JP2013066100A - Power circuit - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power circuit that implements improved power conversion efficiency within a transmitter adapted for broadband wireless communication.SOLUTION: The power circuit includes: a push-pull amplification section for amplifying an input signal in a push-pull amplification mode; a variable power supply section implementing a variable voltage level of a supply voltage supplied to the push-pull amplification section by selective connection of a plurality of power supplies 112-115, 116-119 based on control signals; a switch control section 138 for outputting as the control signals selection signals C1-C8 for selecting the plurality of power supplies to control the voltage level of the supply voltage on the basis of the input signal; and a switch control signal conversion section 139 for changing the power supplies selected by the selection signals such that loads to the plurality of power supplies 112-115, 116-119 of the variable power supply section are constant.

Description

本発明は、広帯域の高周波信号で無線通信を行う送信機の電力増幅器で用いられる電源回路に係り、特に、電力変換効率を向上させることができる電源回路に関する。   The present invention relates to a power supply circuit used in a power amplifier of a transmitter that performs wireless communication with a broadband high-frequency signal, and more particularly to a power supply circuit that can improve power conversion efficiency.

[先行技術の説明]
送信機の電力増幅器への要求として、設置場所の制約や据付コストの低減のために、小型・軽量化が強く求められている。装置の体積・重量は、電力損失によって発生する熱を放熱するための放熱フィンが多くを占めるが、電力効率を改善することで放熱フィンを小さくすることが可能になり、小型・軽量化に寄与する。
[Description of Prior Art]
As a requirement for a power amplifier of a transmitter, there is a strong demand for reduction in size and weight in order to limit installation locations and reduce installation costs. Most of the equipment's volume and weight are radiating fins for radiating the heat generated by power loss, but improving the power efficiency makes it possible to make the radiating fins smaller, contributing to a reduction in size and weight. To do.

[EER方式の電力増幅器:図9]
電力効率を改善する方法として、飽和型の電力増幅器の電源電圧を変動させるEER(Envelop Elimination and Restoration)方式がある。
EER方式の電力増幅器について図9を用いて説明する。図9は、EER方式の電力増幅器の概略構成図である。
図9に示すように、EER方式の電力増幅器は、入力端子1と、分配器2と、包絡線検波器3と、電源回路4と、RFリミット増幅器5と、主増幅器6と、出力端子7とを備えている。
[EER power amplifier: Fig. 9]
As a method for improving the power efficiency, there is an EER (Envelop Elimination and Restoration) method for changing the power supply voltage of a saturation type power amplifier.
An EER power amplifier will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a schematic configuration diagram of an EER type power amplifier.
As shown in FIG. 9, the EER type power amplifier includes an input terminal 1, a distributor 2, an envelope detector 3, a power supply circuit 4, an RF limit amplifier 5, a main amplifier 6, and an output terminal 7. And.

具体的には、入力端子1と、分配器2と、RFリミット増幅器5と、主増幅器6と、出力端子7が直列に接続されており、分配器2には包絡線検波器3が接続され、包絡線検波器3には電源回路4が接続され、電源回路4は主増幅器6に接続されて電源を供給する構成となっている。   Specifically, an input terminal 1, a distributor 2, an RF limit amplifier 5, a main amplifier 6, and an output terminal 7 are connected in series, and an envelope detector 3 is connected to the distributor 2. The envelope detector 3 is connected to a power supply circuit 4, and the power supply circuit 4 is connected to a main amplifier 6 to supply power.

上記構成のEER方式の電力増幅器では、入力端子1から入力されたRF信号は、分配器2で分配され、一方は包絡線検波器3で検波されて包絡線信号が電源回路4に入力される。そして、電源回路4は、主増幅器6の電源電圧を包絡線信号に従って変動させる。
分配器2で分配された他方のRF信号は、RFリミット増幅器5で振幅変動分が除去され、位相情報のみを保ちながら主増幅器6で増幅される。
主増幅器6の電源電圧は、包絡線検波器3からの振幅情報に従って変動するので、振幅情報は復元され、主増幅器6は常に飽和状態で動作するため高効率となる。
In the EER power amplifier having the above configuration, the RF signal input from the input terminal 1 is distributed by the distributor 2, one of which is detected by the envelope detector 3, and the envelope signal is input to the power supply circuit 4. . Then, the power supply circuit 4 varies the power supply voltage of the main amplifier 6 according to the envelope signal.
The other RF signal distributed by the distributor 2 is amplified by the main amplifier 6 while the amplitude variation is removed by the RF limit amplifier 5 and only the phase information is maintained.
Since the power supply voltage of the main amplifier 6 varies according to the amplitude information from the envelope detector 3, the amplitude information is restored, and the main amplifier 6 always operates in a saturated state, so that the efficiency becomes high.

[高速動作可能な電源回路:図10]
ところで、EER方式の電力増幅器全体における効率を考えた場合、主増幅器6だけでなく、電源回路4の効率も重要になってくる。
W−CDMA(Wideband-Code Division Multiple Access)信号やOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)信号のような広帯域信号の包絡線信号の帯域は広く、電源回路4は高速に動作する必要がある。
[Power supply circuit capable of high-speed operation: FIG. 10]
By the way, when considering the efficiency of the entire EER type power amplifier, the efficiency of the power supply circuit 4 as well as the main amplifier 6 becomes important.
The bandwidth of an envelope signal of a wideband signal such as a W-CDMA (Wideband-Code Division Multiple Access) signal or an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) signal is wide, and the power supply circuit 4 needs to operate at high speed.

高速に動作する電源回路としては、例えば、非特許文献1や非特許文献2に記載されている(非特許文献1,2参照)。
高速に動作する電源回路の構成例について図10を用いて説明する。図10は、高速に動作する電源回路の例を示す構成図である。
図10に示すように、高速に動作する電源回路(高速動作用電源回路)は、主として、入力端子8と、広帯域の電圧源であるプッシュプル増幅器9と、制御回路である電流検出器10及びヒステリシスコンパレータ11と、高効率なDC/DCコンバータ12と、出力端子13とから構成されている。
尚、プッシュプル増幅器9は、請求項に記載したプッシュプル増幅部に相当する。
For example, Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 describe power supply circuits that operate at high speed (see Non-Patent Documents 1 and 2).
A configuration example of a power supply circuit that operates at high speed will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a configuration diagram illustrating an example of a power supply circuit that operates at high speed.
As shown in FIG. 10, the power supply circuit (high-speed operation power supply circuit) that operates at high speed mainly includes an input terminal 8, a push-pull amplifier 9 that is a broadband voltage source, a current detector 10 that is a control circuit, and The hysteresis comparator 11, a highly efficient DC / DC converter 12, and an output terminal 13 are included.
The push-pull amplifier 9 corresponds to a push-pull amplifier described in the claims.

そして、入力端子8は、図9に示した包絡線検波器3の出力段に接続され、出力端子13は、図9に示した主増幅器6の電源端子に接続される。
電流検出器10は、例えば抵抗から構成される。
また、DC/DCコンバータ12は、電圧電源31と、スイッチ素子32と、ダイオード33と、インダクタンス34とから構成されている。
プッシュプル増幅器9については後述する。
The input terminal 8 is connected to the output stage of the envelope detector 3 shown in FIG. 9, and the output terminal 13 is connected to the power supply terminal of the main amplifier 6 shown in FIG.
The current detector 10 is composed of a resistor, for example.
The DC / DC converter 12 includes a voltage power supply 31, a switch element 32, a diode 33, and an inductance 34.
The push-pull amplifier 9 will be described later.

図10に示す電源回路では、直流成分及び低い周波数成分は、高効率であるDC/DCコンバータ12から供給し、高い周波数成分は、高速動作が可能なプッシュプル増幅器9から供給しており、これにより高効率で高速な動作を可能としている。   In the power supply circuit shown in FIG. 10, the direct current component and the low frequency component are supplied from the DC / DC converter 12 having high efficiency, and the high frequency component is supplied from the push-pull amplifier 9 capable of high speed operation. This enables high-efficiency and high-speed operation.

[DC/DCコンバータの動作モード]
ここで、DC/DCコンバータ12の動作モードについて説明する。
DC/DCコンバータ12の動作モードとしては、追従モードと非追従モードとがある。
[Operation mode of DC / DC converter]
Here, the operation mode of the DC / DC converter 12 will be described.
The operation mode of the DC / DC converter 12 includes a follow mode and a non-follow mode.

[追従モード]
まず、追従モードについて説明する。追従モードは、包絡線検波器3の出力がDC成分及び低周波成分の場合のDC/DCコンバータ12の動作である。
図9の包絡線検波器3で検波された信号は、図10の入力端子8に入力され、プッシュプル増幅器9で電圧源に変換される。
包絡線検波器3の出力がDC成分の場合は、電流検出器10のノードP1の電圧が上がり、ヒステリシスコンパレータ11がスイッチ素子32をオンさせるように動く。
その結果、スイッチ素子32とインダクタンス34との接続点のノードPに電源電圧31が印加され、インダクタンス34を経由して出力端子13の電圧は徐々に上昇する。
[Follow-up mode]
First, the following mode will be described. The follow-up mode is an operation of the DC / DC converter 12 when the output of the envelope detector 3 is a DC component and a low frequency component.
The signal detected by the envelope detector 3 in FIG. 9 is input to the input terminal 8 in FIG. 10 and converted into a voltage source by the push-pull amplifier 9.
When the output of the envelope detector 3 is a DC component, the voltage at the node P1 of the current detector 10 rises and the hysteresis comparator 11 moves so as to turn on the switch element 32.
As a result, the power supply voltage 31 is applied to the node P at the connection point between the switch element 32 and the inductance 34, and the voltage at the output terminal 13 gradually increases via the inductance 34.

そして、出力端子13の電圧が、プッシュプル増幅器9の出力電圧より高くなると、ノードP2の電圧が高くなり、ヒステリシスコンパレータ11はスイッチ素子32をオフさせる。
その結果、インダクタンス34を流れていた電流はダイオード33経由で流れ、出力端子13の電圧は徐々に低下する。そして、再び、ヒステリシスコンパレータ11はスイッチ素子32をオンさせ、同様の繰り返し動作を行う。つまり、DC/DCコンバータ12は、自ら発振して制御する。
When the voltage at the output terminal 13 becomes higher than the output voltage of the push-pull amplifier 9, the voltage at the node P2 increases, and the hysteresis comparator 11 turns off the switch element 32.
As a result, the current flowing through the inductance 34 flows via the diode 33, and the voltage at the output terminal 13 gradually decreases. Then, again, the hysteresis comparator 11 turns on the switch element 32 and performs the same repeated operation. That is, the DC / DC converter 12 oscillates and controls itself.

この自励周波数は、自由度のあるヒステリシス幅と、インダクタンス34と、電源電圧31と、電流検出器10の抵抗値で決まるが、高く設定するとスイッチング損失が増加し、或いはスイッチ素子24の限界値を超えるので、限度はある。   This self-excited frequency is determined by a hysteresis width having flexibility, an inductance 34, a power supply voltage 31, and a resistance value of the current detector 10. However, if the frequency is set high, the switching loss increases or the limit value of the switch element 24 is reached. There are limits.

包絡線検波器3の出力がDC成分と低周波のAC成分である場合は、DC入力の場合と同様にDC/DCコンバータ12が追従し、出力電力は効率の良いDC/DCコンバータ12から供給される。   When the output of the envelope detector 3 is a DC component and a low-frequency AC component, the DC / DC converter 12 follows as in the case of the DC input, and the output power is supplied from the efficient DC / DC converter 12. Is done.

[非追従モード]
次に、非追従モードについて説明する。
包絡線検波器3の出力が、CD成分と高い周波数のAC成分になると、インダクタンス34で高い周波数のAC成分は除去されるため、DC/DCコンバータ12からの出力は、DC成分のみとなる。
このとき、電流検出器10のノードP1とP2の両端にDC成分とAC高周波成分が発生し、ヒステリシスコンパレータ11の出力は、AC高周波成分を基本とする周波数でスイッチ素子32を動かす。
また、高い周波数のAC成分はプッシュプル増幅器9から供給される。
[Non-following mode]
Next, the non-following mode will be described.
When the output of the envelope detector 3 becomes a CD component and a high frequency AC component, the high frequency AC component is removed by the inductance 34, and therefore the output from the DC / DC converter 12 is only the DC component.
At this time, a DC component and an AC high frequency component are generated at both ends of the nodes P1 and P2 of the current detector 10, and the output of the hysteresis comparator 11 moves the switch element 32 at a frequency based on the AC high frequency component.
A high frequency AC component is supplied from the push-pull amplifier 9.

