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控制与算法 ★ 5.0

用于提高并联式开关-线性混合包络跟踪电源效率的边界调整滞环电流控制

Boundary Adjustment Hysteresis Current Control for Improving the Efficiency of Parallel-Form Switch-Linear Hybrid Envelope Tracking Power Supply

作者 Ning Liu · Xinbo Ruan · Danhui Li
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2024年10月
技术分类 控制与算法
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 开关线性混合包络跟踪电源 滞环电流控制 线性放大器 功率损耗 边界调整方法
语言:

中文摘要

并联式开关 - 线性混合包络跟踪电源通常由采用滞环电流控制(HCC)的降压转换器和电压控制线性放大器(VLA)并联组成。降压转换器旨在提供大部分负载电流,以最小化VLA的输出电流,从而降低其功率损耗。然而,当负载电压摆幅较大时,VLA两端的电压较高,因此其功率损耗仍然显著。本文提出了一种边界调整HCC方法,以降低工作功率器件两端的电压,从而降低VLA的功率损耗并提高整体效率。制作了一个输出电压为10 - 27 V、平均输出功率为14 W的原型,并分别使用恒定电阻和实际功率放大器对其进行测试,以跟踪10 MHz带宽的包络信号。实验结果验证了所提出的方法。

English Abstract

The parallel-form switch-linear hybrid envelope tracking power supply is usually composed of a buck converter with hysteresis current control (HCC) and a voltage-controlled linear amplifier (VLA) connected in parallel. The buck converter is aiming to provide most of the load current for minimizing the output current of VLA to reduce its power loss. However, when the load voltage swing is large, the voltage across VLA is high and thus its power loss is still significant. In this article, a boundary adjustment HCC method is proposed to reduce the voltages across the operating power devices, leading to decreased power loss of VLA and improved overall efficiency. A prototype with 10–27-V output voltage and 14-W average output power is fabricated and tested with both constant resistance and authentic power amplifier for tracking 10-MHz bandwidth envelope signal. The experimental results validated the proposed method.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这篇论文提出的边界调整滞环电流控制技术虽然聚焦于射频功率放大器的包络跟踪电源,但其核心理念与我们在光伏逆变器和储能变流器中面临的效率优化挑战高度契合。

该技术的核心价值在于通过改进混合拓扑控制策略,在宽电压摆幅工况下显著降低线性放大器的功耗。这一思路可直接迁移至我们的多电平逆变器和混合储能系统中。特别是在光储一体化场景中,直流母线电压波动范围大,传统控制方法往往导致功率器件承受过高电压应力,增加开关损耗和散热需求。论文提出的边界自适应调整机制能够动态优化开关-线性混合工作模式的切换点,这与我们正在研发的宽输入电压范围MPPT技术和储能双向变流器的效率提升方向高度吻合。

从技术成熟度评估,该方法已通过10MHz带宽信号验证,但其在大功率、低频应用场景的可靠性仍需验证。阳光电源的逆变器通常工作在kW至MW级别,基频为50/60Hz,虽然控制带宽要求较低,但电流等级和热管理复杂度远超实验样机。技术挑战主要集中在:如何在高功率密度设计中实现快速边界调整而不引入额外的EMI问题,以及如何与现有的SiC/GaN宽禁带器件技术协同以最大化效率提升。

潜在机遇在于,该技术可助力我们在高海拔、高温等极端环境下维持系统高效运行,同时为1500V及以上高压系统提供更优的功率器件保护方案,这对巩固我们在全球逆变器市场的技术领先地位具有战略意义。