (也稱為線性調(diào)節(jié)器)。線性驅(qū)動器102具有同相輸入端(在本文中被稱為第一驅(qū)動器輸入端104)和反相輸入端(在本文中被稱為第二驅(qū)動器輸入端106)。線性驅(qū)動器102還具有驅(qū)動器輸出端108，驅(qū)動器輸出端108提供與線性驅(qū)動器的反相輸入端106和同相輸入端104之間的電壓差成比例的驅(qū)動器輸出電流込。
[0039]通常，線性驅(qū)動器102為推挽式線性驅(qū)動器，提供能夠流出電流和流入電流兩者的輸出。當(dāng)然，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員可以理解，可以部署其它類型的線性驅(qū)動器。第一驅(qū)動器輸入端104被連接用以接收控制信號110。控制信號110如下所述控制動態(tài)電源100的總的期望的輸出電壓。此外，控制信號110為表示其是可變的且覆蓋寬的帶寬的動態(tài)信號。例如，控制信號110可以包括在DC到20MHz范圍內(nèi)的變化的頻率分量。
[0040]第一輸入電壓源112連接至線性驅(qū)動器102的電源軌114。電壓源112提供驅(qū)動器電源電壓VSU)。因而,被遞送至驅(qū)動器輸出端108的功率來源于電壓源112。
[0041]動態(tài)電源100還裝備有開關(guān)調(diào)節(jié)器120。開關(guān)調(diào)節(jié)器120為DC-DC調(diào)節(jié)器，也稱為開關(guān)模式電源(SMPS)、DC-DC轉(zhuǎn)換器或簡稱切換器。在本實施方式中，開關(guān)調(diào)節(jié)器120為降壓調(diào)節(jié)器。當(dāng)然，可以部署其它開關(guān)調(diào)節(jié)器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括升壓式、反相和各種基于變壓器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。此外，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將理解，可以部署利用各種控制技術(shù)(包括脈寬調(diào)制(PWM)、滯后和Σ-Λ調(diào)制)的切換器。
[0042]開關(guān)調(diào)節(jié)器120具有控制輸入端122和調(diào)節(jié)器輸出端124。在本實施方式中，控制輸入端122包括同相輸入端122A和反相輸入端122B。調(diào)節(jié)器輸出端124基于控制輸入端122在輸出端124處提供調(diào)節(jié)器輸出電流iSK。更確切地說，當(dāng)同相輸入端122A在高于反相輸入端122B的電壓時，調(diào)節(jié)器輸出電流iSK為正。另一方面，當(dāng)反相輸入端122B在高于同相輸入端122A的電壓時，調(diào)節(jié)器輸出電流iSK為負(fù)。
[0043]調(diào)節(jié)器120具有用以提供開關(guān)調(diào)節(jié)器電源電壓Vssk的輸入電源，在此示為第二輸入電壓源126。電壓源126向開關(guān)調(diào)節(jié)器120的電源軌128提供功率。因而，被遞送至調(diào)節(jié)器輸出端124的功率來源于源126。
[0044]驅(qū)動器輸出端108和調(diào)節(jié)器輸出端124被聯(lián)接或合并。具體地，合并器136用于將驅(qū)動器輸出端108和調(diào)節(jié)器輸出端124相互連接。在本實施方式中，合并器136優(yōu)選地為有線求和節(jié)點。動態(tài)電源100的電力輸出端138位于合并器136之后以接收由合并器136提供的來自驅(qū)動器輸出端108和調(diào)節(jié)器輸出端124的合并信號。
[0045]線性驅(qū)動器102的第二驅(qū)動器輸入端106經(jīng)由節(jié)點140連接至動態(tài)電源100的電力輸出端138。節(jié)點140為位于合并器136之后的有線連接，節(jié)點140在電力輸出端138附近閉合驅(qū)動器102的負(fù)反饋回路142。具體地，經(jīng)由電力輸出端138在驅(qū)動器輸出端108與作為驅(qū)動器102的反相輸入端的第二驅(qū)動器輸入端106之間建立負(fù)反饋回路142。
[0046]驅(qū)動器輸出端108被配置成對被遞送至驅(qū)動器的第一驅(qū)動器輸入端104的輸入信號110以及被施加到驅(qū)動器的第二驅(qū)動器輸入端106的來自電力輸出端138的負(fù)反饋做出響應(yīng)。事實上，通過設(shè)計，線性驅(qū)動器102嘗試將其第一驅(qū)動器輸入端104與第二驅(qū)動器輸入端106之間的電壓差保持為零。這通過調(diào)節(jié)在驅(qū)動器輸出端108處生成的驅(qū)動器輸出電流^來進行。結(jié)果，驅(qū)動器輸出端108爭取跟隨在驅(qū)動器的同相第一輸入端104處施加的輸入信號110。
[0047]根據(jù)本發(fā)明，動態(tài)電源100具有與驅(qū)動器輸出端108串聯(lián)連接的電容器118。通過如此連接，電容器118通過在其板兩側(cè)生成電容器電壓\來對驅(qū)動器輸出電流^做出響應(yīng)。通過以下公式，電容器電壓Vc關(guān)于時間的函數(shù)Vc(t)與驅(qū)動器輸出電流^相關(guān)。
