JP7245426B2 - フィードバックに基づく無線周波数電力増幅器用電源 - Google Patents

Description

本開示は、移動通信の分野に関し、特にフィードバックに基づく無線周波数電力増幅器用
電源に関する。

移動通信の分野では、無線周波数電力増幅器の効率を向上させるために、線形増幅ユニッ
トとスイッチング電源とを組み合わせてなる混合型電源を用いることができる。このよう
な電源は、ヒステリシス制御を多く採用している。

しかしながら、技術が進んでいるが、如何に無線周波数電力増幅器の電源効率をさらに向
上するかことは、始終に、当該分野において考慮する必要がある技術的問題である。

上述した技術的問題を解決するために、本開示は、線形増幅ユニットと、第１制御ユニッ
トと、第１駆動ユニットと、第１フィードバックユニットと、重畳ユニットと、を含むフ
ィードバックに基づく無線周波数電力増幅器用電源であって、
線形増幅ユニットは、第１エンベロープ信号を線形増幅して線形増幅したエンベロープ信
号を出力するために用いられ、
第１制御ユニットは、前記線形増幅したエンベロープ信号を入力するための第１入力端と
、前記第１フィードバックユニットによって無線周波数電力増幅器の供給電圧端における
電気信号の変化率のフィードバック信号を取得するための第２入力端と出力端と、を含み
、
前記第１制御ユニットは、前記第１入力端および第２入力端による入力に基づき、第１制
御信号を出力して、前記電源が、一定オンタイムを有する一定オンタイム制御モード、お
よび一定オフタイムを有する一定オフタイム制御モードのうちのいずれか１つのモードで
動作し、
第１駆動ユニットは、第１制御ユニットの出力端に接続されて前記第１制御信号に基づい
て第１電気信号を提供するために用いられ、
重畳ユニットは、無線周波数電力増幅器の供給電圧端に給電するように、前記線形増幅し
たエンベロープ信号および第１電気信号を重畳するために用いられる、フィードバックに
基づく無線周波数電力増幅器用電源を提供する。

好ましくは、前記第１エンベロープ信号は、前記無線周波数電力増幅器に入力されたエン
ベロープ信号である。

好ましくは、前記供給電圧端における電気信号の変化率は、電圧の変化率、電流の変化率
、エンベロープ幅の変化率のうちのいずれか１つまたはそれらの任意の組合せを含む。

好ましくは、前記第１駆動ユニットは、第１スイッチング増幅器を含むか、或いは上電力
管および下電力管を含む。

好ましくは、前記電源は、前記一定オンタイム制御モードおよび一定オフタイム制御モー
ドから選択するための第１モード選択ユニットをさらに含む。

好ましくは、前記第１制御ユニットは、前記一定オンタイムまたは一定オフタイムを確定
するためのタイミングユニットを含む。

好ましくは、前記第１電気信号の値が第１閾値よりも低いと、前記第１制御ユニットは、
さらに、第１電気信号の値が第１閾値以上となるように、一定オンタイム制御モードまた
は一定オフタイム制御モードで前記電源に第１電気信号を連続的に提供させるために用い
られる。

好ましくは、前記第１駆動ユニットは、並列接続された第１スイッチング増幅器および第
２スイッチング増幅器を少なくとも含み、且つ前記第１制御ユニットは、さらに、タイム
シリーズに応じて第１スイッチング増幅器、第２スイッチング増幅器を一定オンタイム制
御モードまたは一定オフタイム制御モードで動作させるために用いられる。

好ましくは、少なくとも１つのスイッチング増幅器の一定オンタイムまたは一定オフタイ
ムが、他のスイッチング増幅器と異なっている。

好ましくは、並列接続されたいずれか１つのスイッチング増幅器の所属分岐回路における
電気信号の値が当該分岐回路における閾値よりも低いと、前記第１制御ユニットは、さら
に、当該分岐回路における電気信号の値が当該分岐回路における閾値以上となるように、
一定オンタイム制御モードまたは一定オフタイム制御モードで前記電源に前記いずれか１
つのスイッチング増幅器の所属分岐回路における電気信号を連続的に提供させるために用
いられ、
或いは、並列接続されたすべてのスイッチング増幅器の所属分岐回路における電気信号の
値を加算して前記第１電気信号の値とする場合、第１電気信号の値が前記第１閾値よりも
低いと、前記第１制御ユニットは、さらに、第１電気信号の値が第１閾値以上となるよう
に、一定オンタイム制御モードまたは一定オフタイム制御モードで強制的に前記電源に第
１電気信号を連続的に提供させるために用いられる。

上記技術方案によれば、本開示は、線形増幅ユニット以外、さらに供給電圧端における電
気信号の変化率に基づいて第１駆動ユニットを一定オンタイムモードまたは一定オフタイ
ムモードで動作させるように制御することができる、新規な無線周波数電力増幅器用電源
を提供することができる。これは、第１駆動ユニットの利用率および電源全体の効率を向
上させることに寄与する。

本開示の一実施例における電源の構造模式図である。 本開示の一実施例における電源の第１駆動ユニットの模式図である。 本開示の一実施例における電源の第１駆動ユニットの模式図である。 本開示の一実施例における電源の構造模式図である。 本開示の一実施例におけるタイムシリーズ模式図である。 本開示の一実施例における電源の構造模式図である。 従来のヒステリシス制御電源の、第１エンベロープ信号が１００ＭＨｚの信号である場合のシミュレーション図である。 当該従来のヒステリシス制御電源のスイッチング電源部分が対応する駆動ユニットのスイッチング波形である。 本開示の一実施例における電源の、同様な第１エンベロープ信号が１００ＭＨｚの信号である場合のシミュレーション図である。 当該電源のスイッチング電源部分が対応する第１駆動ユニットのスイッチング波形である。 前記従来のヒステリシス制御電源と、本開示の実施例における電源とのスイッチング周波数の分布の比較を示す図である。 前記従来のヒステリシス制御電源と、本開示の実施例における電源とのスイッチングオンタイムの分布の比較を示す図である。 前記従来のヒステリシス制御電源の、動作過程における各部分の電力シミュレーションを示す図である。 上述した本開示の実施例における電源の、動作過程における各部分の電力シミュレーションを示す図である。 ０～１００ＭＨｚの範囲内に、従来のヒステリシス制御電源と本開示の実施例における電源との、周波数範囲が低い時に出力電力が周波数に従って変化する曲線の比較を示す図である。 ０～２５ＭＨｚのより低い周波数範囲内に、従来のヒステリシス制御電源と本開示の実施例における電源とが周波数範囲が低い時に出力電力が周波数に従って変化する曲線の比較を示す図である。

