图2:在射频功率放大器作包络跟踪供电时,实现线性辅助开关。

实验装置

要实现包络跟踪需要高PAPR比,这也意味着平均输出电压通常在降压转换器供电电压范围的30%至50%之间,并允许在这个平均值以上及以下有短暂的漂移时间。因此,作为演示用途,可以使用具有相同占空比的稳态降压转换器来确定多相包络跟踪降压转换器对效率和热性能的要求,这个可以进一步简化为对单相评估,因为所有相数都是完全相同的。

表1列出了该实验装置的规格,而图3以图像展示该设置。这些规格代表基于高压LDMOS的数字视频广播(DVB)发射机所使用的大功率包络跟踪降压开关的要求,例如包络跟踪专家Nujira所使用的规格。图3展示了在满功率时每个元件的功率损耗估值,包括PCB内部的传导损耗。

本文所载的是从标准PC9002或EPC9006开发板出发所得出的结果。选择这些开发板是因为100V器件性能及易于使用,并基于它们相对的晶片大小选择相应的工作频率。为了改善标准开发板的热性能表现,在氮化镓场效率管上增加一个面积为15平方毫米、高为9.5毫米的翅片式散热器。散热器数据手册记载的热阻值在200 LFM时,约为12 ℃/W。在散热器超过一半面积上使用GapPad GP 1500 (60mil厚),将散热器固定到电路板上,而覆盖氮化镓场效应管的面积部分则使用两层Sarcon 30x-m进行填充。将散热器位置调整到刚好覆盖氮化镓场效应管,以方便使用热红外(IR)相机测量与器件直接相邻的PCB温度。然后利用覆盖有粘性铜带的绝缘聚酰亚胺层,将输出电感和输出电容放置在各个相关开发板的底部,形成输出连接。为gating信号提供使用HP8012B脉冲发生器的开环。接着增加有源负载,然后在零至满载范围内进行扫描。效率可以使用开发板上的Kelvin检测点和输出电容端的附加Kelvin点进行测量。在每个测量点调整输入电压和占空比。

表1:给包络跟踪应用的实验性高频降压转换器规格。

电感损耗

两个转换器的效率结果如图5所示,这包括两个案例中约为100 mW的驱动器损耗。EPC9002 开发板的初始热性能结果显示PCB过热,这是由于所选输出电感器的损耗进入了PCB导致的。因此,可通过提高电感器与电路板的距离来降低电路板的温度。满载时的峰值电感温度可达90℃。可以通过计算满载功率损失、PCB温度和估计元件损耗来估计结温和热功率流。热性能图像和等效热网络图见图7、图8。