[電源回路の効率]
図10に示した高速動作用電源回路では、自励周波数を高くして追従できるAC成分を増やすことで、つまり、高効率なDC/DCコンバータ12から出力するエネルギーの割合を増やすことで、電源回路の高効率化を試みることが考えられる。
しかし、WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)やLTE(Long Term Evolution)などの広帯域な通信システムでは、包絡線も広帯域になるため、DC/DCコンバータ12のスイッチング周波数を上げると、スイッチング損失が大きくなり、電源回路の効率は低下する。
[Power circuit efficiency]
In the power supply circuit for high speed operation shown in FIG. 10, by increasing the AC component that can be followed by increasing the self-excited frequency, that is, by increasing the proportion of energy output from the high-efficiency DC / DC converter 12, It may be possible to try to increase the efficiency of the circuit.
However, in wide-band communication systems such as WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) and LTE (Long Term Evolution), the envelope is also wide-banded, so increasing the switching frequency of the DC / DC converter 12 increases the switching loss. The efficiency of the power supply circuit is reduced.

そこで、適切な回路定数を設定することにより、WiMAXやLTE等の広帯域な通信システムでは、周波数の低いAC成分は、効率の高いDC/DCコンバータ12から供給し、周波数の高いAC成分は、プッシュプル増幅器9から供給するようにしている。   Therefore, by setting an appropriate circuit constant, in a broadband communication system such as WiMAX or LTE, an AC component having a low frequency is supplied from the DC / DC converter 12 having a high efficiency, and an AC component having a high frequency is pushed. The signal is supplied from the pull amplifier 9.

[電源回路の大電流への対応]
ところで、主増幅器6の出力電力が大きい場合には、電源回路4からも多くの電流を供給する必要がある。
図10の高速動作用電源回路において、DC/DCコンバータ12では、スイッチ素子32、ダイオード33、インダクタンス34として、必要な電流を流せる部品を選択すればよい。
しかしながら、プッシュプル増幅器9に用いられるオペアンプについては、一般的に大電流を流せる部品はない。そこで、オペアンプの出力にNPNトランジスタとPNPトランジスタを接続して、出力できる電流の容量を増やしている。
[Responding to large currents in power supply circuits]
By the way, when the output power of the main amplifier 6 is large, it is necessary to supply a large amount of current also from the power supply circuit 4.
In the high-speed power supply circuit of FIG. 10, in the DC / DC converter 12, it is only necessary to select components that can pass a necessary current as the switch element 32, the diode 33, and the inductance 34.
However, as for the operational amplifier used for the push-pull amplifier 9, there is generally no component capable of flowing a large current. Therefore, the capacity of the current that can be output is increased by connecting an NPN transistor and a PNP transistor to the output of the operational amplifier.

[プッシュプル増幅器の構成:図10]
次に、従来の高速動作用電源回路におけるプッシュプル増幅器(従来のプッシュプル増幅器)の構成について図10を用いて説明する。
図10に示すように、従来のプッシュプル増幅器9は、オペアンプ103と、バイアス回路を構成する抵抗器104、ダイオード105、ダイオード106、抵抗器107と、プッシュプル回路のNPNトランジスタ108、PNPトランジスタ109と、直流電圧源110と、直流電圧源111とで構成されている。
[Configuration of Push-Pull Amplifier: FIG. 10]
Next, the configuration of a push-pull amplifier (conventional push-pull amplifier) in a conventional high-speed operation power supply circuit will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 10, a conventional push-pull amplifier 9 includes an operational amplifier 103, a resistor 104, a diode 105, a diode 106, and a resistor 107 that constitute a bias circuit, and an NPN transistor 108 and a PNP transistor 109 in the push-pull circuit. And a DC voltage source 110 and a DC voltage source 111.

そして、上記構成のプッシュプル増幅器9において、入力信号は入力端子8を通ってオペアンプ103の+端子に入力され、オペアンプの−端子へは出力信号がフィードバックされる。
ダイオード105は、NPNトランジスタ108のベース−間の電圧降下を、ダイオード106はPNPトランジスタ109のベース−エミッタ間の電圧降下を補償するためのものであり、抵抗器104、抵抗器107と共にバイアス回路を構成する。
In the push-pull amplifier 9 configured as described above, the input signal passes through the input terminal 8 and is input to the positive terminal of the operational amplifier 103, and the output signal is fed back to the negative terminal of the operational amplifier.
The diode 105 compensates the voltage drop between the base and the emitter of the NPN transistor 108, and the diode 106 compensates the voltage drop between the base and the emitter of the PNP transistor 109. A bias circuit is provided together with the resistors 104 and 107. Configure.

直流電圧源111よりも高い電圧値に設定される直流電圧源110に接続されたNPNトランジスタ108と、直流電圧源110よりも低い電圧値に設定される直流電圧源111に接続されたPNPトランジスタ109はプッシュプル回路を構成する。
そして、NPNトランジスタ108は基準電圧よりも高い電圧を出力し、PNPトランジスタ109は基準電圧よりも低い電圧を出力する。
An NPN transistor 108 connected to a DC voltage source 110 set to a voltage value higher than the DC voltage source 111 and a PNP transistor 109 connected to a DC voltage source 111 set to a voltage value lower than the DC voltage source 110. Constitutes a push-pull circuit.
The NPN transistor 108 outputs a voltage higher than the reference voltage, and the PNP transistor 109 outputs a voltage lower than the reference voltage.

[プッシュプル増幅器の出力波形:図11]
次に、プッシュプル増幅器の出力波形について図11を用いて説明する。図11は、プッシュプル増幅器の出力波形を示す説明図であり、(a)は、NPNトランジスタ108と、PNPトランジスタ109の出力波形を示し、(b)は、プッシュプル増幅器9の出力端子の波形を示す。
図11(a)に示すように、実線で示すように、NPNトランジスタ108の出力波形(実線)及びPNPトランジスタ109の出力波形(破線)は、正弦波を半波整流した波形であり、これはB級にバイアスされた増幅器に相当する。
そして、図11(b)に示すように、プッシュプル増幅器9の出力端子からは、NPNトランジスタ108とPNPトランジスタ109の出力を合成した波形が出力される。
[Push-pull amplifier output waveform: Fig. 11]
Next, the output waveform of the push-pull amplifier will be described with reference to FIG. 11A and 11B are explanatory diagrams showing the output waveforms of the push-pull amplifier. FIG. 11A shows the output waveforms of the NPN transistor 108 and the PNP transistor 109. FIG. 11B shows the waveform of the output terminal of the push-pull amplifier 9. Indicates.
As shown in FIG. 11A, as indicated by a solid line, the output waveform of the NPN transistor 108 (solid line) and the output waveform of the PNP transistor 109 (broken line) are waveforms obtained by half-wave rectifying a sine wave. This corresponds to an amplifier biased to class B.
As shown in FIG. 11B, a waveform obtained by combining the outputs of the NPN transistor 108 and the PNP transistor 109 is output from the output terminal of the push-pull amplifier 9.

[B級増幅器の電力変換効率:図12]
ここで、B級増幅器の電力変換効率について説明する。
B級増幅器が正弦波を出力するときの電力変換効率ηは、式1で表されることが知られている。
η=π/4×Vomax/Vdd (式1)
式1をNPNトランジスタ108について説明すると、Vddは直流電圧源110の電源電圧であり、Vomaxは、NPNトランジスタ108の出力電圧の最大値である。
[Power conversion efficiency of class B amplifier: Fig. 12]
Here, the power conversion efficiency of the class B amplifier will be described.
It is known that the power conversion efficiency η when the class B amplifier outputs a sine wave is expressed by Equation 1.
η = π / 4 × Vomax / Vdd (Formula 1)
Explaining Equation 1 for the NPN transistor 108, Vdd is the power supply voltage of the DC voltage source 110, and Vomax is the maximum value of the output voltage of the NPN transistor 108.

式1において、VomaxがVddと同じ電圧の場合、つまり飽和出力時の電圧変換効率ηは78.5%となるが、最大出力電圧Vomaxが下がると電力変換効率ηも低下する。   In Equation 1, when Vomax is the same voltage as Vdd, that is, the voltage conversion efficiency η at the time of saturation output is 78.5%, the power conversion efficiency η also decreases as the maximum output voltage Vomax decreases.

図12は、B級増幅器の電力変換効率特性を示す説明図である。
図12では、出力電圧に対する電力変換効率ηを表しており、横軸のバックオフは、Vomax/Vddを対数で表したものである。
バックオフが0の点が飽和出力を示しており、このときの電力変換効率ηは、上述したように78.5%となり、バックオフが大きくなると(最大出力電圧Vomaxが低下すると)電力変換効率ηは低下し、バックオフが−8の時の電力変換効率ηは、30%となる。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing the power conversion efficiency characteristics of the class B amplifier.
In FIG. 12, the power conversion efficiency η with respect to the output voltage is represented, and the back-off on the horizontal axis represents Vomax / Vdd in logarithm.
The point where the back-off is 0 indicates a saturated output, and the power conversion efficiency η at this time is 78.5% as described above, and when the back-off increases (when the maximum output voltage Vomax decreases), the power conversion efficiency η decreases, and the power conversion efficiency η when the back-off is −8 is 30%.

[プッシュプル増幅器の電力変換効率:図12]
式1及び図12については、NPNトランジスタ108について説明したが、PNPトランジスタ109についても同様のことが言えるため、プッシュプル増幅器9全体の特性も式1及び図12で表すことができるものである。
尚、プッシュプル増幅器9では、オペアンプ103やバイアス回路も電力を消費するが、NPNトランジスタ108及びPNPトランジスタ109の電流増幅率hfeが大きく、オペアンプ103の消費電力はプッシュプル増幅器9のそれと比較すると僅かであるため、プッシュプル増幅器9の電力変換効率は、図12に示した特性とほぼ一致する。
[Power conversion efficiency of push-pull amplifier: Fig. 12]
Although Expression 1 and FIG. 12 have been described for the NPN transistor 108, the same can be said for the PNP transistor 109, so that the characteristics of the entire push-pull amplifier 9 can also be expressed by Expression 1 and FIG. 12.
In the push-pull amplifier 9, the operational amplifier 103 and the bias circuit also consume power, but the current amplification factor hfe of the NPN transistor 108 and the PNP transistor 109 is large, and the power consumption of the operational amplifier 103 is slightly smaller than that of the push-pull amplifier 9. Therefore, the power conversion efficiency of the push-pull amplifier 9 substantially matches the characteristics shown in FIG.

[OFDM信号における包絡線信号のスペクトラムの累積確率密度分布例:図13]
ここで、OFDM信号における包絡線信号の累積確率密度分布について図13を用いて説明する。図13は、OFDM信号における包絡線信号の累積確率密度分布の例を示す説明図である。
図13では、帯域幅10MHz、PAPR(Peak to Average Power Ratio):8dBのOFDM変調信号の包絡線を求め、電力の累積確率密度分布をDCから10MHzまでプロットしている。
[Example of cumulative probability density distribution of envelope signal spectrum in OFDM signal: FIG. 13]
Here, the cumulative probability density distribution of the envelope signal in the OFDM signal will be described with reference to FIG. FIG. 13 is an explanatory diagram showing an example of the cumulative probability density distribution of the envelope signal in the OFDM signal.
In FIG. 13, an envelope of an OFDM modulated signal having a bandwidth of 10 MHz and a PAPR (Peak to Average Power Ratio): 8 dB is obtained, and the cumulative probability density distribution of power is plotted from DC to 10 MHz.