以下は、複数の詳細を説明することにより、本開示の実施例についてより全面的に説明す
る。しかしながら、当業者にとっては、これらの具体的な詳細がない場合に本発明の実施
例を実施できることが自明である。他の実施例において、詳細ではなく、ブロック図の形
態で知られている構造およびデバイスを示して、本開示の実施例がはっきりではないこと
を回避する。また、他の形態で具体的に声明しない限り、以下に説明する異なる実施例の
特徴を互いに組み合わせることができる。

本開示に用いられる「第１」、「第２」などの用語は、特定な順番を説明するためのもの
ではない、異なる対象を区別するために用いられる。また、「含む」、「有する」および
それらのあらゆる変形は、カバーし、且つ非排他的に含むことを意味する。例えば、一連
のステップまたはユニットを含む過程、または方法、またはシステム、または製品または
機器は、挙げられたステップまたはユニットに限定せず、挙げられていないステップまた
はユニットをさらに含んでいてもよく、或いは、これらの過程、方法、システム、製品ま
たは機器に対して固有の他のステップまたはユニットをさらに含んでいてもよい。

本明細書に言及される「実施例」とは、実施例に記載される特定の特徴、構造または特性
を結び付けて本開示における少なくとも１つの実施例に含まれてもよいことを意味する。
記載される実施例は、本開示の一部の実施例に過ぎず、全ての実施例ではない。明細書の
各箇所に現れる当該用語は、必ずしも同一の実施例を指すというわけではなく、他の実施
例と互いに排斥する独立するか、或いは候補する実施例ではない。当業者であれば、本明
細書に記載される実施例は、他の実施例と組み合わせることができることを理解すべきで
ある。

図１に示すように、一実施例において、線形増幅ユニットと、第１制御ユニットと、第１
駆動ユニットと、第１フィードバックユニットと、重畳ユニットと、を含むフィードバッ
クに基づく無線周波数電力増幅器用電源であって、
線形増幅ユニットは、第１エンベロープ信号を線形増幅して線形増幅したエンベロープ信
号を出力するために用いられ、
第１制御ユニットは、前記線形増幅したエンベロープ信号を入力するための第１入力端と
、前記第１フィードバックユニットによって無線周波数電力増幅器の供給電圧端における
電気信号の変化率のフィードバック信号を取得するための第２入力端と、出力端と、を含
み、
前記第１制御ユニットは、前記第１入力端および第２入力端による入力に基づき、第１制
御信号を出力して、前記電源が、一定オンタイムを有する一定オンタイム制御モード、お
よび一定オフタイムを有する一定オフタイム制御モードのうちのいずれか１つのモードで
動作し、
第１駆動ユニットは、第１制御ユニットの出力端に接続されて前記第１制御信号に基づい
て第１電気信号を提供するために用いられ、
重畳ユニットは、無線周波数電力増幅器の供給電圧端に給電するように、前記線形増幅し
たエンベロープ信号および第１電気信号を重畳するために用いられる、フィードバックに
基づく無線周波数電力増幅器用電源を提供する。

上述した実施例に対して、線形増幅したエンベロープ信号および第１電気信号を重畳する
ことにより、無線周波数電力増幅器の供給電圧を提供する。これは、従来技術において、
単一の電圧で、或いは２路の電流を並列接続した後に無線周波数電力増幅器へ無線周波数
電力増幅器の供給電圧を提供することと異なっている。線形増幅したエンベロープ信号お
よび第１電気信号は、いずれも前記第１エンベロープ信号に関するため、上述した実施例
は、エンベロープトラッキングのための新規な電源を提供することができる。これから分
かるように、第１エンベロープ信号が存在する前提で、線形増幅ユニット、第１制御ユニ
ット、第１フィードバックユニット、第１駆動ユニット、および重畳ユニットを基に、上
述したフィードバックに基づく無線周波数電力増幅器用電源が構成されている。

これから分かるように、前記第１制御ユニットは、あらゆるＣＯＴ制御を実現できるＣＯ
Ｔ制御ユニットであってもよい。ＣＯＴとしては、一定オンタイムであってＣｏｎｓｔａ
ｎｔ Ｏｎ Ｔｉｍｅ、および一定オフタイムであってＣｏｎｓｔａｎｔ Ｏｆｆ Ｔｉｍｅ
を含む。なお、本開示は、ＣＯＴ制御ユニットの新規性に着眼して実現されないため、従
来技術におけるＣＯＴ制御時に関連するタイマーまたは計時器、またはタイマーまたは計
時器と組み合わせた他の回路または機能ユニットを含む様々なＣＯＴ制御ユニットを参照
してもよい。その目的は、主に、対応する一定オンタイムまたは一定オフタイムを計算し
確定することにある。

つまり、上述した実施例は、フィルターユニットを含み、フィルタリングした後に遅延制
御を実施する従来の電源と明らかに異なっている。上述した実施例は、フィルターユニッ
トおよび遅延制御を採用せずにＣＯＴ制御を採用することで、第１駆動ユニットの周波数
が、回路パラメータＬ、等価負荷、遅延、カイト遅延、入力信号などに制限されず、容易
に第１制御ユニットによって第１駆動ユニットのオンタイムまたはオフタイムに対して快
速な応答および調整を行い、効率を向上させることができる。つまり、フィルタリングを
行い、フィルタリングした後に遅延制御を行うことを採用する従来技術と比較して、上述
した実施例は、方案がシンプルであるだけでなく、効率が高く、制御信号のジッタを解消
することができ、騒音を低減させることもできる。そして、ＣＯＴ制御は、応答速度が速
いため、エンベロープトラッキングのような入力信号の帯域幅が広いことを要求したり、
拡張しやすい適用シーンに非常に適用される。

