JP2014033302A - Parallel power amplification device - Google Patents
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Description
本発明は、入力電力を出力電力に増幅する電力増幅装置において、電力利用効率を考慮して並列運転及び単体運転の間で運転状態を切り替える技術に関する。 The present invention relates to a technique for switching an operation state between parallel operation and single operation in consideration of power use efficiency in a power amplification device that amplifies input power to output power.
特許文献1〜3の並列電力増幅装置では、電力利用効率を考慮して、出力電力が定格出力であるときには、複数のパワーアンプを用いて入力電力を出力電力に増幅する並列運転を行ない、出力電力が定格出力より低いときには、単体のパワーアンプを用いて入力電力を出力電力に増幅する単体運転を行なう。並列運転及び単体運転の間で運転状態を切り替えるため、複数のパワーアンプの前段に電力分配部を配置し、複数のパワーアンプの後段に電力合成部を配置し、電力分配部及び電力合成部に切り替えリレーを設ける。
In the parallel power amplifying devices of
並列電力増幅装置の小型化及びコストダウンを考慮して、電力合成部には切り替えリレーを設ける一方で、電力分配部には切り替えリレーを設けないことが、特許文献1〜3の発展例として考えられる。パワーアンプの運転/停止は、バイアス電圧及び電源電圧の供給スイッチのON/OFFで制御される。発展例の並列運転状態及び単体運転状態における並列電力増幅装置を、それぞれ図1、2に示す。
Considering miniaturization and cost reduction of the parallel power amplifying device, it is considered as an example of development of
並列運転状態では、パワーアンプ2Aが動作状態であり、パワーアンプ2Bも動作状態である。電力分配部1は、入力電力を分配する。パワーアンプ2Aは、バイアス供給スイッチ4A及び電源供給スイッチ5AのON制御で、バイアス電圧及び電源電圧を供給され、電力分配部1から入力された分配電力を増幅する。パワーアンプ2Bは、バイアス供給スイッチ4B及び電源供給スイッチ5BのON制御で、バイアス電圧及び電源電圧を供給され、電力分配部1から入力された分配電力を増幅する。
In the parallel operation state, the power amplifier 2A is in an operating state, and the
電力合成部3は、切り替えリレー31において、パワーアンプ2Aによる増幅電力を入力され、電力合成器34側への出力制御を行なう。一方で、電力合成部3は、切り替えリレー32において、パワーアンプ2Bによる増幅電力を入力され、電力合成器34側への出力制御を行なう。そして、電力合成部3は、電力合成器34において、パワーアンプ2Aによる増幅電力及びパワーアンプ2Bによる増幅電力を合成し、切り替えリレー33において、電力合成器34側からの入力制御を行ない、合成電力を出力する。
The
単体運転状態では、パワーアンプ2Aが動作状態であり、パワーアンプ2Bは停止状態である。電力分配部1は、入力電力を分配する。パワーアンプ2Aは、バイアス供給スイッチ4A及び電源供給スイッチ5AのON制御で、バイアス電圧及び電源電圧を供給され、電力分配部1から入力された分配電力を増幅する。パワーアンプ2Bは、バイアス供給スイッチ4B及び電源供給スイッチ5BのOFF制御で、バイアス電圧及び電源電圧を供給されず、電力分配部1から入力された分配電力を増幅しない。
In the single operation state, the power amplifier 2A is in an operating state, and the
電力合成部3は、切り替えリレー31において、パワーアンプ2Aによる増幅電力を入力され、切り替えリレー33側への出力制御を行なう。一方で、電力合成部3は、切り替えリレー32において、パワーアンプ2Bによる出力電力を入力され、電力合成器34側への出力制御を行なう。そして、電力合成部3は、切り替えリレー33において、切り替えリレー31側からの入力制御を行ない、パワーアンプ2Aによる増幅電力を出力する。
The
発展例における並列運転状態から単体運転状態への遷移処理を図3に示す。並列運転状態では、図1のように、バイアス供給スイッチ4A及び電源供給スイッチ5AはONに制御され、パワーアンプ2Aは動作状態にあり、一方で、バイアス供給スイッチ4B及び電源供給スイッチ5BもONに制御され、パワーアンプ2Bも動作状態にある。単体運転状態では、図2のように、バイアス供給スイッチ4A及び電源供給スイッチ5AはONに制御され、パワーアンプ2Aは動作状態にあり、一方で、バイアス供給スイッチ4B及び電源供給スイッチ5BはOFFに制御され、パワーアンプ2Bは停止状態にある。
FIG. 3 shows a transition process from the parallel operation state to the single operation state in the development example. In the parallel operation state, as shown in FIG. 1, the
並列運転状態から単体運転状態への遷移期間では、切り替えリレー31、32、33は切り替え状態にあり、安全な運転状態の切り替えのため、バイアス供給スイッチ4A、4B及び電源供給スイッチ5A、5BはOFFに制御される。
In the transition period from the parallel operation state to the single operation state, the
ここで、パワーアンプ2A、2Bは、供給電源電圧の平滑コンデンサ(図1、2に不図示)を接続される。よって、電源供給スイッチ5A、5Bが、OFFに制御された後でも、供給電源電圧の平滑コンデンサは、電荷を徐々にしか放電することができず、パワーアンプ2A、2Bは、電源電圧にほぼ等しい電圧を供給される。
Here, the
遷移期間から単体運転状態へと移行する際には、パワーアンプ2Bに接続される供給電源電圧の平滑コンデンサに蓄えられた電荷により、パワーアンプ2Bは、電源電圧にほぼ等しい電圧を短い時間供給されるため、不要なパルスを出力してしまう。よって、パワーアンプ2Bが不要なストレスを受けてしまうとともに、出力保護回路(図1、2に不図示)が誤作動してしまうという問題があった。
