JP2012004822A - Modulation power supply - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a modulation power supply that can reduce a voltage width during switching control and employ a switching element whose breakdown voltage is lower than a maximum output voltage of the modulation power supply.SOLUTION: A high voltage fast modulation power supply 100 has a switching part 114 that is connected to an output of a DC voltage switching part 112, and perform a switching control of the output voltage of the DC voltage switching part 112 according to an operating current of a broad-band amplifier 120. The switching part 114 provides a voltage shift capability that controls the output voltage of the DC voltage switching part 112 by adding/non-adding a particular DC voltage value (Vdc0). The switching part 114 shifts the output voltage of the DC voltage switching part 112 by adding the particular DC voltage value (Vdc0) when an operating current of the broad-band amplifier 120 is equal to or greater than a threshold, and remains the output voltage same by non-adding the particular DC voltage value (Vdc0) when the operating current of the broad-band amplifier 120 is smaller than the threshold.

Description

本発明は、電源変調方式を用いた電力増幅器の変調電源に係り、特に、ET(Envelope Tracking)方式もしくはEE&R(Envelope Elimination and Restoration)方式を用いた送信電力増幅装置を構成する大電力RF増幅器に対して電源電圧を供給する、高効率な、かつ高速な電圧変化に追従可能な、かつ最大出力電圧が高い、大電力変調電源に関する。   The present invention relates to a modulation power supply of a power amplifier using a power supply modulation method, and more particularly to a high power RF amplifier constituting a transmission power amplification device using an ET (Envelope Tracking) method or an EE & R (Envelope Elimination and Restoration) method. The present invention relates to a high-power modulation power supply that supplies a power supply voltage with high efficiency, can follow high-speed voltage changes, and has a high maximum output voltage.

高効率増幅技術としてET方式もしくはEE&R方式が注目を浴びており、これを実現するためには出力信号の包絡線変化に出力電圧を追従させることが可能な高速な変調電源が必要である。増幅装置の総合効率を向上するためには、変調電源にも高効率が要求される。   As a high-efficiency amplification technique, the ET method or the EE & R method has attracted attention, and in order to realize this, a high-speed modulation power source capable of following the output voltage to the envelope change of the output signal is required. In order to improve the overall efficiency of the amplifying device, the modulation power source is also required to have high efficiency.

また、携帯電話等無線通信における通信速度の高速化に伴う変調信号の広帯域化により、包絡線変化も高速化しており、変調電源に要求される出力電圧の変化速度も高速化している。   In addition, due to the widening of the modulation signal accompanying an increase in communication speed in wireless communication such as a cellular phone, the envelope change is also accelerated, and the change rate of the output voltage required for the modulation power supply is also increased.

図1は、変調電源を必要とする、ET方式を用いたRF増幅装置の構成を示す図である。   FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an RF amplifying apparatus using an ET method that requires a modulation power source.

図1に示すように、ET方式RF増幅装置10は、RF信号入力端子11、RF増幅部12、AM信号生成部13、遅延部14、変調電源15、及びRF信号出力端子16を備える。   As shown in FIG. 1, the ET RF amplification device 10 includes an RF signal input terminal 11, an RF amplification unit 12, an AM signal generation unit 13, a delay unit 14, a modulation power supply 15, and an RF signal output terminal 16.

以上の構成において、ET方式RF増幅装置10は、RF信号入力端子11に入力された、振幅変調されたRF信号をRF増幅部12で線形増幅してRF信号出力端子16から出力する。このとき、ET方式RF増幅装置10の電力効率を向上させるために、RF増幅部12が常に飽和に近い状態で動作するように、RF信号の包絡線振幅に応じてRF増幅部12に供給される電源電圧を変化させる。   In the above configuration, the ET RF amplifier 10 linearly amplifies the amplitude-modulated RF signal input to the RF signal input terminal 11 by the RF amplifier 12 and outputs it from the RF signal output terminal 16. At this time, in order to improve the power efficiency of the ET-system RF amplification device 10, the RF amplification unit 12 is supplied to the RF amplification unit 12 according to the envelope amplitude of the RF signal so that the RF amplification unit 12 always operates near saturation. Change the power supply voltage.

AM信号生成部13は、RF信号の包絡線振幅とRF増幅部12の特性に基づきRF増幅部12に供給する電源電圧を設定するAM信号を生成する。   The AM signal generation unit 13 generates an AM signal that sets a power supply voltage to be supplied to the RF amplification unit 12 based on the envelope amplitude of the RF signal and the characteristics of the RF amplification unit 12.

遅延部14の遅延時間は、変調電源15を経由する信号の遅延時間とRF増幅部12を経由する信号の遅延時間とが一致するように設定される。   The delay time of the delay unit 14 is set so that the delay time of the signal passing through the modulation power supply 15 and the delay time of the signal passing through the RF amplification unit 12 coincide.

変調電源15は、AM信号に基づきRF信号の包絡線振幅に応じて変化する電源電圧をRF増幅部12に供給する。変調電源15は、RF信号の周波数帯域幅の増加に応じて、より高速に出力電圧を変化させることが要求されている。   The modulation power supply 15 supplies a power supply voltage that changes according to the envelope amplitude of the RF signal to the RF amplification unit 12 based on the AM signal. The modulation power supply 15 is required to change the output voltage at a higher speed as the frequency bandwidth of the RF signal increases.

従来、この種の高速変調電源として、例えば、特許文献1に記載されているような構成がある。   Conventionally, as this type of high-speed modulation power supply, for example, there is a configuration described in Patent Document 1.

図2は、特許文献1に記載の高速変調電源の構成を示す回路図である。   FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of the high-speed modulation power supply described in Patent Document 1.

図2に示すように、高速変調電源20は、AM信号入力端子21、線形増幅部22、広帯域増幅部23、電流検出部24、制御信号生成部25、高効率増幅部26、及びRF増幅部電源電圧出力端子28を備える。   As shown in FIG. 2, the high-speed modulation power supply 20 includes an AM signal input terminal 21, a linear amplification unit 22, a broadband amplification unit 23, a current detection unit 24, a control signal generation unit 25, a high efficiency amplification unit 26, and an RF amplification unit. A power supply voltage output terminal 28 is provided.

以上の構成において、AM信号入力端子21に入力されたAM信号は、RF増幅部電源電圧出力端子28からのフィードバックループを備えた線形増幅部22において適当なレベルの信号に増幅される。   In the above configuration, the AM signal input to the AM signal input terminal 21 is amplified to a signal of an appropriate level in the linear amplifier 22 having a feedback loop from the RF amplifier power supply voltage output terminal 28.

広帯域増幅部23は、AM信号の周波数帯域をカバー可能であり、線形増幅部22において適当なレベルの信号に増幅された信号を更に増幅する。広帯域増幅部23により増幅された信号は、RF増幅部電源電圧出力端子28から出力されて、電源電圧としてRF増幅部(図示略)に供給される。   The broadband amplifier 23 can cover the frequency band of the AM signal, and further amplifies the signal amplified to an appropriate level signal in the linear amplifier 22. The signal amplified by the wideband amplifier 23 is output from the RF amplifier power supply voltage output terminal 28 and supplied to the RF amplifier (not shown) as a power supply voltage.

電流検出部24は、広帯域増幅部23を流れる瞬時電流を動作電流値信号に変換する。   The current detector 24 converts the instantaneous current flowing through the wideband amplifier 23 into an operating current value signal.

制御信号生成部25は、動作電流値信号を元にスイッチング制御信号を生成する。   The control signal generator 25 generates a switching control signal based on the operating current value signal.

高効率増幅部26は、スイッチング制御信号により、広帯域増幅部の動作電流が閾値よりも大きい場合はHigh電圧を、閾値よりも小さい場合はLow電圧を出力するようにON/OFF制御され、内部のインダクタにより、ON/OFF制御により生成されたパルス信号から高周波成分を抑圧して低周波成分のみをRF増幅部電源電圧出力端子28から出力する。   The high-efficiency amplifier 26 is ON / OFF controlled by the switching control signal so as to output a high voltage when the operating current of the broadband amplifier is larger than the threshold, and a low voltage when the operating current is smaller than the threshold. The inductor suppresses the high frequency component from the pulse signal generated by the ON / OFF control, and outputs only the low frequency component from the RF amplifier power supply voltage output terminal.

高速変調電源20は、入力AM信号において電力的に大部分を占める低周波成分は効率の良い高効率増幅部26により増幅されて出力される。一方で、高速変調電源20における入出力間の線形性は、広帯域増幅部23により確保できるため、高速に出力電圧を変化させることが可能で比較的効率が良い変調電源を提供することができる。   The high-speed modulation power supply 20 amplifies and outputs low-frequency components that occupy most of the input AM signal in terms of power by an efficient high-efficiency amplifier 26. On the other hand, since the linearity between the input and output in the high-speed modulation power supply 20 can be ensured by the broadband amplifier 23, it is possible to change the output voltage at high speed and provide a relatively efficient modulation power supply.

本構成例では広帯域増幅部23は、AB級プッシュプル電圧フォロアで構成されており、高効率増幅部26はスイッチング制御されるDC/DC変換器により構成される。   In this configuration example, the broadband amplifier 23 is configured by a class AB push-pull voltage follower, and the high-efficiency amplifier 26 is configured by a DC / DC converter that is switching-controlled.

このように、高速変調電源20は、線形増幅部22および広帯域増幅部23に対して入出力間フィードバックを行うことで、出力電圧の精度向上を図っている。これは高速変調電源20の広帯域化に対応する。また、広帯域増幅部23の出力電流により高効率増幅部26を制御する。この場合、電源出力電流は主として高効率増幅部26から供給することで、高速変調電源20の高効率化を図ることができる。   As described above, the high-speed modulation power supply 20 improves the accuracy of the output voltage by performing feedback between input and output to the linear amplification unit 22 and the broadband amplification unit 23. This corresponds to the wide band of the high-speed modulation power supply 20. Further, the high efficiency amplifier 26 is controlled by the output current of the broadband amplifier 23. In this case, the power supply output current is mainly supplied from the high-efficiency amplifier 26, so that the high-speed modulation power supply 20 can be made highly efficient.

特表2003−533116号公報Special table 2003-533116 gazette

しかしながら、このような高速変調電源にあっては、要求される最大出力電圧が高くなってきた場合、以下の課題が生じる。   However, in such a high-speed modulation power supply, when the required maximum output voltage becomes high, the following problems occur.

ET方式を用いたRF増幅装置において、高速変調電源により電源電圧を供給されるRF増幅部は、効率を改善するために例えばガリウムナイトライド(gallium nitride:GaN(窒化ガリウム))のように高い電圧で動作可能な素子が使用されるようになっている。   In an RF amplifying apparatus using the ET method, an RF amplifying unit to which a power supply voltage is supplied by a high-speed modulation power supply has a high voltage such as gallium nitride (GaN) in order to improve efficiency. The element which can operate | move is used.

このとき高速変調電源に要求される最大出力電圧も高くなり、これに応じて広帯域増幅部や高効率増幅部に供給される電源電圧も高くなる。   At this time, the maximum output voltage required for the high-speed modulation power supply also increases, and the power supply voltage supplied to the wideband amplification unit and the high efficiency amplification unit also increases accordingly.

