JP2010109673A

JP2010109673A - 信号増幅出力装置

Info

Publication number: JP2010109673A
Application number: JP2008279438A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Ono; 一郎大野
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-10-30
Filing date: 2008-10-30
Publication date: 2010-05-13

Abstract

【課題】小型化を図りつつ、電磁結合トランス１つでＰＷＭキャリア成分と同相輻射ノイズの双方を除去することができるフルブリッジ型の信号増幅出力装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の信号増幅出力装置は、第１のコイルＬ１０１がコア１００ａに巻回され、第２のコイルＬ１０２がコア１００ｂに巻回されて、第１のコイルＬ１０１と第２のコイルＬ１０２との結合係数が０．７から０．８５までの間としたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチングによるドライブ信号から高域成分の信号を除去するローパスフィルタを備える信号増幅出力装置に関する。

従来のフルブリッジ型の信号増幅出力装置に用いられるフィルタについて図面を用いて説明する。図２は、従来のスイッチングアンプとローパスフィルタとを示した回路図である。

入力端子ＩＮ１からのＰＷＭ信号やＰＤＭ信号等の入力信号を変換し、第１のハーフブリッジ型スイッチングアンプ１０の第１のスイッチング素子Ｍ２１のゲートと第２のスイッチング素子Ｍ２３のゲートに供給する第１の二値制御信号ａ及び第１の二値制御信号と逆相の第２の二値制御信号ｂを発生する第１の変換器２０と、入力端子ＩＮ２からのＰＷＭ信号を変換し、第２のハーフブリッジ型スイッチングアンプ３０の第１のスイッチング素子Ｍ２２のゲートと第２のスイッチング素子Ｍ２４のゲートに供給する第１の二値制御信号ａ１及び第１の二値制御信号と逆相の第２の二値制御信号ｂ１を発生する第２の変換器４０と、第１のスイッチング素子Ｍ２１及び第２のスイッチング素子Ｍ２３からなる第１のハーフブリッジ型スイッチングアンプ１０と、第１のスイッチング素子Ｍ２２及び第２のスイッチング素子Ｍ２４からなる第２のハーフブリッジ型スイッチングアンプ３０と、ローパスフィルタ（以下、ＬＰＦという）６０とを備えている。ＬＰＦ６０は、コイルＬ１とコンデンサＣ１とからなる第１のＬＰＦと、コイルＬ２とコンデンサＣ２とからなる第２のＬＰＦとで構成される。さらに、第１のＬＰＦと第２のＬＰＦの中間に負荷抵抗ＲＬ５１が存在する。

コイルＬ１は、ハーフブリッジ型スイッチングアンプ１０の第１及び第２のスイッチング素子による出力信号をフィルタリングする第１のＬＰＦ用のコイルである。

コイルＬ２は、ハーフブリッジ型スイッチングアンプ３０の第１及び第２のスイッチング素子による出力信号をフィルタリングする第２のＬＰＦ用のコイルである。

コンデンサＣ１は、ハーフブリッジ型スイッチングアンプ１０の第１及び第２のスイッチング素子による出力信号をフィルタリングする第１のＬＰＦ用のコンデンサである。

コンデンサＣ２は、ハーフブリッジ型スイッチングアンプ３０の第１及び第２のスイッチング素子による出力信号をフィルタリングする第２のＬＰＦ用のコンデンサである。

次に、従来のスイッチングアンプ１及びＬＰＦ６０の各要素の接続関係を以下に示す。

ハーフブリッジ型スイッチングアンプ１０の第１のスイッチング素子Ｍ２１のソースと第２のスイッチング素子Ｍ２３のドレインとの出力接続点Ｓ１は、コイルＬ１の一方の端子と接続される。コイルＬ１の他方の端子は、コンデンサＣ１の一方の端子と接続される。この接続によって、第１のＬＰＦが形成される。この第１のＬＰＦは、負荷抵抗ＲＬ５１と接続されている。また、ハーフブリッジ型スイッチングアンプ３０の第１のスイッチング素子Ｍ２２のソースと第２のスイッチング素子Ｍ２４のドレインとの出力接続点Ｓ２は、コイルＬ２の一方の端子と接続される。コイルＬ２の他方の端子は、コンデンサＣ２の一方の端子と接続される。この接続によって、第２のＬＰＦが形成される。この第２のＬＰＦの出力は、負荷抵抗ＲＬ５１と接続されている。

さらに、コンデンサＣ１及びＣ２の他方の端子は、それぞれグランドに接続されている。

以下に、各ハーフブリッジ型スイッチングアンプ１０の出力接続点Ｓ１を電磁結合トランス６１のコイルＬ１の＋端子に接続し、ハーフブリッジ型スイッチングアンプ３０の出力接続点Ｓ２を電磁結合トランス６１のコイルＬ２の−端子を接続したときのスイッチングアンプ及びＬＰＦの動作について、入力信号がＰＷＭ信号であるときを例にとって説明する。