When shifting from the transition period to the single operation state, the
そこで、前記課題を解決するために、本発明は、入力電力を出力電力に増幅する電力増幅装置において、並列運転状態から単体運転状態へと運転状態を切り替えるにあたり、停止状態に切り替えるパワーアンプに不要なストレスを与えないとともに、出力保護回路に誤作動を生じさせないことを目的とする。 Therefore, in order to solve the above-described problems, the present invention is not necessary for the power amplifier that switches to the stop state when switching the operation state from the parallel operation state to the single operation state in the power amplification device that amplifies the input power to the output power. The purpose is not to cause any stress and to prevent the output protection circuit from malfunctioning.
上記目的を達成するために、停止状態に切り替えるパワーアンプについて、運転状態を切り替える遷移期間において、電源電圧の供給を停止する一方で、バイアス電圧の供給を実行する期間であり遷移期間より短い期間であるバイアス供給期間を設定する。 In order to achieve the above object, the power amplifier that switches to the stop state is a period in which the supply of the bias voltage is stopped while the supply voltage is stopped in the transition period in which the operation state is switched. A certain bias supply period is set.
具体的には、本発明は、入力電力を分配する電力分配部と、前記電力分配部が出力した分配電力をそれぞれ増幅する複数の電力増幅部と、前記複数の電力増幅部がそれぞれ出力した増幅電力を合成する電力合成部と、前記複数の電力増幅部のそれぞれについて、バイアス電圧及び電源電圧の供給を実行するとともに、当該電力増幅部の出力端子及び前記電力合成部の出力端子の間において導通を確保する動作状態と、バイアス電圧及び電源電圧の供給を停止するとともに、当該電力増幅部の出力端子及び前記電力合成部の出力端子の間において導通を遮断する停止状態と、の間で運転状態を切り替える運転状態切替部と、前記複数の電力増幅部のいずれかについて、前記運転状態切替部が前記動作状態から前記停止状態へと運転状態を切り替える遷移期間において、電源電圧の供給を停止する一方で、バイアス電圧の供給を実行する期間であり前記遷移期間より短い期間であるバイアス供給期間を設定することで、当該電力増幅部にアイドリング電流を流して、当該電力増幅部に接続される供給電源電圧の平滑コンデンサから電荷を放電する遷移期間制御部と、を備えることを特徴とする並列電力増幅装置である。 Specifically, the present invention provides a power distribution unit that distributes input power, a plurality of power amplification units that amplify the distribution power output by the power distribution unit, and an amplification that is output by each of the plurality of power amplification units. For each of the power combining unit that combines power and the plurality of power amplification units, supply of a bias voltage and a power supply voltage is performed, and conduction is established between the output terminal of the power amplification unit and the output terminal of the power combination unit. Operating state between the operating state to ensure the power supply voltage and the supply state of the bias voltage and the power supply voltage are stopped, and the operating state is stopped between the output terminal of the power amplifier and the output terminal of the power combiner The operation state switching unit switches the operation state from the operation state to the stop state for any one of the plurality of power amplification units. In the transition period, the supply of the power supply voltage is stopped, while the bias voltage supply is performed and the bias supply period that is shorter than the transition period is set, so that the idling current is supplied to the power amplification unit. And a transition period control unit that discharges electric charges from a smoothing capacitor of a supply power supply voltage connected to the power amplification unit.