高効率増幅部は、この高い電源電圧を供給された状態で内部スイッチ素子がオン/オフ動作するため、オン/オフ動作時のスルーレートが増加して、オン/オフ動作時に発生するリンギングレベルやスイッチングノイズが大きくなる。もしくはスルーレートを増加させないように高効率増幅部内部の時定数を調整した場合は、オン/オフ動作に要する時間が増大し、高効率増幅部が出力可能な電力の周波数上限が低下し、広帯域増幅部の出力電力が増加する。このため、高速変調電源の効率が低下してしまう。   In the high-efficiency amplifying unit, the internal switching element is turned on / off in a state where this high power supply voltage is supplied, so that the slew rate during the on / off operation increases, and the ringing level generated during the on / off operation Switching noise increases. Alternatively, if the time constant inside the high-efficiency amplifier is adjusted so as not to increase the slew rate, the time required for on / off operation increases, the upper frequency limit of power that can be output by the high-efficiency amplifier decreases, and wideband The output power of the amplification unit increases. For this reason, the efficiency of the high-speed modulation power supply decreases.

また、高効率増幅部に使用するFETといったスイッチ素子も高くなった電源電圧に対応して耐電圧が高いものを選択することになり、これに伴う寄生容量の増大によってオン/オフ動作に要する時間が増加し、その結果高速変調電源の効率が低下してしまう。   In addition, switching elements such as FETs used in the high-efficiency amplifying unit are also selected to have a high withstand voltage corresponding to the increased power supply voltage, and the time required for the on / off operation due to the increase in parasitic capacitance accompanying this. As a result, the efficiency of the high-speed modulation power supply decreases.

本発明の目的は、スイッチング制御時の電圧変化幅を、大電圧高速変調電源の最大出力電圧と比較して小さくすることができ、スイッチング制御に使用するスイッチング素子に関して、変調電源の最大出力電圧よりも低い耐電圧のスイッチング素子を採用することができる変調電源を提供することである。   The object of the present invention is to make the voltage change width at the time of switching control smaller than the maximum output voltage of the high-voltage high-speed modulation power supply, and with respect to the switching element used for the switching control, the maximum output voltage of the modulation power supply. Another object of the present invention is to provide a modulation power supply that can employ a switching element having a low withstand voltage.

本発明の変調電源は、電圧源となる線形な広帯域増幅部と、前記広帯域増幅部に流れる電流により制御される高効率増幅部とを並列動作させる、変調電源であって、値の異なる複数のDC電圧を出力する多値DC電圧源と、前記多値DC電圧源から供給された複数のDC電圧を入力AM信号に応じて離散的に切換出力するDC電圧切換部と、入力信号を線形に増幅する広帯域増幅部と、前記広帯域増幅部を流れる動作電流を検出する電流検出部と、前記広帯域増幅部の動作電流に応じて、前記広帯域増幅部の動作電流が一定範囲内に収まるように前記DC電圧切換部の出力電圧をシフトする電圧シフト手段と、を備える構成を採る。   A modulation power supply according to the present invention is a modulation power supply that operates in parallel a linear broadband amplifier serving as a voltage source and a high-efficiency amplifier controlled by a current flowing through the broadband amplifier. A multi-value DC voltage source that outputs a DC voltage, a DC voltage switching unit that discretely switches and outputs a plurality of DC voltages supplied from the multi-value DC voltage source according to an input AM signal, and an input signal linearly The broadband amplifying unit for amplifying, the current detecting unit for detecting the operating current flowing through the broadband amplifying unit, and the operating current of the broadband amplifying unit according to the operating current of the broadband amplifying unit so that the operating current is within a certain range. And a voltage shift unit that shifts the output voltage of the DC voltage switching unit.

本発明の変調電源は、電圧源となる線形な広帯域増幅部と、前記広帯域増幅部に流れる電流により制御される高効率増幅部とを並列動作させる、変調電源であって、値の異なる複数のDC電圧を出力するフローティング構造の多値DC電圧源と、前記多値DC電圧源から供給された複数のDC電圧を入力AM信号に応じて離散的に切換出力するDC電圧切換部と、入力信号を線形に増幅する広帯域増幅部と、前記広帯域増幅部を流れる動作電流を検出する電流検出部と、前記広帯域増幅部の動作電流に応じて、前記広帯域増幅部の動作電流が一定範囲内に収まるように前記多値DC電圧源の基準電位をシフトする電圧シフト手段と、を備える構成を採る。   A modulation power supply according to the present invention is a modulation power supply that operates in parallel a linear broadband amplifier serving as a voltage source and a high-efficiency amplifier controlled by a current flowing through the broadband amplifier. A multi-value DC voltage source having a floating structure for outputting a DC voltage; a DC voltage switching unit for discretely switching and outputting a plurality of DC voltages supplied from the multi-value DC voltage source according to an input AM signal; and an input signal A broadband amplifying unit that linearly amplifies the current, a current detecting unit that detects an operating current flowing through the broadband amplifying unit, and an operating current of the broadband amplifying unit within a certain range according to the operating current of the broadband amplifying unit Thus, the voltage shift means for shifting the reference potential of the multi-level DC voltage source is employed.

本発明の変調電源は、電圧源となる線形な広帯域増幅部と、前記広帯域増幅部に流れる電流により制御される高効率増幅部とを並列動作させる、変調電源であって、値の異なる複数のDC電圧を出力する多値DC電圧源と、前記多値DC電圧源から供給された複数のDC電圧を入力AM信号に応じて離散的に切換出力するDC電圧切換部と、入力信号を線形に増幅する広帯域増幅部と、前記広帯域増幅部を流れる動作電流を検出する電流検出部と、前記広帯域増幅部の動作電流に応じて、前記広帯域増幅部の動作電流が一定範囲内に収まるように前記DC電圧切換部の出力電圧の電圧ステップを切換える電圧シフト手段と、を備える構成を採る。   A modulation power supply according to the present invention is a modulation power supply that operates in parallel a linear broadband amplifier serving as a voltage source and a high-efficiency amplifier controlled by a current flowing through the broadband amplifier. A multi-value DC voltage source that outputs a DC voltage, a DC voltage switching unit that discretely switches and outputs a plurality of DC voltages supplied from the multi-value DC voltage source according to an input AM signal, and an input signal linearly The broadband amplifying unit for amplifying, the current detecting unit for detecting the operating current flowing through the broadband amplifying unit, and the operating current of the broadband amplifying unit according to the operating current of the broadband amplifying unit so that the operating current is within a certain range. And a voltage shift means for switching the voltage step of the output voltage of the DC voltage switching section.

本発明によれば、最大出力電圧に対して、高効率増幅部を構成するスイッチング部がオン/オフ制御する電圧幅を、大電圧高速変調電源の最大出力電圧と比較して小さくすることができ、スイッチング部のオン/オフ動作時に生じるリンギングレベルやスイッチングノイズの増大を抑えることができる。   According to the present invention, it is possible to reduce the voltage width on / off control of the switching unit constituting the high-efficiency amplifying unit with respect to the maximum output voltage as compared with the maximum output voltage of the large-voltage high-speed modulation power supply. In addition, it is possible to suppress an increase in ringing level or switching noise that occurs during the on / off operation of the switching unit.

また、スイッチング制御に使用するスイッチング素子として、大電圧高速変調電源の最大出力電圧と比較して低い耐電圧の素子を使用することができ、高効率増幅部が出力可能な周波数上限の低下を抑えることができる。これにより、最大出力電圧が大きく、出力電圧を高速に変化させることが可能な大電圧高速変調電源を高効率で実現することができる。   In addition, as a switching element used for switching control, an element having a low withstand voltage can be used as compared with the maximum output voltage of a large-voltage high-speed modulation power supply, and a decrease in the upper limit of the frequency that can be output by the high-efficiency amplifier is suppressed. be able to. As a result, a large-voltage high-speed modulation power source that has a large maximum output voltage and can change the output voltage at high speed can be realized with high efficiency.

従来の変調電源を必要とする、ET方式を用いたRF増幅装置の構成を示す図The figure which shows the structure of the RF amplification device which uses the ET system which requires the conventional modulation power source 従来の高速変調電源の構成を示す回路図Circuit diagram showing the configuration of a conventional high-speed modulation power supply 本発明の基本原理を説明する図Diagram for explaining the basic principle of the present invention 本発明の実施の形態1に係る大電圧高速変調電源の構成を示す回路図1 is a circuit diagram showing a configuration of a high-voltage high-speed modulation power supply according to Embodiment 1 of the present invention. 上記実施の形態1に係る大電圧高速変調電源の動作説明図Operation explanatory diagram of the large-voltage high-speed modulation power supply according to the first embodiment 本発明の実施の形態2に係る大電圧高速変調電源の構成を示す回路図The circuit diagram which shows the structure of the large voltage high-speed modulation power supply which concerns on Embodiment 2 of this invention 本発明の実施の形態3に係る大電圧高速変調電源の構成を示す回路図The circuit diagram which shows the structure of the large voltage high-speed modulation power supply concerning Embodiment 3 of this invention 本発明の実施の形態4に係る大電圧高速変調電源の構成を示す回路図The circuit diagram which shows the structure of the large voltage high-speed modulation power supply which concerns on Embodiment 4 of this invention 上記実施の形態4に係る大電圧高速変調電源の動作説明図Operational explanatory diagram of the large-voltage high-speed modulation power supply according to Embodiment 4 above 本発明の実施の形態5に係る大電圧高速変調電源の構成を示す回路図Circuit diagram showing a configuration of a large-voltage high-speed modulation power supply according to Embodiment 5 of the present invention

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(原理説明)
図3は、本発明の基本原理を説明する図である。図3は、DC電圧切換部出力(ハイ電圧/ロー電圧)と出力電圧(RF増幅器電源電圧)を示す波形である。
(Principle explanation)
FIG. 3 is a diagram for explaining the basic principle of the present invention. FIG. 3 is a waveform showing the output of the DC voltage switching unit (high voltage / low voltage) and the output voltage (RF amplifier power supply voltage).

図3b.に示すように、従来の高速変調電源は、スイッチング部のスイッチング時の電圧変化幅が大きい。このため、スイッチング時に発生するノイズレベルが増大する。   Figure 3b. As shown in FIG. 2, the conventional high-speed modulation power supply has a large voltage change width at the time of switching of the switching unit. For this reason, the noise level generated at the time of switching increases.

本発明は、広帯域増幅部の動作電流が一定範囲内に収まるように、広帯域増幅部と並列に接続したDC電圧切換部の出力電圧をスイッチング制御(シフト制御)する。DC電圧切換部の出力電圧は、LPF部を介して広帯域増幅部の出力と接続する。広帯域増幅部の動作電流が閾値以上になった場合、DC電圧切換部の出力電圧を高い電圧にスイッチし、広帯域増幅部の動作電流が閾値以下となった場合はDC電圧切換部の出力電圧を低い電圧にスイッチする。   The present invention performs switching control (shift control) on the output voltage of the DC voltage switching unit connected in parallel with the broadband amplifier so that the operating current of the broadband amplifier is within a certain range. The output voltage of the DC voltage switching unit is connected to the output of the broadband amplification unit through the LPF unit. When the operating current of the broadband amplifying unit exceeds the threshold, the output voltage of the DC voltage switching unit is switched to a higher voltage, and when the operating current of the wideband amplifying unit is less than the threshold, the output voltage of the DC voltage switching unit is changed. Switch to a lower voltage.

DC電圧切換部は、多値DC電圧源から供給された電圧を高速に切り換えて出力し、かつ広帯域増幅部の動作電流に応じて出力電圧をシフトする機能を有する。   The DC voltage switching unit has a function of switching and outputting the voltage supplied from the multi-level DC voltage source at high speed, and shifting the output voltage in accordance with the operating current of the broadband amplifying unit.

図3a.に示すように、図3b.の従来方式よりスイッチング時の電圧変化幅を削減することができる。   Figure 3a. As shown in FIG. The voltage change width at the time of switching can be reduced as compared with the conventional method.