入力端子ＩＮ１からのＰＷＭ信号は、第１の変換器２０により第１のスイッチング素子Ｍ２１及び第２のスイッチング素子Ｍ２３を駆動するための２種の極性とレベルが異なるＰＷＭ信号ａ，ｂに変換される。この変換されたＰＷＭ信号ａ，ｂによって、第１のスイッチング素子Ｍ２１と第２のスイッチング素子Ｍ２３は、交互に「ＯＮ／ＯＦＦ」される。第１のスイッチング素子Ｍ２１が「ＯＮ」となったとき、ハーフブリッジ型スイッチングアンプ１０の出力接続点Ｓ１からの出力電流Ｉ１がコイルＬ１とコンデンサＣ１で形成される第１のＬＰＦへ入力され、高域成分が除去されて、低域成分のみ負荷抵抗ＲＬ５１へ供給される。なお、入力端子ＩＮ１とＩＮ２に入力するＰＷＭ信号の位相は、互いに逆相の関係にある。

一方、入力端子ＩＮ２からのＰＷＭ信号は、第１の変換器３０により第１のスイッチング素子Ｍ２２と第２のスイッチング素子Ｍ２４を駆動するための２種の極性とレベルが異なるＰＷＭ信号ａ１，ｂ１に変換される。ＰＷＭ信号に変換される。この変換されたＰＷＭ信号ａ１，ｂ１によって、第１のスイッチング素子Ｍ２２と第２のスイッチング素子Ｍ２４は、交互に「ＯＮ／ＯＦＦ」される。第１のスイッチング素子Ｍ２２が「ＯＮ」となったとき、ハーフブリッジ型スイッチングアンプ３０の出力接続点Ｓ２からその出力電流Ｉ２が第２のＬＰＦへ入力され、高域成分が除去されて、低域成分のみ負荷抵抗ＲＬ５１へ供給される。

ハーフブリッジ型スイッチングアンプ１０の出力接続点Ｓ１を電磁結合トランス６１のコイルＬ１の＋端子に接続し、ハーフブリッジ型スイッチングアンプ３０の出力接続点Ｓ２と電磁結合トランス６１のコイルＬ２の＋端子に同相接続すると、コイルＬ１，Ｌ２で発生する磁束は逆方向となるため、磁束を打ち消し合い、コイルＬ１，Ｌ２はコイルの機能を失う。そこで、ＬＰＦ電流Ｉ１，Ｉ２によりコイルＬ１，Ｌ２で発生する磁束が同一方向となるように接続する。磁束が同一方向となる接続を行うことで、コイルＬ１，Ｌ２は、通常のインダクタンス有するコイルとして作用する。これにより、ハーフブリッジ型アンプ１０，３０の出力をフィルタリングするＬＰＦを構成している。

しかし、従来のフィルタは、結合係数が１であるため、コイルＬ１、Ｌ２のインダクタンスがゼロになるか、無視できるほど小さくなって同相高周波信号、または、逆相高周波信号のいずれか片方だけを除去することになり、信号増幅出力装置のＰＷＭキャリア成分と同相輻射ノイズの双方を除去することができなかった。また、ＰＷＭキャリア成分と同相輻射ノイズの双方を除去するために電磁結合トランスを加えると、小型化の要請に反することとなる。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特許第４０６７４７５号公報

本発明は、小型化を図りつつ、電磁結合トランス１つでＰＷＭキャリア成分と同相輻射ノイズの双方を除去することができるフルブリッジ型の信号増幅出力装置を提供することを目的とする。

本発明に係る信号増幅出力装置は、第１の信号から、第１及び第２の制御信号を生成する第１の変換器と、前記第１の信号と逆相の第２の信号から、第１及び第２の制御信号をそれぞれ生成する第２の変換器と、前記第１及び第２の制御信号を最終的に増幅する第１及び第２のハーフブリッジ型スイッチングアンプと、前記第１のハーフブリッジ型スイッチングアンプの出力信号の低域成分を通過せしめる第１のコイル及び第１のコンデンサからなる第１のローパスフィルタと、前記第２のハーフブリッジ型スイッチングアンプの出力信号の低域成分を通過せしめる第２のコイル及び第２のコンデンサからなる第２のローパスフィルタと、前記第１のローパスフィルタと前記第２のローパスフィルタとの間に接続される負荷抵抗とを備え、前記第１のコイルと前記第２のコイルは、前記第１の信号及び該第１の信号と逆相の前記第２の信号により生成される磁束が同一方向となるように接続された信号増幅出力装置において、前記第１のコイルと前記第２のコイルは、結合係数が０．７から０．８５の間である電磁結合回路を構成したことを特徴とする。