上述したように、電源回路4は、DC成分と低い周波数成分はDC/DCコンバータ12から供給し、高い周波数成分はプッシュプル増幅器9から供給するが、仮に、3MHz未満をDC/DCコンバータ12から供給し、3MHz以上をプッシュプル増幅器9が供給すると、図13から、電源回路4が供給する電力の内、DC/DCコンバータ12から90%の電力を、プッシュプル増幅器9から3MHz以上の10%を供給することになる。   As described above, the power supply circuit 4 supplies the DC component and the low frequency component from the DC / DC converter 12 and supplies the high frequency component from the push-pull amplifier 9, but temporarily less than 3 MHz is supplied from the DC / DC converter 12. When the push-pull amplifier 9 supplies 3 MHz or higher, 90% of the power supplied from the power supply circuit 4 is supplied from the DC / DC converter 12 and 10% of 3 MHz or higher from the push-pull amplifier 9 as shown in FIG. Will be supplied.

[OFDM信号での電源回路の電力変換効率:図12]
OFDM信号での電源回路4の電力変換効率について説明する。
DC成分と低い周波数成分を供給するDC/DCコンバータ12の電力変換効率は、スイッチ素子32のオン抵抗や、スイッチング損失、ダイオードの順方向電圧、インダクタンス34の損失などで決まり、ηdとする。
[Power conversion efficiency of power supply circuit with OFDM signal: FIG. 12]
The power conversion efficiency of the power supply circuit 4 in the OFDM signal will be described.
The power conversion efficiency of the DC / DC converter 12 that supplies the DC component and the low frequency component is determined by the ON resistance of the switch element 32, the switching loss, the forward voltage of the diode, the loss of the inductance 34, and the like, and is ηd.

一方、OFDM信号のPAPRは8dBであるから、プッシュプル増幅器9の電力変換効率は、図12からわかるように、バックオフ−8dBのときの電力変換効率となる。ここでは、このときの電力変換効率をηbとする。   On the other hand, since the PAPR of the OFDM signal is 8 dB, the power conversion efficiency of the push-pull amplifier 9 is the power conversion efficiency when backoff is -8 dB, as can be seen from FIG. Here, the power conversion efficiency at this time is ηb.

つまり、電源回路4が主増幅器6に供給する電力の内、10%を電力変換効率ηbのプッシュプル増幅器9から、90%を電力変換効率ηdのDC/DCコンバータ12から供給することになる。よって、電源回路4の電力変換効率ηsは式2で計算できる。
ηs=1/(10%/ηb+90%/ηd) (式2)
仮に、ηb=30%、ηd=90%として計算すると、ηs=75%となる。
電源回路4全体の電力変換効率を改善するためには、電力変換効率の低いプッシュプル増幅器9の効率をあげることが必要である。
That is, 10% of the power supplied from the power supply circuit 4 to the main amplifier 6 is supplied from the push-pull amplifier 9 having the power conversion efficiency ηb, and 90% is supplied from the DC / DC converter 12 having the power conversion efficiency ηd. Therefore, the power conversion efficiency ηs of the power supply circuit 4 can be calculated by Equation 2.
ηs = 1 / (10% / ηb + 90% / ηd) (Formula 2)
Assuming that ηb = 30% and ηd = 90%, ηs = 75%.
In order to improve the power conversion efficiency of the power supply circuit 4 as a whole, it is necessary to increase the efficiency of the push-pull amplifier 9 having a low power conversion efficiency.

従来のプッシュプル増幅器9では、NPNトランジスタ108のコレクタ端子及びPNPトランジスタ109のコレクタ端子に接続される直流電圧源110及び直流電圧源111の電圧は、出力レベルに関係なく一定であるため、出力レベルが下がるに従って電力変換効率も低下する。   In the conventional push-pull amplifier 9, the voltages of the DC voltage source 110 and the DC voltage source 111 connected to the collector terminal of the NPN transistor 108 and the collector terminal of the PNP transistor 109 are constant regardless of the output level. As the value decreases, the power conversion efficiency also decreases.

"An Improved Power-Added Efficiency 19-dBm Hybrid Envelope Elimination and Restoration Power Amplifier for 802.11g WLAN Applications" , Feipeng Wang et al., IEEE TRANSACTIOINS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 54, NO. 12, DECEMBER 2006, P. 4086-4099"An Improved Power-Added Efficiency 19-dBm Hybrid Envelope Elimination and Restoration Power Amplifier for 802.11g WLAN Applications", Feipeng Wang et al., IEEE TRANSACTIOINS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 54, NO. 12, DECEMBER 2006, P . 4086-4099 "A Class B Switch- Mode Assisted Linear Amplifier" , Geoffrey R. Walker, IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL. 18. No. 6, NOVEMBER 2003, p.1278-1285"A Class B Switch- Mode Assisted Linear Amplifier", Geoffrey R. Walker, IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL. 18. No. 6, NOVEMBER 2003, p.1278-1285

しかしながら、従来のプッシュプル増幅器では、NPNトランジスタ及びPNPトランジスタのコレクタ端子に接続される直流電圧源の電圧が、出力レベルにかかわらず一定レベルであるため、出力レベルが下がると電力変換効率が低下してしまうという問題点があった。   However, in the conventional push-pull amplifier, the voltage of the DC voltage source connected to the collector terminals of the NPN transistor and the PNP transistor is a constant level regardless of the output level, so that the power conversion efficiency decreases when the output level decreases. There was a problem that it was.

尚、非特許文献1、2には、プッシュプル増幅器のNPNトランジスタ及びPNPトランジスタのコレクタ端子に接続される直流電圧源の電圧を、出力レベルに応じて調整することは記載されていない。   Non-Patent Documents 1 and 2 do not describe adjusting the voltage of the DC voltage source connected to the collector terminals of the NPN transistor and the PNP transistor of the push-pull amplifier according to the output level.

本発明は、上記実状に鑑みて為されたもので、プッシュプル増幅器のNPNトランジスタ及びPNPトランジスタのコレクタ端子に接続される直流電圧源の電圧を、出力レベルに応じて調整して、出力レベルが下がっても電力変換効率が低下しない電源回路を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and adjusts the voltage of the DC voltage source connected to the collector terminals of the NPN transistor and the PNP transistor of the push-pull amplifier according to the output level so that the output level is An object of the present invention is to provide a power supply circuit in which the power conversion efficiency does not decrease even if the power consumption decreases.

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、電力増幅器に用いられる電源回路であって、入力信号をプッシュプル増幅方式で増幅するプッシュプル増幅部と、制御信号によりプッシュプル増幅部に提供する電源電圧の電圧レベルを複数の電源の選択接続によって可変とする可変電源部と、制御信号として、入力信号に基づいて電源電圧の電圧レベルを制御するために複数の電源を選択する選択信号を出力する制御部と、可変電源部における複数の電源の負荷が一定となるよう、選択信号による電源の選択先を変更する電源選択先変換部とを備えたことを特徴としている。   The present invention for solving the problems of the above-described conventional example is a power supply circuit used in a power amplifier, wherein a push-pull amplification unit that amplifies an input signal by a push-pull amplification method and a push-pull amplification unit by a control signal A variable power supply unit that makes the voltage level of the power supply voltage to be provided variable by selecting and connecting a plurality of power supplies, and a selection signal for selecting a plurality of power supplies to control the voltage level of the power supply voltage based on an input signal as a control signal And a power source selection destination conversion unit that changes a power source selection destination based on a selection signal so that loads of a plurality of power sources in the variable power source unit are constant.

本発明によれば、電力増幅器に用いられる電源回路であって、入力信号をプッシュプル増幅方式で増幅するプッシュプル増幅部と、制御信号によりプッシュプル増幅部に提供する電源電圧の電圧レベルを複数の電源の選択接続によって可変とする可変電源部と、制御信号として、入力信号に基づいて電源電圧の電圧レベルを制御するために複数の電源を選択する選択信号を出力する制御部と、可変電源部における複数の電源の負荷が一定となるよう、選択信号による電源の選択先を変更する電源選択先変換部とを備えた電源回路としているので、入力信号に基づいて、プッシュプル増幅部に出力レベルに追従した電源電圧を供給して、飽和に出力レベルが小さくても近い動作を可能として、プッシュプル増幅器の電力変換効率を改善でき、更に、複数の電源の負荷を一定とし、当該負荷において最も効率が良くなるよう回路を設計することで、電源回路全体の電力変換効率を一層向上させることができる効果がある。   According to the present invention, there is provided a power supply circuit used for a power amplifier, wherein a plurality of voltage levels of a power supply voltage provided to a push-pull amplification unit that amplifies an input signal by a push-pull amplification method and a push-pull amplification unit by a control signal are provided. A variable power supply section that is variable by selecting and connecting power supplies, a control section that outputs a selection signal for selecting a plurality of power supplies to control the voltage level of the power supply voltage based on an input signal as a control signal, and a variable power supply Since the power supply circuit includes a power source selection destination conversion unit that changes the power source selection destination based on the selection signal so that the loads of the plurality of power sources in the unit are constant, output to the push-pull amplification unit based on the input signal Power supply voltage that follows the level can be supplied to enable operation close to saturation even when the output level is small, improving the power conversion efficiency of the push-pull amplifier. , The load of the plurality of power source was fixed, by designing the circuit so that the highest efficiency is improved in the load, there is an effect that it is possible to further improve the power conversion efficiency of the entire power supply circuit.

本発明の第1の実施の形態に係る電源回路に用いられるプッシュプル増幅器の構成図である。It is a block diagram of the push-pull amplifier used for the power supply circuit which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 第1のプッシュプル増幅器におけるスイッチ制御信号の一例と、それに伴うトランジスタのコレクタ電圧及び出力波形を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the switch control signal in a 1st push pull amplifier, and the collector voltage and output waveform of a transistor accompanying it. 第1のプッシュプル増幅器の電力変換効率特性を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the power conversion efficiency characteristic of a 1st push pull amplifier. NPNトランジスタ108のコレクタ端子に直流電圧を供給する直流電圧源回路の構成例を示すブロック図である。3 is a block diagram illustrating a configuration example of a DC voltage source circuit that supplies a DC voltage to a collector terminal of an NPN transistor 108. FIG. 直流電圧源の負荷効率特性の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the load efficiency characteristic of a DC voltage source. 本発明の第2の実施の形態に係る電源回路に用いられるプッシュプル増幅器の構成図である。It is a block diagram of the push pull amplifier used for the power supply circuit which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. スイッチ制御信号変換部139におけるスイッチ制御信号の接続状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the connection state of the switch control signal in the switch control signal conversion part 139. 第2のプッシュプル増幅器の電力変換効率を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the power conversion efficiency of a 2nd push pull amplifier. EER方式の電力増幅器の概略構成図である。It is a schematic block diagram of an EER type power amplifier. 高速に動作する電源回路の例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the example of the power supply circuit which operate | moves at high speed. プッシュプル増幅器の出力波形を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the output waveform of a push pull amplifier. B級増幅器の電力変換効率特性を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the power conversion efficiency characteristic of a class B amplifier. OFDM信号における包絡線信号の累積確率密度分布の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the cumulative probability density distribution of the envelope signal in an OFDM signal.

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
[実施の形態の概要]
本発明の実施の形態に係る電源回路は、プッシュプル増幅器に、スイッチと直流電圧源が直列に接続され、更にそれらに並列にダイオードが接続された回路部を1つの回路ブロックとして、複数の回路ブロックが直列に接続された第1と第2の電源電圧生成回路を備え、当該第1と第2の電源電圧生成回路が、それぞれNPNトランジスタのコレクタ端子及びPNPトランジスタのコレクタ端子に接続され、スイッチ制御部が、入力信号レベルに応じて、複数のブロックの直流電圧源をNPNトランジスタ又はPNPトランジスタのコレクタ端子に接続するスイッチのオン/オフを制御することで、NPNトランジスタ及びPNPトランジスタのコレクタ電圧を入力信号レベルに応じて制御して、出力レベルに追従したコレクタ電圧とすることができ、出力レベルが低い場合でも飽和に近い動作を可能とし、電源回路全体の電力変換効率を改善することができるものである。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Outline of the embodiment]
A power supply circuit according to an embodiment of the present invention includes a circuit unit in which a switch and a DC voltage source are connected in series to a push-pull amplifier, and a diode is connected in parallel to them, as a single circuit block. The block includes first and second power supply voltage generation circuits connected in series, and the first and second power supply voltage generation circuits are connected to the collector terminal of the NPN transistor and the collector terminal of the PNP transistor, respectively. The control unit controls the ON / OFF of the switch that connects the DC voltage sources of a plurality of blocks to the collector terminals of the NPN transistor or the PNP transistor according to the input signal level, thereby adjusting the collector voltage of the NPN transistor and the PNP transistor. Control according to the input signal level so that the collector voltage follows the output level. It can be, and allows operation close to saturation, even if the output level is low, is capable of improving the power conversion efficiency of the entire power supply circuit.

