JP2010141522A - Amplifier and communication apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、増幅器および通信装置に関し、より詳細には、E級増幅器およびE級増幅器を備えた通信装置に関する。 The present invention relates to an amplifier and a communication device, and more particularly to a class E amplifier and a communication device including a class E amplifier.
従来、スイッチング素子を用いた増幅器の一種であるE級増幅器が提案・開発されている(例えば、非特許文献1〜3参照)。E級増幅器は、ZVS(Zero Voltage Sweitching;ゼロボルトスイッチング)と呼ばれる動作によって、理想的には100%の高効率が得られるものである。ZVSとは、オン状態のスイッチング素子に電流が流れていても、電圧がゼロであればそのスイッチング素子は電力を消費しないことである。
Conventionally, a class E amplifier, which is a kind of amplifier using a switching element, has been proposed and developed (for example, see Non-Patent
E級増幅器は、非特許文献1、2に示すように、1970年代に開発された技術である。しかし、近年でも非特許文献3に示すように、F級および逆F級増幅器の特徴である高調波処理をE級増幅器にも追加したE/F級増幅器が開発されるなど、注目されている技術である。また最近では、無線によって電力を伝送するワイヤレス電力伝送の分野においてこのE級増幅器を用いることも提案されている。
The class E amplifier is a technology developed in the 1970s as shown in Non-Patent
しかし、上記非特許文献1〜3に記載されているように、従来のE級増幅器ではチョークコイルが使われている。チョークコイルを用いてしまうとインダクタが大型化してしまうという問題があった。この問題を解決するための技術として、チョークコイルをフィルタに置き換える技術が、例えば特許文献1で開示されている。しかし、特許文献1で開示された技術では、後述するように、E級増幅器としての高効率性が損なわれてしまうといった問題があった。
However, as described in
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、E級増幅器としての高効率性を損なうことなく、チョークコイルを用いないようにすることでサイズを小型化することが可能な、新規かつ改良された増幅器および通信装置を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to reduce the size by not using a choke coil without impairing the high efficiency as a class E amplifier. It is an object of the present invention to provide a new and improved amplifier and communication apparatus capable of reducing the size of the apparatus.
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、電源からの供給電流に含まれる基本波成分および2次高調波成分を遮断するフィルタ回路と、フィルタ回路と接地電位との間に接続されるスイッチング素子と、スイッチング素子と並列に接続され、フィルタ回路と接地電位との間に接続されるキャパシタと、を備える、増幅器が提供される。 In order to solve the above problems, according to an aspect of the present invention, a filter circuit that blocks a fundamental wave component and a second harmonic component included in a supply current from a power supply, and a filter circuit between the ground potential and the filter circuit. An amplifier is provided, comprising: a switching element connected; and a capacitor connected in parallel with the switching element and connected between the filter circuit and a ground potential.
かかる構成によれば、フィルタ回路は電源からの供給電流に含まれる基本波成分および2次高調波成分を遮断し、スイッチング素子はフィルタ回路と接地電位との間に接続され、キャパシタはスイッチング素子と並列に接続され、フィルタ回路と接地電位との間に接続される。その結果、フィルタ回路で基本波成分および2次高調波成分を遮断することで、高効率性を損なうことなく、サイズを小型化できる増幅器を提供することができる。 According to this configuration, the filter circuit cuts off the fundamental wave component and the second harmonic component contained in the current supplied from the power supply, the switching element is connected between the filter circuit and the ground potential, and the capacitor is connected to the switching element. They are connected in parallel and connected between the filter circuit and the ground potential. As a result, it is possible to provide an amplifier that can be reduced in size without impairing high efficiency by blocking the fundamental wave component and the second harmonic component by the filter circuit.
