JP2014212380A - 電源回路、電源ｉｃ、電力増幅装置および無線通信装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＤＣＤＣ電源およびリニアアンプを含むハイブリッド構成を有する電源回路を、小さな回路規模で実現。
【解決手段】ＤＣＤＣコンバータ11と、リニアアンプ12と、一方の端子がリニアアンプの出力に接続された容量C5と、を有する電源回路10であって、容量C5の他方の端子は、電源回路10の出力outに接続され、リニアアンプ12は、可変電圧モードのときに動作し、固定電圧モードのときに動作を停止し、固定電圧モードのときに、リニアアンプ12の出力を接地する電源回路。
【選択図】図５
【解決手段】ＤＣＤＣコンバータ11と、リニアアンプ12と、一方の端子がリニアアンプの出力に接続された容量C5と、を有する電源回路10であって、容量C5の他方の端子は、電源回路10の出力outに接続され、リニアアンプ12は、可変電圧モードのときに動作し、固定電圧モードのときに動作を停止し、固定電圧モードのときに、リニアアンプ12の出力を接地する電源回路。
【選択図】図５
Description
開示の技術は、電源回路、電源ＩＣ、電力増幅装置および無線通信装置に関する。
近年の無線機器等の普及により、電子機器には機器の使用時間をより長くしたいという要求から、より一層の低消費電力化が求められている。例えば、無線機器の送信部には、送信信号の電力増幅器があり、その電力増幅器の低消費電力化が求められている。
電力増幅器を低消費電力化する手法として、包絡線追跡（エンベロープトラッキング（ＥＴ: Envelope Tracking)）やＥＥＲ(Envelope Elimination and Restoration)が知られている。
包絡線追跡方式は、出力信号の包絡線に追従した可変電源電圧を与えることで、固定電圧を供給する一般的な方式と比較して消費電力を削減できる。
包絡線追跡方式は、出力信号の包絡線に追従した可変電源電圧を与えることで、固定電圧を供給する一般的な方式と比較して消費電力を削減できる。
包絡線追跡電源回路やＥＥＲの問題点として、電力増幅器の出力電力が小さい場合に、逆に効率が低下することがある。これは、電力増幅器の出力電力が小さい場合に、リニアアンプを動作させることによる電力消費量の占める比率が、高効率な電源回路から固定電圧を供給した場合と比較して高くなるため、結果として電力消費量が大きくなることである。
そこで、電力増幅器の出力電力が小さくなって、全体の消費電力が、固定電圧を供給した方が、可変電圧を供給する場合よりも消費電力が小さくなる場合には、高効率な固定電源から電力増幅器に固定電圧を与えるようにする電源回路が提案されている。しかし、この提案されている回路は、電源回路の出力に容量とスイッチの直列回路を接続するため、回路規模が大きくなる。
「基地局パワーアンプ用包絡線追跡電源の新アーキテクチャ」神戸他、第21回 回路とシステム 軽井沢ワークシップ, April 21-22, 2008
実施形態によれば、ＤＣＤＣ電源およびリニアアンプを含むハイブリッド構成を有する電源回路の回路規模が、小さくなる。
第１の態様によれば、電源回路は、ＤＣＤＣコンバータと、リニアアンプと、一方の端子が前記リニアアンプの出力に接続された容量と、を有する。容量の他方の端子は、当該電源回路の出力に接続される。リニアアンプは、可変電圧モードのときに動作し、固定電圧モードのときに動作を停止する。固定電圧モードのときに、リニアアンプの出力を接地する。
第１の態様の電源回路によれば、包絡線追跡（ＥＴ）やＥＥＲを行うハイブリッド構成の電源回路を小型にできる。
実施形態を説明する前に、包絡線追跡電源回路について説明する。
図１は、包絡線追跡手法を説明する図である。
図１は、包絡線追跡手法を説明する図である。
図１の（Ａ）は、増幅器を形成するパワーアンプ（ＰＡ）の出力する送信信号の電圧エンベロープが図示のように変動する状態で、固定電源電圧を供給した場合の電圧変化を示す。固定電源電圧は、ＰＡが常に動作可能なように、ＰＡの出力する送信信号の最大電圧より大きな電圧に設定される。この場合、斜線で示す固定電源電圧とＰＡの送信信号の電圧エンベロープとの差分が無駄電力に対応する。