また、本発明の実施の形態に係る電源回路は、上記電源回路に、更に、スイッチ制御信号変換部を設け、電源電圧生成回路を構成する複数のブロックの直流電圧源の負荷がほぼ一定となるように、電源電圧制御手段からのスイッチ制御信号の出力先を変換して出力するようにしており、電源回路の電力変換効率を一層向上させることができるものである。   The power supply circuit according to the embodiment of the present invention further includes a switch control signal converter in the power supply circuit, so that the loads of the DC voltage sources of a plurality of blocks constituting the power supply voltage generation circuit are substantially constant. In this way, the output destination of the switch control signal from the power supply voltage control means is converted and output, and the power conversion efficiency of the power supply circuit can be further improved.

[第1の実施の形態:図1]
本発明の第1の実施の形態に係る電源回路は、図10に示した従来の電源回路と同様に、プッシュプル増幅器とDC/DCコンバータとを備えている。
本発明の第1の実施の形態に係る電源回路について図1を用いて説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態に係る電源回路に用いられるプッシュプル増幅器の構成図である。
図1に示すように、本発明の第1の実施の形態に係る電源回路(第1の電源回路)に用いられるプッシュプル増幅器(第1のプッシュプル増幅器)は、図10に示した従来のプッシュプル増幅器と同様の部分として、入力端子1と、出力端子13と、オペアンプ103と、バイアス回路を構成する抵抗器104と、ダイオード105と、ダイオード106と、抵抗器107と、プッシュプル回路を構成するNPNトランジスタ108と、PNPトランジスタ109と、直流電圧源110と、直流電圧源111とを備えている。
[First Embodiment: FIG. 1]
The power supply circuit according to the first embodiment of the present invention includes a push-pull amplifier and a DC / DC converter, similarly to the conventional power supply circuit shown in FIG.
A power supply circuit according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a configuration diagram of a push-pull amplifier used in the power supply circuit according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the push-pull amplifier (first push-pull amplifier) used in the power supply circuit (first power supply circuit) according to the first embodiment of the present invention is the same as the conventional push-pull amplifier shown in FIG. As a portion similar to the push-pull amplifier, an input terminal 1, an output terminal 13, an operational amplifier 103, a resistor 104 constituting a bias circuit, a diode 105, a diode 106, a resistor 107, and a push-pull circuit are provided. An NPN transistor 108, a PNP transistor 109, a DC voltage source 110, and a DC voltage source 111 are provided.

そして、第1のプッシュプル増幅器の特徴部分として、スイッチ制御部138と、NPNトランジスタ108のコレクタに接続する直流電圧源136及び複数の回路ブロックB1〜B4と、PNPトランジスタ109のコレクタに接続する直流電圧源137及び複数の回路ブロックB5〜B8とを備えている。
直流電圧源136、137の電圧をV0とする。
As a characteristic part of the first push-pull amplifier, the switch control unit 138, the DC voltage source 136 connected to the collector of the NPN transistor 108 and the plurality of circuit blocks B1 to B4, and the DC connected to the collector of the PNP transistor 109 are used. A voltage source 137 and a plurality of circuit blocks B5 to B8 are provided.
The voltages of the DC voltage sources 136 and 137 are set to V0.

[回路ブロックB1〜B4]
NPNトランジスタ108側の回路ブロックB1〜B4の構成について説明する。
回路ブロックB1〜B4は、それぞれ、直流電圧源(112〜115)と、スイッチ(120〜123)と、ダイオード(128〜131)とを備え、各ブロックにおいて、ダイオードのアノードには直流電圧源の−側(負側)が接続され、カソードにはスイッチを介して直流電圧源の+側(正側)が接続されている。
[Circuit Blocks B1 to B4]
The configuration of the circuit blocks B1 to B4 on the NPN transistor 108 side will be described.
Each of the circuit blocks B1 to B4 includes a DC voltage source (112 to 115), a switch (120 to 123), and a diode (128 to 131). In each block, the anode of the DC voltage source is connected to the anode of the diode. The negative side is connected to the negative side, and the positive side of the DC voltage source is connected to the cathode via a switch.

更に、回路ブロックB1のダイオード128のアノードは接地され、カソードは回路ブロックB2のダイオード129のアノードに接続されている。以下同様にして、回路ブロックB3,B4のダイオード130,131が直列に接続されて、回路ブロックB4のカソードは、直列電圧源136の−側(負側)に接続されている。
直列に接続された回路ブロックB1〜B4から成る回路を第1の電源電圧生成回路とする。
Furthermore, the anode of the diode 128 of the circuit block B1 is grounded, and the cathode is connected to the anode of the diode 129 of the circuit block B2. Similarly, the diodes 130 and 131 of the circuit blocks B3 and B4 are connected in series, and the cathode of the circuit block B4 is connected to the negative side of the series voltage source 136.
A circuit composed of circuit blocks B1 to B4 connected in series is referred to as a first power supply voltage generation circuit.

そして、スイッチ120〜123は、後述するスイッチ制御部138からのスイッチ制御信号C1〜C4によってオン/オフが制御され、スイッチがオンとなった回路ブロックの直流電圧源の電圧と直流電圧源136の電圧が加算されて、基準電圧に対して正の電圧がNPNトランジスタ108のコレクタ端子に印加されるようになっている。
つまり、スイッチで選択された直流電圧源と直流電圧源136が直列接続となる。
尚、回路ブロックB1〜B4の直流電圧源112,113,114,115の電圧を、V1,V2,V3,V4とする。
The switches 120 to 123 are controlled to be turned on / off by switch control signals C1 to C4 from a switch control unit 138, which will be described later, and the voltage of the DC voltage source of the circuit block in which the switch is turned on and the DC voltage source 136 are switched. The voltages are added, and a positive voltage with respect to the reference voltage is applied to the collector terminal of the NPN transistor 108.
That is, the DC voltage source selected by the switch and the DC voltage source 136 are connected in series.
The voltages of the DC voltage sources 112, 113, 114, and 115 of the circuit blocks B1 to B4 are V1, V2, V3, and V4.

[回路ブロックB5〜B8]
同様に、PNPトランジスタ109側の回路ブロックB5〜B8は、それぞれ、直流電圧源(116〜119)と、スイッチ(124〜127)と、ダイオード(132〜135)とを備え、各ブロックにおいて、ダイオードのアノードには直流電圧源の−側が接続され、カソードにはスイッチを介して直流電圧源のプラス側が接続されている。
[Circuit blocks B5 to B8]
Similarly, each of the circuit blocks B5 to B8 on the PNP transistor 109 side includes a DC voltage source (116 to 119), a switch (124 to 127), and a diode (132 to 135). The negative side of the DC voltage source is connected to the anode, and the positive side of the DC voltage source is connected to the cathode via a switch.

また、回路ブロックB5のダイオード132のカソードは接地され、アノードは回路ブロックB6のダイオード133のカソードに接続されている。以下同様にして、回路ブロックB7,B8のダイオード134,135が直列に接続されて、回路ブロックB8のアノードは、直列電圧源137の+側に接続されている。
直列に接続された回路ブロックB5〜B8から成る回路を第2の電源電圧生成回路とする。
第1の電源電圧生成回路及び第2の電源電圧生成回路は、請求項に記載した可変電源部に相当する。
The cathode of the diode 132 of the circuit block B5 is grounded, and the anode is connected to the cathode of the diode 133 of the circuit block B6. Similarly, the diodes 134 and 135 of the circuit blocks B7 and B8 are connected in series, and the anode of the circuit block B8 is connected to the + side of the series voltage source 137.
A circuit composed of the circuit blocks B5 to B8 connected in series is defined as a second power supply voltage generation circuit.
The first power supply voltage generation circuit and the second power supply voltage generation circuit correspond to the variable power supply unit recited in the claims.

そして、スイッチ124〜127は、後述するスイッチ制御部138からのスイッチ制御信号C5〜C8によってオン/オフが制御され、スイッチがオンとなった回路ブロックの直流電圧源の電圧と直流電圧源137の電圧が加算されて、基準電圧に対して負の電圧がNPNトランジスタ108のコレクタ端子に印加されるようになっている。
つまり、スイッチで選択された直流電圧源と直流電圧源137が直列接続となる。
尚、回路ブロックB5〜B8の直流電圧源116,117,118,119の電圧を、V1,V2,V3,V4とする。
スイッチ制御信号C1〜C4、C5〜C8は、請求項に記載した選択信号に相当する。
The switches 124 to 127 are controlled to be turned on / off by switch control signals C5 to C8 from a switch control unit 138, which will be described later, and the voltage of the DC voltage source of the circuit block in which the switch is turned on and the DC voltage source 137 The voltages are added, and a negative voltage with respect to the reference voltage is applied to the collector terminal of the NPN transistor 108.
That is, the DC voltage source selected by the switch and the DC voltage source 137 are connected in series.
The voltages of the DC voltage sources 116, 117, 118, and 119 of the circuit blocks B5 to B8 are V1, V2, V3, and V4.
The switch control signals C1 to C4 and C5 to C8 correspond to selection signals recited in the claims.

[スイッチ制御部138]
次に、第1のプッシュプル増幅器の特徴部分であるスイッチ制御部138について説明する。
スイッチ制御部138は、入力端子8から入力される信号(包絡線信号)に基づいて、NPNトランジスタ108のコレクタ端子に印加される電圧を適切な値とするよう、回路ブロックB1〜B4のスイッチ120,121,122,123のオン/オフを制御するスイッチ制御信号C1,C2,C3,C4を出力する。
[Switch control unit 138]
Next, the switch control unit 138 that is a characteristic part of the first push-pull amplifier will be described.
Based on the signal (envelope signal) input from the input terminal 8, the switch control unit 138 sets the voltage applied to the collector terminal of the NPN transistor 108 to an appropriate value, and switches 120 of the circuit blocks B1 to B4. , 121, 122, 123 switch control signals C1, C2, C3, C4 for controlling on / off.

同様に、スイッチ制御部138は、包絡線信号に基づいて、PNPトランジスタ109のコレクタ端子に印加される電圧を適切な値とするよう、回路ブロックB5〜B8のスイッチ124,125,126,127のオン/オフを制御するスイッチ制御信号C5,C6,C7,C8を出力する。   Similarly, the switch control unit 138 sets the voltage applied to the collector terminal of the PNP transistor 109 to an appropriate value based on the envelope signal, so that the switches 124, 125, 126, and 127 of the circuit blocks B5 to B8. Switch control signals C5, C6, C7 and C8 for controlling on / off are output.

具体的には、スイッチ制御部138は、8種類のスイッチ制御信号のそれぞれを、ハイレベル(Hレベル、オン)又はローレベル(Lレベル、オフ)として出力する制御信号生成回路を備えており、入力された包絡線信号に基づいて、Hレベル又はLレベルの各スイッチ制御信号を出力する。
スイッチ制御部138の各制御信号生成回路は、例えばコンパレータ回路によって構成される。
Specifically, the switch control unit 138 includes a control signal generation circuit that outputs each of the eight types of switch control signals as a high level (H level, on) or a low level (L level, off). Based on the input envelope signal, each switch control signal of H level or L level is output.
Each control signal generation circuit of the switch control unit 138 is configured by a comparator circuit, for example.

これにより、第1のプッシュプル増幅器では、入力信号の電力レベルに応じたコレクタ電圧をNPNトランジスタ108及びPNPトランジスタ109に印加することができ、プッシュプル増幅器の電力変換効率を向上させ、電源回路全体の効率を向上させることができるものである。   As a result, in the first push-pull amplifier, a collector voltage corresponding to the power level of the input signal can be applied to the NPN transistor 108 and the PNP transistor 109, improving the power conversion efficiency of the push-pull amplifier and the entire power supply circuit. It is possible to improve the efficiency.