[0048]Vc{t) = i,n(Odt(公式 I)
[0049]因此，電容器118兩端的電壓Vc(t)對應(yīng)于構(gòu)成驅(qū)動器輸出電流^的所有電流分量的積分。
[0050]驅(qū)動器輸出電流L的電流分量包括DC電流分量和低頻電流分量。電容器電壓Vc (t)響應(yīng)于DC電流分量和低頻電流分量，這是因為容抗ZJZ。= 1/C，其中，為角頻率)在DC(在=O處無窮大)處最高，并且隨著頻率增大而減小。注意，根據(jù)公式1，電流^的正DC分量使電容器電壓V。減小。
[0051]開關(guān)調(diào)節(jié)器120的控制輸入端122連接至電容器118以接收電容器118兩端所生成的電容器電壓V。。具體地，同相輸入端122A和反相輸入端122B跨接電容器118，使得在輸入端122A，122B之間施加電容器電壓V。。因此，電容器電壓V。控制開關(guān)調(diào)節(jié)器120的控制輸入端122，然后確定調(diào)節(jié)器輸出端124處的調(diào)節(jié)器輸出電流iSK。注意，基于上面所說明的開關(guān)調(diào)節(jié)器120的操作原理，電容器電壓\的極性將確定調(diào)節(jié)器輸出電流iSK為正還是為負(fù)。
[0052]開關(guān)調(diào)節(jié)器120連接在負(fù)調(diào)節(jié)器反饋回路144中。反饋回路144建立在調(diào)節(jié)器輸出端124、合并器136和開關(guān)調(diào)節(jié)器120的控制輸入端122之間。注意，電容器118包括在反饋回路144中。
[0053]以與反饋回路142中的驅(qū)動器102的方式相似的方式，反饋回路144中的調(diào)節(jié)器120爭取將調(diào)節(jié)器120的兩個輸入端122AU22B之間的電壓差保持為零。這通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器輸出電流iSK來進行。如果跨輸入端122AU22B的電壓為正(同相輸入端122A為高于反相輸入端122B的電壓)，則調(diào)節(jié)器120得到(command)正的輸出電流iSK。相反，當(dāng)跨輸入端122AU22B的電壓為負(fù)(同相輸入端122A為低于反相輸入端122B的電壓)時，調(diào)節(jié)器120得到負(fù)的輸出電流iSK。
[0054]以這種方式，調(diào)節(jié)器120產(chǎn)生適當(dāng)?shù)妮敵鲭娏鱥SK以產(chǎn)生跨負(fù)載152的電壓，來確保驅(qū)動器102的負(fù)反饋回路142阻止驅(qū)動器102通過電容器118流出DC電流和低頻電流，否則將生成非零電容器電壓\。
[0055]在討論動態(tài)電源100的操作之前，應(yīng)當(dāng)指出，在優(yōu)選實施方式中，控制輸入端122還接收電壓偏置VQS。電壓偏置Vqs與反相輸入端122B串聯(lián)設(shè)置并且由偏置電壓源148產(chǎn)生，偏置電壓源148通常是恒定的，S卩，直流(DC)。輸入端122B處的電壓偏置Vqs施加在調(diào)節(jié)器輸出端124處生成期望的DC偏置。
[0056]在這種情況下，調(diào)節(jié)器120爭取將其兩個輸入端122AU22B之間的電壓差保持為零，來使電容器118充電至等于Vre的DC電壓。此外，調(diào)節(jié)器120產(chǎn)生適當(dāng)?shù)妮敵鲭娏鱥SK以產(chǎn)生跨負(fù)載152的電壓，以確保驅(qū)動器102的負(fù)反饋回路142阻止驅(qū)動器102通過電容器118流出DC電流分量和低頻電流分量，否則這生成電容器電壓V。，電容器電壓V。偏離等于的DC電壓。
[0057]另外，優(yōu)選實施方式還具有用于將驅(qū)動器電源電壓Vsui降壓為電壓偏置Vffi的函數(shù)的調(diào)節(jié)器(REG) 150。調(diào)節(jié)器150通常為連接至第一輸入電壓源112的DC-DC調(diào)節(jié)器，其通過電源軌114提供驅(qū)動器輸入電壓VSU)。調(diào)節(jié)器150的輸出電壓與偏置電壓源148的電壓有關(guān)，這是因為，當(dāng)偏置電壓源148的電壓偏置Vre增大時，調(diào)節(jié)器150提供降低的輸出電壓。
[0058]圖1中示出的動態(tài)電源100將電流遞送至負(fù)載152。負(fù)載152表示任何類型的有用負(fù)載，包括屬于移動用戶電子設(shè)備的低功率電路。假定變化的電源電壓降低總功耗，這樣的低功率電路可以受益于動態(tài)電源以最大化它們的能量效率。
[0059]在工作期間，動態(tài)電源100的線性驅(qū)動器102通過第一驅(qū)動器輸入端104接收控制信號110。由于驅(qū)動器102工作在負(fù)反饋回路142中，因而驅(qū)動器輸出電流^被控制為跟隨控制信號110。這是因為這樣做滿足線性驅(qū)動器102的基本屬性，即，線性驅(qū)動器102通過調(diào)節(jié)^爭取將其第一輸入端104與第二輸入端106 (分別為同相端和反相端)之間的電壓差保持為零。
