Aplicación de la Electrónica de Potencia a la
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Universidad de Oviedo Aplicación de la Electrónica de Potencia a la mejora de eficiencia de amplificadores de RF Miguel Rodríguez y Pablo F. Miaja Grupo de Sistemas Electrónicos de Alimentación Gijón, j , 23 de Abril de 2010 Índice Problemática de la alimentación de amplificadores de radiofrecuencia Líneas de trabajo del SEA Convertidor reductor multi-entrada (MIBuck) Convertidor Multifase A Aproximación i ió d de E Envolventes l t Ayuda Lineal a un Convertidor DC/DC Publicaciones Sistemas Electrónicos de Alimentación 2 Problemática de la alimentación de amplificadores de radiofrecuencia Muchos M h sistemas i t d de comunicaciones i i iinalámbricas lá b i modernos d utilizan Amplificadores de Radiofrecuencia lineales Señal inicial RFPA lineal 12 V 100 W 1V 100 mW Etapas de generación y procesado de señal Señal de salida AMPLIFICACIÓN Sistemas Electrónicos de Alimentación A la antena 3 Problemática de la alimentación de amplificadores de radiofrecuencia Cambio de Fase Envolvente Portadora de alta frecuencia Señal típica de comunicaciones Sistemas Electrónicos de Alimentación 4 Problemática de la alimentación de amplificadores de radiofrecuencia Señal de entrada 1V 100 mW Información o ac ó e en la a ENVOLVENTE Más información oc ocupando pando menos espectro Necesito RFPA lineales para evitar: Desalineamiento Ruido fuera del canal I f Información ió en la l ffase Sistemas Electrónicos de Alimentación 5 Problemática de la alimentación de amplificadores de radiofrecuencia Problema de los RFPAs lineales BAJO RENDIMIENTO Señal de entrada Alimentación Envolvente RFPA lineal Las pérdidas se asocian a este área BAJO RENDIMIENTO Sistemas Electrónicos de Alimentación 6 Problemática de la alimentación de amplificadores de radiofrecuencia TÉCNICA DE SEGUIMIENTO DE ENVOLVENTE (ET) Alimentación Envolvente RFPA lineal Bajas pérdidas ALTO RENDIMIENTO Sistemas Electrónicos de Alimentación 7 Líneas de trabajo del SEA Convertidor reductor multientrada (MIBuck) ¾ Respuesta rápida (pequeño filtro) ¾ Capaz de variar su tensión de salida ¾ Alto rendimiento ¾ Bajo rizado de tensión de salida Sistemas Electrónicos de Alimentación 8 Líneas de trabajo del SEA CONTROL DIGITAL DEL MIBUCK ¾ Realimentación controlada digitalmente ¾ Corrección de la distorsión utilizando Double-Edge PWM ¾ Arquitecturas ΣΔ CONTROL DIGITAL Sistemas Electrónicos de Alimentación Trabajo T b j conjunto j t con ell P Prof. f Dragan Maksimovic, director del CoPEC 9 Líneas de trabajo del SEA Prototipo otot po MIBuck uc PROTOTIPOS Montaje con Amplificadores de RF reales Sistemas Electrónicos de Alimentación 10 Líneas de trabajo del SEA 97 fsw = 750 kHz fsw = 1600 kHz fsw = 3200 kHz fsw = 4600 kHz 96 Efficciency (%) 95 EJEMPLO RESULTADOS 94 93 92 Formas de onda 91 90 10 15 20 25 30 Mean output power (W) 35 40 Rendimiento > 90 % conmutando a frecuencias mayores que 4 MHz Sistemas Electrónicos de Alimentación 11 Líneas de trabajo del SEA Convertidor Multifase Driving signals Duty command ΣΔ modulator Scrambler or ‘shuffler’ Signal meaning the number of active levels at each time ¾ Control digital “puro” ¾ Basado en técnicas de NoiseNoise Shaping (ΣΔ) ¾ Conjunto con Prof. Dragan Maksimovic Sistemas Electrónicos de Alimentación 12 Líneas de trabajo del SEA Convertidor Multifase ¾ Respuesta rápida ¾ Rizado muy pequeño ¾ Alto rendimiento Análisis del proceso de pérdidas en el buck síncrono Sistemas Electrónicos de Alimentación 13 Líneas de trabajo del SEA Convertidor Multifase Ejemplo resultados Prototipo 20 μs / div Sistemas Electrónicos de Alimentación 