[第1のプッシュプル増幅器の動作:図1]
まず、回路ブロックB1〜B4,B5〜B8の動作について簡単に説明する。
各回路ブロックB1〜B4、B5〜B8では、ダイオードのアノード端子は直流電圧源の負側に、カソード端子は直流電圧源の正側に接続されている。このような回路ブロックB1〜B4、B5〜B8を直列に接続し、各スイッチのオン/オフを制御することにより、電圧を加算してNPNトランジスタ108、PNPトランジスタ109のコレクタ端子に印加することが可能となる。
[Operation of First Push-Pull Amplifier: FIG. 1]
First, the operation of the circuit blocks B1 to B4 and B5 to B8 will be briefly described.
In each of the circuit blocks B1 to B4 and B5 to B8, the anode terminal of the diode is connected to the negative side of the DC voltage source, and the cathode terminal is connected to the positive side of the DC voltage source. By connecting such circuit blocks B1 to B4 and B5 to B8 in series and controlling on / off of each switch, the voltages can be added and applied to the collector terminals of the NPN transistor 108 and the PNP transistor 109. It becomes possible.

スイッチがONの場合には、当該回路ブロックの直流電圧源の電圧が加算され、電流は直流電圧源を流れ、回路が動作する。このとき、ダイオードには順方向の逆電圧があるため電流は流れない。
また、スイッチがオフの場合には、当該回路ブロックの直流電圧源の回路が開放になっているため、電圧は加算されないが、電流はダイオードを流れ、回路は動作する。
When the switch is ON, the voltage of the DC voltage source of the circuit block is added, the current flows through the DC voltage source, and the circuit operates. At this time, no current flows because the diode has a reverse voltage in the forward direction.
When the switch is off, the circuit of the DC voltage source of the circuit block is open, so that no voltage is added, but current flows through the diode and the circuit operates.

そして、第1のプッシュプル増幅器では、スイッチ制御部138が、入力端子8から入力される包絡線信号に応じて、スイッチ制御信号C1〜C8をHレベル又はLレベルに切り替えて出力し、対応する回路ブロックのスイッチのオン/オフを制御する。
これにより、入力電力レベルに応じて、基準電圧に対して正のコレクタ電圧をNPNトランジスタ108に印加し、基準電圧に対して負のコレクタ電圧をPNPトランジスタ109に印加するものである。
In the first push-pull amplifier, the switch control unit 138 switches the switch control signals C1 to C8 to the H level or the L level according to the envelope signal input from the input terminal 8 and outputs the corresponding signal. Controls on / off of the switch of the circuit block.
Thus, a collector voltage that is positive with respect to the reference voltage is applied to the NPN transistor 108 and a collector voltage that is negative with respect to the reference voltage is applied to the PNP transistor 109 according to the input power level.

[スイッチ制御信号とトランジスタのコレクタ電圧:図2]
次に、第1のプッシュプル増幅器におけるスイッチ制御信号とトランジスタのコレクタ電圧の関係について図2を用いて説明する。図2は、第1のプッシュプル増幅器におけるスイッチ制御信号の一例と、それに伴うトランジスタのコレクタ電圧及び出力波形を示す説明図である。
図2の(a)には、スイッチ制御信号C1〜C8の例を示しており、スイッチ制御信号C1〜C8のそれぞれについて、各制御信号がスイッチをオンにする状態(Hレベル)であるか、或いはスイッチをオフにする状態(Lレベル)であるかを表している。
[Switch control signal and collector voltage of transistor: Fig. 2]
Next, the relationship between the switch control signal and the transistor collector voltage in the first push-pull amplifier will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of the switch control signal in the first push-pull amplifier, and the accompanying collector voltage and output waveform of the transistor.
FIG. 2A shows an example of the switch control signals C1 to C8. For each of the switch control signals C1 to C8, whether each control signal is in a state of turning on the switch (H level), Alternatively, it indicates whether the switch is turned off (L level).

図2(a)の例では、スイッチ制御信号C1は、時間T1まではLレベルであり、時間T1〜T8の期間はHレベルであり、時間T8以降は再びLレベルとなっている。
また、スイッチ制御信号C8は、時間T12まではLレベルであり、時間T12〜T13の期間はHレベルであり、時間T13以降はLレベルとなっている。
In the example of FIG. 2A, the switch control signal C1 is at the L level until the time T1, is at the H level during the time T1 to T8, and is at the L level again after the time T8.
The switch control signal C8 is at the L level until the time T12, is at the H level during the time T12 to T13, and is at the L level after the time T13.

図2(b)では、(a)のスイッチ制御信号C1〜C8が与えられた場合のNPNトランジスタ108のコレクタ電圧(ノードA電圧)と、PNPトランジスタ109のコレクタ電圧(ノードB電圧)と、出力電圧波形とを示している。尚、基準電圧としては、例えばゼロ(0)が用いられる。   In FIG. 2B, the collector voltage (node A voltage) of the NPN transistor 108, the collector voltage (node B voltage) of the PNP transistor 109, and the output when the switch control signals C1 to C8 of FIG. The voltage waveform is shown. For example, zero (0) is used as the reference voltage.

上述したように、第1のプッシュプル増幅器では、スイッチ制御信号C1〜C8がHレベルである場合に、対応するスイッチ120〜127がオンとなる。
図2において、まず、ノードA電圧に着目して説明する。
時間が0からT1までの間は、スイッチ制御信号C1〜C4が全てLレベルであるため、スイッチ120〜123は全てオフである。
従って、電流は、直流電圧源112〜115には流れずダイオード128〜131を流れ、ノードAには直流電圧源136の電圧V0が印加される。
尚、本実施の形態では、ダイオード128〜135の順方向電圧はゼロとして説明する。
As described above, in the first push-pull amplifier, when the switch control signals C1 to C8 are at the H level, the corresponding switches 120 to 127 are turned on.
In FIG. 2, first, the description will be given focusing on the node A voltage.
Since the switch control signals C1 to C4 are all at L level during the time from 0 to T1, all the switches 120 to 123 are off.
Therefore, the current does not flow through the DC voltage sources 112 to 115 but flows through the diodes 128 to 131, and the voltage V 0 of the DC voltage source 136 is applied to the node A.
In this embodiment, the forward voltage of the diodes 128 to 135 is assumed to be zero.

続いて、時間T1からT2までの間は、スイッチ制御信号C1のみがHレベルで、その他のスイッチ制御信号C2〜C4はLレベルであるので、スイッチ120のみがオンとなる。
スイッチ120に対応する直流電圧源112と直流電圧源136は直列に接続されているので、ノードAの電圧は、V0+V1となる。
つまり、つまりスイッチがオンになる回路ブロックの直流電圧源の電圧が、直流電圧源136の電圧V0に加算され、当該加算された電圧がノードAに印加されることになる。
Subsequently, only the switch control signal C1 is at the H level and the other switch control signals C2 to C4 are at the L level during the period from the time T1 to the time T2, so that only the switch 120 is turned on.
Since the DC voltage source 112 and the DC voltage source 136 corresponding to the switch 120 are connected in series, the voltage at the node A is V0 + V1.
That is, the voltage of the DC voltage source of the circuit block in which the switch is turned on is added to the voltage V0 of the DC voltage source 136, and the added voltage is applied to the node A.

以下同様にして、時間T2,T3,T4で、スイッチ制御信号C2,C3,C4がそれぞれHレベルとなれば、それに応じてスイッチ121,122,123がオンとなり、ノードAの電圧には、更に電圧V2,V3,V4が加算される。   Similarly, when the switch control signals C2, C3, and C4 become H level at times T2, T3, and T4, respectively, the switches 121, 122, and 123 are turned on accordingly. Voltages V2, V3, and V4 are added.

更に、時間T5,T6,T7,T8で、スイッチ制御信号C4,C3,C2,C1がLレベルとなり、スイッチ123,122,121,120がオフになると、ノードAの電圧は、図2に示すように電圧V4,V3,V2,V1が減算される。   Further, at time T5, T6, T7, T8, when the switch control signals C4, C3, C2, C1 become L level and the switches 123, 122, 121, 120 are turned off, the voltage at the node A is as shown in FIG. Thus, the voltages V4, V3, V2, and V1 are subtracted.

ノードBの電圧についても、ノードAと同様に、スイッチ制御信号C5〜C8で制御されるスイッチ124〜127がオン又はオフに切り替えられることで図2に示すように変化する。時間T9〜T16の期間に変化するノードBの電圧は、時間T1〜T8におけるノードAの電圧に対して正負が逆になっている。   Similarly to the node A, the voltage at the node B changes as shown in FIG. 2 when the switches 124 to 127 controlled by the switch control signals C5 to C8 are turned on or off. The voltage of the node B that changes during the period of time T9 to T16 is opposite to the voltage of the node A during the time T1 to T8.

[スイッチ制御部138の動作:図1、図2]
次に、スイッチ制御部138の動作について図1及び図2を用いて説明する。
上述したように、スイッチ制御部138は、入力信号から検出された包絡線信号に基づいて、スイッチ制御信号C1〜C8をHレベル又はLレベルとして出力する。
その結果、ノードAの電圧を制御するためのスイッチ120〜123を制御するスイッチ制御信号C1〜C4は、出力波形が正のときに変化する。
[Operation of Switch Control Unit 138: FIGS. 1 and 2]
Next, the operation of the switch control unit 138 will be described with reference to FIGS.
As described above, the switch control unit 138 outputs the switch control signals C1 to C8 as the H level or the L level based on the envelope signal detected from the input signal.
As a result, the switch control signals C1 to C4 for controlling the switches 120 to 123 for controlling the voltage at the node A change when the output waveform is positive.

スイッチ制御部138は、入力される包絡線信号に基づいて、スイッチ制御信号C1を、出力波形の電圧がV0よりも大きいときにHレベルとする。
また、スイッチ制御部138は、スイッチ制御信号C2を出力波形の電圧がV0+V1よりも大きいときにHレベルとし、スイッチ制御信号C3を出力波形の電圧がV0+V1+V2よりも大きいときにHレベルとし、スイッチ制御信号C4を出力波形の電圧がV0+V1+V2+V3よりも大きいときにHレベルとする。
その他の条件では、スイッチ制御部138は、スイッチ制御信号C1〜C4をLレベルとする。
The switch control unit 138 sets the switch control signal C1 to the H level when the voltage of the output waveform is higher than V0 based on the input envelope signal.
The switch control unit 138 sets the switch control signal C2 to H level when the voltage of the output waveform is larger than V0 + V1, and sets the switch control signal C3 to H level when the voltage of the output waveform is larger than V0 + V1 + V2. The signal C4 is set to H level when the voltage of the output waveform is higher than V0 + V1 + V2 + V3.
Under other conditions, the switch control unit 138 sets the switch control signals C1 to C4 to the L level.

同様に、ノードBの電圧を制御するためのスイッチ124〜127を制御するスイッチ制御信号C5〜C8は、出力波形が負のときに変化する。
スイッチ制御部138は、入力される包絡線信号に基づいて、スイッチ制御信号C5を、出力波形の電圧が−V0よりも小さいときにHレベルとし、スイッチ制御信号C6を出力波形の電圧が−V0−V1よりも小さいときにHレベルとし、スイッチ制御信号C7を出力波形の電圧が−V0−V1−V2よりも小さいときにHレベルとし、スイッチ制御信号C8を出力波形の電圧が−V0−V1−V2−V3よりも小さいときにHレベルとする。
その他の条件では、スイッチ制御部138は、スイッチ制御信号C5〜C8をLレベルとする。
Similarly, switch control signals C5 to C8 for controlling switches 124 to 127 for controlling the voltage at node B change when the output waveform is negative.
Based on the input envelope signal, the switch control unit 138 sets the switch control signal C5 to the H level when the voltage of the output waveform is smaller than −V0, and the switch control signal C6 has the voltage of the output waveform of −V0. When the voltage is lower than −V1, the switch control signal C7 is set to H level when the output waveform voltage is lower than −V0−V1−V2, and the switch control signal C8 is set to the output waveform voltage −V0−V1. Set to H level when smaller than -V2-V3.
Under other conditions, the switch control unit 138 sets the switch control signals C5 to C8 to the L level.