[0060]驅(qū)動器輸出電流^包含從DC分量和低頻分量到高頻分量范圍的大量頻率分量，高頻分量可以擴展至達(dá)到20MHz。如上面所指出的，這些DC分量和低頻分量生成電容器118兩端的電容器電壓Vc(t)，電容器電壓Vc(t)對應(yīng)于它們的整體。同時，iLD的高頻電流分量(例如高于約10kHz的那些頻率分量)并未明顯地對電容器電壓Vc(t)作出貢獻(xiàn)。應(yīng)當(dāng)注意，這些較高頻率分量在開關(guān)調(diào)節(jié)器120的帶寬之外。
[0061]為了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的期望的結(jié)果，電容器118的電容應(yīng)當(dāng)被選擇為確保在開關(guān)調(diào)節(jié)器120的帶寬之外為低阻抗Z。，同時對于由開關(guān)調(diào)節(jié)器120控制的iSK中的DC電流分量和低頻電流分量仍然提供基本的儲蓄器?？梢詫⑦m當(dāng)?shù)碾娙葸x擇為幾法拉量級。當(dāng)然，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將認(rèn)識到，對于動態(tài)電源100的每個特定設(shè)計，需要調(diào)節(jié)電容C的實際值。
[0062]開關(guān)調(diào)節(jié)器120在其控制輸入端122處接收電容器電壓Vc(t)。調(diào)節(jié)器120處于負(fù)反饋回路144中，并且爭取控制調(diào)節(jié)器輸出電流iSK以使電容器電壓V。(t)最小化，從而保持跨開關(guān)調(diào)節(jié)器120的輸入端122AU22B的電壓差為零。為了實現(xiàn)此，開關(guān)調(diào)節(jié)器120在其調(diào)節(jié)器輸出端124處生成迫使電容器118的DC電流分量為零的調(diào)節(jié)器輸出電流iSK。從而，開關(guān)調(diào)節(jié)器120能夠接管來自線性驅(qū)動器102的DC電流分量和低頻電流分量的生成。
[0063]注意，DC電流分量和低頻電流分量正好是線性驅(qū)動器102不善于處理的這些分量。事實上，由于驅(qū)動器102具有線性輸出級，所以通過驅(qū)動器102提供DC分量效率很低，因此，消耗來自第一輸入電壓源112的大量功率。然而，在本發(fā)明的動態(tài)電源100中，在提供DC分量方面很有效的開關(guān)調(diào)節(jié)器120接管其調(diào)節(jié)器輸出電流iSK中的DC電流分量和低頻電流分量的生成。
[0064]合并器136對iyj和iSK中的所有電流分量求和。從而,合并器136生成電力輸出。
[0065]當(dāng)然，將電容器118集成在反饋回路144中對DC提供非常高的增益，在輸出中在較高頻率處以20分貝/十倍頻(dB/decade)衰減。這意味著開關(guān)調(diào)節(jié)器120通常對DC具有較高貢獻(xiàn)，而在線性驅(qū)動器120接管的較高頻率處具有快速衰減的貢獻(xiàn)。
[0066]圖2示出了線性驅(qū)動器102與開關(guān)調(diào)節(jié)器120之間的電流分量貢獻(xiàn)在動態(tài)電源100的整個操作范圍上的分割。曲線160示出了開關(guān)調(diào)節(jié)器120對輸出電流貢獻(xiàn)的頻率分量。注意，開關(guān)調(diào)節(jié)器120完全提供DC分量。于是，曲線160示出了調(diào)節(jié)器120的貢獻(xiàn)在適當(dāng)?shù)乃p之后在200kHz處下降到零。這是調(diào)節(jié)器120的帶寬。同時，曲線162示出了線性驅(qū)動器102對輸出電流1TT貢獻(xiàn)的頻率分量。該情形是相反的，在DC分量處沒有貢獻(xiàn)，而在200kHz以上至其帶寬(例如，高達(dá)20MHz)的所有高頻分量具有貢獻(xiàn)。
[0067]返回參照圖1，將調(diào)節(jié)器輸出電流iSK示為分成兩部分。第一部分154由如上所述的開關(guān)調(diào)節(jié)器120從線性驅(qū)動器102接管其生成的DC電流分量和低頻電流分量組成。由于調(diào)節(jié)器120的開關(guān)操作，第二部分156為紋波。更確切地來說，紋波156為高頻三角波電流(通常約IMHz)，且其高次諧波由調(diào)節(jié)器120的內(nèi)部磁性元件生成。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將熟悉開關(guān)調(diào)節(jié)器的該特征。
[0068]同時，在驅(qū)動器輸出電流^中包含有用的輸出電流的第二部分154’。具體地，第二部分154’包含調(diào)節(jié)器120在調(diào)節(jié)器輸出電流iSK中未提供的高頻電流分量。
[0069]從動態(tài)電源100的觀點來看，紋波156表示噪聲。動態(tài)電源100的操作頻帶中包含的噪聲156的部分被稱作帶內(nèi)噪聲。帶內(nèi)噪聲156連同表示調(diào)節(jié)器輸出電流iSK的DC分量和低頻分量的有用部分154被運送至合并器136。
[0070]合并器136對來自驅(qū)動器輸出端108的驅(qū)動器輸出電流^和來自調(diào)節(jié)器輸出端124的調(diào)節(jié)器輸出電流iSK求和，以生成輸出電流iTOT。在驅(qū)動負(fù)載152的處理中，在電力輸出端138處記錄對應(yīng)于輸出電流的、為Votit的輸出電壓信號158。