14 Líneas eas de ttrabajo abajo de del S SEA Ayuda Lineal a un Convertidor DC/DC ¾Para aumentar el Slew-Rate ¾Corrige los errores de la etapa conmutada ¾Control Digital para alinear las dos ramas Sistemas Electrónicos de Alimentación 15 Líneas eas de ttrabajo abajo de del S SEA Ayuda Lineal a un Convertidor DC/DC Sistemas Electrónicos de Alimentación 16 Líneas eas de ttrabajo abajo de del S SEA Ayuda Lineal a un Convertidor DC/DC Sistemas Electrónicos de Alimentación 17 Líneas de trabajo del SEA Resultados-Pulsos Sistemas Electrónicos de Alimentación 18 Líneas de Trabajo del SEA Resultados-EDGE Tensión Salida Tensión Referencia Corriente MIBuck Sistemas Electrónicos de Alimentación 19 Líneas de Trabajo del SEA Resultados-WCDMA Tensión Salida Tensión Referencia Corriente MIBuck Sistemas Electrónicos de Alimentación 20 Líneas de trabajo del SEA Aproximación de Envolventes ¾Aproximar ¾A i una señal ñ ld de alta lt frecuencia por otra de menor frecuencia siempre con mayor valor ¾Filtrado no-lineal ¾Ahorrar la etapa lineal Sistemas Electrónicos de Alimentación 21 Líneas de Trabajo SEA Tensión Salida Envolvente a aproximar Sistemas Electrónicos de Alimentación 22 Publicaciones 2008 2008-actualidad actualidad Congreso Nacional (5) • “Convertidor DC-DC basado en una topología multientrada para alimentación de amplificadores de RF con seguimiento de envolvente” • “Sistema Sistema de seguimiento de envolvente para alimentación de amplificadores de radiofrecuencia” • “Análisis del proceso de conmutación en MOSFETs de potencia utilizando un nuevo modelo analítico de pérdidas” • “Amplificador lineal para la rama de envolvente de transmisores polares” Sistemas Electrónicos de Alimentación Premio mejor ponencia SAAEI 08 • “Propuesta de convertidor CC/CC asistido linealmente para ET y EER” 23 Publicaciones Congreso Internacional (6) • “Taking advantage of the envelope statistics on a polar transmitter design” • “Fast dynamic response multilevel converter for voltage tracking applications.” “A A complete analytical switching loss model for power MOSFETs in low voltage converters” • • • • “Multilevel Multilevel converter for envelope tracking in RF power amplifiers” “Analysis of the switching process of power MOSFETs using a new analytical losses model” “Multiple-input buck converter optimized for accurate envelope tracking in RF power amplifiers” Sistemas Electrónicos de Alimentación 24 Publicaciones Revistas internacionales (2) • “A multiple-input digitally-controlled b k converter buck t for f envelope l tracking applications in radiofrequency power amplifiers” • “A iinsight i ht into i t the th switching it hi “An process of power MOSFETs: an improved analytical losses model” Sistemas Electrónicos de Alimentación 25 Publicaciones Revistas nacionales (2) • “Selección de transistores para reductores síncronos de alta frecuencia: Parte I” I • “Selección de transistores para reductores síncronos de alta frecuencia: Parte II” Sistemas Electrónicos de Alimentación 26 Publicaciones Pendientes de aceptación (3) • “A linear assisted DC/DC converter for Envelope Tracking and Envelope Elimination and Restoration applications” • “Approximation of Envelopes of Telecommunications Signals to be used i E in Envelope l T Tracking ki T Techniques” h i ” “Mismatch-error noise-shaping digital multiphase p modulator” • Sistemas Electrónicos de Alimentación IEEE COMPEL 27 Universidad de Oviedo Aplicación de la Electrónica de Potencia a la mejora de eficiencia de amplificadores de RF Gracias por su atención Miguel Rodríguez y Pablo F. Miaja Grupo de Sistemas Electrónicos de Alimentación Gijón, j , 23 de Abril de 2010