スイッチ制御部138は、このような条件でスイッチ制御信号C1〜C8が動作するよう構成され、コンパレータ回路を用いて容易に実現できる。このコンパレータ回路にはヒステリシス特性を持たせてもよい。   The switch control unit 138 is configured such that the switch control signals C1 to C8 operate under such conditions, and can be easily realized using a comparator circuit. This comparator circuit may have hysteresis characteristics.

図1に示したように、第1のプッシュプル増幅器では、スイッチ制御部138は、入力端子8から入力される包絡線信号からスイッチ制御信号C1〜C8を生成するため、入力レベルに対する出力レベルの利得を考慮して設計されている。   As shown in FIG. 1, in the first push-pull amplifier, the switch control unit 138 generates the switch control signals C1 to C8 from the envelope signal input from the input terminal 8, and therefore the output level relative to the input level. Designed for gain.

また、各電圧V0,V1,V2,V3,V4は同じ電圧値でもよいし、それぞれ異なる電圧値であってもよい。
更に、ここではノードAの電圧及びノードBの電圧はそれぞれ5段階に変化するように構成されているが、何段であっても構わない。
更にまた、第1のプッシュプル増幅器では、出力波形と、V0,V1,V2,V3,V4を組み合わせて加算または減算したしきい値とを比較して各スイッチ制御信号のレベル(H又はL)を決めているが、必ずしもそのようにする必要はない。
Further, the voltages V0, V1, V2, V3, and V4 may have the same voltage value or different voltage values.
Furthermore, although the voltage of the node A and the voltage of the node B are each configured to change in five stages here, any number of stages may be used.
Furthermore, in the first push-pull amplifier, the level (H or L) of each switch control signal is compared by comparing the output waveform with the threshold value obtained by adding or subtracting V0, V1, V2, V3, and V4. It is not necessary to do so.

[第1のプッシュプル増幅器の効率:図3]
次に、第1のプッシュプル増幅器の効率について図3を用いて説明する。図3は、第1のプッシュプル増幅器の電力変換効率特性を示す説明図である。
上述したように、第1のプッシュプル増幅器では、NPNトランジスタ108コレクタ端子(ノードA電圧)及びPNPトランジスタ109のコレクタ端子(ノードB)電圧は、出力波形に応じて変化する。
[Efficiency of first push-pull amplifier: FIG. 3]
Next, the efficiency of the first push-pull amplifier will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram showing power conversion efficiency characteristics of the first push-pull amplifier.
As described above, in the first push-pull amplifier, the NPN transistor 108 collector terminal (node A voltage) and the collector terminal (node B) voltage of the PNP transistor 109 change according to the output waveform.

つまり、出力波形が小さいときはコレクタ端子電圧の絶対値も小さくなるようにノードA及びノードBの電圧を制御することにより、第1のプッシュプル増幅器は、常に飽和出力に近い状態で動作する。   In other words, when the output waveform is small, the first push-pull amplifier always operates in a state close to the saturation output by controlling the voltages of the node A and the node B so that the absolute value of the collector terminal voltage is also small.

そのため、図3に示すように、第1のプッシュプル増幅器の電力変換効率は、図12に示した従来方式と比較して向上する。特に、飽和出力よりも低い出力において、効率向上が顕著である。
例えば、OFDM信号に相当するバックオフ−8dBのときの電力変換効率は、図12の従来のプッシュプル増幅器では30%であったのが、第1のプッシュプル増幅器では55%に向上している。
Therefore, as shown in FIG. 3, the power conversion efficiency of the first push-pull amplifier is improved as compared with the conventional method shown in FIG. In particular, the efficiency improvement is significant at an output lower than the saturated output.
For example, the power conversion efficiency at the backoff of −8 dB corresponding to the OFDM signal is 30% in the conventional push-pull amplifier of FIG. 12, but is improved to 55% in the first push-pull amplifier. .

[直流電圧源回路の構成:図4]
次に、NPNトランジスタ108又はPNPトランジスタ109のコレクタ端子に直流電圧を供給する直流電圧源回路の構成について図4を用いて説明する。図4は、NPNトランジスタ108のコレクタ端子に直流電圧を供給する直流電圧源回路の構成例を示すブロック図である。尚、図1に示した直流112〜115に相当する部分は同一の符号を付してある。
また、ここでは、NPNトランジスタ108側の直流電圧源回路についてのみ説明するが、PNPトランジスタ109側の直流電圧源回路も同様の構成である。
[Configuration of DC voltage source circuit: FIG. 4]
Next, the configuration of a DC voltage source circuit that supplies a DC voltage to the collector terminal of the NPN transistor 108 or PNP transistor 109 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example of a DC voltage source circuit that supplies a DC voltage to the collector terminal of the NPN transistor 108. Note that portions corresponding to the direct currents 112 to 115 shown in FIG.
Although only the DC voltage source circuit on the NPN transistor 108 side will be described here, the DC voltage source circuit on the PNP transistor 109 side has the same configuration.

図1に示したように、直流電圧源112〜115と直流電圧源136、直流電圧源119〜123と直流電圧源137は、スイッチ120〜123、スイッチ124〜127がオンになった場合に直列接続になるため、絶縁型電源にする必要がある。   As shown in FIG. 1, the DC voltage sources 112 to 115 and the DC voltage source 136, and the DC voltage sources 119 to 123 and the DC voltage source 137 are connected in series when the switches 120 to 123 and the switches 124 to 127 are turned on. Since it is connected, it is necessary to use an insulated power supply.

図4に示すように、第1のプッシュプル増幅器の直流電圧源回路は、電源を供給する入力端子201と、入力端子201から供給された電源電圧を平滑化する平滑回路202と、スイッチ回路203と、入力と複数の出力を絶縁するためのトランス204と、出力電圧の整流と平滑を行う整流平滑回路205〜208と、目標とする出力電圧との誤差を検出する誤差増幅器209と、誤差情報を制御回路に渡す際に絶縁するためのフォトカプラ210と、誤差情報を最小にすることで目標の出力電圧に制御するための制御回路211と、スイッチ回路203を駆動するためのドライバ回路212を備えている。   As shown in FIG. 4, the DC voltage source circuit of the first push-pull amplifier includes an input terminal 201 that supplies power, a smoothing circuit 202 that smoothes the power supply voltage supplied from the input terminal 201, and a switch circuit 203. A transformer 204 for insulating the input from the plurality of outputs, rectifying / smoothing circuits 205 to 208 for rectifying and smoothing the output voltage, an error amplifier 209 for detecting an error between the target output voltage, and error information A photocoupler 210 that insulates when passing to the control circuit, a control circuit 211 for controlling the target output voltage by minimizing error information, and a driver circuit 212 for driving the switch circuit 203 I have.

上記構成の直流電圧源回路の動作について説明する。
入力端子201から電圧Vinが入力されると、平滑回路202により平滑化され、スイッチ回路203を介してトランス204の入力側に入力される。
トランス204の出力側には、各直流電圧源112〜115の電圧値に応じた巻き数のコイルが設けられ、巻き数に応じて変換された電圧が整流平滑回路205〜208を介して、それぞれ直流電圧源112〜115の出力電圧となる。
The operation of the DC voltage source circuit having the above configuration will be described.
When the voltage Vin is input from the input terminal 201, the voltage Vin is smoothed by the smoothing circuit 202 and input to the input side of the transformer 204 via the switch circuit 203.
On the output side of the transformer 204, a coil having a number of turns corresponding to the voltage value of each of the DC voltage sources 112 to 115 is provided, and the voltage converted according to the number of turns is passed through the rectifying and smoothing circuits 205 to 208, respectively. It becomes the output voltage of the DC voltage sources 112-115.

直流電圧源112〜115の電圧は、V1〜V4であり、直流電圧源115が目標電圧V4になるように制御する。
具体的には、直流電圧源115を監視し、誤差増幅器209で検出した直流電圧源115の電圧と目標電圧との差分である誤差信号をフォトカプラ210を介して制御回路211に入力し、制御回路211が、誤差信号が小さくなるようスイッチ回路203をオン/オフする信号のデューティー比を変えることにより、目標電圧V4とするよう制御する。
The voltages of the DC voltage sources 112 to 115 are V1 to V4, and control is performed so that the DC voltage source 115 becomes the target voltage V4.
Specifically, the DC voltage source 115 is monitored, and an error signal, which is a difference between the voltage of the DC voltage source 115 detected by the error amplifier 209 and the target voltage, is input to the control circuit 211 via the photocoupler 210, and control is performed. The circuit 211 controls the target voltage V4 by changing the duty ratio of the signal for turning on / off the switch circuit 203 so that the error signal becomes small.

直流電圧源112,113,114については監視を行わないが、直流電圧源115の電圧がV4になった場合に直流電圧源112,113,114の電圧がV1,V2,V3となるようにトランス204の巻き数を設計しておけばよい。   The DC voltage sources 112, 113, and 114 are not monitored, but when the voltage of the DC voltage source 115 becomes V4, the transformer is set so that the voltages of the DC voltage sources 112, 113, and 114 become V1, V2, and V3. The number of windings of 204 may be designed.

[第1の実施の形態の効果]
本発明の第1の実施の形態に係る電源回路によれば、プッシュプル増幅器に、スイッチと直流電圧源が直列に接続され、更にそれらに並列にダイオードが接続された回路部を1つの回路ブロックとして、複数の回路ブロックB1〜B4が直列に接続された第1の電源電圧生成回路と、複数の回路ブロックB5〜B8が直列に接続された第2の電源電圧生成回路とを備え、第1の電源電圧生成回路が、NPNトランジスタ108のコレクタ端子に接続され、第2の電源電圧生成回路が、PNPトランジスタ109のコレクタ端子に接続され、スイッチ制御部が、包絡線検波器3からの入力信号の包絡線信号に応じて、複数の回路ブロックB1〜B8のスイッチ120〜127のオン/オフを制御するスイッチ制御信号C1〜C8を出力するようにしているので、NPNトランジスタ108及びPNPトランジスタ109のコレクタ電圧を入力信号レベルに応じて、出力信号レベルに追従するよう制御して、常に飽和に近い動作を可能とし、プッシュプル増幅器の出力レベルが低い場合の電力変換効率を改善し、電源回路全体の電力変換効率を向上させることができる効果がある。
[Effect of the first embodiment]
According to the power supply circuit of the first embodiment of the present invention, a circuit unit in which a switch and a DC voltage source are connected in series to a push-pull amplifier, and a diode is connected in parallel to the switch is provided as one circuit block. A first power supply voltage generation circuit in which a plurality of circuit blocks B1 to B4 are connected in series, and a second power supply voltage generation circuit in which a plurality of circuit blocks B5 to B8 are connected in series. Is connected to the collector terminal of the NPN transistor 108, the second power supply voltage generating circuit is connected to the collector terminal of the PNP transistor 109, and the switch control unit receives an input signal from the envelope detector 3. The switch control signals C1 to C8 for controlling on / off of the switches 120 to 127 of the plurality of circuit blocks B1 to B8 are output according to the envelope signal of Therefore, the collector voltages of the NPN transistor 108 and the PNP transistor 109 are controlled so as to follow the output signal level according to the input signal level, and an operation close to saturation is always possible, and the output level of the push-pull amplifier is When the power conversion efficiency is low, the power conversion efficiency can be improved and the power conversion efficiency of the entire power supply circuit can be improved.

更に、第1の電源回路を、例えばEER方式の増幅器に用いることにより、増幅器全体の効率を向上させ、消費電力を低減でき、放熱フィンを小さくして、小型化・軽量化を図ることができる効果がある。   Furthermore, by using the first power supply circuit in, for example, an EER amplifier, the efficiency of the entire amplifier can be improved, power consumption can be reduced, and the radiating fins can be made smaller, so that the size and weight can be reduced. effective.

尚、上述した例では、直流電圧源136,137は、常時ノードA,ノードBに印加されるよう構成されているが、スイッチ及びダイオードを追加して回路ブロックとし、他の直流電圧源と同様にオン/オフを切り替えられるようにしてもよい。   In the above example, the DC voltage sources 136 and 137 are configured to be constantly applied to the nodes A and B. However, a switch and a diode are added to form a circuit block, which is the same as other DC voltage sources. May be switched on / off.