上記フィルタ回路は、供給電流に含まれる基本波成分を遮断する基本波遮断回路と、供給電流に含まれる2次高調波成分を遮断する2次高調波遮断回路と、を含んでいてもよい。 The filter circuit may include a fundamental wave cutoff circuit that cuts off a fundamental wave component included in the supply current and a second harmonic cutoff circuit that blocks a second harmonic component included in the supply current.
上記基本波遮断回路および上記2次高調波遮断回路は、それぞれLC並列共振回路であってもよい。 Each of the fundamental wave cutoff circuit and the second harmonic cutoff circuit may be an LC parallel resonant circuit.
上記フィルタ回路からの電流を消費する負荷抵抗をさらに備え、上記基本波遮断回路および上記2次高調波遮断回路に含まれるインダクタのインピーダンスは、負荷抵抗のインピーダンスの1倍以上10倍以下であってもよい。 A load resistor that consumes current from the filter circuit; and an impedance of an inductor included in the fundamental wave cutoff circuit and the second harmonic cutoff circuit is 1 to 10 times the impedance of the load resistor, Also good.
上記基本波遮断回路および上記2次高調波遮断回路は、上記キャパシタとは共振しないものであってもよい。 The fundamental wave cutoff circuit and the second harmonic cutoff circuit may not resonate with the capacitor.
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、上記増幅器を備える、通信装置が提供される。 Moreover, in order to solve the said subject, according to another viewpoint of this invention, a communication apparatus provided with the said amplifier is provided.
以上説明したように本発明によれば、高効率性を損なうことなく、チョークコイルを用いないことで小型化することが可能な、新規かつ改良された増幅器および通信装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a new and improved amplifier and communication apparatus that can be reduced in size without using a choke coil without impairing high efficiency.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.
また、以下の順序に従って本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
<1.従来のE級増幅器>
[1−1.従来のE級増幅器の構成]
[1−2.従来のE級増幅器の構成]
[1−3.従来のE級増幅器の問題点]
<2.本発明の一実施形態にかかるE級増幅器>
[2−1.本発明の一実施形態にかかるE級増幅器の構成]
[2−2.本発明の一実施形態にかかるE級増幅器の動作]
<3.本発明の一実施形態にかかるE級増幅器を備えた通信装置>
<4.まとめ>
Further, preferred embodiments of the present invention will be described in detail according to the following order.
<1. Conventional Class E Amplifier>
[1-1. Configuration of conventional class E amplifier]
[1-2. Configuration of conventional class E amplifier]
[1-3. Problems of conventional class E amplifier]
<2. Class E Amplifier According to One Embodiment of the Present Invention>
[2-1. Configuration of Class E Amplifier According to One Embodiment of the Present Invention]
[2-2. Operation of Class E Amplifier According to One Embodiment of the Present Invention]
<3. Communication device including class E amplifier according to one embodiment of the present invention>
<4. Summary>
<1.従来のE級増幅器>
まず、本発明の好適な実施の形態について説明する前に、従来のE級増幅器の構成及び動作、並びに従来のE級増幅器が抱える問題点について説明する。
<1. Conventional Class E Amplifier>
First, before describing a preferred embodiment of the present invention, the configuration and operation of a conventional class E amplifier and the problems of the conventional class E amplifier will be described.
