采用线性驱动器和开关调节器的动态电源制造技术

一种高效、高控制带宽且高速的电源使用线性驱动器和开关调节器来基于控制信号来调节输出。所述线性驱动器具有用于接收控制信号的第一输入端和被连接至所述输出以接收负反馈的第二输入端。所述驱动器的输出由其两个输入端控制，并且使与驱动器串联连接的电容器生成响应于驱动器的输出中的DC分量和低频分量的电容器电压VC。所述开关调节器具有连接在调节器反馈回路中的控制输入端和调节器输出端。所述控制输入端接收电容器电压VC，并且所述调节器反馈回路使电容器电压VC最小化。从而，所述开关调节器接管DC分量和低频分量的生成，同时线性驱动器提供高频输出电流分量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】一种高效、高控制带宽且高速的电源使用线性驱动器和开关调节器来基于控制信号来调节输出。所述线性驱动器具有用于接收控制信号的第一输入端和被连接至所述输出以接收负反馈的第二输入端。所述驱动器的输出由其两个输入端控制，并且使与驱动器串联连接的电容器生成响应于驱动器的输出中的DC分量和低频分量的电容器电压VC。所述开关调节器具有连接在调节器反馈回路中的控制输入端和调节器输出端。所述控制输入端接收电容器电压VC，并且所述调节器反馈回路使电容器电压VC最小化。从而，所述开关调节器接管DC分量和低频分量的生成，同时线性驱动器提供高频输出电流分量。【专利说明】采用线性驱动器和开关调节器的动态电源相关申请本申请与同一日期提交的名称为“低噪声、高带宽准谐振模式开关电源(Low-Noise, High Bandwidth Quas1-Resonant Mode Switching Power Supply)，，的美国申请相关。
本专利技术总体上涉及利用线性驱动器和开关调节器来以高功率效率且在宽带宽上提供输出的动态电源。
技术介绍
通常，需要能够以高的总功率转换效率递送具有高频分量(快速动态变化的电压和电流)的功率的电源电路。例如，可以由高效的电源以降低的电压对射频(RF)功率放大器(PA)，即RF PA，供电，以使得PA能够更高效地工作(即，具有较低的功耗)。 在包络跟踪系统中，电源向PA供给跟踪PA的输出功率包络的可变电压。这提供了降低的电压，同时仍然保持PA的输出级的足够的操作空间(headroom)以防止饱和。注意，电源必须能够很快地改变输出电压以适应PA的输出功率包络中的快速变化。同时，在电源中期望高的总效率以实现所期望的较低的功耗。 典型的开关模式电源(SMPS)电路实现高效率。不幸的是，开关模式电源不能充分地递送功率的高频分量，这是因为这些类型的调节器中通常使用的低开关频率(主要由磁损耗和开关损耗施加的限制)限制调节器的带宽。另一方面，线性调节器可以被设计成递送高频分量，但这样的线性调节器的功率转换效率很差。因而，普通的SMPS或线性调节器不能满足该需求。 高效且能够递送快速变化的电压和电流的电源的另一需求示例是对可以包括微处理器的数字电路供电。如果数字电路由动态地调节其电压以匹配所预测的处理要求的电源供电，则该数字电路可以更高效地运行。 一般地，当数字电路高速运行时，向上调节电压，而当数字电路较低速运行时，向下调节电压。虽然常规电源通常可以在50ms内改变其电压，但该延迟可能阻止数字电路系统以峰值效率操作。期望更快速地调节其电压以允许数字电路系统的计时速度的更频繁的变化的电源。 此外，在开关电源中最小或低电压纹波是所期望的。例如，由于增大的芯片密度和先进的CMOS (互补金属氧化物半导体)技术中的低电压击穿，现代微处理器日益工作在低电压。在这些低电压下，电源纹波可能是电源电压的绝大部分。高的纹波可能不期望地要求电源输出电压升高到最佳电平以上，以便确保向微处理器供给当纹波电压将电压偏置驱动至最小时的时间段期间所需要的最小电压。作为另外的示例，RF PA要求其电源在其输出端呈现低纹波。纹波通常与开关调节器的开关频率同步出现，并且可以供给至PA的输出端，这导致RF输出信号中的不期望的失真。 已经进行了一些努力来改进常规开关调节器电路。例如，一些现有技术示教了:使用馈送至简单的求和节点的开关调节器和线性调节器两者来形成电源的输出。这样的合并的意图在于:线性调节器用以提供高频，而开关调节器用以将电流的低频分量和DC分量提供给负载。然而，这些电路对线性调节器施加了高负荷，这是因为这些电路要求线性调节器供给大量的过电流以对开关调节器所需要的大存储电容器中的电压进行调制。可替代地，可以串联地设置开关调节器和线性调节器，其中，开关调节器的输出端馈送至线性调节器的输入端。在该布置中，线性调节器能够递送功率的高频分量，而开关调节器可以高效地将功率递送至线性调节器。然而，该串联布置迫使递送至负载的全部功率经过线性调节器，这导致线性调节器中的功率消耗并且实质上降低电源的总效率。 因此，仍然需要具有高的总效率、高带宽和低电压纹波的动态电源系统。