[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。
[各直流電圧源の負荷]
ここで、図1に示した直流電圧源112〜115のそれぞれの負荷について考える。
図1において、スイッチ120〜123がオンのときに、各直流電圧源112〜115から電力を供給する。スイッチ120〜123がオンになる確率は、図10に示した電源回路の入力端子8に入力される信号、つまり図9の包絡線検波器3で検波される振幅の度数分布による。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
[Load of each DC voltage source]
Here, consider each load of the DC voltage sources 112 to 115 shown in FIG.
In FIG. 1, when the switches 120 to 123 are on, power is supplied from the DC voltage sources 112 to 115. The probability that the switches 120 to 123 are turned on depends on the frequency distribution of the amplitude detected by the signal input to the input terminal 8 of the power supply circuit shown in FIG. 10, that is, the envelope detector 3 shown in FIG.

W−CDMAやOFDM信号の確率密度関数は、レイリー分布に近いことが知られているが、これは、スイッチ120〜123がオンする確率に違いがあることを意味する。
つまり、直流電圧源112〜115の負荷に差があることになる。
The probability density function of W-CDMA and OFDM signals is known to be close to the Rayleigh distribution, which means that there is a difference in the probability that the switches 120 to 123 are turned on.
That is, there is a difference in the loads of the DC voltage sources 112 to 115.

[直流電圧源の負荷効率特性:図5]
次に、直流電圧源の負荷効率特性について図5を用いて説明する。図5は、直流電圧源の負荷効率特性の例を示す説明図である。
図5では、横軸に負荷率(%)を、縦軸に効率(%)を示している。
直流電圧源において、負荷が変わっても効率は変化せず一定であるのが理想的であるが、現実には効率が最大になる負荷があり、それより低いあるいは高い負荷では効率が低下する。
[Load efficiency characteristics of DC voltage source: Fig. 5]
Next, load efficiency characteristics of the DC voltage source will be described with reference to FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating an example of load efficiency characteristics of a DC voltage source.
In FIG. 5, the horizontal axis represents the load factor (%), and the vertical axis represents the efficiency (%).
In a DC voltage source, it is ideal that the efficiency does not change even if the load changes, and is constant, but in reality, there is a load where the efficiency is maximum, and the efficiency is lowered at a load lower or higher.

図5の例では、a,b,c,dは、それぞれ、異なる直流電圧源(1)(2)(3)(4)の負荷率を示しており、このときの電力変換効率(効率)が、それぞれ、A,B,C,Dとなっている。
つまり、直流電圧源(3)は、負荷率cで効率Cという高い効率が得られており、当該直流電圧源(3)は適切な負荷となっているといえるが、直流電圧源(1)は、負荷率aで効率はかなり低いAとなっており、最適な負荷から外れていることになる。
このような特性の直流電圧源を異なる負荷で使うと効率の低下を招くことになる。
In the example of FIG. 5, a, b, c, and d indicate the load factors of different DC voltage sources (1), (2), (3), and (4), respectively, and the power conversion efficiency (efficiency) at this time Are A, B, C, and D, respectively.
In other words, the DC voltage source (3) has a high efficiency C with a load factor c, and it can be said that the DC voltage source (3) is an appropriate load, but the DC voltage source (1) Has a load factor a and the efficiency is A, which is out of the optimum load.
If the DC voltage source having such characteristics is used with different loads, the efficiency is lowered.

[第2の実施の形態の構成:図6]
そこで、本発明の第2の実施の形態に係る電源回路では、プッシュプル増幅器の複数の直流電圧減の負荷をなるべく一定となるように制御し、更に、当該負荷において最大の効率が得られるよう直流電圧源を設計したものである。
本発明の第2の実施の形態に係る電源回路は、第1の電源回路と同様に、プッシュプル増幅器とDC/DCコンバータとを備えている。
図6は、本発明の第2の実施の形態に係る電源回路に用いられるプッシュプル増幅器の構成図である。
図6に示すように、本発明の第2の実施の形態に係る電源回路(第2の電源回路)に用いられるプッシュプル増幅器(第2のプッシュプル増幅器)は、基本的な構成は、図1に示した第1のプッシュプル増幅器と同じであり、図1と同一の符号を付して説明する。
[Configuration of Second Embodiment: FIG. 6]
Therefore, in the power supply circuit according to the second embodiment of the present invention, the plurality of DC voltage reduction loads of the push-pull amplifier are controlled to be as constant as possible, and the maximum efficiency can be obtained at the load. A DC voltage source is designed.
Similar to the first power supply circuit, the power supply circuit according to the second embodiment of the present invention includes a push-pull amplifier and a DC / DC converter.
FIG. 6 is a configuration diagram of a push-pull amplifier used in the power supply circuit according to the second embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 6, the basic configuration of the push-pull amplifier (second push-pull amplifier) used in the power circuit (second power circuit) according to the second embodiment of the present invention is as shown in FIG. 1 is the same as the first push-pull amplifier shown in FIG.

第2のプッシュプル増幅器は、第1のプッシュプル増幅器のスイッチ制御部138の出力段に、新たにスイッチ制御信号変換部139を備えている点が特徴となっている。
スイッチ制御信号変換部139は、スイッチ制御部138から出力されたスイッチ制御信号C1〜C8を、固定的に特定のスイッチに出力するのではなく、各直流電圧源112〜119の負荷が一定となるように接続先のスイッチを変換して出力するものである。
第2のプッシュプル増幅器では、スイッチ112〜119における制御信号の入力端子を、CC1〜CC8としている。
スイッチ制御信号変換部139は、請求項に記載した電源選択先変換部に相当する。
The second push-pull amplifier is characterized in that a switch control signal converter 139 is newly provided at the output stage of the switch controller 138 of the first push-pull amplifier.
The switch control signal conversion unit 139 does not output the switch control signals C1 to C8 output from the switch control unit 138 to a specific switch, but the loads of the DC voltage sources 112 to 119 become constant. In this way, the switch at the connection destination is converted and output.
In the second push-pull amplifier, the control signal input terminals of the switches 112 to 119 are CC1 to CC8.
The switch control signal conversion unit 139 corresponds to the power source selection destination conversion unit recited in the claims.

スイッチ制御信号変換部139の構成及び動作について説明する前に、第2のプッシュプル増幅器のスイッチ制御信号変換部139における制御方法について簡単に説明する。
図2の例では、出力波形の電圧が上がるに従ってスイッチ制御信号C1,C2,C3,C4が順番にオン(Hレベル)になり、逆に電圧が下がるに従ってC4、C3,C2,C1の順でオフ(Lレベル)になる。この制御方法では、C1がオンになっている期間は長いが、C4がオンになっている期間は短い。よって、直流電圧源112の負荷は大きいが、直流電圧源115の負荷は小さくなり、負荷にばらつきが生じている。
Before describing the configuration and operation of the switch control signal converter 139, a control method in the switch control signal converter 139 of the second push-pull amplifier will be briefly described.
In the example of FIG. 2, the switch control signals C1, C2, C3, and C4 are turned on (H level) in order as the voltage of the output waveform increases, and conversely in the order of C4, C3, C2, and C1 as the voltage decreases. Turns off (L level). In this control method, the period in which C1 is on is long, but the period in which C4 is on is short. Therefore, although the load of the DC voltage source 112 is large, the load of the DC voltage source 115 is small, and the load varies.

ところで、第1及び第2のプッシュプル増幅器では、直列に接続された回路ブロックB1〜B4のスイッチ120〜123、又は回路ブロックB5〜B8のスイッチ124〜127の内の何個をオンにするかによってノードA及びノードBの電圧を制御することができ、必ずしも図2に示したように、スイッチ制御信号C1,C2,C3,C4の順で制御する必要はない。   By the way, in the first and second push-pull amplifiers, how many of the switches 120 to 123 of the circuit blocks B1 to B4 connected in series or the switches 124 to 127 of the circuit blocks B5 to B8 are turned on. Can control the voltages of the node A and the node B, and does not necessarily need to be controlled in the order of the switch control signals C1, C2, C3, and C4 as shown in FIG.

例えば、ノードAの電圧をV0+V1に設定する場合には、回路ブロックB1〜B4の直流電圧源112〜115のいずれか1つが直流電圧源136に接続されればよいので、スイッチ制御信号C1〜C4の何れか1つがオンであればよい。
そこで、第2のプッシュプル増幅器のスイッチ制御信号変換部139では、直流電圧源112〜115、116〜119の負荷、つまり各直流電圧源から供給される電力が一定になるようにスイッチ制御信号C1〜C8の接続先(出力先)を変換するようにしている。
For example, when the voltage of the node A is set to V0 + V1, any one of the DC voltage sources 112 to 115 of the circuit blocks B1 to B4 may be connected to the DC voltage source 136, so that the switch control signals C1 to C4 Any one of them may be on.
Therefore, in the switch control signal conversion unit 139 of the second push-pull amplifier, the switch control signal C1 is set so that the loads of the DC voltage sources 112 to 115 and 116 to 119, that is, the power supplied from the DC voltage sources are constant. The connection destination (output destination) of .about.C8 is converted.

[スイッチ制御信号変換部139の構成]
スイッチ制御信号変換部139の構成について説明する。
スイッチ制御信号変換部139は、主として、スイッチ回路と、スイッチ回路を制御する制御部とを備えている。
スイッチ回路は、スイッチ制御部138から出力されるスイッチ制御信号C1〜C4を、それぞれ、回路ブロックB1〜B4のスイッチ120〜123(CC1〜CC4)のいずれかに接続し、スイッチ制御信号C5〜C8を、それぞれ、回路ブロックB5〜B8のスイッチ124〜127(CC5〜C8)のいずれかに接続するものであり、制御部からの指示に従って接続する。
[Configuration of Switch Control Signal Conversion Unit 139]
The configuration of the switch control signal conversion unit 139 will be described.
The switch control signal conversion unit 139 mainly includes a switch circuit and a control unit that controls the switch circuit.
The switch circuit connects the switch control signals C1 to C4 output from the switch control unit 138 to any of the switches 120 to 123 (CC1 to CC4) of the circuit blocks B1 to B4, respectively, and the switch control signals C5 to C8. Are connected to any of the switches 124 to 127 (CC5 to C8) of the circuit blocks B5 to B8, respectively, and are connected in accordance with instructions from the control unit.

制御部は、マイコン等で構成され、設定された変換方法でスイッチ制御信号の接続先を変換して、スイッチ回路を切り替えて所定の回路ブロックのスイッチ120〜127に接続する。
また、制御部は、記憶部やタイマを備えている。
The control unit is configured by a microcomputer or the like, converts the connection destination of the switch control signal by a set conversion method, switches the switch circuit, and connects to the switches 120 to 127 of a predetermined circuit block.
The control unit includes a storage unit and a timer.

[スイッチ制御信号の接続状態:図7]
次に、スイッチ制御信号変換部139におけるスイッチ制御信号の接続状態について図7を用いて説明する。図7は、スイッチ制御信号変換部139におけるスイッチ制御信号の接続状態を示す説明図である。
図7(a)は、C1とCC1、C2とCC2、C3とCC3、C4とCC4とを接続した状態を示しており、これは、スイッチ制御信号変換部139がない場合と同様である。
(b)は、(a)の状態から1つずつ接続先をずらした状態、(c)は(b)から1つずつ接続先をずらした状態、(d)は(c)から1つずつ接続先をずらした状態を示している。
[Switch control signal connection state: FIG. 7]
Next, the connection state of the switch control signal in the switch control signal conversion unit 139 will be described with reference to FIG. FIG. 7 is an explanatory diagram showing a connection state of the switch control signal in the switch control signal conversion unit 139.
FIG. 7A shows a state in which C1 and CC1, C2 and CC2, C3 and CC3, and C4 and CC4 are connected. This is the same as the case where the switch control signal conversion unit 139 is not provided.
(B) is a state where the connection destinations are shifted one by one from the state of (a), (c) is a state where the connection destinations are shifted one by one from (b), and (d) is one by one from (c). The state where the connection destination is shifted is shown.