[0071]在線性驅(qū)動器102的負(fù)反饋回路142中，輸出電壓Vtot被返回施加至線性驅(qū)動器102的第二驅(qū)動器輸入端106。如上面所說明的，在爭取將輸入端104、106之間的電壓差保持為零時，驅(qū)動線性驅(qū)動器102以確保控制信號110在線性驅(qū)動器102的輸出端108處的如實再現(xiàn)。
[0072]在這一點上，動態(tài)電源100的另一有利方面變得清晰。即，線性驅(qū)動器102產(chǎn)生由附圖標(biāo)記156’指定的、在開關(guān)調(diào)節(jié)器120的帶寬之外的噪聲或紋波156的反相。當(dāng)通過合并器136求和時，紋波156消除其反相156’。這是因為在線性驅(qū)動器102的控制帶寬內(nèi)產(chǎn)生不期望的噪聲156。從而，由于源自開關(guān)調(diào)節(jié)器120的紋波電流156在負(fù)載152兩端生成的紋波電壓在回路142中被消除。由于噪聲156未包含在線性驅(qū)動器102爭取在其驅(qū)動器輸出端108處跟隨的控制信號110中，所以被不同設(shè)置的反饋回路142將用以去除或“清除”開關(guān)調(diào)節(jié)器120所產(chǎn)生的帶內(nèi)噪聲部分156。
[0073]明顯地，通過線性驅(qū)動器102消除帶內(nèi)噪聲或紋波156是非常期望的結(jié)果。這確保在電力輸出端138處用于驅(qū)動負(fù)載152的干凈的輸出電壓158或VOT。然而，應(yīng)當(dāng)注意，以這種方式將不會清除線性驅(qū)動器102的帶寬之外的帶內(nèi)噪聲156或紋波(通常擴展至約10 至 20MHz)。
[0074]如圖1所示的動態(tài)電源100以及根據(jù)本發(fā)明的相似的電源可以用于很多情形中。例如，圖3A示出了動態(tài)電源100如何部署在RF發(fā)射器系統(tǒng)或無線電系統(tǒng)170中。
[0075]系統(tǒng)170具有RF功率放大器172 (RF PA)，并且采用也已知為卡恩技術(shù)的EER (包絡(luò)消除和恢復(fù))技術(shù)。在系統(tǒng)170的情況下，目標(biāo)是使用動態(tài)電源100來提高RF PA 172的效率。例如，系統(tǒng)170為無線電系統(tǒng)，諸如可以駐留在智能手機或其它移動通信裝置中的蜂窩發(fā)送器。
[0076]系統(tǒng)170提供要被調(diào)制在載波信號176上以產(chǎn)生輸出信號178的包絡(luò)信號174。輸出信號178要從天線(未示出)發(fā)送。在產(chǎn)生輸出信號178 (例如，正交調(diào)制QAM)時，可以使用包括本領(lǐng)域中已知的調(diào)幅分量且適于與EER —起使用的任何適當(dāng)?shù)恼{(diào)制和編碼方案。
[0077]包絡(luò)信號174根據(jù)EER與載波信號176分離。載波信號176通常在高頻帶(例如2GHz)中。同時，包絡(luò)信號174可以具有約1MHz的帶寬。
[0078]包絡(luò)信號174被發(fā)送至動態(tài)電源100以用作控制信號110 (參見圖1)。電源100如先前所描述地操作以輸出與來自源180的調(diào)制源電壓Vsotke對應(yīng)的調(diào)制電壓信號182。更確切地說，信號182是根據(jù)包絡(luò)信號174調(diào)制的。
[0079]調(diào)制電壓信號182經(jīng)由RF PA 172的電壓供應(yīng)軌184被提供至RF PA 172作為其電源電壓Vs。從而，包絡(luò)信號174表示RF PA 172的電源電壓Vs的幅值與要由RF PA 172產(chǎn)生的輸出信號178的幅值同步。注意，諸如相位延遲(tau) 186或其它措施(未示出)的任何必要的同步準(zhǔn)備是本領(lǐng)域已知的。
[0080]在上述條件下，RF PA 172在飽和模式下高效地工作。另外注意，這樣的實施方式中的RF PA 172可以是“C類”功率放大器。
[0081]圖3B是示出了如圖1所示的動態(tài)電源100或相似的電源在能量有效、高頻電路190中的部署的圖。電路190具有可以操作在RF頻率范圍中的功率放大器(PA) 192。放大器192被設(shè)置為對從信號源193提供且電路190所需要的信號194進行放大。信號194在以虛線表示的包絡(luò)196內(nèi)變化。
[0082]再次，隨著包絡(luò)196變化的信號198用作動態(tài)電源100的控制信號。信號198由電源控制197提供。進行必要的準(zhǔn)備以確保信號198與信號194同步。此外，源電壓Vsotke由電路190的電壓源200提供。電壓源200通常為電池。
[0083]在工作時，動態(tài)電源100根據(jù)信號198對源電壓VS_E進行調(diào)制。調(diào)制的源電壓VS_E用作對信號194進行放大的放大器192的電源電壓Vs。從而，電源電壓Vs被調(diào)制為與信號198同步，其跟蹤信號194的包絡(luò)196。
[0084]優(yōu)選地，放大器192利用電源電壓Vs中的足夠的空間操作為高效。事實上，由電源控制197提供的信號198甚至不必是待放大的信號194的包絡(luò)196。如由附圖標(biāo)記198’所示，信號198可以是包絡(luò)196的方波近似。當(dāng)然，如本領(lǐng)域中的技術(shù)人員所理解的，很多替選的波形可以用作控制信號194的放大的信號198。