本発明の従来方式に対する主要なメリットは以下の通りである。   The main advantages of the present invention over the conventional method are as follows.

(1)スイッチング時に発生するリンギングレベルやスイッチングノイズを低減できる。   (1) The ringing level and switching noise generated during switching can be reduced.

(2)スイッチングのスルーレートを下げることができる。   (2) The switching slew rate can be lowered.

(3)耐電圧の小さいスイッチ素子(寄生容量の小さい)を使用することができる。   (3) A switch element with a low withstand voltage (low parasitic capacitance) can be used.

(実施の形態1)
図4は、本発明の実施の形態1に係る大電圧高速変調電源の構成を示す回路図である。本実施の形態は、ETもしくはEE&R方式の電源部に用いられる高効率及び広帯域変調電源に適用可能である。
(Embodiment 1)
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of the large-voltage high-speed modulation power supply according to Embodiment 1 of the present invention. The present embodiment can be applied to a high-efficiency and wide-band modulation power supply used for an ET or EE & R power supply unit.

図4に示すように、大電圧高速変調電源100は、AM信号入力端子101、高効率増幅部110、広帯域増幅部120、電流検出部130、及びRF増幅部電源電圧出力端子102を備える。   As shown in FIG. 4, the large voltage high speed modulation power supply 100 includes an AM signal input terminal 101, a high efficiency amplification unit 110, a wideband amplification unit 120, a current detection unit 130, and an RF amplification unit power supply voltage output terminal 102.

大電圧高速変調電源100は、電圧源となる線形広帯域増幅部120と、広帯域増幅部120に流れる電流により制御される高効率増幅部110とが、装置出力に対して並列に接続され、並列動作させる基本構成を採る。   The large-voltage high-speed modulation power supply 100 includes a linear broadband amplifying unit 120 serving as a voltage source and a high-efficiency amplifying unit 110 that is controlled by a current flowing through the broadband amplifying unit 120 connected in parallel to the device output. The basic configuration is adopted.

高効率増幅部110は、多値DC電圧源111、DC電圧切換部112、DC電圧切換制御部113、スイッチング部114、及びLPF部115を備える。   The high efficiency amplification unit 110 includes a multi-level DC voltage source 111, a DC voltage switching unit 112, a DC voltage switching control unit 113, a switching unit 114, and an LPF unit 115.

多値DC電圧源111は、値の異なる複数のDC電圧を出力する。   The multi-value DC voltage source 111 outputs a plurality of DC voltages having different values.

DC電圧切換部112は、多値DC電圧源111から入力される複数のDC電圧に対して装置入力信号に応じてDC電圧を離散的に切り換え出力する。DC電圧切換部112は、多値DC電圧源111からの複数のDC電圧を高速に切り換え出力する。   The DC voltage switching unit 112 discretely switches and outputs a DC voltage according to a device input signal for a plurality of DC voltages input from the multi-level DC voltage source 111. The DC voltage switching unit 112 switches and outputs a plurality of DC voltages from the multi-level DC voltage source 111 at high speed.

DC電圧切換制御部113は、比較器及び基準電位Vref1〜Vref3を有し、AM信号入力端子101に入力されるAM信号と基準電位Vref1〜Vref3とを比較器で比較して、DC電圧切換部112の各スイッチを切換える切換信号を生成する。   The DC voltage switching control unit 113 has a comparator and reference potentials Vref1 to Vref3, and compares the AM signal input to the AM signal input terminal 101 with the reference potentials Vref1 to Vref3 by the comparator, and the DC voltage switching unit 113 A switching signal for switching each switch 112 is generated.

スイッチング部114は、DC電圧切換部112の出力に接続され、広帯域増幅部120の瞬時動作電流(以下適宜、動作電流という)に応じてDC電圧切換部112の出力電圧をスイッチング制御する。スイッチング部114は、DC電圧切換部112の出力電圧に対して、特定のDC電圧値(Vdc0)を加算/非加算制御する電圧シフト機能を備える。DC電圧源114aは、スイッチング部114においてDC電圧切換部112の出力電圧に対して加算する特定のDC電圧値(Vdc0)を供給する。   The switching unit 114 is connected to the output of the DC voltage switching unit 112 and performs switching control of the output voltage of the DC voltage switching unit 112 in accordance with the instantaneous operation current (hereinafter referred to as “operation current” as appropriate) of the broadband amplification unit 120. The switching unit 114 has a voltage shift function that controls addition / non-addition of a specific DC voltage value (Vdc0) with respect to the output voltage of the DC voltage switching unit 112. The DC voltage source 114a supplies a specific DC voltage value (Vdc0) to be added to the output voltage of the DC voltage switching unit 112 in the switching unit 114.

上記スイッチング部114及びDC電圧源114aは、広帯域増幅部120の動作電流に応じて、広帯域増幅部120の動作電流が一定範囲内に収まるようにDC電圧切換部112の出力電圧をシフトする電圧シフト手段を構成する。   The switching unit 114 and the DC voltage source 114a are configured to shift the output voltage of the DC voltage switching unit 112 in accordance with the operating current of the broadband amplifying unit 120 so that the operating current of the broadband amplifying unit 120 falls within a certain range. Configure the means.

スイッチング部114の電圧シフト機能は、以下の通りである。   The voltage shift function of the switching unit 114 is as follows.

[広帯域増幅部120の動作電流が閾値よりも小さい場合]
スイッチング部114は、DC電圧切換部112の出力電圧に、一定の電圧(Vdc0)を加算しない非加算状態である。上記非加算状態では、スイッチング部114においてDC電圧切換部112の出力に対して一定のDC電圧値(Vdc0)が加算されることなく、その瞬間におけるDC電圧切換部112の出力電圧にほぼ等しい電圧が、スイッチング部114から出力される。また、この非加算状態では、スイッチング部114の出力電圧が、大電圧高速変調電源100が出力する電圧よりも低くなるようにDC電圧切換部112が制御される。
[When the operating current of the broadband amplifier 120 is smaller than the threshold value]
Switching unit 114 is in a non-addition state in which a constant voltage (Vdc0) is not added to the output voltage of DC voltage switching unit 112. In the non-addition state, the switching unit 114 does not add a constant DC voltage value (Vdc0) to the output of the DC voltage switching unit 112, and is a voltage substantially equal to the output voltage of the DC voltage switching unit 112 at that moment. Is output from the switching unit 114. In this non-addition state, the DC voltage switching unit 112 is controlled so that the output voltage of the switching unit 114 is lower than the voltage output from the large voltage high speed modulation power supply 100.

[広帯域増幅部120の動作電流が閾値以上の場合]
スイッチング部114は、DC電圧切換部112の出力電圧に、一定の電圧(Vdc0)を加算する加算状態である。上記加算状態では、スイッチング部114においてDC電圧切換部112の出力に対して一定のDC電圧値(Vdc0)が加算された電圧が、スイッチング部114から出力される。また、この加算状態では、スイッチング部114の出力電圧が、大電圧高速変調電源100が出力する電圧よりも高くなるようにDC電圧値(Vdc0)が設定される。
[When the operating current of the broadband amplifier 120 is equal to or greater than a threshold value]
The switching unit 114 is in an addition state in which a constant voltage (Vdc0) is added to the output voltage of the DC voltage switching unit 112. In the addition state, the switching unit 114 outputs a voltage obtained by adding a certain DC voltage value (Vdc0) to the output of the DC voltage switching unit 112 in the switching unit 114. In this addition state, the DC voltage value (Vdc0) is set so that the output voltage of the switching unit 114 is higher than the voltage output from the large-voltage high-speed modulation power supply 100.

LPF部115は、スイッチング部114によるスイッチング制御(オン/オフ制御)で得られた信号から高周波成分を抑圧し、不要成分の少ない出力電圧をRF増幅部電源電圧出力端子102に出力する。   The LPF unit 115 suppresses the high frequency component from the signal obtained by the switching control (on / off control) by the switching unit 114 and outputs an output voltage with less unnecessary components to the RF amplification unit power supply voltage output terminal 102.

広帯域増幅部120は、前置増幅部121、及び最終段増幅部122を備える。広帯域増幅部120は、入力信号を線形に増幅する。最終段増幅部122は、DC電圧源131から電源電圧Vccが供給される。   The broadband amplification unit 120 includes a preamplification unit 121 and a final stage amplification unit 122. The broadband amplifier 120 amplifies the input signal linearly. The final stage amplification unit 122 is supplied with the power supply voltage Vcc from the DC voltage source 131.

電流検出部130は、広帯域増幅部120を流れる動作電流を検出する。具体的には、電流検出部130は、広帯域増幅部120を構成する最終段増幅部122の動作電流を検出抵抗R及び差動増幅器130aにより検出する。シュミットトリガ回路130bは検出した動作電流が、所定閾値以上の場合にスイッチ制御信号を出力する。なおシュミットトリガ回路130bは、スイッチ制御信号のハンチング防止を行う。   The current detector 130 detects an operating current flowing through the wideband amplifier 120. Specifically, the current detection unit 130 detects the operating current of the final stage amplification unit 122 included in the broadband amplification unit 120 using the detection resistor R and the differential amplifier 130a. The Schmitt trigger circuit 130b outputs a switch control signal when the detected operating current is greater than or equal to a predetermined threshold value. The Schmitt trigger circuit 130b prevents hunting of the switch control signal.

このように、大電圧高速変調電源100は、電圧源として動作する広帯域増幅部120と、出力にLPF部115が接続され、かつ入力信号に応じて多値DC電圧源111から供給されたDC電圧を高速に切り換えて出力するDC電圧切換部112とが並列に接続された構成において、広帯域増幅部120を流れる動作電流を検出する電流検出部130と、広帯域増幅部120の動作電流が一定範囲内に収まるように、広帯域増幅部120と並列に接続したDC電圧切換部112の出力電圧をスイッチング制御するスイッチング部114を備える。DC電圧切換部112の出力電圧は、スイッチング部114及びLPF部115を介して広帯域増幅部120の出力と接続する。スイッチング部114は、広帯域増幅部120の動作電流が閾値以上の場合、DC電圧切換部112の出力電圧に特定のDC電圧値(Vdc0)を加算して出力電圧をシフトし、広帯域増幅部120の動作電流が閾値より小さい場合はDC電圧切換部112の出力電圧に特定のDC電圧値(Vdc0)を非加算とする。   As described above, the high-voltage high-speed modulation power supply 100 includes a wide-band amplifier 120 that operates as a voltage source, a DC voltage supplied from the multi-level DC voltage source 111 according to the input signal, and the LPF unit 115 connected to the output. In the configuration in which the DC voltage switching unit 112 that switches and outputs the current at a high speed is connected in parallel, the current detection unit 130 that detects the operating current flowing through the broadband amplifying unit 120 and the operating current of the broadband amplifying unit 120 are within a certain range. The switching unit 114 that performs switching control of the output voltage of the DC voltage switching unit 112 connected in parallel with the broadband amplification unit 120 is provided. The output voltage of the DC voltage switching unit 112 is connected to the output of the broadband amplifying unit 120 through the switching unit 114 and the LPF unit 115. The switching unit 114 shifts the output voltage by adding a specific DC voltage value (Vdc0) to the output voltage of the DC voltage switching unit 112 when the operating current of the wideband amplification unit 120 is greater than or equal to the threshold value. When the operating current is smaller than the threshold value, a specific DC voltage value (Vdc0) is not added to the output voltage of the DC voltage switching unit 112.