この構成によれば、運転状態を切り替える遷移期間のうちバイアス供給期間において、停止状態に切り替えるパワーアンプにアイドリング電流を流して、停止状態に切り替えるパワーアンプに接続される供給電源電圧の平滑コンデンサから電荷を放電する。よって、単体運転状態に移行する際において、停止状態に切り替えるパワーアンプに不要なストレスを与えないとともに、出力保護回路に誤作動を生じさせないことができる。 According to this configuration, in the bias supply period of the transition period for switching the operating state, the idling current is supplied to the power amplifier that switches to the stopped state, and the charge from the smoothing capacitor of the power supply voltage that is connected to the power amplifier that switches to the stopped state To discharge. Therefore, when shifting to the single operation state, unnecessary stress is not applied to the power amplifier to be switched to the stop state, and malfunction of the output protection circuit can be prevented.
本発明は、入力電力を出力電力に増幅する電力増幅装置において、並列運転状態から単体運転状態へと運転状態を切り替えるにあたり、停止状態に切り替えるパワーアンプに不要なストレスを与えないとともに、出力保護回路に誤作動を生じさせないことができる。 In the power amplifying apparatus that amplifies input power to output power, the present invention does not apply unnecessary stress to the power amplifier that switches to the stop state when switching the operation state from the parallel operation state to the single operation state, and an output protection circuit It is possible to prevent malfunction.
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments.
本発明の並列運転状態及び単体運転状態における並列電力増幅装置を、それぞれ図1、2に示す。並列電力増幅装置Aは、電力分配部1、パワーアンプ2A、2B、電力合成部3、バイアス供給スイッチ4A、4B及び電源供給スイッチ5A、5Bから構成される。電力合成部3は、切り替えリレー31、32、33及び電力合成器34から構成される。
The parallel power amplifying device in the parallel operation state and the single operation state of the present invention is shown in FIGS. The parallel power amplifier A includes a
電力分配部1は、入力電力を分配する。パワーアンプ2A、2Bは、電力分配部1が出力した分配電力をそれぞれ増幅する。電力合成部3は、電力合成器34において、パワーアンプ2A、2Bがそれぞれ出力した増幅電力を合成する。
The
切り替えリレー31、33は、パワーアンプ2Aについて、当該パワーアンプ2Aの出力端子及び電力合成部3の出力端子の間において導通を確保する動作状態と、当該パワーアンプ2Aの出力端子及び電力合成部3の出力端子の間において導通を遮断する停止状態と、の間で運転状態を切り替える。切り替えリレー32、33は、パワーアンプ2Bについて、当該パワーアンプ2Bの出力端子及び電力合成部3の出力端子の間において導通を確保する動作状態と、当該パワーアンプ2Bの出力端子及び電力合成部3の出力端子の間において導通を遮断する停止状態と、の間で運転状態を切り替える。
For the power amplifier 2A, the
バイアス供給スイッチ4A及び電源供給スイッチ5Aは、パワーアンプ2Aについて、それぞれバイアス電圧及び電源電圧の供給を実行する動作状態と、それぞれバイアス電圧及び電源電圧の供給を停止する停止状態と、の間で運転状態を切り替える。バイアス供給スイッチ4B及び電源供給スイッチ5Bは、パワーアンプ2Bについて、それぞれバイアス電圧及び電源電圧の供給を実行する動作状態と、それぞれバイアス電圧及び電源電圧の供給を停止する停止状態と、の間で運転状態を切り替える。
The
切り替えリレー31、33、バイアス供給スイッチ4A及び電源供給スイッチ5Aは、パワーアンプ2Aについての運転状態切替部に相当する。切り替えリレー32、33、バイアス供給スイッチ4B及び電源供給スイッチ5Bは、パワーアンプ2Bについての運転状態切替部に相当する。パワーアンプ2A、2Bの並列運転状態からパワーアンプ2Aのみの単体運転状態へと運転状態を切り替えるにあたり、並列運転状態及び単体運転状態のタイムチャートは、本発明及び上述の発展例でほぼ同様である。
The switching relays 31 and 33, the
電源供給スイッチ5Aは、パワーアンプ2Aについて、動作状態から停止状態へと運転状態が切り替わる遷移期間において、電源電圧の供給を停止する。バイアス供給スイッチ4Aは、パワーアンプ2Aについて、遷移期間において、バイアス電圧の供給を実行する期間であり、遷移期間より短い期間であるバイアス供給期間を設定する。
The
電源供給スイッチ5Bは、パワーアンプ2Bについて、動作状態から停止状態へと運転状態が切り替わる遷移期間において、電源電圧の供給を停止する。バイアス供給スイッチ4Bは、パワーアンプ2Bについて、遷移期間において、バイアス電圧の供給を実行する期間であり、遷移期間より短い期間であるバイアス供給期間を設定する。