[1−1.従来のE級増幅器の構成]
図3は、従来の一般的なE級増幅器10の回路構成について示す説明図である。図3に示したように、一般的には、E級増幅器10は、チョークコイル11と、スイッチング素子12と、キャパシタC1と、直列共振器13と、移相コイルLxと、負荷抵抗Rと、を含んで構成される。また直列共振器13は、キャパシタC2と、インダクタL2と、を含んで構成される。
[1-1. Configuration of conventional class E amplifier]
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a circuit configuration of a conventional general
チョークコイル11は、一般的には所定の周波数を上回る高周波電流を阻止するために用いられる電子部品であり、電源VDDから直流電流I_DCを供給する働きを有する。スイッチング素子12は、バイポーラトランジスタや電界効果トランジスタその他のスイッチング素子を用いることができ、図4に示したデューティ比が50%の矩形波の信号に応じてオンとオフを繰り返す素子である。スイッチング素子12がオンの場合にはスイッチング素子電流I_TRが流れ、スイッチング素子12がオフの場合には電流が流れない。
The
キャパシタC1には、スイッチング素子12がオフの場合に、チョークコイル11からの電流が流れ込む。そのときキャパシタC1に流れる電流をI_C1とする。なおキャパシタC1の容量をC1とする。キャパシタC2およびインダクタL2からなる直列共振器13は、キャパシタC2およびインダクタL2によって規定される動作周波数の出力電流I_OUTを通過させ、当該動作周波数以外の周波数ではオープンとなるバンドパスフィルタの働きを有する。
A current from the
移相コイルLxは、出力電流I_OUTに対して基本波の電圧と電流を移相するためのリアクタンスである。移相コイルLxは、E級増幅器に必要となる位相条件を満たすために設けられるものである。負荷抵抗Rは、移相コイルLxによって移相された電流を消費する。 The phase shift coil Lx is a reactance for shifting the fundamental voltage and current with respect to the output current I_OUT. The phase shift coil Lx is provided to satisfy the phase condition required for the class E amplifier. The load resistance R consumes the current phase-shifted by the phase-shift coil Lx.
[1−2.従来のE級増幅器の構成]
図3に示したE級増幅器10におけるスイッチング素子電流I_TR、およびキャパシタC1に流れる電流I_C1を、直流電流I_DCで正規化したものを図5に示す。図5では、実線がスイッチング素子電流I_TRであり、点線がキャパシタC1に流れる電流I_C1であり、一点鎖線が直流電流I_DCである。
[1-2. Configuration of conventional class E amplifier]
FIG. 5 shows the switching element current I_TR in the
図3に示した4つの電流(I_DC、I_TR、I_C1、I_OUT)は、図3中のノードAでのキルヒホッフの第一法則に従う。従って、直流電流I_DCから出力電流I_OUTを引いた残りが、スイッチング素子電流I_TR、およびキャパシタC1に流れる電流I_C1となる。 The four currents (I_DC, I_TR, I_C1, I_OUT) shown in FIG. 3 follow Kirchhoff's first law at node A in FIG. Therefore, the remainder obtained by subtracting the output current I_OUT from the direct current I_DC becomes the switching element current I_TR and the current I_C1 flowing through the capacitor C1.
図5に示したように、直流電流I_DCは、常に1.0[A]の電流が流れる。また、スイッチング素子電流I_TRは、時刻が0.0[s]から0.5[s]の間はスイッチング素子12がオフであるので、電流が流れず0.0[A]である。時刻が0.5[s]から1.0[s]の間はスイッチング素子12がオンになり、急峻にスイッチング素子電流I_TRが立ち上がる。およそ0.8[s]付近でスイッチング素子電流I_TRはピークとなり、徐々に低下した後に、時刻が1.0[s]になると再びスイッチング素子12がオフになり、スイッチング素子電流I_TRは0.0[A]となる。
As shown in FIG. 5, 1.0 [A] always flows through the direct current I_DC. Further, the switching element current I_TR is 0.0 [A] because the switching
キャパシタC1に流れる電流I_C1は、時刻0.0[s]では約2.0[A]である。しかし、時刻が0.0[s]から0.5[s]の間にスイッチング素子12がオフになると、約−0.9[A]まで降下した後に0.0[A]に戻る。時刻が0.5[s]から1.0[s]の間はスイッチング素子12がオンになり、スイッチング素子12に電流が流れる一方で、キャパシタC1に流れる電流I_C1は0.0[A]となる。
The current I_C1 flowing through the capacitor C1 is about 2.0 [A] at time 0.0 [s]. However, if the switching
図5に示したスイッチング素子電流I_TR、およびキャパシタC1に流れる電流I_C1を併せると、中心が1.0[A]の正弦波となっている。この正弦波は、直流電流I_DCから、キャパシタC2およびインダクタL2からなる直列共振器13に流れる電流I_OUTを引いた残りを示している。また正弦波のオフセットの1.0[A]は、チョークコイル11に流れる直流電流I_DCと等しい値となっている。