特別に指摘する必要があることは、第１駆動ユニットを制御することによって電源が一定
オンタイムモードまたは一定オフタイムモードで動作すると、第１駆動ユニットは、本電
源にスイッチング電源の特性を備えさせ、また、本電源に線形増幅ユニットが含まれるた
め、本電源は、線形増幅特性およびスイッチング電源特性を結び付けた混合型エンベロー
プトラッキング電源である。しかしながら、無線通信技術の急速発展に伴い、間もなく５
Ｇ商用時代を開始し、且つ６Ｇの技術も研究段階に移行している。移動インタネットなど
の様々なトラフィックデータの急増に直面し、無線周波数入力信号のピーク対平均電力比
（ＰＡＰＲ）がますます大きくなっていることに起因して、定圧給電の線形増幅ユニット
は、大きいＰＡＰＲの場合で効率が低い。

上述した実施例は、線形増幅ユニットが大きいＰＡＰＲで効率が低いことに起因して電源
効率全体が低下するという問題を解決することに寄与することが明らかである。それは、
上述した実施例において、線形増幅ユニット以外、さらに供給電圧端における電気信号の
変化率に基づき、第１駆動ユニットを制御することによって電源が一定オンタイムモード
または一定オフタイムモードで動作するためである。これは、供給電圧端における電気信
号の変化率に基づき、電源全体におけるスイッチング電源の割合を向上させたり、線形増
幅ユニットの割合を低減させたりすることに寄与することで、スイッチング電源の効率が
高いという利点を十分に発揮することができる。このように、上述した実施例は、さらに
電源全体の効率を向上させることに寄与する。

また、上述した実施例において、線形増幅ユニット以外、さらに供給電圧端における電気
信号の変化率に基づき、第１駆動ユニットを制御することによって電源が一定オンタイム
モードまたは一定オフタイムモードで動作するため、本電源における第１駆動ユニットは
、本電源に外界に対してスイッチング電源の特性を示させ、且つこのようなスイッチング
電源のオン・オフは、エンベロープ信号帯域幅の影響を受けずに、前記供給電圧端におけ
る電気信号の変化率の影響を受ける。そのため、上述した実施例に係る電源は、耐干渉能
力がより強く、電源全体の動作過程におけるスイッチング電源の割合を向上させることで
、スイッチング電源の効率が高いという特性を利用して電源全体の効率を向上させること
に寄与する。

各々の回路自身の時間常数または遅延の整合の問題については、回路の分野における常識
に属する。本開示も、如何に時間常数を設計し、調整するかことに着眼せず、ここで繰り
返し説明しない。

これから分かるように、上述した実施例における信号は、電流信号であってもよいし、電
圧信号であってもよい。後述する各種の電気信号は、それに類似するため、繰り返し説明
しない。同様に、上述した実施例における電源は、アナログ電源であってもよいし、デジ
タル電源であってもよく、アナログ回路またはデジタル回路の形態で実現できれば良い。

また、無線周波数電力増幅器が軽負荷または無負荷として判断された場合、上述した実施
例は、一定オンタイムモードであることが好ましい。これは、一定オフタイムモードに起
因する軽負荷でのスイッチング損失の増加および電源効率の低下と比較して、一定オンタ
イムモードが、軽負荷または無負荷である時にスイッチング損失を低減したり、電源効率
を向上したりすることに有利であるためである。

また、なお、重畳ユニットの機能の実現について、上述した実施例における電源がアナロ
グ電源であれば、（１）第１駆動ユニットから出力された信号が電流信号であると、当該
信号と線形増幅したエンベロープ信号とがそれぞれ対応する回路は、並列接続の形態で電
流の重畳を実現することができ、（２）第１駆動ユニットから出力された信号が電圧信号
であると、当該信号と線形増幅したエンベロープ信号とがそれぞれ対応する回路は、直列
接続の形態で電圧の重畳を実現することができる。また、上述した実施例における電源が
デジタル電源であれば、あらゆるデジタル回路で第１駆動ユニットから出力された信号、
線形増幅したエンベロープ信号のデジタル信号を重畳できれば、これらのデジタル回路は
、いずれも本発明を実現するために用いられてもよい。後述する各実施例に対して、上述
したアナログ電源またはデジタル電源に関する場合、本段落と同様である。

他の実施例において、前記第１エンベロープ信号は、前記無線周波数電力増幅器に入力さ
れたエンベロープ信号である。

上述した実施例に対して、第１エンベロープ信号は前記無線周波数電力増幅器に入力され
たエンベロープ信号である場合、従来技術の多くの技術方案において無線周波数（すなわ
ち、ＲＦ）入力信号をエンベロープトラッキングの基準信号とするように、上述した実施
例も、信号の源であって、無線周波数電力増幅器に入力されたエンベロープ信号から、エ
ンベロープトラッキングを実現する。しかしながら、これは、本開示において他の第１エ
ンベロープ信号を排斥することを意味せず、前記各実施例の技術的効果を実現する面で、
本開示に係る原理に基づき、関連する実施例は、エンベロープ信号の源に限定されないこ
とが明らかである。

他の実施例において、前記供給電圧端における電気信号の変化率は、電圧の変化率、電流
の変化率、エンベロープ幅の変化率のうちのいずれか１つまたはそれらの任意の組合せを
含む。

当該実施例について、供給電圧端における電圧の変化率は、当該端電圧の時間に対する導
関数であり、電流の変化率は、電流の時間に対する導関数であり、エンベロープ幅の変化
率は、エンベロープ幅の時間に対する導関数である。従来技術において、以上の電圧、電
流およびエンベロープ幅の変化率の検出および処理方法は、いずれも参照されてもよく、
ここで限定されない。そして、対応する第１フィードバックユニットは、具体的に、電圧
スルーレート処理ユニット、電流斜率または変化率処理ユニット、エンベロープスルーレ
ート処理ユニットとして実現することができる。