そこで、図１の（Ｂ）に示すように、ＰＡの送信信号の電圧エンベロープより少し大きい電圧を供給するように制御する。すなわち、包絡線追跡電源は、電源回路から電力増幅器に、電力増幅器の出力信号の包絡線に応じた波形追従電源電圧を供給する。電力増幅器の出力信号の包絡線は、例えば、電力増幅器に入力する信号の変化を、入力前に検出したり、電力増幅器の出力電圧を検出することにより求める。この場合、斜線で示す、波形追従電源電圧とＰＡの送信信号の電圧エンベロープとの差分が無駄電力に対応する。したがって、包絡線追跡方式は、出力信号の包絡線に追従した可変電源電圧を与えることで、固定電圧を供給する一般的な方式と比較して消費電力を削減できる。
図１の（Ｃ）は、固定電源電圧と波形追従電源電圧の場合のＰＡにおける消費電力を示し、波形追従電源電圧を供給する場合の方が無駄電力を削減して消費電力が小さくなる。
図２は、包絡線追跡電源の構成例とそれを使用する場合の消費電力を示す図である。
図２の（Ａ）に示すように、包絡線追跡やＥＥＲに使用される包絡線追跡電源回路１０は、例えば、スイッチング電源（ＤＣＤＣ電源）１１と、リニアアンプ１２と、を有する。エンベロープ信号のＤＣ成分および低周波成分がＤＣＤＣ電源１１に入力するように、ＤＣＤＣ電源１１の入力部にはＬＰＦ(Low Pass Filter)４が設けられる。エンベロープ信号の高周波成分がリニアアンプ１２に入力するように、リニアアンプ１２の入力部にはＨＰＦ(High Pass Filter)５が設けられる。ＤＣＤＣ電源１１の出力とリニアアンプ１２の出力は合成されて、パワーアンプ(Power Amplifier)１の電源として供給される。
図２の（Ａ）に示すように、包絡線追跡やＥＥＲに使用される包絡線追跡電源回路１０は、例えば、スイッチング電源（ＤＣＤＣ電源）１１と、リニアアンプ１２と、を有する。エンベロープ信号のＤＣ成分および低周波成分がＤＣＤＣ電源１１に入力するように、ＤＣＤＣ電源１１の入力部にはＬＰＦ(Low Pass Filter)４が設けられる。エンベロープ信号の高周波成分がリニアアンプ１２に入力するように、リニアアンプ１２の入力部にはＨＰＦ(High Pass Filter)５が設けられる。ＤＣＤＣ電源１１の出力とリニアアンプ１２の出力は合成されて、パワーアンプ(Power Amplifier)１の電源として供給される。
包絡線追跡電源回路１０では、高効率だが低速なＤＣＤＣ電源１１でＤＣ成分および低周波成分の電力を供給し、効率は悪いが高速なリニアアンプ１２で高周波成分の電力を供給することで、包絡線に追従する可変電圧を出力する。
図２の（Ｂ）に示すように、効率が悪いリニアアンプ１２を動作させることにより、電源回路１０の消費電力は増加するが、それ以上に電源電圧が出力信号の包絡線に波形追従することによる消費電力低減量が多い場合に、低消費電力化が図れる。
包絡線追跡電源回路やＥＥＲ電源回路の問題点として、電力増幅器の出力電力が小さい場合に、逆に効率が低下することがある。これは、電力増幅器の出力電力が小さい場合に、リニアアンプを動作させることによる電力消費量の占める比率が、高効率な電源回路から固定電圧を供給した場合と比較して高くなるため、結果として電力消費量が大きくなることである。
図３は、この問題点を説明する図である。
図３の（Ａ）に示すように、リニアアンプを動作させて電源をエンベロープ電圧に追従させた場合と、電源電圧を低いレベルに固定した場合を検討する。この場合、図３の（Ｂ）に示すように、電源電圧に追従させることにより、無駄電力は削減されるが、電源電圧に追従させるための機能を動作させる電力を要するので、合計した電力は、固定電源電圧の場合の無駄電力より大きくなる。
図３の（Ａ）に示すように、リニアアンプを動作させて電源をエンベロープ電圧に追従させた場合と、電源電圧を低いレベルに固定した場合を検討する。この場合、図３の（Ｂ）に示すように、電源電圧に追従させることにより、無駄電力は削減されるが、電源電圧に追従させるための機能を動作させる電力を要するので、合計した電力は、固定電源電圧の場合の無駄電力より大きくなる。