以下、上述のように構成された大電圧高速変調電源100の動作について説明する。   The operation of the large voltage high speed modulation power supply 100 configured as described above will be described below.

大電圧高速変調電源100に入力されたAM信号は、広帯域増幅部120においてRF増幅部に供給する電圧にまで増幅して出力される。   The AM signal input to the large voltage high speed modulation power supply 100 is amplified to a voltage supplied to the RF amplifier in the broadband amplifier 120 and output.

広帯域増幅部120に要求される電力利得が大きい場合、広帯域増幅部120は前置増幅部121及び最終段増幅部122により構成することが望ましく、前置増幅部121及び最終段増幅部122の各々の増幅手段においてフィードバックループを構成することで、大電圧高速変調電源100の入出力間の線形性を向上させる。そして、フィードバックループを分割することでフィードバックループの遅延時間を低減し、フィードバックループによる広帯域増幅部120が対応可能な周波数帯域幅の低下を抑えることができる。   When the power gain required for the wideband amplification unit 120 is large, the wideband amplification unit 120 is preferably configured by the preamplification unit 121 and the final stage amplification unit 122, and each of the preamplification unit 121 and the final stage amplification unit 122 is provided. By forming a feedback loop in the amplification means, the linearity between the input and output of the large voltage high speed modulation power supply 100 is improved. Then, by dividing the feedback loop, the delay time of the feedback loop can be reduced, and the decrease in the frequency bandwidth that can be handled by the wideband amplifier 120 due to the feedback loop can be suppressed.

電流検出部130は、広帯域増幅部120の瞬時動作電流を検出し、スイッチ制御信号を生成する。図4では、電流検出部130は、DC電源131から最終段増幅部122に供給される動作電流を検出する構成としているが、最終段増幅部122の瞬時出力電流を検出する構成としてもよい。   The current detection unit 130 detects an instantaneous operation current of the wideband amplification unit 120 and generates a switch control signal. In FIG. 4, the current detection unit 130 is configured to detect the operating current supplied from the DC power supply 131 to the final stage amplification unit 122, but may be configured to detect the instantaneous output current of the final stage amplification unit 122.

高効率増幅部110は、大電圧高速変調電源100の入出力間において、広帯域増幅部120に対して並列に配置される。   The high-efficiency amplifying unit 110 is disposed in parallel with the wide-band amplifying unit 120 between the input and output of the large-voltage high-speed modulation power supply 100.

高効率増幅部110は、値の異なる複数のDC電圧を出力する多値DC電圧源111と、DC電圧切換部112とを備え、多値DC電圧源111の出力はDC電圧切換部112に接続される。多値DC電圧源111は、複数のDC電圧源を直列に接続する構成としてもよい。   The high-efficiency amplification unit 110 includes a multi-level DC voltage source 111 that outputs a plurality of DC voltages having different values, and a DC voltage switching unit 112, and the output of the multi-level DC voltage source 111 is connected to the DC voltage switching unit 112. Is done. The multi-value DC voltage source 111 may be configured to connect a plurality of DC voltage sources in series.

DC電圧切換制御部113は、大電圧高速変調電源100に入力されたAM信号に応じた特定のDC電圧をDC電圧切換部112から出力するように、DC電圧切換部112に対する制御を行う。   The DC voltage switching control unit 113 controls the DC voltage switching unit 112 so that a specific DC voltage corresponding to the AM signal input to the large voltage high speed modulation power supply 100 is output from the DC voltage switching unit 112.

DC電圧切換部112を構成するスイッチとしては、高速スイッチングの観点からFETが適している。DC電圧切換部112に対するDC電圧切換制御部113の制御として、DC電圧切換部112に入力された複数のDC電圧から排他選択的に特定のDC電圧を出力する構成としてもよい。但し、図4に示すように逆流防止用のダイオードを用いたDC電圧切換部112に対して各々のスイッチに対応した閾値電圧に対するHigh/Lowにより、各々のスイッチを制御する構成の方が、高速スイッチング及び瞬断防止の観点からより望ましい。   An FET is suitable as a switch constituting the DC voltage switching unit 112 from the viewpoint of high-speed switching. As a control of the DC voltage switching control unit 113 for the DC voltage switching unit 112, a specific DC voltage may be output exclusively and selectively from a plurality of DC voltages input to the DC voltage switching unit 112. However, as shown in FIG. 4, the configuration in which each switch is controlled by the High / Low for the threshold voltage corresponding to each switch for the DC voltage switching unit 112 using the diode for preventing backflow is faster. It is more desirable from the viewpoint of switching and prevention of instantaneous interruption.

スイッチング部114は、DC電圧切換部112の出力に接続され、広帯域増幅部120の動作電流に応じてDC電圧切換部112の出力電圧をスイッチング制御する。スイッチング部114は、DC電圧切換部112の出力電圧に対して、特定のDC電圧値(Vdc0)を加算/非加算制御する電圧シフト機能を備える。   The switching unit 114 is connected to the output of the DC voltage switching unit 112 and performs switching control of the output voltage of the DC voltage switching unit 112 in accordance with the operating current of the broadband amplification unit 120. The switching unit 114 has a voltage shift function that controls addition / non-addition of a specific DC voltage value (Vdc0) with respect to the output voltage of the DC voltage switching unit 112.

広帯域増幅部120の瞬時動作電流が閾値よりも大きい状態では、スイッチング部114においてDC電圧切換部112の出力に対して一定の電圧(Vdc0)が加算された電圧が、スイッチング部114から出力される。また、広帯域増幅部120の瞬時動作電流が閾値よりも小さい状態では、スイッチング部114においてDC電圧切換部112の出力に対して一定の電圧(Vdc0)が加算されることなく、その瞬間におけるDC電圧切換部112の出力電圧にほぼ等しい電圧が、スイッチング部114から出力される。   In the state where the instantaneous operating current of the broadband amplifier 120 is larger than the threshold value, a voltage obtained by adding a constant voltage (Vdc0) to the output of the DC voltage switching unit 112 in the switching unit 114 is output from the switching unit 114. . Further, in a state where the instantaneous operating current of the broadband amplifier 120 is smaller than the threshold value, the switching unit 114 does not add a constant voltage (Vdc0) to the output of the DC voltage switching unit 112, and the DC voltage at that moment. A voltage substantially equal to the output voltage of the switching unit 112 is output from the switching unit 114.

スイッチング部114を構成するスイッチはとしては高速スイッチングの観点からFETが適している。スイッチング部114を構成するダイオードの代わりに、DC電圧源と直列に接続されたスイッチと排他的に動作するスイッチを配置する構成としてもよい。但し、ダイオードの方が高速スイッチング及び瞬断防止の観点からより望ましい。   As a switch constituting the switching unit 114, an FET is suitable from the viewpoint of high-speed switching. Instead of the diode constituting the switching unit 114, a switch that operates exclusively with a switch connected in series with the DC voltage source may be arranged. However, the diode is more preferable from the viewpoint of high-speed switching and prevention of instantaneous interruption.

LPF部115は、スイッチング部114の出力に接続され、スイッチング部114のスイッチング動作により発生する高周波ノイズ及びDC電圧切換部112のDC電圧切換動作により発生した高周波ノイズ抑圧した信号を、高効率増幅部110の出力として出力する。   The LPF unit 115 is connected to the output of the switching unit 114, and a high-efficiency amplification unit that suppresses the high-frequency noise generated by the switching operation of the switching unit 114 and the high-frequency noise generated by the DC voltage switching operation of the DC voltage switching unit 112. 110 output.

図5は、大電圧高速変調電源100の動作説明図である。   FIG. 5 is an operation explanatory diagram of the high-voltage high-speed modulation power supply 100.

図5に示すように、VOUT(t)は、大電圧高速変調電源100に入力されたAM信号が、広帯域増幅部120において線形増幅された、大電圧高速変調電源100の出力電圧波形である。   As shown in FIG. 5, VOUT (t) is an output voltage waveform of the large-voltage high-speed modulation power supply 100 obtained by linearly amplifying the AM signal input to the large-voltage high-speed modulation power supply 100 in the wideband amplification unit 120.

VOFF(t)は、スイッチング部114において特定のDC電圧値(Vdc0)が加算されない状態でのLPF部115への入力電圧波形である。VOFF(t)は、常にVOUT(t)よりも小さい値となるようにDC電圧切換制御部113により、多値DC電圧源111の出力電圧を離散的に切り換えられた電圧波形である。VON(t)は、スイッチング部114によりVOFF(t)にVdc0が加算された電圧波形である。Vdc0は、常にVON(t)がVOUT(t)よりも大きい値となるように設定されている。   VOFF (t) is an input voltage waveform to the LPF unit 115 in a state where a specific DC voltage value (Vdc0) is not added in the switching unit 114. VOFF (t) is a voltage waveform in which the output voltage of the multi-value DC voltage source 111 is discretely switched by the DC voltage switching control unit 113 so as to always have a value smaller than VOUT (t). VON (t) is a voltage waveform obtained by adding Vdc0 to VOFF (t) by the switching unit 114. Vdc0 is set so that VON (t) is always larger than VOUT (t).

LPF部115に入力される電圧波形は、広帯域増幅部120の動作電流に応じて制御されるスイッチング部114により、VOFF(t)とVON(t)の間をスイッチング変動する電圧波形となり、この電圧波形に対しLPF部115で高周波成分が抑圧された信号が、高効率増幅部110の出力として出力される。   The voltage waveform input to the LPF unit 115 is a voltage waveform that varies between VOFF (t) and VON (t) by the switching unit 114 controlled according to the operating current of the wideband amplification unit 120. A signal whose high-frequency component is suppressed by the LPF unit 115 with respect to the waveform is output as the output of the high-efficiency amplifying unit 110.

スイッチング部114によりスイッチング変動する電圧幅はVdc0であり、大電圧高速変調電源100に要求される最大出力電圧よりも小さな値とすることが可能である。   The voltage width that causes switching fluctuation by the switching unit 114 is Vdc0, which can be set to a value smaller than the maximum output voltage required for the high-voltage high-speed modulation power supply 100.

以上詳細に説明したように、本実施の形態によれば、大電圧高速変調電源100は、DC電圧切換部112の出力に接続され、広帯域増幅部120の動作電流に応じてDC電圧切換部112の出力電圧をスイッチング制御するスイッチング部114を備える。スイッチング部114は、DC電圧切換部112の出力電圧に対して、特定のDC電圧値(Vdc0)を加算/非加算制御する電圧シフト機能を備える。スイッチング部114は、広帯域増幅部120の動作電流が閾値以上の場合、DC電圧切換部112の出力電圧に特定のDC電圧値(Vdc0)を加算して出力電圧をシフトし、広帯域増幅部120の動作電流が閾値より小さい場合はDC電圧切換部112の出力電圧に特定のDC電圧値(Vdc0)を非加算とする。   As described above in detail, according to the present embodiment, the large voltage high speed modulation power supply 100 is connected to the output of the DC voltage switching unit 112 and the DC voltage switching unit 112 according to the operating current of the broadband amplification unit 120. Is provided with a switching unit 114 that performs switching control of the output voltage. The switching unit 114 has a voltage shift function that controls addition / non-addition of a specific DC voltage value (Vdc0) with respect to the output voltage of the DC voltage switching unit 112. The switching unit 114 shifts the output voltage by adding a specific DC voltage value (Vdc0) to the output voltage of the DC voltage switching unit 112 when the operating current of the wideband amplification unit 120 is greater than or equal to the threshold value. When the operating current is smaller than the threshold value, a specific DC voltage value (Vdc0) is not added to the output voltage of the DC voltage switching unit 112.

