Modos de amplificación clase E bajo operación con carga variable

Abstract

RESUMEN: Con los avances en el ámbito tecnológico y la creciente demanda de prestaciones que le exigimos a los dispositivos y sistemas electrónicos, surge una problemática con la que los ingenieros han tenido que enfrentarse, cada vez con más intensidad en los últimos años, el consumo energético. Una de las razones por las cuales esto ha ocurrido es el inevitable cambio climático, el calentamiento global y la crisis energética que cada vez se hace más evidente. Todos estos factores mencionados tienen un impacto generalizado en el mundo, y en este contexto, incumbe a cualquiera dispuesto a desarrollar nuevos sistemas, o simplemente mejorar las infraestructuras actuales manteniendo la rentabilidad. Y es que una de las principales vertientes de capital que se sufren en el mantenimiento de cualquier sistema electrónico es en la alimentación, esto atrae mucho interés a los dispositivos de alta eficiencia energética. Si se analiza cualquier sistema de telecomunicación, encontraremos en abundancia dispositivos amplificadores de potencia. Estos son indispensables en muchas ocasiones, y los culpables también, de gran parte del consumo energético de los mismos, al tratarse de elementos activos que necesitan de una fuente externa de energía para poder suministrársela a la señal que atraviesa sus terminales. Por todas estas razones se planteó en este proyecto el diseño de un modelo para simulación de amplificadores de potencia de alta eficiencia, basándolo en una topología de switch. Es ésta, el diseñador tendría un mayor control sobre los elementos que componen al transistor, y, por lo tanto, hacer análisis que no serían posibles en un modelo de “caja negra” como los que, en su mayoría, ofrecen los fabricantes. Se comprobó el funcionamiento del modelo desarrollado haciendo un estudio de eficiencia de este, el cual posteriormente se comparó con un amplificador de alta eficiencia de clase E/F2 implementado con anterioridad en otro proyecto. Se aportó información de relevancia sobre dicho amplificador y se observaron comportamientos que, sin un modelo de switch en el que podemos acceder a los componentes internos, no seríamos capaces de visualizar. Todos estos conocimientos pueden ser aplicados en cualquier diseño similar al referenciado, no se limita al contexto de este proyecto en específico.

ABSTRACT: With advances in the technological field and the growing demand for electronic devices and systems, a problem arises that engineers have had to face, with increasing intensity in recent years, energy consumption. One of the reasons why this has happened is the inevitable climate change, global warming and the energy crisis that is becoming more and more evident. All these factors mentioned have a widespread impact on the world, and in this context, it is incumbent on anyone willing to develop new systems, or simply improve current infrastructures while maintaining profitability. One of the main concerns in an economic point of view regarding the maintenance of any electronic system is its power supply, this draws the attention to high energetic efficiency devices. If you look at any telecommunication system, you'll find power amplifying devices in abundance. These are essential on many occasions, and they are also to blame for much of their energy consumption, as they are active elements that need an external source of energy to be able to supply it to the signal that passes through their terminals. For all these reasons, the design of a model for simulating high-efficiency power amplifiers was proposed in this project, based on a switch topology. In this case, the designer would have greater control over the elements that make up the transistor, and, therefore, carry out analyzes that would not be possible in a "black box" model such as those offered by most manufacturers. The operation of the developed model was verified by conducting an efficiency study of it, which was later compared with a high-efficiency class E/F2 amplifier previously implemented in another project. Relevant information about said amplifier was provided and behaviors were observed that, without a switch model in which we can access the internal components, we would not be able to visualize. All this knowledge can be applied in any design similar to the referenced one, it is not limited to the context of this specific project.