When the switching element current I_TR shown in FIG. 5 and the current I_C1 flowing through the capacitor C1 are combined, the center is a sine wave of 1.0 [A]. This sine wave indicates the remainder obtained by subtracting the current I_OUT flowing through the
なお、キャパシタC1は直流電流を通さないので、キャパシタC1に流れる電流I_C1を時刻0.0[s]から0.5[s]の間で積分すると0.0[A]となる。電流I_C1によってキャパシタC1に蓄積された電荷量に比例して、ノードAには電圧が発生する。従って、ノードAの電圧は、時刻0.0[s]の時点でスイッチング素子12がオフになると、キャパシタC1への電荷の蓄積に伴って0.0[V]から急峻に上昇し、電流I_C1の波形が0になる時点でピークに達する。その後はノードAの電圧は下降し、時刻0.5[s]の時点で再び0.0[V]に戻る。このノードAの電圧は、オフ状態のスイッチング素子12に印加されるスイッチング素子電圧V_TRとなる。
Since the capacitor C1 does not pass a direct current, the current I_C1 flowing through the capacitor C1 is integrated from the time 0.0 [s] to 0.5 [s] to 0.0 [A]. A voltage is generated at the node A in proportion to the amount of charge accumulated in the capacitor C1 by the current I_C1. Therefore, when the switching
整理すると、スイッチング素子12には、オン状態の場合に電流が流れ、スイッチング素子12がオン状態の場合に印加される電圧は0.0[V]である。そして、スイッチング素子12がオフ状態の場合に電流は流れず、スイッチング素子12がオフ状態の場合に印加される電圧は時々刻々と変化する。これがZVSである。
In summary, a current flows through the switching
図6は、スイッチング素子12に印加されるスイッチング素子電圧V_TRと、スイッチング素子12に流れるスイッチング素子電流I_TRとを、それぞれ正規化したものをグラフで示す説明図である。図6に示したグラフでは、実線が電源電圧V_DDで正規化したスイッチング素子電圧V_TRであり、点線が直流電流I_DCで正規化したスイッチング素子電流I_TRである。そして、図6にはZVSの様子が現れている。
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating, in a graph, the normalized switching element voltage V_TR applied to the switching
このように、従来のE級増幅器ではチョークコイルが使われている。しかし、チョークコイルを用いるとインダクタが大型化してしまうという問題があった。この問題は、小型化や消費電力の低減を目指す機器にE級増幅器を用いる場合に、小型化や消費電力の低減の際の妨げとなってしまう。この問題を解決するための技術として、上述したように、チョークコイルをフィルタに置き換える技術が特許文献1で開示されている
Thus, the choke coil is used in the conventional class E amplifier. However, when the choke coil is used, there is a problem that the inductor becomes large. This problem becomes a hindrance to downsizing and reducing power consumption when a class E amplifier is used in a device aiming at downsizing and reducing power consumption. As a technique for solving this problem, as described above,
図7は、特許文献1で開示された、従来のチョークコイルを用いないE級増幅器20の構成について示す説明図である。図7に示したように、E級増幅器20は、フィルタ21と、スイッチング素子22と、キャパシタC1と、直列共振器23と、移相コイルLxと、負荷抵抗Rと、を含んで構成される。フィルタ21は、インダクタLF1、LF2と、キャパシタCF1と、を含んで構成され、また直列共振器23は、キャパシタC2と、インダクタL2と、を含んで構成される。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a configuration of a conventional
特許文献1によれば、フィルタ21に含まれるインダクタLF1およびキャパシタCF1、並びにインダクタLF2とキャパシタC1とが、2周波共振フィルタとして動作する旨が記載されている。第2高調波ではフィルタ21のインピーダンスが−1/jωC1となる。一方キャパシタC1のインピーダンスは1/jωC1であるから、フィルタ21とキャパシタC1との並列合成インピーダンスは、第2高調波において無限大、つまりオープンになり、第3高調波ではフィルタ21がショートになる。
According to
ここで、下記の表1に、図5に示したスイッチング素子電流I_TRおよびキャパシタC1に流れる電流I_C1を、9次高調波までフーリエ変換して周波数成分を求めたものを示す。 Here, Table 1 below shows frequency components obtained by Fourier-transforming the switching element current I_TR and the current I_C1 flowing through the capacitor C1 shown in FIG. 5 to the ninth harmonic.
