[arhiv6 20]

Положим, строится схема с методом подавления и восстановления огибающей (метод EER), точнее не вся, а именно модулятор питания усилителя (усилитель работает в полностью ключевом режиме). Требования к модулятору - из постоянного напряжения питания и сигнала управления (огибающей с детектора) получить промодулированный сигнал - пусть это будет сигнал 0-28В с максимальным током 0.5А и максимальной частотой 500кГц. Как делать такой модулятор?

A ) Линейный - схема но ОУ, на выходе - мощные транзисторы. Даже если они не выгорят сразу - толку от такой схемы 0, т.к. очень большие потери.

B ) Импульсный - для точного повторения огибающей ставится быстродействующий DCDC источник. Ключевой режим даст выигрыш в КПД, но даст пульсации (фильтр большой ставить нельзя - будет проигрыш в скорости).

C ) Импульсный источник выдаёт на 2-3В больше, чем необходимо, на его выходе стоит линейный, который сгладит пульсации. Теоретически реализуемо.

 

Быстродействие импульсного требуется большое - пусть хотя бы в 10 раз больше - т.е. 5МГц. С такой скоростью - многофазный источник (BUCK). Готовых микросхем скорее всего не найти, т.к. они все рассчитаны на постоянное напряжение на выходе. Как вариант - реализовать его в цифре на FPGA - несколько каналов, ШИМ (или даже сигма-дельта модуляция - шумы меньше, разрядность при той же частоте - больше). Для обратной связи и входа управления придётся ставить быстрые АЦП. С выхода ПЛИС - быстрые драйвера, которые управляют полевиками.

 

Собственно вопросы:

1) Такое вообще реализуемо или я где-то принципиально ошибаюсь? :)

2) При моделировании - как представлять нагрузку, ведь ей будет ключевой УМ, даже без учёта его реактивностей - простой резистор вместо него не поставишь.

Ну, и просто интересны мысли по реализации подобной схемы :)

Заранее спасибо за ответы!

 

UPD: на входе системы сложномодулированный сигнал, огибающая в котором быстро изменяется.

Изменено 27 мая, 2013 пользователем arhiv6

[Herz 6]

Вы не первый, кто задаётся этим вопросом. И не первый, кто превращает муху в слона по этому поводу.

B ) Импульсный - для точного повторения огибающей ставится быстродействующий DCDC источник. Ключевой режим даст выигрыш в КПД, но даст пульсации (фильтр большой ставить нельзя - будет проигрыш в скорости).

Этот быстродействующий DCDC источник называется классическим усилителем D-класса и строится по широко известным схемам. 14Вт для них - мизерная мощность. Единственной проблемой может быть только полоса. Да и то не слишком большой. Нужны ли в нём ПЛИС? Ну, разве что для красоты.

Впрочем, и полностью аналоговые схемы радиочастотного диапазона на указанную мощность - вполне себе заурядная техника. С чего Вы взяли, что "толку от такой схемы 0" - не ясно.

[Plain 228]

Фактически нужен АМ-генератор прямоугольника, поэтому собирать сперва АМ, который тут же разбирать — лишнее.

[arhiv6 20]

Plain, а почему прямоугольника? Усилитель же не импульсный? Моя вина - про входной сигнал ничего не написал. Ну, пусть это будет QPSK :)

С чего Вы взяли, что "толку от такой схемы 0" - не ясно.

Цель этого всего - добиться выигрыша в КПД для усилителей РЧ сложномодулированных сигналов. Даже у при классе B КПД будет 78,5% (реально - меньше). Если усилитель использовать ключевой, а огибающую восстанавливать линейной схемой - кпд не превысит тех же 78,5%. Поэтому хочется использовать ключевую схему в модуляторе :)

Этот быстродействующий DCDC источник называется классическим усилителем D-класса

Усилитель D-класса - это же простой ШИМ + НЧ фильтр? Сигнал управления - аналоговый, поэтому нужен ШИМ-модулятор, добавляем обратную связь для увеличения линейности, делаем его многофазным для увеличения скорости - полученное уже совсем не похоже на "классический усилитель D-класса". Или я слишком усложняю?

Изменено 27 мая, 2013 пользователем arhiv6

[Alexashka 0]

Ну, пусть это будет QPSK :)

QPSK это фазовая модуляция. Вроде как при большом числе отношения частоты несущей к полосе модулирующего сигнала амплитудной модуляцией можно пренебречь и использовать усилитель в ключевом режиме. Или тут особый случай?

[Plain 228]

почему прямоугольника?

Потому что в него на схеме по Вашей ссылке входной сигнал преобразует ограничитель, т.е. детектор нуля, попросту компаратор.