スイッチング部114は、広帯域増幅部120の動作電流に応じて、広帯域増幅部120の動作電流が一定範囲内に収まるようにDC電圧切換部112の出力電圧をシフトするので、スイッチング部114がスイッチング動作する際の電圧変化幅を小さくすることができ、スイッチング時に発生するノイズを低減することができる。   The switching unit 114 shifts the output voltage of the DC voltage switching unit 112 in accordance with the operating current of the broadband amplifying unit 120 so that the operating current of the broadband amplifying unit 120 falls within a certain range. The voltage change width at the time of switching can be reduced, and noise generated during switching can be reduced.

以上のように構成された大電圧高速変調電源100では、出力電力の大部分を占める低周波成分は効率の良い高効率増幅部110により増幅されて出力され、大電圧高速変調電源100における入出力間の線形性は広帯域増幅部120により確保される。また、従来方式よりもスイッチング動作時に発生するリンギングレベルやスイッチングノイズを低減することができる。さらに、従来方式よりも耐電圧の低いスイッチング素子を選択して寄生容量を低減することができ、高速に出力電圧を変化させることが可能である。   In the high-voltage high-speed modulation power supply 100 configured as described above, the low-frequency components that occupy most of the output power are amplified and output by the high-efficiency high-efficiency amplification unit 110 and input / output in the high-voltage high-speed modulation power supply 100. The linearity between them is ensured by the broadband amplifier 120. In addition, the ringing level and switching noise generated during the switching operation can be reduced as compared with the conventional method. Furthermore, it is possible to reduce the parasitic capacitance by selecting a switching element having a withstand voltage lower than that of the conventional method, and to change the output voltage at high speed.

以上により最大出力電圧が大きく、出力電圧を高速に変化させることが可能な大電圧高速変調電源を高効率で実現することができる。   As described above, it is possible to realize a high voltage and high speed modulation power supply with a large maximum output voltage and capable of changing the output voltage at high speed with high efficiency.

ここで、大電圧高速変調電源100の出力電圧の精度は広帯域増幅部120の特性により確保する。   Here, the accuracy of the output voltage of the large-voltage high-speed modulation power supply 100 is ensured by the characteristics of the broadband amplifier 120.

広帯域増幅部120の動作電流が一定範囲内に収まるようにDC電圧切換部112をスイッチング制御することで、広帯域増幅部120における消費電力を制限し、変調電源の高効率化を実現する。従来例と比較して、スイッチ動作時の電圧変化幅を小さくしてスイッチングノイズを低減することができるとともに、耐電圧の低い(寄生容量が小さい、すなわち高速動作に適している)スイッチ素子が使用可能である。   By switching control of the DC voltage switching unit 112 so that the operating current of the broadband amplifier unit 120 falls within a certain range, the power consumption in the broadband amplifier unit 120 is limited, and the efficiency of the modulation power supply is increased. Compared to the conventional example, switching width can be reduced by reducing the voltage change width during switch operation, and switch elements with low withstand voltage (low parasitic capacitance, that is, suitable for high-speed operation) are used. Is possible.

(実施の形態2)
実施の形態1では、広帯域増幅部の動作電流が一定範囲内に収まるようにするため、広帯域増幅部の動作電流に応じて、DC電圧切換部の出力電圧をシフトする例について説明した。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, an example has been described in which the output voltage of the DC voltage switching unit is shifted in accordance with the operating current of the wideband amplifying unit so that the operating current of the wideband amplifying unit falls within a certain range.

実施の形態2は、多値DC電圧源及びDC電圧切換部をフローティング構造とし、広帯域増幅部の動作電流に応じて、多値DC電圧源の基準電位をシフトする例である。   The second embodiment is an example in which the multi-level DC voltage source and the DC voltage switching unit have a floating structure, and the reference potential of the multi-level DC voltage source is shifted according to the operating current of the broadband amplifier.

図6は、本発明の実施の形態2に係る大電圧高速変調電源の構成を示す回路図である。本実施の形態の説明に当たり、図4と同一構成部分には同一番号を付して重複箇所の説明を省略する。   FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of a large-voltage high-speed modulation power supply according to Embodiment 2 of the present invention. In the description of the present embodiment, the same components as those in FIG.

図6に示すように、大電圧高速変調電源200は、AM信号入力端子101、高効率増幅部210、広帯域増幅部120、電流検出部130、及びRF増幅部電源電圧出力端子102を備える。   As shown in FIG. 6, the large voltage high speed modulation power supply 200 includes an AM signal input terminal 101, a high efficiency amplification unit 210, a wideband amplification unit 120, a current detection unit 130, and an RF amplification unit power supply voltage output terminal 102.

高効率増幅部210は、多値DC電圧源211、DC電圧切換部112、DC電圧切換制御部113、スイッチング部214、及びLPF部115を備える。   The high efficiency amplification unit 210 includes a multi-level DC voltage source 211, a DC voltage switching unit 112, a DC voltage switching control unit 113, a switching unit 214, and an LPF unit 115.

多値DC電圧源211は、基準電位に対して値の異なる複数のDC電圧をDC電圧切換部112に対して出力する。   The multi-value DC voltage source 211 outputs a plurality of DC voltages having different values with respect to the reference potential to the DC voltage switching unit 112.

スイッチング部214は、広帯域増幅部120の動作電流が閾値以上になったとき、フローティング構成の多値DC電圧源211の負極側に、特定のDC電圧値(Vdc0)を加算/非加算制御する電圧シフト機能を備える。DC電圧源214aは、スイッチング部214において多値DC電圧源211の基準電位をシフトする特定のDC電圧値(Vdc0)を供給する。   The switching unit 214 adds / non-adds a specific DC voltage value (Vdc0) to the negative side of the multi-level DC voltage source 211 having a floating configuration when the operating current of the wideband amplifier 120 becomes equal to or greater than a threshold value. A shift function is provided. The DC voltage source 214a supplies a specific DC voltage value (Vdc0) that shifts the reference potential of the multi-level DC voltage source 211 in the switching unit 214.

本発明の実施の形態2に係る大電圧高速変調電源200の基本的な構成及び動作は、実施の形態1と同様である。   The basic configuration and operation of the large-voltage high-speed modulation power supply 200 according to Embodiment 2 of the present invention are the same as those in Embodiment 1.

多値DC電圧源211は、負極側がスイッチング部214に接続され、スイッチング部214により基準電位がシフト電圧(Vdc0)又はGND電位となるフローティング構造である。   The multi-level DC voltage source 211 has a floating structure in which the negative electrode side is connected to the switching unit 214, and the reference potential becomes the shift voltage (Vdc0) or the GND potential by the switching unit 214.

多値DC電圧源211は、基準電位に対して値の異なる複数のDC電圧をDC電圧切換部112に対して出力する。多値DC電圧源211の基準電位は、スイッチング部214に接続され、広帯域増幅部120の瞬時動作電流に基づきスイッチング制御される。なお、多値DC電圧源211は、複数のDC電圧源を直列に接続する構成としてもよい。   The multi-value DC voltage source 211 outputs a plurality of DC voltages having different values with respect to the reference potential to the DC voltage switching unit 112. The reference potential of the multi-level DC voltage source 211 is connected to the switching unit 214 and is subjected to switching control based on the instantaneous operation current of the broadband amplifying unit 120. Note that the multi-level DC voltage source 211 may have a configuration in which a plurality of DC voltage sources are connected in series.

広帯域増幅部120の動作電流が閾値よりも大きい状態では、スイッチング部214は一定の電圧(Vdc0)を出力する。その結果、多値DC電圧源211の各出力に対して一定の電圧が加算され、DC電圧切換部112に対して、一定の電圧が加算されたDC電圧が入力される。   When the operating current of the broadband amplifier 120 is larger than the threshold, the switching unit 214 outputs a constant voltage (Vdc0). As a result, a constant voltage is added to each output of the multi-level DC voltage source 211, and a DC voltage to which the constant voltage is added is input to the DC voltage switching unit 112.

広帯域増幅部120の動作電流が閾値よりも小さい状態では、スイッチング部214はほぼGND電位を出力し、DC電圧切換部131の各出力に対して電圧が加算されることなく、DC電圧切換部112に対して、一定の電圧が加算されていないDC電圧が入力される。   When the operating current of the broadband amplifier 120 is smaller than the threshold value, the switching unit 214 outputs almost the GND potential, and no voltage is added to each output of the DC voltage switching unit 131. In contrast, a DC voltage to which a constant voltage is not added is input.

上記スイッチング部214及びDC電圧源214aは、広帯域増幅部120の動作電流に応じて、広帯域増幅部120の動作電流が一定範囲内に収まるように多値DC電圧源211の基準電位をシフトする電圧シフト手段を構成する。   The switching unit 214 and the DC voltage source 214a are voltages that shift the reference potential of the multi-level DC voltage source 211 so that the operating current of the broadband amplifier 120 falls within a certain range according to the operating current of the broadband amplifier 120. The shift means is configured.

大電圧高速変調電源200の動作は、図5の大電圧高速変調電源100の動作と同様である。   The operation of the large-voltage high-speed modulation power supply 200 is the same as the operation of the large-voltage high-speed modulation power supply 100 in FIG.

前記図5に示すように、VOUT(t)は、大電圧高速変調電源200に入力されたAM信号が、広帯域増幅部120において線形増幅された、大電圧高速変調電源200の出力電圧波形である。   As shown in FIG. 5, VOUT (t) is an output voltage waveform of the large-voltage high-speed modulation power supply 200 in which the AM signal input to the large-voltage high-speed modulation power supply 200 is linearly amplified by the wideband amplifier 120. .

VOFF(t)は、スイッチング部214において特定のDC電圧値(Vdc0)が加算されない状態でのLPF部115への入力電圧波形である。VOFF(t)は、常にVOUT(t)よりも小さい値となるようにDC電圧切換制御部113により、多値DC電圧源211の出力電圧を離散的に切り換えられた電圧波形である。VON(t)は、スイッチング部214によりVOFF(t)にVdc0が加算された電圧波形である。Vdc0は、常にVON(t)がVOUT(t)よりも大きい値となるように設定されている。   VOFF (t) is an input voltage waveform to the LPF unit 115 in a state where a specific DC voltage value (Vdc0) is not added in the switching unit 214. VOFF (t) is a voltage waveform in which the output voltage of the multi-level DC voltage source 211 is discretely switched by the DC voltage switching control unit 113 so as to always have a value smaller than VOUT (t). VON (t) is a voltage waveform obtained by adding Vdc0 to VOFF (t) by the switching unit 214. Vdc0 is set so that VON (t) is always larger than VOUT (t).

LPF部115に入力される電圧波形は、広帯域増幅部120の動作電流に応じて制御されるスイッチング部214により、VOFF(t)とVON(t)の間をスイッチング変動する電圧波形となり、この電圧波形に対しLPF部115で高周波成分が抑圧された信号が、高効率増幅310の出力として出力される。   The voltage waveform input to the LPF unit 115 is a voltage waveform that varies between VOFF (t) and VON (t) by the switching unit 214 controlled in accordance with the operating current of the wideband amplification unit 120. A signal whose high frequency component is suppressed by the LPF unit 115 with respect to the waveform is output as the output of the high efficiency amplification 310.

スイッチング部214によりスイッチング変動する電圧幅はVdc0であり、大電圧高速変調電源200に要求される最大出力電圧よりも小さな値とすることが可能である。   The voltage width that causes the switching fluctuation by the switching unit 214 is Vdc0, and can be set to a value smaller than the maximum output voltage required for the high-voltage high-speed modulation power supply 200.