表1から明らかなように、スイッチング素子電流I_TRには直流成分並びに基本波および高調波成分が含まれる。一方、キャパシタC1に流れる電流I_C1には直流成分が含まれない。これは、キャパシタC1は直流電流を流さないからである。また表1から、I_TRとI_C1の高調波成分は全て同じ大きさであり、位相が180度異なっている。その結果、I_TRとI_C1合計では、直流成分と基本波成分だけが残り、高調波成分はゼロになっていることが分かる。 As is apparent from Table 1, the switching element current I_TR includes a direct current component, a fundamental wave, and a harmonic component. On the other hand, the current I_C1 flowing through the capacitor C1 does not include a DC component. This is because the capacitor C1 does not pass a direct current. Further, from Table 1, all the harmonic components of I_TR and I_C1 have the same magnitude and are different in phase by 180 degrees. As a result, it can be seen that in the sum of I_TR and I_C1, only the DC component and the fundamental wave component remain, and the harmonic component is zero.
表1に示したような周波数成分が生じていることは、図3を用いて以下のように説明することが出来る。E級増幅器10では、キャパシタC2とインダクタL2からなる基本波直列共振フィルタによって、基本波電流I_OUTの連続的な流れが生じている。基本波電流I_OUTの経路にあるのがスイッチング素子12とキャパシタC1であり、スイッチング素子12が図4に示した矩形波によってオンとオフにスイッチングされる。従って、基本波電流I_OUTはスイッチング素子12とキャパシタC1に時間率で50%に時分割される。時間領域でのスイッチングは乗算であるから、矩形波の持つ高次高調波との周波数ミキシングによって、スイッチング素子電流I_TRとキャパシタC1に流れる電流I_C1は、表1に示したような高次高調波成分が生じる。
The occurrence of frequency components as shown in Table 1 can be explained as follows using FIG. In the
図8は、表1に示したスイッチング素子電流I_TRおよびキャパシタC1に流れる電流I_C1の周波数成分の大きさをグラフで示す説明図である。図8に示したグラフは、横軸に次数、縦軸にパワー・スペクトル密度を示している。図8に示したように、I_TRとI_C1を合計した基本波成分の大きさに比べて、I_TRとI_C1に含まれる3次以上の高調波成分のパワー・スペクトル密度は約−20dBと小さいことが分かる。一方、基本波及び2次高調波成分のパワー・スペクトル密度は−2〜−11dB程度である。従って、3次以上の高調波成分を失っても僅かな損失で済むが、基本波及び2次高調波成分は無視できない大きさであるため、E級増幅器においてはこれらの成分を失うことはできない。 FIG. 8 is an explanatory diagram showing the magnitudes of the frequency components of the switching element current I_TR and the current I_C1 flowing in the capacitor C1 shown in Table 1. In the graph shown in FIG. 8, the horizontal axis indicates the order, and the vertical axis indicates the power spectral density. As shown in FIG. 8, the power spectral density of the third and higher order harmonic components included in I_TR and I_C1 may be as small as about −20 dB compared to the magnitude of the fundamental component obtained by adding I_TR and I_C1. I understand. On the other hand, the power spectral density of the fundamental wave and the second harmonic component is about −2 to −11 dB. Therefore, even if the third and higher order harmonic components are lost, only a small loss is required. However, since the fundamental wave and the second harmonic components are of a size that cannot be ignored, these components cannot be lost in the class E amplifier. .
