韩星明 高蕊

摘要：在第四代移动通信系统中，调制射频放大器输入信号包络幅值变化较大，带宽比较高，采用恒压给RF功率放大器供电，损耗巨大。而基于ARM的通信电源允许电源电压随输入信号包络的变化而变化，实现了放大器功率管电压相对较小的下降，从而提高了系统效率。提出了一种基于ARM的通信电源的电流最优控制算法，使开关电源的工作频率恒定，该算法通过引入输出电压前馈支路，进一步减少了组合辅助电源，提高了系统的效率，并进行了实验验证。

关键词：ARM：通信电源;同步整流变换器;最优控制算法

中图分类号：TP391

文献标识码：A

第三代移动通信采用了正交调幅和正交移相键控等新的数字调制方式，这些调制方法采用塑料数据脉冲，并且需要同时调制射频（ RF）输入信号的幅度和相位[1]。RF输入信号的包络的幅度不再恒定，并且带宽相对较宽。此时，如果射频功率放大器（RFPA）采用恒压供电[2]，其功率管压降相对较大，从而导致功率损耗相对较大，系统平均电压效率仅为[3]。为了提高RFPA的效率，需要使其电源电压跟随RF输入信号包络的变化，即利用包络跟踪技术减小RFPA输出功率管压降[4]，提高系统效率，这种电源称为ARM通信电源，虽然采用开关变换器系统可以实现ARM通信电源，然而，由于开关电源的非线性特性，它输出电压纹波较大，带宽较窄，输出波形保真度不高[5]。采用电压控制与开关电源并联的方式作为ARM通信电源结构，提出了一种基于ARM通信电源的电流控制方法，并对控制方法进行了改进，引入了输出电压前馈，进一步减小了组合次级电源电流，有效地提高ARM通信电源的效率。

1 ARM通信电源的电流最优控制算法

2 改进的电流最优控制算法

2.1 改进电流控制算法的方案

由于电流基准为零，因此从图1可以得到组合辅助电源的输出电压与输出电流之间的闭环传递函数，即组合辅助电源的闭环负载导纳如下：

将设计的闭环参数分别引入方程（9）和方程（10），可已看出，输出电压AC基频越低，基波幅度越接近基波幅度，组合次级电源的输出电流越小;电流控制方法改进前，基波相对于基波具有较大的相位滞后，基波频率越高，相位滞后越大，改进后的电流控制方法有效减小了基波与基波的相位差;因此，还减小了由组合的次级电源提供的基波电流。

2.3 改进前后控制算法的实验结果

为了验证所提出的ARM通信电源工作原理和控制方法的有效性，在实验室进行了n次实验，做出平均功率为37.5W、峰值功率为75W的样机，主要技术指标为：输入直流电压u_in= 20 V，输出电压u0= 10+5sin（2rrfot）V，负载电阻Ro=3 Q开关电源频率f_s=1 MHz，滤波电感厶=3.3 μH;V1和V2切换阀选用vishay公司Si7850DP[6];组合的次级功率晶体管和VTi和VT2，分别采用2SC3858[7]和2SA1494[8]。

从表1可以看出：采用改进的电流控制算法后，开关电源输出电流幅值增大，但与负载基波电流的相位差减小，从而减小了组合次级电源的输出基波电流;输出电压AC基频的频率f0越低，开关电源的基波电流与负载电流的基波电流之间的相位差越小，基波幅度越接近，复合辅助电源的电流越小，这与理论分析基本一致，说明了ARM通信功率结构和所提出的电流最优控制算法的有效性。

3 结论

主要针对无线通信基站中为RFPA供电的ARM通信电源，由开关电源与组合从电源并联构成的ARM通信电源中，高带宽组合从电源用于调节输出电压，低带宽开关电源用于提供大部分负载功率以提高供电效率。根据这种结构，提出了一种基于ARM的通信电源最优控制算法，使开关电源的工作频率恒定，改进了的控制算法，通过引入输出电压前馈支路，进一步减少了组合辅助电源，提高了系统的效率，并进行了实验验证。

参考文献：

[1]戴茂飞.脉冲调制射频磁控溅射电源的研制[D].武汉：中南民族大学，2012.

[2]孙必武，射频电源放大器研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，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]邓海丽，刘泽军，刘敏，基于ARM的通信电源监控系统的设计[J].电源技术，2013，137（10）：1865-1866.

[6]成小霞，基于ARM的通信电源监控系统的研究[D].武汉：武汉理工大学，2011.

[7]徐帅男，通信电源监控系统发展趋势的探讨[J].通信电源技术，2014，31（5），38-40.

[8]杨洪军，基于TCP/IP协议的通信電源监控系统[J]，电源技术，2016， 140（6）：1298-1299.