従来のヒステリシス制御電源には、一般的にコンパレータを用いて電源出力端における電
圧値と所定の参照電圧とを比較して、対応する駆動ユニットのオン時点を確定するため、
出力騒音に対して敏感であり、スイッチのオンのミスを引き起こしやすい。本開示は、電
力増幅器の供給電圧端（電源入力端とも称する）における信号変化率のフィードバックに
より、騒音およびエンベロープ信号帯域幅に対する感度を低減させることで、本電源がス
イッチング電源において動作する際に、オン時点がより的確に最適な位置に固定され、オ
ン・オフ周波数が一定の範囲内に限定される。そのため、耐電磁干渉（ＥＭＩ）に必要と
する周波数ジッタを実現するだけでなく、電源システムの線形性に影響せず、さらに著し
く電源全体の効率を向上させることに有利である。

これから分かるように、各種の感知または検出素子によって前記電圧の変化率、電流の変
化率、およびエンベロープ幅の変化率を取得することができる。典型的には、インダクタ
ーまたはコンデンサーによって上述した変化率を感知することができ、或いは、電圧また
は電流またはエンベロープ幅を快速に採集する検出素子によって、あるコントローラまた
はプロセッサとともに、さらに計算して前記電圧の変化率、電流の変化率、エンベロープ
幅の変化率を取得することができる。好ましくは、鋭敏なインダクターおよび／またはコ
ンデンサーを用いて低コストで前記電圧の変化率、電流の変化率、エンベロープ幅の変化
率のうちのいずれか１つまたはそれらの任意の組合せを取得する。

他の実施例において、前記供給電圧端における電気信号の変化率がある変化率の閾値より
も低いと、前記第１制御ユニットは、さらに、前記第１駆動ユニットを制御して電源を一
定オンタイムモードまたは一定オフタイムモードで動作させるために用いられる。

これから分かるように、スイッチング電源の電源全体における割合をできる限り向上させ
るために、スイッチング電源は、電源全体のうち、一定オンタイムモードで動作するか一
定オフタイムモードで動作するかに関わらず、前記変化率の閾値は、できる限り低くする
必要がある。それと同時に、これから分かるように、当該変化率の閾値がなければ、上述
した実施例は、依然として前記供給電圧端における電気信号の変化率のみに基づいて電源
を一定オンタイムモードまたは一定オフタイムモードで動作させることができる。例えば
、前記供給電圧端における電気信号の変化率の具体的な値に基づいて第１駆動ユニットが
動作するか否か、およびその周波数を制御することで、電源が一定オンタイムモードまた
は一定オフタイムモードで動作する。

より好ましくは、前記変化率の閾値は、予め設定されてもよいし、変更されてもよい。理
論的には、前記変化率の閾値はできるだけ低くする必要があるが、頻繁的にスイッチング
することによる損失を低減させて電源全体の効率を最適化にするために、処理の必要があ
るエンベロープ信号の最大動作帯域幅（記：当該帯域幅は、既知の情報であり、各種の形
態で取得することができる）の微分信号に応じて前記変化率の閾値を予め設定し、且つ異
なる動作シーンで異なるエンベロープ信号に基づいて変更し、更新することができる。
電圧の変化率を一例として、現在の無線周波数通信技術におけるエンベロープ信号に対し
て、一般的には、前記変化率の閾値は、９００Ｖ／μｓ－１８００Ｖ／μｓの範囲から選
択してもよい。

具体的には、第１駆動ユニットのオン・オフ周期のそれぞれにおいて、無線周波数電力増
幅器の供給電圧端における電圧変化率ＳＲ_ｓ４が前記変化率の閾値以上である場合、第１
制御ユニットにおけるオンタイムタイミングモジュールをトリガし、ＣＯＴ制御時に、一
定オンタイムの形態で、一定オンタイムＴｏｎがタイミングを開始し、第１駆動ユニット
がオンにしてタイミング終了時にオフにする。これから分かるように、ＣＯＴ制御が一定
オフタイムの形態であれば、一定オフタイムＴｏｆｆには、回路信号採集に必要とする期
間を満たすように、さらに最小オフタイムがセットされている。

そのうち、オンタイムタイミングモジュールは、一定オンタイムおよび／または一定オフ
タイムを確定するために用いられ、従来技術においてすべてのタイミングまたは計時機能
を実現するための素子、デバイス、装置または回路であってもよい。

他の実施例において、前記第１駆動ユニットは、第１スイッチング増幅器を含むか、或い
は、上電力管および下電力管を含む。

これから分かるように、スイッチング増幅器は、スイッチング電源の駆動ユニットを実現
するために用いられることが明らかである。

当該実施例について、一例として、図２Ａの示すように、第１駆動ユニットが上電力管Ｍ
１、および下電力管Ｍ２を含む。
図２Ａに示すように、第１駆動ユニットは、上電力管Ｍ１および下電力管Ｍ２を含む。そ
のうち、Ｍ１の一端がＶＤＤ電源に接続され、Ｍ２の一端が接地し、Ｍ１およびＭ２の公
共端が出力端であり、Ｍ１およびＭ２のゲートは、それぞれ制御ユニットの出力端に接続
され、第１制御ユニットによるゲート電圧に基づいてオンまたはオフを実現する。
さらには、上述した実施例における電圧の変化率および変化率の閾値を結び付ければ、各
周期において、無線周波数電力増幅器の供給電圧端における電圧の変化率が変化率の閾値
以上である場合、第１制御ユニットは、制御信号を出力して上電力管Ｍ１をオンとなるよ
うに駆動しながら（この際にＭ２がオフ状態にある）、オンタイムタイミングモジュール
を起動してタイミングを開始する。タイミングが終了すると、第１制御ユニットは、制御
信号を出力して上電力管Ｍ１をオフ、Ｍ２をオンとなるように駆動する。