[0085]電路190中具有變化的幅值的信號194的放大非常高效地出現(xiàn)。這降低了電路190的總的功耗并且延長了電池200的壽命。
[0086]圖4是與圖1的動態(tài)電源100很相似的動態(tài)電源202的圖。使用相同的附圖標(biāo)記指定上面已經(jīng)描述了其操作的相應(yīng)部分。電源202示出了電容器118的另外的益處。注意，在圖4中明確示出電容器118兩端的電壓，即電容器電壓V。。
[0087]除了電源100中已描述的部分以外，電源202還具有與調(diào)節(jié)器輸出端124串聯(lián)連接的可選的低通濾波器(LP)204。濾波器204可以是電感器。然而，應(yīng)當(dāng)注意，使用電感器作為濾波器204可能導(dǎo)致不期望的嗡嗡聲以及其它不期望的副效應(yīng)。因此，當(dāng)使用電感器作為濾波器204時，將需要部署其它措施。
[0088]電源202標(biāo)記有幾個點，即點A至點F，其中，示出了輸出電壓波形以更好地說明電源202的另外的有利方面?，F(xiàn)在將使用如相應(yīng)的圖5A和圖5B所示的電壓曲線圖A和B的圖進行闡明。
[0089]圖5A示出了電壓偏置源148所施加的電壓偏置Vqs為零(即Vqs = O)的曲線圖A。在這種情況下，沒有施加偏置或提升電壓。曲線圖A的上部分示出了來自線性驅(qū)動器102 (點A)和開關(guān)調(diào)節(jié)器120 (點C)的輸出電壓。表示為點D的對線性驅(qū)動器102供電的第一電壓輸入源112 (參見圖1)必須保持比由線性驅(qū)動器102輸出的峰值電壓高，以便提供充足的操作凈空(headroom)。同樣地，表示為點F的對開關(guān)調(diào)節(jié)器120供電的第二電壓輸入源126必須保持比來自開關(guān)調(diào)節(jié)器120的輸出高。注意，在優(yōu)選實施方式中，開關(guān)調(diào)節(jié)器120只是降壓調(diào)節(jié)器，其為最有效類型(與升壓或升壓/降壓類型相比)。
[0090]曲線圖A的下部分示出了點E處所得到的電壓波形。這是動態(tài)電源202在電力輸出端138處的輸出?，F(xiàn)在，將這些與曲線圖B進行比較。
[0091]圖5B示出了曲線圖B，曲線圖B示出了當(dāng)電壓偏置源148向電容器118施加非零電壓偏置Vre時的情形。在這種情況下，開關(guān)調(diào)節(jié)器120保持電容器118兩端所測量的固定的電容器電壓Vc。從而，線性驅(qū)動器102在點A處的輸出工作在比點B低的電壓下。曲線圖B的頂部示出了這種情況，點A現(xiàn)在工作在低很多的電壓電平下。
[0092]從而，在開關(guān)調(diào)節(jié)器120的控制輸入端122處電壓偏置Vffi的施加在調(diào)節(jié)器輸出端124處生成期望的DC偏置。好處是可以對經(jīng)由軌114從第一輸入電壓源112提供至線性驅(qū)動器102的驅(qū)動器電源電壓Vsui進行降壓(參見圖1)。從曲線圖B中清楚的是，線性驅(qū)動器102在較低峰值電壓電平下操作，并且不再要求Vsui很高。點D表示VSU)，與曲線圖A的點D相比，在曲線圖B中這里示出的點D降低了。Vsui可以被降低，這是因為在曲線圖B中線性驅(qū)動器102的輸出端(表示為點A)在比曲線圖A的電壓低的電壓下操作，從而可以降低輸入電壓源112，同時仍然提供驅(qū)動器傳遞信號所需的充足的操作空間。
[0093]通過適當(dāng)?shù)慕祲赫{(diào)節(jié)器執(zhí)行Vsui的降低或下降。在圖1的電源100中及圖4的電源202中，為了該目的使用相同的調(diào)節(jié)器150 (參見圖1)。優(yōu)選地，調(diào)節(jié)器150為高效地執(zhí)行該降壓而不浪費功率的降壓開關(guān)調(diào)節(jié)器或DC-DC調(diào)節(jié)器。因此，由于線性驅(qū)動器102的效率通過在降低的Vsui下操作而增大，所以總的電源效率增大。
[0094]查看曲線圖B的底部，顯示另外的益處。點E處(例如電力輸出端138)處的峰值信號電壓電平可以實際上上升至高于電源電壓Vsui和VSSK，由電容器118處的偏置電壓的提升效應(yīng)支持。可以在不具有升壓調(diào)節(jié)器的情況下實現(xiàn)高于電源電壓Vssk的峰值，這簡化了系統(tǒng)并且進一步增加了效率。從而，本發(fā)明的優(yōu)選方法延伸至經(jīng)由開關(guān)調(diào)節(jié)器120的電源電壓Vssk在電力輸出端124處施加電壓偏置Vqs，因為這準(zhǔn)許在超過線性驅(qū)動器102所提供的峰值電壓的模式下操作。再次，在通過電池提供電源電壓Vsui和Vssk的移動單元中這些優(yōu)勢是尤其期望的。
[0095]在上述任意實施方式中，事實上，第一電壓源112和第二電壓源126可以來源于同一電壓源。通常，該公共源可以為電池。具體地，在移動設(shè)備中這可能具有單個電池對它們所有的電路的供電。然而，高效地對這樣的公共電池所需的電壓(例如優(yōu)選實施方式中低于調(diào)節(jié)器電源電壓Vssk的驅(qū)動器電源電壓VsiJ進行降壓的能力表現(xiàn)節(jié)能。當(dāng)然，在不具有單個公共源的裝置中，提供Vsm和Vssk的電源可以完全分開和不同。