しかし、図7に示したE級増幅器20では、スイッチング素子電流I_TRに含まれていた2次高調波成分が、フィルタ21とキャパシタC1との共振によって流れを阻止されてしまうので、図6に示したスイッチング素子電流I_TRの電流波形が大幅に変形してしまう。その結果として、図5に示したE級増幅器20では、E級増幅器の高効率性が損なわれる可能性がある。
However, in the
そこで、本発明においては、高効率性を損なうことなく、チョークコイルを無くすことで、E級増幅器の小型化を図ることを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to reduce the size of the class E amplifier by eliminating the choke coil without impairing the high efficiency.
<2.本発明の一実施形態にかかるE級増幅器>
[2−1.本発明の一実施形態にかかるE級増幅器の構成]
図1は、本発明の一実施形態にかかるE級増幅器100の構成について示す説明図である。以下、図1を用いて本発明の一実施形態にかかるE級増幅器100の構成について説明する。
<2. Class E Amplifier According to One Embodiment of the Present Invention>
[2-1. Configuration of Class E Amplifier According to One Embodiment of the Present Invention]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a
図1に示したように、本発明の一実施形態にかかるE級増幅器100は、基本波阻止フィルタ101と、2倍高調波阻止フィルタ102と、スイッチング素子104と、キャパシタC1と、直列共振器106と、移相コイルLxと、負荷抵抗Rと、を含んで構成される。基本波阻止フィルタ101は、インダクタLF1と、キャパシタCF1と、を含んで構成され、2倍高調波阻止フィルタ102は、インダクタLF2と、キャパシタCF2と、を含んで構成される。また直列共振器106は、キャパシタC2と、インダクタL2と、を含んで構成される。
As shown in FIG. 1, a
本実施形態にかかる基本波阻止フィルタ101および2倍高調波阻止フィルタ102は、図1に示したように、LC並列共振回路を用いている。基本波阻止フィルタ101と2倍高調波阻止フィルタ102は、それぞれ電源VDDからの準直流電流I_DC’を供給し、電源VDDから供給される電流の内、基本波成分および2倍高調波成分を遮断する働きを有する。従って、基本波阻止フィルタ101および2倍高調波阻止フィルタ102は、スイッチング素子104およびキャパシタC1に流れる電流の両方に対し、基本波および2倍高調波を遮断する役割を有している。ここで「準直流」とは、完全な直流ではなく、僅かに交流成分を含んでいることをいう。なお、基本波阻止フィルタ101および2倍高調波阻止フィルタ102におけるキャパシタ及びインダクタは、基本波成分および2倍高調波成分を遮断することができるものであれば、任意のキャパシタンスやインダクタンスのものを用いてもよい。
As shown in FIG. 1, the fundamental
スイッチング素子104は、バイポーラトランジスタや電界効果トランジスタその他のスイッチング素子を用いることができる。スイッチング素子104は、図4に示したデューティ比が50%の矩形波に応じてオンとオフを繰り返す素子である。スイッチング素子104がオンの場合にはスイッチング素子電流I_TRが流れ、スイッチング素子104がオフの場合には電流が流れない。
As the
キャパシタC1には、スイッチング素子104がオフの場合に、基本波阻止フィルタ101および2倍高調波阻止フィルタ102からの電流が流れ込む。そのときキャパシタC1に流れる電流をI_C1とする。
When the
キャパシタC2およびインダクタL2からなる直列共振器106は、キャパシタC2およびインダクタL2によって規定される動作周波数の出力電流I_OUTを通過させ、当該動作周波数以外の周波数ではオープンとなるバンドパスフィルタの働きを有する。移相コイルLxは、出力電流I_OUTに対して基本波の電圧と電流を移相するためのリアクタンスである。移相コイルLxはE級増幅器に必要となる位相条件を満たすために設けられるものである。負荷抵抗Rは、移相コイルLxによって移相された電流を消費する。
The
以上、本発明の一実施形態にかかるE級増幅器100の構成について説明した。次に、本発明の一実施形態にかかるE級増幅器100の動作について説明する。
The configuration of the
[2−2.本発明の一実施形態にかかるE級増幅器の動作]
本発明の一実施形態にかかるE級増幅器100の動作を説明するにあたって、図1に示したE級増幅器100の各素子の定数を求める数式を以下に示す。電源電圧をVDD、出力電力をPo、角周波数をω、直列共振器106の負荷QをQL2とした。これらの数式は、非特許文献2によって導出された数式を適宜変形したものである。