他の実施例において、前記電源は、前記一定オンタイム制御モードおよび一定オフタイム
制御モードから選択するための第１モード選択ユニットをさらに含む。

当該実施例について、モード選択の実施形態が与えられている。即ち、第１モード選択ユ
ニットにより選択される。これから分かるように、前記選択は、ハードウェア回路により
実現されてもよいし、ソフトウェアの計算により実現されてもよい。また、ハードウェア
回路であろうとソフトウェア計算であろうと、以上のように、無線周波数電力増幅器が軽
負荷または無負荷であると判断した場合、一定オンタイム制御モードを選択することがさ
らに好ましい。

以上のように、他の実施例において、前記第１制御ユニットは、前記一定オンタイムまた
は一定オフタイムを確定するためのタイミングユニットを含む。

なお、如何に一定オンタイムまたは一定オフタイムを確定するかについて、従来技術にお
けるすべての対応する手段が採用されてもよいため、本開示において繰り返し説明しない
。

他の実施例において、
前記第１電気信号の値が第１閾値よりも低いと、前記第１制御ユニットは、さらに、第１
電気信号の値が第１閾値以上となるように、一定オンタイム制御モードまたは一定オフタ
イム制御モードで前記電源に第１電気信号を連続的に提供させるために用いられる。

当該実施例について、前記第１閾値は、ある場合で前記電源の動作が安定しない情況が発
生するかもしれないことを最大限で回避するためのものである。当該第１閾値に関する手
段がなければ、前記電源は、依然として安定して動作する可能性がある。つまり、当該実
施例は、補助型で、補強型である。その理由は、工程で、ある無線周波数システムに対し
て、エンベロープ信号の変化が穏やかで前記供給電圧端における信号の変化率が検知素子
により直ちに検知されることができない確率が極めて低くいため、第１駆動ユニットは、
電源を一定オンタイム制御モードまたは一定オフタイム制御モードで動作させず、即ち、
電源におけるスイッチング電源の特性が外界に示されていない。そのため、これから分か
るように、本実施例では、第１制御ユニットがこの場合で本電源のＣＯＴ制御モードを強
制的に起動することにより、前記供給電圧端における信号の変化が穏やかでＣＯＴ制御モ
ードを起動することができない情況を防止し、電源システム全体の極端情況での信頼性を
向上させることができる。

これから分かるように、前記第１閾値は、小さいほどよい。例えば、前記第１閾値はゼロ
に接近する値であり、ゼロであることが好ましい。

なお、第１電気信号の値は、そのまま第１駆動ユニットの内部から取得された後に第１制
御ユニットに出力されてもよいし、第２フィードバックユニットにより処理された後に第
１制御ユニットにフィードバックされてもよい（詳しくは、後述する図２Ｃに関連する段
落を参照）。これから分かるように、その際に、第１制御ユニットには、第１電気信号の
値をアクセスするために、対応する第３入力端が設けられてもよい。

他の実施例において、前記第１駆動ユニットは、第１スイッチング増幅器および第１イン
ダクターを含む。

これから分かるように、スイッチング増幅器、特にＧａＮスイッチング増幅器は、周波数
の高いシーンで適用されている。分岐回路における電流は、対応する第１インダクターに
より貯蔵され、釈放される。また、必要があれば、さらに貯蔵装置としてコンデンサーを
含んでもよい。

図２Ｂに示すように、他の実施例において、前記第１駆動ユニットは、並列接続された第
１スイッチング増幅器および第２スイッチング増幅器を少なくとも含み、前記第１制御ユ
ニットは、さらに、タイムシリーズに応じて第１スイッチング増幅器、第２スイッチング
増幅器を一定オンタイム制御モードまたは一定オフタイム制御モードで動作させるために
用いられる。

これから分かるように、複数のスイッチング増幅器は、タイムシリーズに応じて制御され
るため、上述した実施例は、多相制御を実現することができる。
また、上記実施例を参照すると、図２Ｂに示す実施例において、各スイッチング増幅器の
所属分岐回路は、それぞれ対応するインダクターを含んでもよい。

以上のように、他の実施例において、
前記第１スイッチング増幅器、および第２スイッチング増幅器は、ＧａＮスイッチング増
幅器、Ｓｉ－ｂａｓｅｄスイッチング増幅器から選ばれるいずれか１つである。当該実施
例は、周波数が高い信号に対することが明らかである。ＧａＮスイッチング増幅器のスイ
ッチング周波数は、高いレベルに達することができるからである。同様に、スイッチング
周波数が高いＳｉ－ｂａｓｅｄスイッチング増幅器（すなわち、シリコーンベーススイッ
チング増幅器であり、ケイ素ベーススイッチング増幅器とも称する）が用いられてもよい
。これから分かるように、周波数が高い信号に対する必要がなければ、関連スイッチング
増幅器は、より多くのオプションがあってもよい。本開示における各実施例に対して、ス
イッチング増幅器の選択は、処理される信号の周波数範囲により決められる。

図２Ｃに示すように、他の実施例では、一例として、ｉ路のスイッチング増幅器が並列接
続された後にインダクターに直接接続されている。
そのうち、ＬＡは、線形増幅ユニットを示し、例えば線形増幅ユニットは、クラスＡまた
はクラスＡＢ線形増幅器のうちの少なくとも１種であってもよい。
ＰＡは、無線周波数電力増幅器を示す。
Ｖｏｕｔは、当該電源の電圧出力端を示し、無線周波数電力増幅器の供給電圧端に接続さ
れている。

Ｓ１は、第１エンベロープ信号を示し、Ｓ２は、線形増幅したエンベロープ信号を示し、
Ｓ３は、第１電気信号を示し、Ｓ４は、Ｓ２とＳ３とを重畳した後の信号を示し（そのう
ち、重畳ユニットが図示せず）、Ｓ５は、Ｓ４のフィードバック信号を示し、Ｓ６は、第
１フィードバックユニットが第１制御ユニットに出力した信号であって、第１制御ユニッ
トの第２入力端の信号を示し、Ｓ７は、第１電気信号の値を示し、Ｓ８は、第２フィード
バックユニットを介して第１制御ユニットに出力された、第１電気信号を反映するフィー
ドバック信号を示す。