このように、多値DC電圧源211及びDC電圧切換部112をフローティング構造とし、スイッチング部214は、広帯域増幅部120の動作電流が閾値以上になった場合、多値DC電圧源211の基準電位に電圧(Vdc0)を加算する電圧シフトを行い、広帯域増幅部の動作電流が閾値より小さくなった場合は、多値DC電圧源211の負極をGND電位に戻す。   As described above, the multi-level DC voltage source 211 and the DC voltage switching unit 112 have a floating structure. When the operating current of the wideband amplification unit 120 becomes equal to or higher than the threshold value, the switching unit 214 When the operating current of the wideband amplifier becomes smaller than the threshold value, the negative electrode of the multi-level DC voltage source 211 is returned to the GND potential.

スイッチング部214は、広帯域増幅部120の動作電流に応じて、広帯域増幅部120の動作電流が一定範囲内に収まるように多値DC電圧源211の基準電位をシフトするので、DC電圧切換部112がスイッチング動作する際の電圧変化幅を小さくすることができる。   The switching unit 214 shifts the reference potential of the multi-level DC voltage source 211 so that the operating current of the broadband amplifying unit 120 falls within a certain range according to the operating current of the broadband amplifying unit 120, and thus the DC voltage switching unit 112. The voltage change width at the time of switching operation can be reduced.

以上のように構成された大電圧高速変調電源200では、実施の形態1と同様に、出力電力の大部分を占める低周波成分は効率の良い高効率増幅部210により増幅されて出力され、大電圧高速変調電源200における入出力間の線形性は広帯域増幅部120により確保される。また、従来方式よりもスイッチング動作時に発生するリンギングレベルやスイッチングノイズを低減することができる。さらに、従来方式よりも耐電圧の低いスイッチング素子を選択して寄生容量を低減することができ、高速に出力電圧を変化させることが可能である。   In the large-voltage high-speed modulation power supply 200 configured as described above, the low-frequency component that occupies most of the output power is amplified and output by the efficient high-efficiency amplification unit 210, as in the first embodiment, and is largely output. The linearity between the input and output in the voltage high-speed modulation power supply 200 is ensured by the broadband amplifier 120. In addition, the ringing level and switching noise generated during the switching operation can be reduced as compared with the conventional method. Furthermore, it is possible to reduce the parasitic capacitance by selecting a switching element having a withstand voltage lower than that of the conventional method, and to change the output voltage at high speed.

以上により最大出力電圧が大きく、出力電圧を高速に変化させることが可能な大電圧高速変調電源を高効率で実現することができる。   As described above, it is possible to realize a high voltage and high speed modulation power supply with a large maximum output voltage and capable of changing the output voltage at high speed with high efficiency.

(実施の形態3)
実施の形態3は、DC電圧切換部の出力側に、LPF部を設置する例である。
(Embodiment 3)
The third embodiment is an example in which an LPF unit is installed on the output side of the DC voltage switching unit.

図7は、本発明の実施の形態3に係る大電圧高速変調電源の構成を示す回路図である。本実施の形態の説明に当たり、図4と同一構成部分には同一番号を付して重複箇所の説明を省略する。   FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a large-voltage high-speed modulation power supply according to Embodiment 3 of the present invention. In the description of the present embodiment, the same components as those in FIG.

図7に示すように、大電圧高速変調電源300は、AM信号入力端子101、高効率増幅部310、広帯域増幅部120、電流検出部130、及びRF増幅部電源電圧出力端子102を備える。   As shown in FIG. 7, the large voltage high speed modulation power supply 300 includes an AM signal input terminal 101, a high efficiency amplification unit 310, a wideband amplification unit 120, a current detection unit 130, and an RF amplification unit power supply voltage output terminal 102.

高効率増幅部310は、多値DC電圧源111、DC電圧切換部112、DC電圧切換制御部113、LPF部311、スイッチング部114、及びLPF部115を備える。   The high efficiency amplification unit 310 includes a multi-level DC voltage source 111, a DC voltage switching unit 112, a DC voltage switching control unit 113, an LPF unit 311, a switching unit 114, and an LPF unit 115.

LPF部311は、DC電圧切換部112のDC電圧切り換え動作により発生するスイッチングノイズに含まれる高周波成分を抑圧する。   The LPF unit 311 suppresses high frequency components included in switching noise generated by the DC voltage switching operation of the DC voltage switching unit 112.

以上のように構成された大電圧高速変調電源300では、DC電圧切換部112の出力側に、LPF部311を設置している。LPF部311が、リンギングノイズの発生源の直近でノイズの高周波成分を抑圧するため放射ノイズを低減することができる。   In the large-voltage high-speed modulated power supply 300 configured as described above, the LPF unit 311 is installed on the output side of the DC voltage switching unit 112. Since the LPF unit 311 suppresses the high frequency component of the noise in the immediate vicinity of the ringing noise generation source, the radiation noise can be reduced.

また、リンギングノイズの影響により、スイッチング部114内部の電位とGND電位との電圧差が増大することを防ぐことができる。   Further, it is possible to prevent an increase in the voltage difference between the potential inside the switching unit 114 and the GND potential due to the influence of ringing noise.

なお、本実施の形態では、DC電圧切換部112の出力とスイッチング部114との間にLPF部311を配置しているが、図6の大電圧高速変調電源200に適用する場合は、多値DC電圧源211とスイッチング部214の間にLPF部311を配置する構成を採ればよい。   In the present embodiment, the LPF unit 311 is disposed between the output of the DC voltage switching unit 112 and the switching unit 114. What is necessary is just to take the structure which arrange | positions the LPF part 311 between the DC voltage source 211 and the switching part 214. FIG.

(実施の形態4)
実施の形態1では、広帯域増幅部の動作電流に応じて、DC電圧切換部の出力電圧をシフトし、実施の形態2では、フローティング構造の多値DC電圧源の基準電位をシフトしている。この電圧シフト機能は、電流検出部のスイッチ制御信号を受けてスイッチング部が行っている。
(Embodiment 4)
In the first embodiment, the output voltage of the DC voltage switching unit is shifted in accordance with the operating current of the wideband amplification unit, and in the second embodiment, the reference potential of the multi-value DC voltage source having a floating structure is shifted. This voltage shift function is performed by the switching unit in response to the switch control signal of the current detection unit.

実施の形態4は、DC電圧切換部の出力電圧を1ステップ高い電圧に切り換える例である。このため、スイッチング部は不要となる。   The fourth embodiment is an example in which the output voltage of the DC voltage switching unit is switched to a voltage one step higher. For this reason, a switching part becomes unnecessary.

図8は、本発明の実施の形態4に係る大電圧高速変調電源の構成を示す回路図である。本実施の形態の説明に当たり、図4と同一構成部分には同一番号を付して重複箇所の説明を省略する。   FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration of a large-voltage high-speed modulation power supply according to Embodiment 4 of the present invention. In the description of the present embodiment, the same components as those in FIG.

図8に示すように、大電圧高速変調電源400は、AM信号入力端子101、高効率増幅部410、広帯域増幅部120、電流検出部130、及びRF増幅部電源電圧出力端子102を備える。   As shown in FIG. 8, the large voltage high speed modulation power supply 400 includes an AM signal input terminal 101, a high efficiency amplification unit 410, a wideband amplification unit 120, a current detection unit 130, and an RF amplification unit power supply voltage output terminal 102.

高効率増幅部410は、多値DC電圧源411、DC電圧切換部412、DC電圧切換制御部413、論理回路414、及びLPF部115を備える。   The high efficiency amplifying unit 410 includes a multi-value DC voltage source 411, a DC voltage switching unit 412, a DC voltage switching control unit 413, a logic circuit 414, and an LPF unit 115.

多値DC電圧源411は、値の異なる複数のDC電圧を出力する。   The multi-level DC voltage source 411 outputs a plurality of DC voltages having different values.

DC電圧切換部412は、多値DC電圧源411から入力される複数のDC電圧に対して装置入力信号に応じてDC電圧を離散的に切り換え出力する。DC電圧切換部412は、多値DC電圧源411からの複数のDC電圧を高速に切り換え出力する。   The DC voltage switching unit 412 discretely switches and outputs a DC voltage according to a device input signal with respect to a plurality of DC voltages input from the multi-level DC voltage source 411. The DC voltage switching unit 412 switches and outputs a plurality of DC voltages from the multi-level DC voltage source 411 at high speed.

DC電圧切換部412は、広帯域増幅部120の動作電流が閾値よりも小さい場合は入力AM信号により設定されたDC電圧を離散的に切り換え出力し、広帯域増幅部120の動作電流が閾値以上になった場合は入力AM信号により設定されたDC電圧切換部412の出力DC電圧を1ステップ高いDC電圧に切り換え出力する。   The DC voltage switching unit 412 discretely switches and outputs the DC voltage set by the input AM signal when the operating current of the broadband amplifying unit 120 is smaller than the threshold, and the operating current of the broadband amplifying unit 120 exceeds the threshold. In this case, the output DC voltage of the DC voltage switching unit 412 set by the input AM signal is switched to a DC voltage one step higher.

DC電圧切換制御部413は、比較器及び基準電位Vref1〜Vref3を有し、AM信号入力端子101に入力されるAM信号と基準電位Vref1〜Vref3とを比較器で比較して、DC電圧切換部412の各スイッチを切換える切換信号を生成する。   The DC voltage switching control unit 413 has a comparator and reference potentials Vref1 to Vref3, and compares the AM signal input to the AM signal input terminal 101 with the reference potentials Vref1 to Vref3 by the comparator, and the DC voltage switching unit 413 A switching signal for switching each switch 412 is generated.

論理回路414は、DC電圧切換制御部413内で生成された各切換信号と電流検出部130からのスイッチ制御信号の論理を取り、DC電圧切換部412の各スイッチに出力する。論理回路414は、広帯域増幅部120の動作電流が閾値以上になったとき、入力AM信号から決定したDC電圧よりも1ステップ高いDC電圧をDC電圧切換部412が出力するように、論理を構成する。   The logic circuit 414 takes the logic of each switching signal generated in the DC voltage switching control unit 413 and the switch control signal from the current detection unit 130 and outputs the logic to each switch of the DC voltage switching unit 412. The logic circuit 414 configures the logic so that the DC voltage switching unit 412 outputs a DC voltage that is one step higher than the DC voltage determined from the input AM signal when the operating current of the wideband amplification unit 120 exceeds a threshold value. To do.

論理回路414は、広帯域増幅部120の動作電流に応じて、広帯域増幅部120の動作電流が一定範囲内に収まるようにDC電圧切換部412の出力電圧の電圧ステップを切換える電圧シフト手段を構成する。   The logic circuit 414 constitutes a voltage shift unit that switches the voltage step of the output voltage of the DC voltage switching unit 412 so that the operating current of the broadband amplifying unit 120 falls within a certain range according to the operating current of the wideband amplifying unit 120. .

以下、上述のように構成された大電圧高速変調電源400の動作について説明する。   Hereinafter, the operation of the large voltage high speed modulation power supply 400 configured as described above will be described.

高効率増幅部410は、値の異なる複数のDC電圧を出力する多値DC電圧源411を備え、多値DC電圧源411の出力はDC電圧切換部412に接続される。DC電圧切換制御部413は、大電圧高速変調電源400に入力されたAM信号、及び広帯域増幅部120の動作電流により決定される、特定のDC電圧が離散的にDC電圧切換部412から出力されるように、DC電圧切換部412に対する制御を行う。   The high efficiency amplifier 410 includes a multi-value DC voltage source 411 that outputs a plurality of DC voltages having different values, and the output of the multi-value DC voltage source 411 is connected to the DC voltage switching unit 412. The DC voltage switching control unit 413 discretely outputs a specific DC voltage determined by the AM signal input to the large voltage high speed modulation power supply 400 and the operating current of the wideband amplification unit 120 from the DC voltage switching unit 412. Thus, the DC voltage switching unit 412 is controlled.