The
バイアス供給スイッチ4A及び電源供給スイッチ5Aは、パワーアンプ2Aについての遷移期間制御部に相当する。バイアス供給スイッチ4B及び電源供給スイッチ5Bは、パワーアンプ2Bについての遷移期間制御部に相当する。パワーアンプ2A、2Bの並列運転状態からパワーアンプ2Aのみの単体運転状態へと運転状態を切り替えるにあたり、遷移期間のタイムチャートは、本発明及び上述の発展例で異なっている。
The
本発明における並列運転状態から単体運転状態への遷移処理を図4に示す。並列運転状態では、図1のように、バイアス供給スイッチ4A及び電源供給スイッチ5AはONに制御され、パワーアンプ2Aは動作状態にあり、一方で、バイアス供給スイッチ4B及び電源供給スイッチ5BもONに制御され、パワーアンプ2Bも動作状態にある。単体運転状態では、図2のように、バイアス供給スイッチ4A及び電源供給スイッチ5AはONに制御され、パワーアンプ2Aは動作状態にあり、一方で、バイアス供給スイッチ4B及び電源供給スイッチ5BはOFFに制御され、パワーアンプ2Bは停止状態にある。
The transition process from the parallel operation state to the single operation state in the present invention is shown in FIG. In the parallel operation state, as shown in FIG. 1, the
並列運転状態から単体運転状態への遷移期間では、切り替えリレー31、32、33は切り替え状態にある。そこで、バイアス供給スイッチ4A及び電源供給スイッチ5A、5Bは、安全な運転状態の切り替えのため、OFFに制御される。しかし、バイアス供給スイッチ4Bは、遷移期間のうちバイアス供給期間では、ONに制御され、遷移期間のうちバイアス供給期間後は、安全な運転状態の切り替えのため、OFFに制御される。
In the transition period from the parallel operation state to the single operation state, the switching relays 31, 32, and 33 are in the switching state. Therefore, the
ここで、バイアス供給期間は、遷移期間より短い期間である。そして、バイアス供給期間は、パワーアンプ2Bに接続される供給電源電圧の平滑コンデンサ(図1、2に不図示)が、電源電圧による充電電荷を放電可能である時間程度であることが望ましい。さらに、バイアス供給期間は、遷移期間のうち前半、中盤、後半のいずれに設定してもよい。
Here, the bias supply period is a period shorter than the transition period. The bias supply period is preferably about the time during which the smoothing capacitor (not shown in FIGS. 1 and 2) of the supply power supply voltage connected to the
よって、電源供給スイッチ5Aが、OFFに制御された後では、バイアス供給スイッチ4Aは、バイアス供給期間でもOFFに制御されているため、パワーアンプ2Aに接続される供給電源電圧の平滑コンデンサは、電荷を徐々にしか放電することができず、パワーアンプ2Aは、電源電圧にほぼ等しい電圧を供給される。
Therefore, after the
しかし、電源供給スイッチ5Bが、OFFに制御された後では、バイアス供給スイッチ4Bは、バイアス供給期間ではONに制御されているため、パワーアンプ2Bに接続される供給電源電圧の平滑コンデンサは、電荷を迅速に放電することができ、パワーアンプ2Bは、電源電圧にほぼ等しい電圧を供給される状態から迅速に脱する。
However, after the
遷移期間から単体運転状態へと移行する際には、パワーアンプ2Bに接続される供給電源電圧の平滑コンデンサは、電荷を既に放電しているため、パワーアンプ2Bは、電源電圧にほぼ等しい電圧を供給される状態から既に脱しており、不要なパルスを出力しない。よって、パワーアンプ2Bが不要なストレスを受けてしまうとともに、出力保護回路(図1、2に不図示)が誤作動してしまうという問題がなくなる。
When shifting from the transition period to the single operation state, the smoothing capacitor of the power supply voltage connected to the
ここで、パワーアンプ2A、2Bとして、電源供給スイッチ5A、5BがOFFに制御されていても、バイアス供給スイッチ4A、4BがONに制御されていれば、アイドリング電流を流すことができるパワーアンプを適用することができる。例えば、パワーアンプ2A、2Bとして、AB級パワーアンプを適用することができる。
Here, as the
以上の説明では、パワーアンプ2A、2Bの並列運転状態からパワーアンプ2Aのみの単体運転状態への運転状態の切り替えを行なった。しかし、パワーアンプ2A、2Bの並列運転状態からパワーアンプ2Bのみの単体運転状態への運転状態の切り替えを行なうこともできる。そして、パワーアンプ2A(2B)のみの動作状態からパワーアンプ2B(2A)のみの動作状態への運転状態の切り替えを行なうこともできる。さらに、パワーアンプを2個以上並列に配置し、運転状態の切り替えを行なうこともできる。
In the above description, the operation state is switched from the parallel operation state of the
以上のいずれの場合でも、停止状態に切り替えるパワーアンプについて、遷移期間において、電源電圧の供給を停止する一方で、バイアス供給期間を設定すればよい。 In any of the above cases, for the power amplifier to be switched to the stopped state, the supply of the power supply voltage is stopped and the bias supply period may be set during the transition period.