[0096]可替代地，電壓源112、126源于不同的源。這可以在不限于單個電池的電路和裝置中發(fā)生。實際上，這些裝置可以具有不同的第二輸入電壓源。后者可以連接至開關(guān)調(diào)節(jié)器120，以向開關(guān)調(diào)節(jié)器120提供聞于驅(qū)動器電源電壓VSU)的開關(guān)調(diào)節(jié)器電源電壓VSSR。
[0097]圖6是根據(jù)本發(fā)明的動態(tài)電源300的另一實施方式的圖。電源300示出了本發(fā)明的幾個有利的方面的更具體的實現(xiàn)。與前面附圖中相同的附圖標(biāo)記用于指定相應(yīng)的部分。
[0098]如前所述，電源300部署線性驅(qū)動器102，以及與驅(qū)動器輸出端108串聯(lián)連接的電容器118。驅(qū)動器102的電源軌114從相應(yīng)電源(例如電池(未示出))接收驅(qū)動器的電源電壓Vsdl。
[0099]如前所述，負(fù)反饋回路302將負(fù)反饋遞送至第二驅(qū)動器輸入端106。此外，在本實施方式中，數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) 308設(shè)置由數(shù)字偏置控制輸入端306控制的精確的偏置電壓VQS。注意，在實際的系統(tǒng)中，設(shè)置偏置電壓Vffi要求輸出端處預(yù)期的預(yù)期峰值電平的一些知識。這與功率等級和無線電發(fā)送器系統(tǒng)中公知的調(diào)制類型有關(guān)，例如，如圖3A中所示。
[0100]電源300具有特定類型的開關(guān)調(diào)節(jié)器310，在虛線方框內(nèi)詳細(xì)示出了開關(guān)調(diào)節(jié)器310的部分。調(diào)節(jié)器310為提供調(diào)節(jié)器輸出電流iSK的滯后型開關(guān)調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器310利用互補開關(guān)312、314使得電感器316在降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的開關(guān)調(diào)節(jié)器電源電壓Vssk與地GND之間進行切換?；パa開關(guān)312、314分別由P-MOSFET晶體管和N-MOSFET晶體管實現(xiàn)。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員已知的先接后斷(make-before-break)電路318確保每個開關(guān)僅在先前激活的開關(guān)被去激活之后被激活。
[0101]電流感應(yīng)放大器320通過對跨電流感應(yīng)電阻器322的電壓進行測量來提供表示電感器316中的電流iSK的信號。放大器320連接至滯后比較器324的反相輸入端來為其提供表不電流iSK的信號。
[0102]調(diào)節(jié)器310在其控制輸入端312處具有誤差放大器326。事實上，誤差放大器326的輸入對應(yīng)于輸入端122A、122B(參見圖1)。因此，誤差放大器326接收與電容器電壓Vc對應(yīng)的輸入信號。誤差放大器326的輸出端被提供至滯后比較器324的同相輸入端。通過如此連接至誤差放大器326和電流感應(yīng)放大器320兩者，滯后比較器324控制用于致動互補開關(guān)312、314的先接后斷電路318。
[0103]設(shè)置求和節(jié)點328以對來自線性驅(qū)動器102和開關(guān)調(diào)節(jié)器310的電流^和iSK進行求和。如在先前實施方式中，求和節(jié)點328為有線求和節(jié)點。設(shè)置電力輸出330以將負(fù)載連接至合并的輸出信號。
[0104]可選地，可以將濾波器332放置在開關(guān)調(diào)節(jié)器310的輸出端處。綜上所述，在進行適當(dāng)?shù)拇胧┮韵宋寺暫推渌泻Φ母毙?yīng)的情況下，可以由電感器實現(xiàn)濾波器332。對于電感器作為濾波器332的適當(dāng)應(yīng)用，參照于與本申請相同的日期提交的名稱為“低噪聲、高帶寬準(zhǔn)諧振模式開關(guān)電源(Low-Noise, High Bandwidth Quas1-Resonant ModeSwitching Power Supply) ”的共同未決的美國專利申請。
[0105]電源300的操作類似于先前描述的實施方式的操作。換言之，電源300以“電流模式”操作，在“電流模式”中，在操作期間^和iSK在節(jié)點328處被求和并且被提供用以驅(qū)動負(fù)載(例如，參見圖1)。
[0106]圖7是被設(shè)計成以“電壓模式”而不是“電流模式”操作的根據(jù)本發(fā)明的動態(tài)電源400的又一實施方式的圖。在這種情況下，線性驅(qū)動器102和開關(guān)調(diào)節(jié)器310的重要的輸出信號為電壓，不是電流。從而，在電壓模式下，動態(tài)電源400使用驅(qū)動器輸出端108處的節(jié)點402來檢測驅(qū)動器輸出電壓中的DC電壓分量和低頻電壓分量，而不是檢測電流信號的DC電流分量和低頻電流分量。為此，節(jié)點402連接至開關(guān)調(diào)節(jié)器310的輸入端122B。