そして、スイッチ制御信号変換部139では、直流電圧源112〜115の負荷が一定になるように、(a)(b)(c)(d)の状態を、以下に示すような制御方法に従って選択して、スイッチ制御信号の接続先となるスイッチを変換する。
尚、ここでは、NPNトランジスタ108側についてのみ示すが、PNPトランジスタ109側も同様であり、直流電圧源116〜119の負荷が一定になるように、スイッチ制御信号C5〜C8と接続先CC5〜CC8の対応付けを適宜切り替えて接続する。
The switch control signal converter 139 selects the states (a), (b), (c), and (d) according to the control method as shown below so that the loads of the DC voltage sources 112 to 115 are constant. Then, the switch to which the switch control signal is connected is converted.
Although only the NPN transistor 108 side is shown here, the same applies to the PNP transistor 109 side, and the switch control signals C5 to C8 and the connection destinations CC5 to CC8 are set so that the loads of the DC voltage sources 116 to 119 are constant. Are switched by appropriately switching the association.

[スイッチ制御信号変換部139における制御方法]
次に、スイッチ制御信号変換部における制御例として、第1の制御方法〜第3の制御方法について説明する。
[第1の制御方法]
第1の制御方法は、制御部が一定時間を計時するタイマを備え、図6の(a)〜(d)の接続状態を切り替える順番を決めておき、ある接続状態に切り替えるとタイマを起動して、タイムアップすると、次の接続状態となるよう接続先を切り替えるものである。
[Control Method in Switch Control Signal Conversion Unit 139]
Next, a first control method to a third control method will be described as control examples in the switch control signal converter.
[First control method]
The first control method includes a timer for the control unit to measure a fixed time, determines the order of switching the connection states in FIGS. 6A to 6D, and starts the timer when switching to a certain connection state. When the time is up, the connection destination is switched so that the next connection state is established.

例えば、(a)→(b)→(c)→(d)の順で、各接続状態が一定時間となるよう制御する。最後の状態((d)の状態)の後は、また最初の状態((a)の状態)に戻る。
接続状態の順番は、任意に設定可能である。
このようにして、第1の制御方法が行われる。
For example, control is performed so that each connection state has a fixed time in the order of (a) → (b) → (c) → (d). After the last state (state (d)), the process returns to the first state (state (a)).
The order of connection states can be arbitrarily set.
In this way, the first control method is performed.

[第2の制御方法]
第2の制御方法は、第1の制御方法と同様にタイマを備えて、一定時間毎に接続常態を切り替えるが、予め接続状態の順番を設定しておくのではなく、切り替えのタイミングになる度に、(a)〜(d)の状態の中から無作為に選択した接続状態とするよう切り替えるものである。
すなわち、制御部は、(a)〜(d)の状態からランダムに1つを選択する選択手段を備え、最初の接続状態から一定時間が経過すると、選択手段が(a)〜(d)の中から無作為に1つの状態を選択し、当該状態とするようにスイッチ回路を切り替えるものである。
このようにして、第2の制御方法が行われる。
[Second control method]
The second control method includes a timer as in the first control method, and switches the connection normal state at regular intervals. However, instead of setting the order of the connection states in advance, it is time to switch. In addition, the connection state is switched to a connection state randomly selected from the states (a) to (d).
That is, the control unit includes a selection unit that randomly selects one from the states (a) to (d), and when the predetermined time elapses from the initial connection state, the selection unit is selected from (a) to (d). One state is randomly selected from the inside, and the switch circuit is switched so as to be in the state.
In this way, the second control method is performed.

[第3の制御方法]
第3の制御方法では、制御部に、スイッチ制御信号C1〜C4がどこに接続しているかを監視すると共に、一定時間毎に回路ブロック側の各スイッチ120(CC1)〜123(CC4)がオン状態となった時間を測定して記憶する監視部を備える。
監視部は、初期状態から各スイッチ制御信号の接続先と、CC1〜CC4のオンとなった時間を計測して記憶する。
[Third control method]
In the third control method, the control unit monitors where the switch control signals C1 to C4 are connected, and the switches 120 (CC1) to 123 (CC4) on the circuit block side are turned on at regular intervals. The monitoring part which measures and memorize | stores the time when it became is provided.
The monitoring unit measures and stores the connection destination of each switch control signal and the time when CC1 to CC4 are turned on from the initial state.

そして、タイマがタイムアップして切り替えのタイミングになると、制御部は、スイッチをオンの時間の長かった順に並べ換え、最もオン状態が長かったスイッチには、最もオン状態が短かったスイッチ制御信号を割り当て、2番目にオン状態が長かったスイッチには、2番目にオン状態が短かったスイッチ制御信号を割り当て、3番目にオン状態が長かったスイッチには、3番目にオン状態が短かったスイッチ制御信号を割り当て、最もオン状態が短かったスイッチには、最もオン状態が長かったスイッチ制御信号を割り当てる。
これにより、各直流電圧源がオンになる時間を平均化できるものである。
このようにして、第3の制御方法が行われる。
Then, when the timer expires and the switching timing is reached, the control unit rearranges the switches in the order of the long ON time, and assigns the switch control signal with the shortest ON state to the switch with the longest ON state. The switch with the second longest ON state is assigned to the switch with the second longest ON state, and the switch control signal with the third shortest ON state is assigned to the switch with the third long ON state. The switch control signal having the longest ON state is assigned to the switch having the shortest ON state.
Thereby, the time when each DC voltage source is turned on can be averaged.
In this way, the third control method is performed.

そして、第1〜第3の制御方法のいずれかによってスイッチ制御部138からのスイッチ制御信号C1〜C4の接続先を、スイッチ制御信号変換部139で切り替えることにより、直流電圧源112〜115の負荷の平均値をほぼ一定とすることができ、プッシュプル増幅器の電力変換効率を改善できるものである。
また、スイッチ制御信号C5〜C8の接続先を同様に切り替えることにより、直流電圧源116〜119の負荷の平均値をほぼ一定とすることができ、プッシュプル増幅器の電力変換効率を改善できるものである。
Then, the switch control signal conversion unit 139 switches the connection destination of the switch control signals C1 to C4 from the switch control unit 138 by any one of the first to third control methods, whereby the load of the DC voltage sources 112 to 115 is changed. The power conversion efficiency of the push-pull amplifier can be improved.
Further, by switching the connection destinations of the switch control signals C5 to C8 in the same manner, the average value of the loads of the DC voltage sources 116 to 119 can be made substantially constant, and the power conversion efficiency of the push-pull amplifier can be improved. is there.

[第2のプッシュプル増幅器の電力変換効率:図8]
次に、第2のプッシュプル増幅器の電力変換効率について図8を用いて説明する。図8は、第2のプッシュプル増幅器の電力変換効率を示す説明図である。
図8に示すように、第2のプッシュプル増幅器では、直流電圧源112〜115、116〜119の負荷率を、x(%)で一定となるよう制御し、負荷率x(%)における電力変換効率が最大となるように直流電圧源の回路を設計することで、高い電力変換効率X(%)が得られるものである。
[Power conversion efficiency of second push-pull amplifier: FIG. 8]
Next, the power conversion efficiency of the second push-pull amplifier will be described with reference to FIG. FIG. 8 is an explanatory diagram showing the power conversion efficiency of the second push-pull amplifier.
As shown in FIG. 8, in the second push-pull amplifier, the load factors of the DC voltage sources 112 to 115 and 116 to 119 are controlled to be constant at x (%), and the power at the load factor x (%) is controlled. A high power conversion efficiency X (%) can be obtained by designing the circuit of the DC voltage source so as to maximize the conversion efficiency.

[第2の実施の形態の効果]
本発明の第2の実施の形態に係る電源回路によれば、第1の電源回路のスイッチ制御部138の出力段にスイッチ制御信号変換部139を設け、スイッチ制御信号変換部139が、スイッチ制御部138から出力されるスイッチ制御信号C1〜C4を、回路ブロックB1〜B4の直流電圧源112〜115の負荷が等しくなるように、スイッチ120〜123のいずれかに振り分けて接続すると共に、スイッチ制御信号C5〜C8を、回路ブロックB5〜B8の直流電圧源116〜119の負荷が等しくなるように、スイッチ124〜127のいずれかに振り分けて接続するようにしているので、直流電圧源112〜115、116〜119がオンとなる時間がほぼ一定となり、直流電圧源の負荷のばらつきを抑え、プッシュプル増幅器の電力変換効率を更に改善することができ、電源回路全体の電力変換効率を向上させることができる効果がある。
[Effect of the second embodiment]
According to the power supply circuit according to the second embodiment of the present invention, the switch control signal conversion unit 139 is provided at the output stage of the switch control unit 138 of the first power supply circuit, and the switch control signal conversion unit 139 includes the switch control. The switch control signals C1 to C4 output from the unit 138 are distributed and connected to any of the switches 120 to 123 so that the loads of the DC voltage sources 112 to 115 of the circuit blocks B1 to B4 are equal, and switch control is performed. Since the signals C5 to C8 are distributed and connected to any one of the switches 124 to 127 so that the loads of the DC voltage sources 116 to 119 of the circuit blocks B5 to B8 are equal, the DC voltage sources 112 to 115 are connected. , 116 to 119 are almost constant, suppressing variations in the load of the DC voltage source and reducing the power of the push-pull amplifier. Can improve the conversion efficiency further, there is an effect that it is possible to improve the power conversion efficiency of the entire power supply circuit.

本発明は、広帯域の高周波信号で無線通信を行う送信機の電力増幅器で用いられ、電力変換効率を向上させることができる電源回路に適している。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is used in a power amplifier of a transmitter that performs wireless communication with a broadband high-frequency signal, and is suitable for a power supply circuit that can improve power conversion efficiency.

8...入力端子、 2...分配器、 3...包絡線検波器、 4...電源回路、 5...RFリミット増幅器、 6...主増幅器、 7,13...出力端子、 9...プッシュプル増幅器、 10...電流検出器、 11...ヒステリシスコンパレータ、 12...DC/DCコンバータ、 31...電圧電源、 32...スイッチ素子、 33,105,106...ダイオード、 34...インダクタンス、 103...オペアンプ、 104,107...抵抗器、 108...NPNトランジスタ、 109...PNPトランジスタ、 110,111,136,137,112,113,114,115,116,117,118,119...直流電圧源、 120,121,122,123,124,125,126,127...スイッチ、 128,129,130,131,132,133,134,135...ダイオード、 138...スイッチ制御部、 139...スイッチ制御信号変換部   8 ... Input terminal, 2 ... Distributor, 3 ... Envelope detector, 4 ... Power supply circuit, 5 ... RF limit amplifier, 6 ... Main amplifier, 7,13 .. Output terminal 9 ... Push-pull amplifier 10 ... Current detector 11 ... Hysteresis comparator 12 ... DC / DC converter 31 ... Voltage power supply 32 ... Switch element 33, 105, 106 ... diode, 34 ... inductance, 103 ... operational amplifier, 104, 107 ... resistor, 108 ... NPN transistor, 109 ... PNP transistor, 110, 111, 136 , 137, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119 ... DC voltage source, 120, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127 ... switch, 128, 129, 130 , 131, 132, 133 134 and 135 ... diode, 138 ... switch control unit, 139 ... switch control signal converting unit

Claims (1)

電力増幅器に用いられる電源回路であって、
入力信号をプッシュプル増幅方式で増幅するプッシュプル増幅部と、
制御信号により前記プッシュプル増幅部に提供する電源電圧の電圧レベルを複数の電源の選択接続によって可変とする可変電源部と、
前記制御信号として、前記入力信号に基づいて電源電圧の電圧レベルを制御するために前記複数の電源を選択する選択信号を出力する制御部と、
前記可変電源部における複数の電源の負荷が一定となるよう、前記選択信号による電源の選択先を変更する電源選択先変換部とを備えたことを特徴とする電源回路。
A power supply circuit used for a power amplifier,
A push-pull amplifier for amplifying an input signal by a push-pull amplification method;
A variable power supply unit that varies a voltage level of a power supply voltage provided to the push-pull amplification unit by a control signal by selecting and connecting a plurality of power supplies;
As the control signal, a control unit that outputs a selection signal for selecting the plurality of power supplies in order to control a voltage level of a power supply voltage based on the input signal;
A power supply circuit comprising: a power source selection destination conversion unit that changes a power source selection destination according to the selection signal so that loads of a plurality of power sources in the variable power source unit are constant.
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