本発明に係る並列電力増幅装置は、無線送信用増幅装置に適用することができ、この場合、バイアス供給スイッチ及び電源供給スイッチとして、送信状態ではパワーアンプを動作させるが受信状態ではパワーアンプを動作させないスイッチを適用することができる。 The parallel power amplifying device according to the present invention can be applied to a wireless transmission amplifying device. In this case, as a bias supply switch and a power supply switch, the power amplifier is operated in the transmission state but the power amplifier is operated in the reception state. You can apply a switch that does not.
A:並列電力増幅装置
1:電力分配部
2A、2B:パワーアンプ
3:電力合成部
4A、4B:バイアス供給スイッチ
5A、5B:電源供給スイッチ
31、32、33:切り替えリレー
34:電力合成器
A: Parallel power amplifying device 1:
Claims (1)
前記電力分配部が出力した分配電力をそれぞれ増幅する複数の電力増幅部と、
前記複数の電力増幅部がそれぞれ出力した増幅電力を合成する電力合成部と、
前記複数の電力増幅部のそれぞれについて、バイアス電圧及び電源電圧の供給を実行するとともに、当該電力増幅部の出力端子及び前記電力合成部の出力端子の間において導通を確保する動作状態と、バイアス電圧及び電源電圧の供給を停止するとともに、当該電力増幅部の出力端子及び前記電力合成部の出力端子の間において導通を遮断する停止状態と、の間で運転状態を切り替える運転状態切替部と、
前記複数の電力増幅部のいずれかについて、前記運転状態切替部が前記動作状態から前記停止状態へと運転状態を切り替える遷移期間において、電源電圧の供給を停止する一方で、バイアス電圧の供給を実行する期間であり前記遷移期間より短い期間であるバイアス供給期間を設定することで、当該電力増幅部にアイドリング電流を流して、当該電力増幅部に接続される供給電源電圧の平滑コンデンサから電荷を放電する遷移期間制御部と、
を備えることを特徴とする並列電力増幅装置。 A power distribution unit that distributes input power;
A plurality of power amplifying units each amplifying the distribution power output by the power distribution unit;
A power combiner that combines the amplified power output by each of the plurality of power amplifiers;
For each of the plurality of power amplification units, supply of a bias voltage and a power supply voltage is performed, and an operation state for ensuring conduction between the output terminal of the power amplification unit and the output terminal of the power combining unit, and the bias voltage And an operation state switching unit that switches the operation state between the output state of the power amplification unit and the output state of the power combining unit, and a stop state that interrupts conduction between the output terminal of the power amplification unit and
For any one of the plurality of power amplification units, the supply of the bias voltage is performed while the supply of the power supply voltage is stopped in the transition period in which the operation state switching unit switches the operation state from the operation state to the stop state. By setting a bias supply period that is a period that is shorter than the transition period, an idling current is caused to flow through the power amplification unit, and a charge is discharged from a smoothing capacitor of a supply power voltage connected to the power amplification unit A transition period control unit,
A parallel power amplifying apparatus comprising:
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