[2-2. Operation of Class E Amplifier According to One Embodiment of the Present Invention]
In describing the operation of the
・・・(数式2)
・・・(数式3)
・・・(数式4)
・・・(数式5)
... (Formula 2)
... (Formula 3)
... (Formula 4)
... (Formula 5)
図1に示したE級増幅器100が、図5に示したE級増幅器20と大きく異なるのは、基本波阻止フィルタ101および2倍高調波阻止フィルタ102が、キャパシタC1とは共振関係にないという点である。これはすなわち、キャパシタC1に流れる電流I_C1に含まれる基本波成分と2倍高調波成分が損なわれないことを意味する。従って、図1に示したE級増幅器100は、スイッチング素子電流I_TRおよびキャパシタC1に流れる電流I_C1に含まれる基本波成分と2倍高調波成分を損なわないので、図5に示したE級増幅器20と比べて効率が改善されるという効果がある。
The
図1に示したE級増幅器100における、基本波阻止フィルタ101と2倍高調波阻止フィルタ102に用いられているインダクタのインピーダンスは、負荷抵抗Rのインピーダンスの数倍程度であってもよい。より具体的には、基本波阻止フィルタ101と2倍高調波阻止フィルタ102に用いられているインダクタのインピーダンスは、負荷抵抗Rのインピーダンスの1倍以上10倍以下のものを用いることができる。従来のE級増幅器では、一般に、チョークコイルは、負荷抵抗の20倍程度のインピーダンスを有するものが用いられている。これに比べて本実施形態にかかるE級増幅器100では、大幅にインダクタが小型化できるという効果もある。
In the
なお、図1では、基本波阻止フィルタ101、2倍高調波阻止フィルタ102の順にフィルタを設けたが、本発明においてはこれらのフィルタの順序は逆であっても良いことは言うまでも無い。また、本実施形態においては、基本波阻止フィルタ101および2倍高調波阻止フィルタ102にはLC並列共振回路を用いているが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。すなわち、電源VDDから供給される電流の内、基本波が含まれた電流と2倍高調波が含まれた電流を阻止する働きを有するものであれば、本発明の増幅器は図1に示した構成に限定されないことは言うまでもない。
In FIG. 1, the filters are provided in the order of the fundamental
<3.本発明の一実施形態にかかるE級増幅器を備えた通信装置>
次に、本発明の一実施形態にかかるE級増幅器100を備えた通信装置について説明する。図2は、本発明の一実施形態にかかるE級増幅器100を備えた通信装置200について示す説明図である。図2には、E級増幅器100を備えた送信側の通信装置200の他に、受信側の通信装置300を併せて示している。
<3. Communication device including class E amplifier according to one embodiment of the present invention>
Next, a communication apparatus including the
図2に示したように、通信装置200は、E級増幅器100と、E級増幅器100に電圧VDDを供給する電源220と、E級増幅器100のスイッチング素子104のスイッチングを制御する交流電源230と、を含んで構成される。通信装置200は、通信装置300に対して、無線による電力の伝送を行う装置である。通信装置200において、E級増幅器100で電力を増幅し、通信装置200に備えられるアンテナ210から、通信装置300に備えられるアンテナ310に対して電波を送信する。通信装置300では、アンテナ310で受信した電波を復調することで電力を受け取ることができる。
As shown in FIG. 2, the
このように、本発明の一実施形態にかかるE級増幅器100を通信装置200に適用することで、無線による電力伝送の際の効率を向上させることができる。以上、本発明の一実施形態にかかるE級増幅器100を備えた通信装置について説明した。なお、本発明の一実施形態にかかるE級増幅器100を備える通信装置の構成は、図5に示したものに限られないことは言うまでもない。
As described above, by applying the
<4.まとめ>
以上説明したように、本発明の一実施形態にかかるE級増幅器100は、従来用いられたチョークコイルを、基本波阻止フィルタ101および2倍高調波阻止フィルタ102に置き換える。チョークコイルを基本波阻止フィルタ101および2倍高調波阻止フィルタ102に置き換えることで、従来のE級増幅器と比較してもE級増幅器としての効率を損なわず、また従来のE級増幅器と比較してインダクタを小型化することができる。
<4. Summary>
As described above, the