技术实现思路
通过利用控制信号调节电力输出的动态电源获得本专利技术的目的和优点。该动态电源包括线性驱动器，该线性驱动器具有第一驱动器输入端、第二驱动器输入端和驱动器输出端。第一驱动器输入端被连接用以接收控制信号，该控制信号具有一定带宽并且包括DC。第二驱动器输入端连接至电力输出以接收负反馈。该驱动器输出端响应于其两个驱动器输入端而生成驱动器输出电流。 该动态电源具有与驱动器输出端串联连接的电容器，以生成响应于驱动器输出端中存在的DC和低频电流分量的电容器电压。该动态电源还装备有开关调节器，该开关调节器具有连接在调节器反馈回路中的控制输入端和调节器输出端。现在，连接开关调节器的控制输入端以接收电容器电压，并且调节器反馈回路被设计成使电容器电压最小化。更具体地，开关调节器试图在其调节器输出端处抵消电容器电压。为了实现此，开关调节器在其调节器输出端处生成迫使电容器的DC电流分量为零的电流。结果，开关调节器对电力输出贡献DC和低频电流分量。 通过合并驱动器输出电流和调节器输出电流来获得动态电源的电力输出。位于电力输出之前的合并器执行相应的电流合并任务。在实践中，有线求和节点是合并器的适当实现。 在一种【具体实施方式】中，开关调节器为降压调节器。在相同或不同的实施方式中，线性驱动器为推挽式线性驱动器。当然，本专利技术的动态电源可以采用任何适当的DC-DC调节器，本领域的技术人员也将其称为开关模式电源(SMPS)或简称切换器。对于也称为线性调节器的线性驱动器的选择同样如此。 在优选实施方式中，开关调节器的用于接收电容器电压的控制输入端还接收电压偏置。该电压偏置由偏置电压源产生、与电容器电压相加，并且被施加到控制输入端。在控制输入端处添加电压偏置生成驱动器输出端处的期望的DC偏置。优选地，动态电源还具有用于基于该DC偏置有效地对来自第一输入电压源的驱动器的电源电压进行降压的调节器。换言之，在该实施方式中，可以降低驱动器电源电压。 在很多实施方式中，例如，当动态电源被部署在移动和节能(power-efficient)设备中时，第一输入电压源为电池。在这些情况下，可以通过高效的开关调节器来对驱动器电源电压降压，从而提高驱动器的总效率。同时，电池将电源电压提供给开关调节器而不进行任何降压或调节。可替代地，电源可以是不同的，即，第一输入电压源供应驱动器，而第二输入电压源连接至开关调节器以向开关调节器供应比驱动器电源电压高的开关调节器电源电压。 在一些实施方式中，动态电源具有与开关调节器串联连接的低通滤波器。这样的滤波器位于合并器之前。 本专利技术还延伸至用于通过控制信号调节动态电源的电力输出的方法。该方法要求提供线性驱动器，该线性驱动器具有第一驱动器输入端、第二驱动器输入端和驱动器输出端。第一驱动器输入端被连接用以接收具有一定带宽的控制信号并且在驱动器输出端处输出驱动器输出电流。第二驱动器输入端连接至电力输出端以接收负反馈。 因而，本专利技术提供了高效本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于通过控制信号调节电力输出的动态电源，所述动态电源包括：a)线性驱动器，具有：1)第一驱动器输入端，用于接收具有预定带宽的所述控制信号；2)驱动器输出端，用于生成驱动器输出电流；以及3)第二驱动器输入端，其连接至所述电力输出以接收负反馈；b)电容器，其与所述驱动器输出端串联连接，以生成响应于所述驱动器输出电流中的DC电流分量和低频电流分量的电容器电压；c)开关调节器，所述开关调节器具有连接在调节器反馈回路中的控制输入端和调节器输出端，其中，所述控制输入端被连接用以接收所述电容器电压，并且所述调节器反馈回路使所述电容器电压最小化，从而在所述调节器输出端处生成包括所述DC电流分量和所述低频电流分量的调节器输出电流；以及d)合并器，用于合并所述驱动器输出电流和所述调节器输出电流以生成所述电力输出。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·C·G·图尔纳托里，马丁·A·托马斯，
申请(专利权)人：匡坦斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US