Resumen de Bandwidth extension techniques for high-efficiency power amplifiers
Albert García Tormo
Aquesta tesi tracta sobre amplificació de potència d'alt rendiment de senyals variables en el temps; concretament, tracta sobre conversió de potència eficient (amb mínimes pèrdues) de tensions DC continues en senyals de tensió no constants. Aquest tipus de conversió de potència està present en la majoria de dispositius electrònics d'ús quotidià, com ara telèfons mòbils i reproductors de música portàtils, així com també en dispositius d'alta potència com amplificadors d'àudio i estacions base de telefonia mòbil. Generalment l'energia està disponible en forma de tensió DC contínua (d'una bateria o d'una font d'alimentació). D'acord amb la informació a transmetre, aquesta energia s'ha de processar o transformar en un senyal variable en el temps de manera que, per exemple, es pugui convertir en àudio per un altaveu . La tendència de mercat és a reduir la mida i el pes dels dispositius electrònics i a oferir noves funcionalitats, incloent una llarga autonomia en dispositius alimentats per bateries. Millorar l'eficiència dels amplificadors de potència no només n'estendria l'autonomia, sinó que també permetria utilitzar dissipadors més petits i lleugers. Altres aplicacions com les d'alta potència o integrades també es beneficiarien de millores en l'eficiència dels amplificadors de potència. Els dispositius electrònics de processament de potència més eficients són els amplificadors commutats. Aquests utilitzen components reactius (bàsicament bobines i condensadors) per dur a terme un processament de potència idealment sense pèrdues, així com dispositius actius (transistors) controlats com interruptors (o bé tancats o bé oberts), per tal de controlar aquest procés. Tot i que es poden assolir eficiències molt altes amb amplificadors commutats, la precisió de seguiment pot no ser gaire bona. Es pot millorar la precisió de seguiment senzillament incrementant la freqüència de commutació (la freqüència a la qual es fan commutar els interruptors), tot i que, com que es requereix una certa quantitat d'energia per fer commutar cada interruptor (pèrdues de commutació), aquesta tècnica també deteriora l'eficiència de l'amplificador. Existeix doncs un comprimís entre la freqüència de commutació i la precisió de seguiment en els amplificadors commutats (compromís eficiència-distorsió). Els amplificadors commutats habitualment es dissenyen per treballar a una freqüència de commutació alta comparada amb l'amplada de banda que han de seguir. Mentre que amb aquesta estratègia de disseny (i tecnologia actual) es poden dissenyar amplificadors per seguir senyals de l'ordre de kHz, si s'aplica per seguir senyals de l'ordre de MHz, els amplificadors haurien de treballar a freqüències de commutació massa altes, inviables des del punt de vista de les pèrdues de commutació. Amb l'objectiu d'abordar el compromís entre distorsió i eficiència dels amplificadors commutats, aquesta tesi explora diferents tècniques per estendre l'amplada de banda relativa dels amplificadors commutats, és a dir, tècniques per reduir la relació entre la freqüència de commutació de l'amplificador i la seva amplada de banda de seguiment. Basant-se en una interpretació alternativa dels amplificadors commutats, com a procés de codificació i reconstrucció, les diferents tècniques d'extensió de banda que aquí s'exploren contemplen utilitzar modulacions alternatives, amplificació de potència multi-nivell, filtrat d'ordre elevat i polítiques de commutació millorades en els convertidors commutats. La caracterització de les prestacions en termes de freqüència de commutació, error de seguiment i robustesa davant no idealitats (incloent compatibilitat electromagnètica i acoblament entre canals) apunta la idoneïtat de l'amplificació de potència multi-nivell basada en moduladors asíncrons per dissenys que treballin a freqüències de commutació relativament baixes, és a dir, a freqüències de commutació comparables a l'amplada de banda del senyal a seguir i amplificar.