[0107]電源400部署數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) 404以設(shè)置精確的偏置電壓電壓Vre被施加到開關(guān)調(diào)節(jié)器310的輸入端122B。從而，調(diào)節(jié)器310試圖經(jīng)由其輸出端來提升輸出電容器406處的電壓。這樣做使得線性驅(qū)動器102的平均電壓輸出跟隨VQS。
[0108]電源400部署求和變壓器408以將來自驅(qū)動器102與開關(guān)調(diào)節(jié)器310的電壓相加。在于變壓器408之后閉合驅(qū)動器102的反饋回路的節(jié)點412之后提供電力輸出410。
[0109]在操作期間，開關(guān)調(diào)節(jié)器310對其調(diào)節(jié)器輸出進行調(diào)節(jié)，以將在驅(qū)動器輸出端108處出現(xiàn)的DC分量和低頻分量與來自利用其調(diào)節(jié)器反饋回路從DAC 404外部提供的偏置電壓之間的差最小化。為了實現(xiàn)此，開關(guān)調(diào)節(jié)器310在其調(diào)節(jié)器輸出端處生成滿足驅(qū)動器的反饋回路的調(diào)節(jié)器輸出電壓，從而迫使驅(qū)動器的DC輸出電壓等于偏置電壓電容器118隔離驅(qū)動器輸出端108的DC電平，從而確保以與圖1、圖4和圖6的“電流模式”方案中所描述的方式相似的方式由開關(guān)調(diào)節(jié)器310完整有利地提供DC分量。
[0110]在本實施方式和其它電壓模式的實施方式中，求和變壓器408將驅(qū)動器輸出電壓和調(diào)節(jié)器輸出電壓在電力輸出410處合并。電容器414可以被設(shè)置為調(diào)節(jié)器310的存儲電容器，以降低由來自電感器316的開關(guān)電流產(chǎn)生的電壓紋波。在該電路中不包括電容器414的情況下，也可以去除電感器316，并且變壓器408的一次繞組也可以起開關(guān)電感器316的作用。
[0111]在這些實施方式中也可以部署用于基于DC偏置對來自第一輸入電壓源的驅(qū)動器電源電Svsui進行降壓的調(diào)節(jié)器。從而，有利地，以與“電流模式”方案中所描述的方式相似的方式，線性驅(qū)動器102可以由與偏置電壓Vffi的設(shè)置有關(guān)的較低電源電壓Vsui供電。
[0112]鑒于上面的教示，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將認(rèn)識到，在不偏離本發(fā)明的精神的情況下，除了所描述的這些設(shè)備和方法以外，本發(fā)明的設(shè)備和方法還可以以多種不同的方式來實現(xiàn)。因此，應(yīng)當(dāng)基于所附權(quán)利要求及其同等物來判斷本發(fā)明的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于通過控制信號調(diào)節(jié)電力輸出的動態(tài)電源，所述動態(tài)電源包括: a)線性驅(qū)動器，具有: 1)第一驅(qū)動器輸入端，用于接收具有預(yù)定帶寬的所述控制信號； 2)驅(qū)動器輸出端，用于生成驅(qū)動器輸出電流；以及 3)第二驅(qū)動器輸入端，其連接至所述電力輸出以接收負(fù)反饋； b)電容器，其與所述驅(qū)動器輸出端串聯(lián)連接，以生成響應(yīng)于所述驅(qū)動器輸出電流中的DC電流分量和低頻電流分量的電容器電壓； c)開關(guān)調(diào)節(jié)器，所述開關(guān)調(diào)節(jié)器具有連接在調(diào)節(jié)器反饋回路中的控制輸入端和調(diào)節(jié)器輸出端，其中，所述控制輸入端被連接用以接收所述電容器電壓，并且所述調(diào)節(jié)器反饋回路使所述電容器電壓最小化，從而在所述調(diào)節(jié)器輸出端處生成包括所述DC電流分量和所述低頻電流分量的調(diào)節(jié)器輸出電流；以及 d)合并器，用于合并所述驅(qū)動器輸出電流和所述調(diào)節(jié)器輸出電流以生成所述電力輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)電源，其中，所述合并器是有線求和節(jié)點。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)電源，其中，所述開關(guān)調(diào)節(jié)器為降壓調(diào)節(jié)器，并且所述線性驅(qū)動器為推挽式線性驅(qū)動器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)電源，其中，接收所述電容器電壓的所述控制輸入端還接收來自偏置電壓源的電壓偏置，從而在所述驅(qū)動器輸出端處生成DC偏置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的動態(tài)電源，還包括用于基于所述DC偏置對來自第一輸入電壓源的驅(qū)動器電源電壓進行降壓的調(diào)節(jié)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的動態(tài)電源，其中，所述第一輸入電壓源包括電池，所述電池被連接至所述開關(guān)調(diào)節(jié)器以提供開關(guān)調(diào)節(jié)器電源電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的動態(tài)電源，還包括第二輸入電壓源，所述第二輸入電壓源被連接至所述開關(guān)調(diào)節(jié)器以提供比所述驅(qū)動器電源電壓高的開關(guān)調(diào)節(jié)器電源電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)電源，其中，所述預(yù)定帶寬為至少100kHz。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的動態(tài)電源，還包括在所述合并器之前與所述開關(guān)調(diào)節(jié)器串聯(lián)連接的低通濾波器。