第１制御ユニットは、前記第１駆動ユニットのｉ路のスイッチング増幅器に接続され、Ｓ
７は、インダクターＬの任意の一端から引き出されてもよい。
さらには、図２Ｄに示すように、ｉ＝３を一例とする。

図２Ｄに示すように、第１制御ユニットは、タイムシリーズに応じて一定オンタイムの制
御信号または一定オフタイムの制御信号を各スイッチング増幅器に提供し、各スイッチン
グ増幅器は、タイムシリーズに応じてオンにして、駆動信号を出力する。そのうち、第１
制御ユニットは、一定オンタイムＴｏｎを有する制御信号Ｖｃ１を第１スイッチング増幅
器に出力し、一定オンタイムＴｏｎを有する制御信号Ｖｃ２を第２スイッチング増幅器に
出力し、および一定オンタイムＴｏｎを有する制御信号Ｖｃ３を第３スイッチング増幅器
に出力する。制御信号Ｖｃ１のオンパルスの立下りエッジ時刻で、制御信号Ｖｃ２を活性
化する。同様に、制御信号Ｖｃ２オンパルスの立下りエッジ時刻で、制御信号Ｖｃ３を活
性化する。このようなタイムシリーズに応じてオンにする制御形態により、第１駆動ユニ
ットは、多相制御を実現することができる。これから分かるように、図２Ｄに示すタイム
シリーズは、一例に過ぎない。これから分かるように、他のタイムシリーズに応じて、制
御信号Ｖｃ２のオンパルスの立下りエッジ時刻で、制御信号Ｖｃ１を活性化すると共に、
制御信号Ｖｃ１のオンパルスの立下りエッジ時刻で、制御信号Ｖｃ３を活性化する。
なお、図２Ｄに示す３路のＴｏｎは、同一であってもよいし、異なってもよい。

これから分かるように、多重並列接続されたスイッチング増幅器に対して、完全に同様で
はない一定オンタイムＴｏｎは、エンベロープ信号の多変性および複雑性に対応すること
ができる。さらには、一定オンタイムまたは一定オフタイムは、動的調整可能である。こ
の場合、第１エンベロープ信号に基づくか、或いは第１フィードバックユニットから出力
された信号、第１電気信号、供給電圧端における信号を綜合した具体的な情況に基づくか
、或いは従来技術において如何に前記一定オンタイムまたは一定オフタイムを確定するか
の手段を綜合することに基づき、各路の一定オンタイムまたは一定オフタイムが計算され
てもよい。これから分かるように、第１駆動ユニットに１路だけのスイッチング増幅器が
ある場合、その一定オンタイムまたは一定オフタイムは、上述した計算形態を参照して計
算されてもよい。

そのため、他の実施例において、少なくとも１つのスイッチング増幅器の一定オンタイム
または一定オフタイムは、他のスイッチング増幅器と異なってもよい。
図２Ｅに示すように、他の実施例において、ｉ路のスイッチング増幅器のうちのそれぞれ
１路が対応するインダクターを直列接続した後に並列接続して前記第１駆動ユニットを構
成する。その際に、Ｓ７は、すべてのインダクターを並列接続して形成した公共端から引
き出される。

他の実施例において、
並列接続されたいずれか１つのスイッチング増幅器の所属分岐回路における電気信号の値
が当該分岐回路における閾値よりも低いと、前記第１制御ユニットは、さらに、当該分岐
回路における電気信号の値が当該分岐回路における閾値以上となるように、一定オンタイ
ム制御モードまたは一定オフタイム制御モードで前記電源に前記いずれか１つのスイッチ
ング増幅器の所属分岐回路における電気信号を連続的に提供させるために用いられ、
或いは、並列接続されたすべてのスイッチング増幅器の所属分岐回路における電気信号の
値を加算して前記第１電気信号の値とする場合、第１電気信号の値が前記第１閾値よりも
低いと、前記第１制御ユニットは、さらに、第１電気信号の値が第１閾値以上となるよう
に、一定オンタイム制御モードまたは一定オフタイム制御モードで前記電源に第１電気信
号を連続的に提供させるために用いられる。

当該実施例について、第１閾値に関する実施例を参照すると、これから分かるように、当
該実施例における第１駆動ユニットは、複数の並列接続されたスイッチング増幅器を含む
場合、最大限で安定性を向上させるために、対応する分岐回路におけるある分岐回路の閾
値、或いはすべての分岐回路における電気信号の値を加算した後に対応する第１閾値によ
って、ＣＯＴ制御モードが起動されることを確保する。

以下は、図面を結び付けて、従来技術と本開示とを比較する。
図３Ａ（１）は、従来のヒステリシス制御電源の、第１エンベロープ信号が１００ＭＨｚ
の信号である場合のシミュレーション図であり、図３Ｂ（１）は、当該従来のヒステリシ
ス制御電源のスイッチング電源部分が対応する駆動ユニットのスイッチング波形である。
そのうち、信号Ｓ３＿１は、駆動ユニットが出力した第１電気信号を示し、信号Ｓ１は、
第１エンベロープ信号を示す。

図３Ａ（２）は、本開示の一実施例における電源の、同様な第１エンベロープ信号が１０
０ＭＨｚの信号である場合のシミュレーション図であり、図３Ｂ（２）は、当該電源のス
イッチング電源部分が対応する第１駆動ユニットのスイッチング波形である。そのうち、
信号Ｓ３は、本開示の実施例における第１電気信号を示し、信号Ｓ１は、従来のヒステリ
シス制御電源に用いられるものと同様な第１エンベロープ信号を示す。
図３Ａ（１）、図３Ｂ（１）、図３Ａ（２）、および図３Ｂ（２）において、縦座標は、
正規化された電流信号のサイズ（単位：Ａｍｐｅｒｅ）を示し、横座標は、信号サンプリ
ング時間（単位：１ｎｓｅｃ／ｐｅｒ ｓａｍｐｌｅ）を示す。これらの４つの図を比較
する結果、本開示に係る電源におけるスイッチング電源部分が対応する第１駆動ユニット
から出力された第１電気信号Ｓ３は、明らかに第１エンベロープ信号Ｓ１に接近した。本
開示に係る電源は、ＣＯＴ制御モードにおけるスイッチングの最適なオン時点を最適化す
ることができる。