[arhiv6 20]

Alexashka, но ведь там происходит изменение и амплитуды? Иначе бы пик-фактор был бы равен нулю?

Plain с помощью компаратора и детектора огибающей сигнал делят на, соответственно, фазовую составляющую и амплитудную. Ограниченный компаратором сигнал несёт информацию только о фазе сигнала, и он усиливается на ключевом УМ. Амплитудная составляющая восстанавливается путём модуляции питания этого же усилителя. Ну, допустим, назовём это АМ, но всё-равно - интересно повышение КПД, интересно использовать в качестве модулятора импульсный dcdc преобразователь.

[Plain 228]

Понятно, что ненужный компаратор Вам всё-таки нужен, но по сути проблемы ответить по-прежнему нечего — Вы полосу-то озвучьте.

[arhiv6 20]

В первом посте я описал требования к модулятору - огибающая меняется с максимальной частотой 500кГц.

[Plain 228]

Тогда многоуровневый преобразователь, т.е. ЦАП на переключаемых весовых обмотках, и небольшой параметрический на выходе. Скорее всего нужно чередование, т.е. пара таких, плюс всё переключение резонансное.

[arhiv6 20]

Plain, не понял, что вы имели в виду. Многоуровневые преобразователи, описанные, например, в этой статье? Что такое ЦАП на переключаемых весовых обмотках? Даже гугл о таких не знает.

[Plain 228]

Да, как в статье, за вычетом половины полумостов, потому что там переменный ток.

 

О том, что такое "т.е.", гугл прекрасно знает. Как и про то, что такое взвешивающий ЦАП.

[Егоров 0]

Что такое ЦАП на переключаемых весовых обмотках? Даже гугл о таких не знает.

Возможно, представить можно следующим образом.

- есть источник с отводом через каждый вольт от 1 до 16. Ключами подключаете к требуемому напряжению. Схема многокомпонентная, но коммутируется относительно просто.

- более цивилизовано - источники на 1,2,4, 8 вольт. Набирая двоичные комбинации для ключей выдаете от 1 до 15 вольт с шагом в 1 вольт.

 

Вообще, ради 15 ватт (сэкономит 3-5) городить этот огород стоит ли? Все это в ущерб стоимости и надежности.

[arhiv6 20]

источник с отводом через каждый вольт от 1 до 16 - много мороки с количеством источников, с их коммутацией вроде попроще - 16 транзисторов+16 драйверов верхнего уровня.

источники на 1,2,4, 8 вольт - источников меньше, но их коммутация ещё сложнее.

 

Какие ещё бывают способы? Может быть вариант с быстродействующим dc-dc источником? К сожалению, я не могу придумать, как его реализовать. Проблемы:

1. Управление ключом. при переключении на 5МГц очень не хочется городить ключ верхнего уровня, т.к. готовые драйвера вряд ли получится найти, а свой городить - сложно. Поэтому схема источника ограничена топологией boost (и, возможно, sepic).

2. Обратная связь - в классической схемотехнике это усилитель ошибки, генератор пилы, компаратор, необходимые для формирования пилы. Схемы, которые на частотах до 1мгц ещё реализуемы, боюсь на 5МГц будет заставить работать проблематично (честно говоря на рассыпухе источники собирал только в симуляторе, в железе делал всегда на готовых микросхемах). Как вариант использовать не ШИМ, а дельта-сигма модуляцию, но тогда придётся ещё сильнее задирать частоту, хотя схема будет уже проще - интегратор, компаратор, триггер.

3. Нашел вот такой документ, где приведена на первый взгляд простая топология, работающая на 4,5МГц. Но не cмог разобраться как она работает - вроде похоже на простейшую схему, когда сигнал обратной связи сравнивается с опорным на компараторе, но зачем-то добавлен триггер, и нечто под названием slope - был бы рад, если бы кто-нибудь объяснил, как эта схема работает.

 

Вообще, ради 15 ватт (сэкономит 3-5) городить этот огород стоит ли? Все это в ущерб стоимости и надежности.

А меня больше интересует теоретическая возможность сделать такое устройство :) И, если это вообще реализуемо, повторить его на практике. Поэтому любые предложения и советы с удовольствием принимаются :)

 

[Егоров 0]

Ох, похоже полосу 500кГц получить в ключевом режиме будет очень непросто.

Даже линейный стабилизатор такой широкополосности требует определенных усилий в разработке.

Ссылка - одноваттное низковольтное устройство. Почти классической схемы. КПД там опущен стыдливо. Частота коммутации в 4МГц еще не означает полосу в 500кГц.

На фронтах ключей потеряется очень много и весь пар этого паровоза в свисток уйдет.