広帯域増幅部120の動作電流が閾値よりも小さい場合、AM信号を線形増幅した広帯域増幅部120の出力電圧よりも、DC電圧切換部412から出力されるDC電圧が低くなるように、DC電圧切換制御部413の制御が行われる。   When the operating current of the broadband amplifying unit 120 is smaller than the threshold value, the DC voltage switching is performed so that the DC voltage output from the DC voltage switching unit 412 is lower than the output voltage of the broadband amplifying unit 120 obtained by linearly amplifying the AM signal. Control of the control unit 413 is performed.

広帯域増幅部120の動作電流が閾値よりも大きくなった場合、それまでDC電圧切換部412が出力していたDC電圧よりも1ステップ高いDC電圧が、DC電圧切換部412から出力されるように、DC電圧切換制御部413の制御が行われる。図8では、論理回路414が、DC電圧切換制御部413内で生成された各切換信号と電流検出部130からのスイッチ制御信号の論理を取り、DC電圧切換部412の各スイッチに出力する。論理回路414は、広帯域増幅部120の動作電流が閾値以上になったとき、入力信号から決定したDC電圧よりも1ステップ高いDC電圧をDC電圧切換部412が出力するように、論理を構成する。   When the operating current of the broadband amplification unit 120 becomes larger than the threshold value, a DC voltage that is one step higher than the DC voltage that the DC voltage switching unit 412 has output so far is output from the DC voltage switching unit 412. The DC voltage switching control unit 413 is controlled. In FIG. 8, the logic circuit 414 takes the logic of each switching signal generated in the DC voltage switching control unit 413 and the switch control signal from the current detection unit 130 and outputs it to each switch of the DC voltage switching unit 412. The logic circuit 414 configures the logic so that the DC voltage switching unit 412 outputs a DC voltage that is one step higher than the DC voltage determined from the input signal when the operating current of the wideband amplification unit 120 exceeds a threshold value. .

DC電圧切換部412は、広帯域増幅部120の動作電流が閾値以上になった場合に入力AM信号により設定されたDC電圧切換部412の出力DC電圧を1ステップ高いDC電圧に切り換え、多値DC電圧源411から入力される複数のDC電圧を離散的に切り換え出力する。   The DC voltage switching unit 412 switches the output DC voltage of the DC voltage switching unit 412 set by the input AM signal to a DC voltage that is higher by one step when the operating current of the wideband amplification unit 120 becomes equal to or greater than the threshold, and multi-level DC A plurality of DC voltages input from the voltage source 411 are discretely switched and output.

このため、本実施の形態は、実施の形態1乃至3で使用したスイッチング部を省略することが可能となる。   For this reason, in this embodiment, the switching unit used in Embodiments 1 to 3 can be omitted.

図9は、大電圧高速変調電源400の動作説明図である。   FIG. 9 is an explanatory diagram of the operation of the large-voltage high-speed modulation power supply 400.

VOUT(t)は、大電圧高速変調電源に入力されたAM信号が、広帯域増幅部120において線形増幅された、大電圧高速変調電源400の出力電圧波形である。   VOUT (t) is an output voltage waveform of the large-voltage high-speed modulation power supply 400 obtained by linearly amplifying the AM signal input to the large-voltage high-speed modulation power supply in the wideband amplifier 120.

VL(t)は、広帯域増幅部の瞬時動作電流が閾値よりも小さい状態における、DC電圧切換部412の出力電圧であり、常にVOUT(t)よりも小さい値となるようにDC電圧切換制御部413により多値DC電圧源411のいずれかの出力DC電圧が離散的に切り換え出力された電圧波形である。   VL (t) is an output voltage of the DC voltage switching unit 412 in a state where the instantaneous operation current of the wide band amplification unit is smaller than the threshold value, and the DC voltage switching control unit is always smaller than VOUT (t). 413 is a voltage waveform in which one of the output DC voltages of the multi-level DC voltage source 411 is discretely switched and output.

VH(t)は、VL(t)に対して多値DC電圧源411において1ステップ高いDC電圧が離散的に出力された電圧波形である。VH(t)は、常にVOUT(t)以上の電圧値となるようにDC電圧切換制御部413のDC電圧切り換え条件が設定されている。   VH (t) is a voltage waveform in which a DC voltage that is one step higher than that of VL (t) is output discretely by the multi-level DC voltage source 411. The DC voltage switching condition of the DC voltage switching control unit 413 is set so that VH (t) always has a voltage value equal to or higher than VOUT (t).

LPF部115に入力される電圧波形は、広帯域増幅部120の動作電流に応じてスイッチング制御され、VL(t)とVH(t)の間をスイッチング変動する電圧波形となり、この電圧波形に対しLPF部115で高周波成分が抑圧された信号が、高効率増幅部410の出力として出力される。   The voltage waveform input to the LPF unit 115 is subjected to switching control according to the operating current of the broadband amplifier unit 120, and becomes a voltage waveform that varies between VL (t) and VH (t). The signal in which the high-frequency component is suppressed by the unit 115 is output as the output of the high-efficiency amplifying unit 410.

広帯域増幅部120の動作電流に応じてスイッチング制御した際のスイッチング変動する電圧幅は、多値DC電圧源411の各DC電圧出力間の電圧ステップに設定され、大電圧高速変調電源400に要求される最大出力電圧よりも小さな値とすることが可能である。   The voltage width that fluctuates when switching is controlled according to the operating current of the broadband amplifier 120 is set to a voltage step between the DC voltage outputs of the multi-level DC voltage source 411, and is required for the large voltage high speed modulation power supply 400. It is possible to make the value smaller than the maximum output voltage.

以上のように構成された大電圧高速変調電源400では、実施の形態1乃至3と同様に、出力電力の大部分を占める低周波成分は効率の良い高効率増幅部410により増幅されて出力され、大電圧高速変調電源400における入出力間の線形性は広帯域増幅部120により確保される。また、従来方式よりもスイッチング動作時に発生するリンギングレベルやスイッチングノイズを低減することができる。さらに、従来方式よりも耐電圧の低いスイッチング素子を選択して寄生容量を低減することができ、高速に出力電圧を変化させることが可能である。   In the large-voltage high-speed modulation power supply 400 configured as described above, the low-frequency components occupying most of the output power are amplified and output by the efficient high-efficiency amplification unit 410, as in the first to third embodiments. The linearity between the input and output in the large-voltage high-speed modulation power supply 400 is ensured by the broadband amplifier 120. In addition, the ringing level and switching noise generated during the switching operation can be reduced as compared with the conventional method. Furthermore, it is possible to reduce the parasitic capacitance by selecting a switching element having a withstand voltage lower than that of the conventional method, and to change the output voltage at high speed.

以上により最大出力電圧が大きく、出力電圧を高速に変化させることが可能な大電圧高速変調電源を高効率で実現することができる。   As described above, it is possible to realize a high voltage and high speed modulation power supply with a large maximum output voltage and capable of changing the output voltage at high speed with high efficiency.

また、本実施の形態では、通常構成のDC電圧切換部412の制御に対して、論理回路414を追加することで実現可能である。また、多値DC電圧源411の電圧ステップの設定により、変調電源の出力電圧によってスイッチング時の電圧変化幅を変えることが可能である。   In addition, this embodiment can be realized by adding a logic circuit 414 to the control of the DC voltage switching unit 412 having the normal configuration. Further, by setting the voltage step of the multi-level DC voltage source 411, it is possible to change the voltage change width at the time of switching depending on the output voltage of the modulation power supply.

(実施の形態5)
図10は、本発明の実施の形態5に係る大電圧高速変調電源の構成を示す回路図である。本実施の形態の説明に当たり、図4と同一構成部分には同一番号を付して重複箇所の説明を省略する。
(Embodiment 5)
FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration of a large-voltage high-speed modulation power supply according to Embodiment 5 of the present invention. In the description of the present embodiment, the same components as those in FIG.

図10に示すように、大電圧高速変調電源500は、AM信号入力端子101、高効率増幅部110、広帯域増幅部120、電流検出部130、遅延調整部510、及びRF増幅部電源電圧出力端子102を備える。   As shown in FIG. 10, the large voltage high speed modulation power supply 500 includes an AM signal input terminal 101, a high efficiency amplification unit 110, a broadband amplification unit 120, a current detection unit 130, a delay adjustment unit 510, and an RF amplification unit power supply voltage output terminal. 102.

遅延調整部510は、大電圧高速変調電源500において、広帯域増幅部120を通過する信号の遅延時間と、高効率増幅部110を通過する信号の遅延時間との差が小さくなるように用いられる。遅延部511は、入出力間に適当な遅延時間を与える。図10では、広帯域増幅部120の入力に遅延部511を配置しているが目的に対して適切な位置に配置される。   The delay adjustment unit 510 is used in the high-voltage high-speed modulation power supply 500 so that the difference between the delay time of the signal passing through the broadband amplification unit 120 and the delay time of the signal passing through the high-efficiency amplification unit 110 is reduced. The delay unit 511 gives an appropriate delay time between input and output. In FIG. 10, the delay unit 511 is arranged at the input of the broadband amplification unit 120, but is arranged at an appropriate position for the purpose.

例えば、広帯域増幅部120の遅延が高効率増幅部110の遅延よりも大きい場合は、遅延部511は高効率増幅部110の入力に配置する。また、広帯域増幅部120の遅延、及び高効率増幅部110の遅延のばらつきを吸収するために、広帯域増幅部120の入力及び高効率増幅部110の入力に対して、遅延部511を配置する構成としてもよい。   For example, when the delay of the broadband amplification unit 120 is larger than the delay of the high efficiency amplification unit 110, the delay unit 511 is arranged at the input of the high efficiency amplification unit 110. In addition, in order to absorb the delay variation of the wideband amplification unit 120 and the delay variation of the high efficiency amplification unit 110, the delay unit 511 is arranged with respect to the input of the wideband amplification unit 120 and the input of the high efficiency amplification unit 110. It is good.

各増幅部の入力に配置される遅延手段は、その増幅部がカバーする周波数帯域において一定の遅延時間を確保できれば、その役目を果たすことが可能である。高効率増幅部110の入力に配置される遅延手段は、広帯域増幅部120の入力に配置される遅延手段よりも、一定の遅延時間を示す周波数の上限が低くても問題ない。   The delay means arranged at the input of each amplification unit can fulfill its role as long as a certain delay time can be secured in the frequency band covered by the amplification unit. The delay means arranged at the input of the high-efficiency amplifying unit 110 has no problem even if the upper limit of the frequency indicating a certain delay time is lower than the delay means arranged at the input of the wide-band amplification unit 120.

このように、大電圧高速変調電源500は、遅延調整部510を備えているので、広帯域増幅部120を通過する信号の遅延時間と、高効率増幅部110を通過する信号の遅延との誤差により、広帯域増幅部120の出力電力が増加して、大電圧高速変調電源500の消費電力が増加し、電力効率が劣化することを抑えることができる。   As described above, the high-voltage high-speed modulation power supply 500 includes the delay adjustment unit 510, so that an error between the delay time of the signal passing through the broadband amplification unit 120 and the delay of the signal passing through the high-efficiency amplification unit 110 occurs. Therefore, it is possible to prevent the output power of the wideband amplifier 120 from increasing, the power consumption of the high-voltage high-speed modulation power supply 500 from increasing, and the power efficiency from deteriorating.