また、図３Ｃ（１）は、前記従来のヒステリシス制御電源と本開示の実施例における電源
のスイッチング周波数の分布の比較を示す。そのうち、縦座標は、正規化された統計分布
数（単位：個）を示し、横座標は、スイッチング切り換え周波数（単位：１００ＭＨｚ）
を示し、ＳＦ１は、従来のヒステリシス制御電源のスイッチング周波数の分布を示し、Ｓ
Ｆ２は、本開示の実施例における電源のスイッチング周波数分布を示す。図における比較
から分かるように、本開示における電源は、著しくスイッチングの平均周波数を低減させ
ることができる。シミュレーション計算によって、本実施例は、スイッチングの平均周波
数を５０ＭＨｚから３５ＭＨｚに低減させる。

図３Ｃ（２）は、前記従来のヒステリシス制御電源と本開示の実施例における電源とのス
イッチングオンタイムの分布の比較を示す。そのうち、縦座標は、正規化されたオンタイ
ムの統計分布数（単位：個）を示し、横座標は、オンタイム（単位：１０ｎｓｅｃ）を示
し、Ｔｏｎ１は、従来のヒステリシス制御電源のスイッチングオンタイムの分布を示し、
Ｔｏｎ２は、本開示の実施例における電源のスイッチングオンタイムの分布を示す。図に
おける比較から分かるように、本開示における電源のスイッチングオンタイムの分布は、
従来のヒステリシス制御電源よりも遥かに低く、本開示における電源のスイッチングオン
タイムは基本的に一定であるため、干渉防止の能力が強く、ＣＯＴ制御モードの最適なオ
ン時点の制御精度を向上させる。シミュレーション計算によって、本実施例におけるスイ
ッチングオンタイムは、約８－９ｎｓである。

さらには、図３Ｄ（１）は、前記従来のヒステリシス制御電源の動作過程における各部分
の電力のシミュレーションを示し、図３Ｄ（２）は、本開示の実施例における電源の動作
過程における各部分の電力のシミュレーションを示す。そのうち、縦座標は、正規化され
た電力スペクトル（単位：ｄＢｍ／Ｈｚ）を示し、横座標は、帯域幅（単位：ＭＨｚ）を
示し、Ｐ＿Ｓ１は、第１エンベロープ信号の電力を示し、Ｐ＿Ｌ１＿１は、従来のヒステ
リシス制御電源における線形増幅ユニットの電力を示し、Ｐ＿Ｓ３＿１は、従来のヒステ
リシス制御電源におけるスイッチング電源部分の電力を示し、Ｐ＿Ｌ１は、本実施例にお
ける電源の線形増幅ユニットの電力を示し、Ｐ＿Ｓ３は、本実施例における電源のスイッ
チング電源部分の電力を示す。図３Ｄ（１）と図３Ｄ（２）とを比較し、特に、図３Ｄ（
１）に引かれた部分および図３Ｄ（２）における対応する部分が対応する低周波帯領域を
比較する結果、従来のヒステリシス制御電源において、線形増幅ユニットの電力比が比較
的に高い。本実施例における電源は、スイッチング電源部分の電力比を向上させ、特に低
周波帯の電力出力の点で従来のヒステリシス制御電源よりも顕著な優勢を有する。無線周
波数信号のエンベロープの多数のエネルギー（９９％のエネルギーと見なすことができる
）は、２０ＭＨｚ以下に集中するため、本実施例における電源は、線形増幅器の電力出力
を効果的に抑制し、電源システム全体の効率を向上させることができる。スイッチング電
源の効率は、線形増幅ユニットの効率よりも高いため、本開示の実施例における電源は、
従来技術と比べて効率を著しく向上させることができる。

さらには、図３Ｄ（１）および図３Ｄ（２）を基に、低周波帯の点で、図３Ｅ（１）は、
０－１００ＭＨｚの範囲内に、従来のヒステリシス制御電源と本開示の実施例における電
源との、周波数範囲が低い時に出力電力が周波数に従って変化する曲線の比較を示し、図
３Ｅ（２）は、０－２５ＭＨｚのより低周波帯の範囲内に、従来のヒステリシス制御電源
と本開示の実施例における電源との、周波数範囲が低い時に出力電力が周波数に従って変
化する曲線の比較を示す。

図から分かるように、従来のヒステリシス制御電源における線形増幅ユニットの電力曲線
Ｐ＿Ｌ１＿１は、低周波帯の約２．５ＭＨｚで下向きに突起している。これは、その線形
増幅ユニットがより高い電力を出力して、より大きな損失をもたらすことを説明する。本
開示は、２０ＭＨｚよりも低い周波数範囲内に、同じ周波数で、線形増幅ユニットの出力
電力が明らかに従来技術におけるヒステリシス制御電源の線形増幅ユニットの電力出力よ
りも低い。無線周波数信号のエンベロープの多数のエネルギー（９９％のエネルギーと見
なすことができる）は、２０ＭＨｚ以下に集中する。これは、本開示の実施例における低
周波帯範囲内の優れている表現が電源全体の効率を著しく向上させることを十分に説明す
る。

また、ある実施例において、前記制御ユニットは、デジタル送信機のチップまたはプロセ
ッサ（例えば、ケイ素）において提供されてもよい。また、前記駆動ユニットも、デジタ
ル送信機のチップまたはプロセッサにおいて提供されてもよい。これによって類推すると
、他のユニットも、関連チップまたはプロセッサにおいて提供されてもよい。上述した電
源も、自然的にデジタル送信機のチップまたはプロセッサにおいて提供されてもよい。