本発明によれば、小型化を図りつつ、電磁結合トランス１つでＰＷＭキャリア成分と同相輻射ノイズの双方を除去することができるフルブリッジ型の信号増幅出力装置を提供することができる。

（実施の形態１）
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を用いて説明する。なお、背景技術と同一部分は同一番号を付し、説明を省略する。

図１は、本発明に係るフルブリッジ型の信号増幅出力装置におけるフィルタに用いられる電磁結合トランスの正面図である。図１に示されるように、トロイダルコア１００は、中心線Ａ−Ａ’でコア１００ａとコア１００ｂの２箇所に区分けされる。そして、コイルＬ１０１は、コア１００ａに巻回される。コイルＬ１０２は、中心線Ａ−Ａ’から見て略対称となるようにコア１００ｂに巻回される。このように、トロイダルコア１００は、コイルＬ１０１とコイルＬ１０２とが互いに重なって巻回されないように、コイルＬ１０１が巻回される部分とコイルＬ１０２が巻回される部分とに分けられている。すなわち、トロイダルコア１００のうち、コイルＬ１０１が巻回されている部分であるコア１００ａには、コイルＬ１０２は巻回されない。一方、トロイダルコア１００のうち、コイルＬ１０２が巻回されている部分であるコア１００ｂには、コイルＬ１０１は巻回されない。

これにより、コイルＬ１０１、Ｌ１０２とからなる電磁結合トランス６１の結合係数を１より小さくすることができる。結合係数は、低損失と小型化の両立のため、略０．７から略０．８５までが望ましい。すなわち、結合係数が略０．７より小さくなると損失の影響が大きくなってフィルタの特性が劣化する。また、結合係数が略０．８５より大きくなると、ＰＷＭキャリア成分と同相輻射ノイズの双方を十分に除去するために新たな構成をＬＰＦに加えなければならず、小型化の要請に反することとなってしまう。

以上より、結合係数が略０．７から略０．８５までである場合、第１の二値制御信号ａ、ａ１によって発生する磁束と、第１の二値制御信号ａ、ａ１と逆相の第２の二値制御信号ｂ、ｂ１によって発生する磁束とが打ち消しあう量が減るため、コイルＬ１０１、Ｌ１
０２のインダクタンス成分がゼロにならず、信号増幅出力装置のＰＷＭキャリア成分と同相輻射ノイズの双方を除去することができる。また、電磁結合トランス６１は１つのままなので、回路に新たに構成を加える必要がなくなり、小型化を図ることができる。

なお、本実施の形態１では、コイルＬ１０１、Ｌ１０２が巻回されるコアをトロイダルコア１００としたが、これに代えて、ボビンタイプのコアや、ＥＩタイプのコアとしてもよい。

本発明は、スイッチングアンプを使用して信号増幅を行う際に、高周波信号を含むスイッチング信号から低周波信号のみを効率的に通過させるローパスフィルタに適する。

本発明に係るフルブリッジ型の信号増幅出力装置におけるフィルタに用いられる電磁結合トランスの正面図従来のスイッチングアンプとローパスフィルタとを示した回路図

符号の説明

１００トロイダルコア
１００ａ、１００ｂコア
Ｌ１０１、Ｌ１０２コイル

Claims

第１の信号から、第１及び第２の制御信号を生成する第１の変換器と、
前記第１の信号と逆相の第２の信号から、第１及び第２の制御信号をそれぞれ生成する第２の変換器と、
前記第１及び第２の制御信号を最終的に増幅する第１及び第２のハーフブリッジ型スイッチングアンプと、
前記第１のハーフブリッジ型スイッチングアンプの出力信号の低域成分を通過せしめる第１のコイル及び第１のコンデンサからなる第１のローパスフィルタと、
前記第２のハーフブリッジ型スイッチングアンプの出力信号の低域成分を通過せしめる第２のコイル及び第２のコンデンサからなる第２のローパスフィルタと、
前記第１のローパスフィルタと前記第２のローパスフィルタとの間に接続される負荷抵抗とを備え、
前記第１のコイルと前記第２のコイルは、前記第１の信号及び該第１の信号と逆相の前記第２の信号により生成される磁束が同一方向となるように接続された信号増幅出力装置において、
前記第１のコイルと前記第２のコイルは、結合係数が０．７から０．８５の間である電磁結合回路を構成したことを特徴とする信号増幅出力装置。
前記第１のコイルと、前記第２のコイルとは、同一のコアに巻回され、このコアは、前記第１のコイルが巻回される部分と、前記第２のコイルが巻回される部分とに分けられたことを特徴とする請求項１に記載の信号増幅出力装置。