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to the example which concerns. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood.
本発明は、増幅器および通信装置に関し、特にE級増幅器およびE級増幅器を備えた通信装置に適用可能である。 The present invention relates to an amplifier and a communication device, and is particularly applicable to a class E amplifier and a communication device including a class E amplifier.
10、20、100 E級増幅器
11 チョークコイル
12、22、104 スイッチング素子
101 基本波阻止フィルタ
102 2倍高調波阻止フィルタ
200、300 通信装置
C1、C2、CF1、CF2 キャパシタ
13、23、106 直列共振器
Lx 移相コイル
R 負荷抵抗
L2、LF1、LF2 インダクタ
10, 20, 100
Claims (6)
前記フィルタ回路と接地電位との間に接続されるスイッチング素子と、
前記スイッチング素子と並列に接続され、前記フィルタ回路と前記接地電位との間に接続されるキャパシタと、
を備える、増幅器。 A filter circuit that cuts off a fundamental wave component and a second harmonic component contained in a current supplied from a power supply;
A switching element connected between the filter circuit and a ground potential;
A capacitor connected in parallel with the switching element and connected between the filter circuit and the ground potential;
An amplifier.
前記供給電流に含まれる基本波成分を遮断する基本波遮断回路と、
前記供給電流に含まれる2次高調波成分を遮断する2次高調波遮断回路と、
を含む、請求項1に記載の増幅器。 The filter circuit is
A fundamental wave cutoff circuit that cuts off a fundamental wave component included in the supply current;
A second harmonic blocking circuit that blocks a second harmonic component contained in the supply current;
The amplifier of claim 1 comprising:
前記基本波遮断回路および前記2次高調波遮断回路に含まれるインダクタのインピーダンスは、前記負荷抵抗のインピーダンスの1倍以上10倍以下である、請求項3に記載の増幅器。 A load resistor that consumes current from the filter circuit;
The amplifier according to claim 3, wherein an impedance of an inductor included in the fundamental wave cutoff circuit and the second harmonic cutoff circuit is 1 to 10 times the impedance of the load resistance.
A communication apparatus comprising the amplifier according to claim 1.
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JP2013009260A (en) * | 2011-06-27 | 2013-01-10 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Switching circuit |
JP2015019531A (en) * | 2013-07-12 | 2015-01-29 | 東芝テック株式会社 | Power transmission apparatus, and power transmitter and power receiver for power transmission apparatus |
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- 2008-12-10 JP JP2008314769A patent/JP2010141522A/en not_active Withdrawn
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