特定の実現ニーズに応じて、ハードウェアまたはソフトウェアで本発明の実施例を実現す
ることができる。当該実現は、その上に電子可読制御信号が記憶されたデジタル記憶媒体
（例えば、ソフトディスク、ＤＶＤ、ブルーライト、ＣＤ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯ
Ｍ、ＥＥＲＲＯＭまたはＦＬＡＳＨメモリー）により実行される。そのため、当該デジタ
ル記憶媒体は、コンピュータにより読み取り可能である。

ある実施例において、プログラマブル論理デバイス（例えば、フィールドプログラマブル
ゲートアレイ）を用いて本明細書に記載される方法の機能のうちの一部または全部を実行
することができる。ある実施例において、フィールドプログラマブルゲートアレイは、マ
イクロプロセッサに連携して、本明細書に記載される電源を実現することができる。
上述した実施例は、本開示に係る原理に対して例示的なものに過ぎず。本明細書に記載さ
れる配置および詳細に対して行われた修正および変形は、当業者にとって自明であること
を理解すべきである。そのため、それは、添付された特許請求の範囲によりのみ限定され
、本明細書において実施例に対する記載および説明によって提出される具体的な詳細によ
り限定されない。

Claims (1)

1. 線形増幅ユニットと、第１制御ユニットと、第１駆動ユニットと、第１フィードバックユ
   ニットと、重畳ユニットと、を含むフィードバックに基づく無線周波数電力増幅器用電源
   であって、
   線形増幅ユニットは、第１エンベロープ信号を線形増幅して線形増幅したエンベロープ信
   号を出力するために用いられ、
   第１制御ユニットは、前記線形増幅したエンベロープ信号を入力するための第１入力端と
   、前記第１フィードバックユニットによって無線周波数電力増幅器の供給電圧端における
   電気信号の変化率のフィードバック信号を取得するための第２入力端と、出力端と、を含
   み、
   前記第１制御ユニットは、前記第１入力端および第２入力端による入力に基づき、第１制
   御信号を出力して、前記電源が、一定オンタイムを有する一定オンタイム制御モード、お
   よび一定オフタイムを有する一定オフタイム制御モードのうちのいずれか１つのモードで
   動作し、
   第１駆動ユニットは、第１制御ユニットの出力端に接続されて前記第１制御信号に基づい
   て第１電気信号を提供するために用いられ、
   重畳ユニットは、無線周波数電力増幅器の供給電圧端に給電するように、前記線形増幅し
   たエンベロープ信号および第１電気信号を重畳するために用いられ、
   前記第１エンベロープ信号は、前記無線周波数電力増幅器に入力されたエンベロープ信号
   であり、
   前記供給電圧端における電気信号の変化率は、電圧の変化率、電流の変化率、エンベロー
   プ幅の変化率のうちのいずれか１つまたはそれらの任意の組合せを含み、
   前記電源は、前記一定オンタイム制御モードおよび一定オフタイム制御モードから選択す
   るための第１モード選択ユニットをさらに含み、
   前記第１制御ユニットは、前記一定オンタイムまたは一定オフタイムを確定するためのタ
   イミングユニットを含み、
   前記第１電気信号の値が第１閾値よりも低いと、前記第１制御ユニットは、さらに、第１
   電気信号の値が第１閾値以上となるように、一定オンタイム制御モードまたは一定オフタ
   イム制御モードで前記電源に第１電気信号を連続的に提供させるために用いられ、
   前記第１駆動ユニットは、並列接続された第１スイッチング増幅器および第２スイッチン
   グ増幅器を少なくとも含み、前記第１制御ユニットは、さらに、タイムシリーズに応じて
   第１スイッチング増幅器、第２スイッチング増幅器を一定オンタイム制御モードまたは一
   定オフタイム制御モードで動作させるために用いられ、
   少なくとも１つのスイッチング増幅器の一定オンタイムまたは一定オフタイムが、他のス
   イッチング増幅器と異なっており、
   並列接続されたいずれか１つのスイッチング増幅器の所属分岐回路における電気信号の値
   が当該分岐回路における閾値よりも低いと、前記第１制御ユニットは、さらに、当該分岐
   回路における電気信号の値が当該分岐回路における閾値以上となるように、一定オンタイ
   ム制御モードまたは一定オフタイム制御モードで前記電源に前記いずれか１つのスイッチ
   ング増幅器の所属分岐回路における電気信号を連続的に提供させるために用いられ、
   或いは、並列接続されたすべてのスイッチング増幅器の所属分岐回路における電気信号の
   値を加算して前記第１電気信号の値とする場合、第１電気信号の値が前記第１閾値よりも
   低いと、前記第１制御ユニットは、さらに、第１電気信号の値が第１閾値以上となるよう
   に、一定オンタイム制御モードまたは一定オフタイム制御モードで前記電源に第１電気信
   号を連続的に提供させるために用いられる、
   前記第１駆動ユニットは、上電力管Ｍ１および下電力管Ｍ２を含み、前記上電力管Ｍ１の
   一端がＶＤＤ電源に接続され、前記下電力管Ｍ２の一端が接地し、前記上電力管Ｍ１およ
   び前記下電力管Ｍ２の公共端が出力端であり、前記上電力管Ｍ１および前記下電力管Ｍ２
   のゲートは、それぞれ制御ユニットの出力端に接続され、前記第１制御ユニットによるゲ
   ート電圧に基づいてオンまたはオフを実現し、
   各周期において、前記無線周波数電力増幅器の供給電圧端における電圧の変化率が変化率
   の閾値以上である場合、前記第１制御ユニットは、制御信号を出力して前記上電力管Ｍ１
   をオンとなるように駆動しながら、オンタイムタイミングモジュールを起動してタイミン
   グを開始し、タイミングが終了すると、前記第１制御ユニットは、制御信号を出力して前
   記上電力管Ｍ１をオフ、前記下電力管Ｍ２をオンとなるように駆動し、
   前記第１スイッチング増幅器および前記第２スイッチング増幅器は、ＧａＮスイッチング
   増幅器である、
   フィードバックに基づく無線周波数電力増幅器用電源。

Images