以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されることはない。   The above description is an illustration of a preferred embodiment of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to this.

例えば、実施の形態2では、DC電圧切換部の出力電圧を基準電位とするフローティング構造のDC電圧源であればよく、その種類・個数・接続方法はどのようなものでもよい。実施の形態4では、論理回路の論理は任意で構わない。   For example, in the second embodiment, any DC voltage source having a floating structure using the output voltage of the DC voltage switching unit as a reference potential may be used, and any type, number, or connection method may be used. In the fourth embodiment, the logic of the logic circuit may be arbitrary.

また、上記各実施の形態では、大電圧高速変調電源という名称を用いたが、これは説明の便宜上であり、大電圧変調電源、高速変調電源、大電力RF増幅器等であってもよい。   In each of the above embodiments, the name “large voltage high speed modulation power supply” is used. However, this is for convenience of explanation, and may be a large voltage modulation power supply, a high speed modulation power supply, a high power RF amplifier, or the like.

さらに、上記変調電源を構成する各回路部、例えばスイッチの種類・段数、DC電圧切換制御部の種類などは前述した実施の形態に限られない。当然のことながら、本変調電源に、各種補償用の回路を付加してもよい。   Furthermore, each circuit unit constituting the modulation power source, for example, the type and number of switches, the type of the DC voltage switching control unit, and the like are not limited to the above-described embodiment. As a matter of course, various compensation circuits may be added to the modulation power source.

本発明に係る変調電源は、広帯域増幅部と高効率増幅部とが並列に配置され、高効率増幅部は広帯域増幅部の瞬時動作電流によりスイッチング制御され、スイッチング制御による電圧変化幅を最大出力電圧に対して低減可能であるため、最大出力電圧が大きく、かつ高速に出力電圧を変化させる、ET方式を用いた大電力無線送信装置の変調電源として有用である。   In the modulation power supply according to the present invention, a wideband amplifier and a high efficiency amplifier are arranged in parallel, and the high efficiency amplifier is switching-controlled by the instantaneous operation current of the wideband amplifier, and the voltage change width by the switching control is set to the maximum output voltage. Therefore, it is useful as a modulation power source for a high-power radio transmission apparatus using the ET system that has a large maximum output voltage and changes the output voltage at high speed.

100,200,300,400,500 大電圧高速変調電源
101 AM信号入力端子
102 RF増幅部電源電圧出力端子
110,210,310,410 高効率増幅部
111,411 多値DC電圧源
112,412 DC電圧切換部
113,413 DC電圧切換制御部
114,214 スイッチング部
114a,131,214a DC電圧源
115,311 LPF部
120 広帯域増幅部
121 前置増幅部
122 最終段増幅部
130 電流検出部
414 論理回路
510 遅延調整部
511 遅延部
100, 200, 300, 400, 500 High-voltage high-speed modulation power supply 101 AM signal input terminal 102 RF amplifier power supply voltage output terminal 110, 210, 310, 410 High-efficiency amplifier 111, 411 Multi-level DC voltage source 112, 412 DC Voltage switching unit 113, 413 DC voltage switching control unit 114, 214 Switching unit 114a, 131, 214a DC voltage source 115, 311 LPF unit 120 Broadband amplification unit 121 Pre-amplification unit 122 Final stage amplification unit 130 Current detection unit 414 Logic circuit 510 Delay Adjustment Unit 511 Delay Unit

Claims (13)

電圧源となる線形な広帯域増幅部と、前記広帯域増幅部に流れる電流により制御される高効率増幅部とを並列動作させる、変調電源であって、
値の異なる複数のDC電圧を出力する多値DC電圧源と、
前記多値DC電圧源から供給された複数のDC電圧を入力AM信号に応じて離散的に切換出力するDC電圧切換部と、
入力信号を線形に増幅する広帯域増幅部と、
前記広帯域増幅部を流れる動作電流を検出する電流検出部と、
前記広帯域増幅部の動作電流に応じて、前記広帯域増幅部の動作電流が一定範囲内に収まるように前記DC電圧切換部の出力電圧をシフトする電圧シフト手段と、
を備える変調電源。
A modulation power supply that operates in parallel a linear broadband amplifier serving as a voltage source and a high-efficiency amplifier controlled by a current flowing through the broadband amplifier,
A multi-value DC voltage source that outputs a plurality of DC voltages having different values;
A DC voltage switching unit that discretely switches and outputs a plurality of DC voltages supplied from the multi-level DC voltage source according to an input AM signal;
A wideband amplifier for linearly amplifying the input signal;
A current detection unit for detecting an operating current flowing through the broadband amplification unit;
Voltage shifting means for shifting the output voltage of the DC voltage switching unit so that the operating current of the broadband amplifying unit falls within a certain range according to the operating current of the broadband amplifying unit;
Modulated power supply with
電圧源となる線形な広帯域増幅部と、前記広帯域増幅部に流れる電流により制御される高効率増幅部とを並列動作させる、変調電源であって、
値の異なる複数のDC電圧を出力するフローティング構造の多値DC電圧源と、
前記多値DC電圧源から供給された複数のDC電圧を入力AM信号に応じて離散的に切換出力するDC電圧切換部と、
入力信号を線形に増幅する広帯域増幅部と、
前記広帯域増幅部を流れる動作電流を検出する電流検出部と、
前記広帯域増幅部の動作電流に応じて、前記広帯域増幅部の動作電流が一定範囲内に収まるように前記多値DC電圧源の基準電位をシフトする電圧シフト手段と、
を備える変調電源。
A modulation power supply that operates in parallel a linear broadband amplifier serving as a voltage source and a high-efficiency amplifier controlled by a current flowing through the broadband amplifier,
A floating multi-level DC voltage source that outputs a plurality of DC voltages having different values;
A DC voltage switching unit that discretely switches and outputs a plurality of DC voltages supplied from the multi-level DC voltage source according to an input AM signal;
A wideband amplifier for linearly amplifying the input signal;
A current detection unit for detecting an operating current flowing through the broadband amplification unit;
Voltage shifting means for shifting the reference potential of the multi-level DC voltage source so that the operating current of the broadband amplifying unit falls within a certain range according to the operating current of the broadband amplifying unit;
Modulated power supply with
電圧源となる線形な広帯域増幅部と、前記広帯域増幅部に流れる電流により制御される高効率増幅部とを並列動作させる、変調電源であって、
値の異なる複数のDC電圧を出力する多値DC電圧源と、
前記多値DC電圧源から供給された複数のDC電圧を入力AM信号に応じて離散的に切換出力するDC電圧切換部と、
入力信号を線形に増幅する広帯域増幅部と、
前記広帯域増幅部を流れる動作電流を検出する電流検出部と、
前記広帯域増幅部の動作電流に応じて、前記広帯域増幅部の動作電流が一定範囲内に収まるように前記DC電圧切換部の出力電圧の電圧ステップを切換える電圧シフト手段と、
を備える変調電源。
A modulation power supply that operates in parallel a linear broadband amplifier serving as a voltage source and a high-efficiency amplifier controlled by a current flowing through the broadband amplifier,
A multi-value DC voltage source that outputs a plurality of DC voltages having different values;
A DC voltage switching unit that discretely switches and outputs a plurality of DC voltages supplied from the multi-level DC voltage source according to an input AM signal;
A wideband amplifier for linearly amplifying the input signal;
A current detection unit for detecting an operating current flowing through the broadband amplification unit;
Voltage shift means for switching the voltage step of the output voltage of the DC voltage switching unit so that the operating current of the broadband amplifying unit falls within a certain range according to the operating current of the broadband amplifying unit;
Modulated power supply with
前記電圧シフト手段は、前記DC電圧切換部の出力電圧に、所定のDC電圧値を加算/非加算するスイッチング制御を行う、請求項1記載の変調電源。   The modulation power supply according to claim 1, wherein the voltage shift unit performs switching control for adding / non-adding a predetermined DC voltage value to an output voltage of the DC voltage switching unit. 前記電圧シフト手段は、前記広帯域増幅部の動作電流が閾値よりも小さい場合、前記DC電圧切換部の出力電圧に、前記DC電圧値を加算しない、かつ前記広帯域増幅部の動作電流が閾値以上の場合、前記DC電圧切換部の出力電圧に、前記DC電圧値を加算する、請求項4記載の変調電源。   The voltage shift means does not add the DC voltage value to the output voltage of the DC voltage switching unit when the operating current of the broadband amplifier is smaller than a threshold, and the operating current of the broadband amplifier is equal to or greater than the threshold. The modulation power supply according to claim 4, wherein the DC voltage value is added to the output voltage of the DC voltage switching unit. 前記電圧シフト手段は、前記多値DC電圧源の基準電位に、所定のDC電圧値を加算/非加算するスイッチング制御を行う、請求項2記載の変調電源。   The modulation power supply according to claim 2, wherein the voltage shift unit performs switching control for adding / non-adding a predetermined DC voltage value to a reference potential of the multi-level DC voltage source. 前記電圧シフト手段は、前記広帯域増幅部の動作電流が閾値よりも小さい場合、前記多値DC電圧源の基準電位をGND電位に接続する、請求項6記載の変調電源。   The modulation power supply according to claim 6, wherein the voltage shift unit connects a reference potential of the multi-level DC voltage source to a GND potential when an operating current of the wideband amplifier is smaller than a threshold value. 前記電圧シフト手段は、前記広帯域増幅部の動作電流が閾値以上の場合、前記多値DC電圧源の基準電位に、前記DC電圧値を加算する、請求項7記載の変調電源。   The modulation power supply according to claim 7, wherein the voltage shift unit adds the DC voltage value to a reference potential of the multi-level DC voltage source when an operating current of the broadband amplification unit is equal to or greater than a threshold value. 前記電圧シフト手段は、入力信号を基に生成された前記DC電圧切換部の各スイッチを切換える切換信号と、前記電流検出部からのスイッチ制御信号との論理を取り、前記DC電圧切換部の各スイッチに出力する論理回路を有する、請求項3記載の変調電源。   The voltage shift means takes a logic of a switching signal for switching each switch of the DC voltage switching unit generated based on an input signal and a switch control signal from the current detection unit, and each of the DC voltage switching unit The modulation power supply according to claim 3, further comprising a logic circuit that outputs to the switch. 前記広帯域増幅部の動作電流が閾値よりも小さい場合、前記DC電圧切換部の出力電圧は、装置出力電圧よりも低い、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の変調電源。   4. The modulation power supply according to claim 1, wherein an output voltage of the DC voltage switching unit is lower than a device output voltage when an operating current of the broadband amplifying unit is smaller than a threshold value. 5. 前記広帯域増幅部の動作電流が閾値以上の場合、前記DC電圧切換部の出力電圧は、装置出力電圧よりも高い、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の変調電源。   4. The modulation power supply according to claim 1, wherein an output voltage of the DC voltage switching unit is higher than a device output voltage when an operating current of the broadband amplifying unit is equal to or greater than a threshold value. 5. 前記DC電圧切換部の出力信号から高周波成分を抑圧するLPF部を備える請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の変調電源。   The modulation power supply according to claim 1, further comprising an LPF unit that suppresses a high-frequency component from an output signal of the DC voltage switching unit. 前記高効率増幅部を経由する信号と、前記広帯域増幅部を経由する信号との遅延時間差を低減する遅延調整部を備える請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の変調電源。
The modulation power supply according to any one of claims 1 to 3, further comprising a delay adjustment unit that reduces a delay time difference between a signal passing through the high-efficiency amplification unit and a signal passing through the broadband amplification unit.
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