10.一種用于通過控制信號調(diào)節(jié)動態(tài)電源的電力輸出的方法，所述方法包括: a)提供具有第一驅(qū)動器輸入端、第二驅(qū)動器輸入端和驅(qū)動器輸出端的線性驅(qū)動器； b)連接所述第一驅(qū)動器輸入端以接收具有預(yù)定帶寬的所述控制信號，并且在所述驅(qū)動器輸出端處生成驅(qū)動器輸出電流； c)將所述第二驅(qū)動器輸入端連接至所述電力輸出以接收負(fù)反饋； d)將所述驅(qū)動器輸出端與電容器串聯(lián)連接，以生成響應(yīng)于所述驅(qū)動器輸出電流中的DC電流分量和低頻電流分量的電容器電壓； e)提供具有連接在調(diào)節(jié)器反饋回路中的控制輸入端和調(diào)節(jié)器輸出端的開關(guān)調(diào)節(jié)器，其中，所述控制輸入端接收所述電容器電壓，并且所述調(diào)節(jié)器反饋回路使所述電容器電壓最小化，從而在所述調(diào)節(jié)器輸出端處生成包括所述DC電流分量和所述低頻電流分量的調(diào)節(jié)器輸出電流；以及 f)合并所述驅(qū)動器輸出電流和所述調(diào)節(jié)器輸出電流以生成所述電力輸出。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述電力輸出被遞送至RF功率放大器的電源電壓軌，并且所述控制信號包括要被所述動態(tài)電源調(diào)制到RF載波上的RF調(diào)制信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述電力輸出根據(jù)要由所述RF功率放大器放大的信號來對RF功率放大器電源電壓進行調(diào)制。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括:通過所述開關(guān)調(diào)節(jié)器在所述電力輸出處施加電壓偏置，從而超過所述線性驅(qū)動器所提供的峰值電壓。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括:向所述控制輸入端添加來自偏置電壓源的電壓偏置，從而在所述驅(qū)動器輸出端處生成DC偏置。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括:當(dāng)施加所述電壓偏置時，對輸入電壓源降壓以將降壓的驅(qū)動器電源電壓施加到所述線性驅(qū)動器。
16.一種用于通過控制信號調(diào)節(jié)電力輸出的動態(tài)電源，所述電源包括: a)線性驅(qū)動器，具有: 1)第一驅(qū)動器輸入端，用于接收具有預(yù)定帶寬的所述控制信號； 2)驅(qū)動器輸出端，用于生成驅(qū)動器輸出電壓；以及 3)第二驅(qū)動器輸入端，其連接至所述電力輸出以接收負(fù)反饋； b)所述驅(qū)動器輸出端處的節(jié)點，用于對所述驅(qū)動器輸出電壓中的DC電壓分量和低頻電壓分量進行米樣； c)開關(guān)調(diào)節(jié)器，所述開關(guān)調(diào)節(jié)器具有連接在調(diào)節(jié)器反饋回路中的控制輸入端和調(diào)節(jié)器輸出端，其中，所述控制輸入端連接至偏置電壓源和所述節(jié)點以接收所述DC電壓分量和所述低頻電壓分量，并且所述調(diào)節(jié)器反饋回路使所述DC電壓分量和所述低頻電壓分量最小化，從而在所述調(diào)節(jié)器輸出端處生成包括DC偏置以及所述DC電壓分量和所述低頻電壓分量的調(diào)節(jié)器輸出電壓；以及 d)求和變壓器，用于合并所述驅(qū)動器輸出電壓和所述調(diào)節(jié)器輸出電壓以生成所述電力輸出。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的動態(tài)電源，還包括用于基于所述DC偏置對來自第一輸入電壓源的驅(qū)動器電源電壓進行降壓的調(diào)節(jié)器。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的動態(tài)電源，其中，所述預(yù)定帶寬為至少100kHz。
【文檔編號】G05F5/08GK104169827SQ201380009929
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年2月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月17日
【發(fā)明者】大衛(wèi)·C·G·圖爾納托里, 馬丁·A·托馬斯 申請人:匡坦斯公司