そこで、電力増幅器の出力電力が小さくなって、全体の消費電力が、固定電圧を供給した方が、可変電圧を供給する場合よりも消費電力が小さくなる場合には、高効率な固定電源から電力増幅器に固定電圧を与えるようにする方法がある。ここで、電源回路出力を可変電圧から固定電圧に切り替える際の電力増幅器の出力電力を、閾値電力とする。
図４は、特許文献２に開示された電源回路の構成例を示す図である。
図４の電源回路は、電力増幅器１の出力電力の値に応じて、電源回路１０の出力を可変電圧と固定電圧の間で切り替える。図４の電源回路は、電源回路１０の出力とＧＮＤの間直列に接続した出力容量Ｃ１およびスイッチＳＷ１を含むＡＳ(Active Short)部１６を有する。
図４の電源回路は、電力増幅器１の出力電力の値に応じて、電源回路１０の出力を可変電圧と固定電圧の間で切り替える。図４の電源回路は、電源回路１０の出力とＧＮＤの間直列に接続した出力容量Ｃ１およびスイッチＳＷ１を含むＡＳ(Active Short)部１６を有する。
図４の電源回路では、電力増幅器１の出力電力が、閾値電力よりも大きいときは、出力容量Ｃ１に接続されるスイッチＳＷ１をオフし、高速だが低効率なリニアアンプ１２と低速だが高効率なＤＣＤＣ電源１１が動作する。スイッチをオフすることで、出力容量Ｃ１のインピーダンスが電源回路１０の出力から見えなくなり、可変電圧が出力可能となる。
また、電力増幅器１の出力電力が閾値電力よりも小さいときは、スイッチＳＷ１をオンし、高効率なＤＣＤＣ電源１１のみを動作させる。出力容量Ｃ１が、低速電源出力を平滑化することで、固定電圧が出力される。
しかし、図４の電源回路は、電源回路の出力に容量とスイッチの直列回路を接続するため、回路規模が大きくなる。
以下に説明する実施形態では、ＤＣＤＣ電源およびリニアアンプを含むハイブリッド構成の包絡線追跡電源回路が、小さな回路規模で実現される。
以下に説明する実施形態では、ＤＣＤＣ電源およびリニアアンプを含むハイブリッド構成の包絡線追跡電源回路が、小さな回路規模で実現される。
図５は、第１実施形態の電源装置の構成を示す図である。
第１実施形態の電源装置は、電源回路１０と、電源回路１０の制御を行う電源回路制御回路２と、を有する。
第１実施形態の電源装置は、電源回路１０と、電源回路１０の制御を行う電源回路制御回路２と、を有する。
電源回路１０は、ＤＣＤＣ電源１１と、リニアアンプ（Ａｍｐ）１２と、インダクタＬと、容量Ｃ５と、を有する。インダクタＬは、ＤＣＤＣ電源１１の出力と、電源回路１０の出力端子ｏｕｔの間に接続される。容量Ｃ５は、Ａｍｐ１２と出力端子ｏｕｔの間に接続される。
電源回路制御回路２は、ＤＣ成分および低周波成分からなる信号ＤＣＤＣｒｅｆをＤＣＤＣ電源１１に、高周波成分からなる信号Ａｍｐｒｅｆおよびアンプ動作制御信号をＡｍｐ１２に出力する。
ＤＣＤＣ電源１１は、信号ＤＣＤＣｒｅｆに応じてＤＣＤＣ変換を行い、変換したレベルの電圧信号を、インダクタＬを介して出力端子ｏｕｔに出力する。
ＤＣＤＣ電源１１は、信号ＤＣＤＣｒｅｆに応じてＤＣＤＣ変換を行い、変換したレベルの電圧信号を、インダクタＬを介して出力端子ｏｕｔに出力する。
Ａｍｐ１２は、アンプ動作制御信号にしたがって動作モードを可変電圧モードと固定電圧モードの間で変化させる。Ａｍｐ１２は、可変電圧モード時には、信号Ａｍｐｒｅｆに応じて増幅動作を行い、容量Ｃ５に出力する。Ａｍｐ１２は、固定電圧モード時には、増幅動作を停止し、出力を接地、すなわち出力をＧＮＤに接続する。この状態では、容量Ｃ５の一方の端子は、ＧＮＤに接続された状態になる。
電源回路制御回路２は、通常はアンプ動作制御信号として可変電圧モードを指示する信号を出力する。電源回路制御回路２は、可変電圧モード時には、電力増幅器（パワーアンプ（図５には図示せず））に出力させるまたは電力増幅器が出力する出力電力値に応じて信号ＤＣＤＣｒｅｆおよび信号Ａｍｐｒｅｆを生成して出力する。これにより、包絡線追跡制御が行われる。
電源回路制御回路２は、電力増幅器の出力電力値が閾値電力値を下回った場合、固定電圧モードに移行し、アンプ動作制御信号として固定電圧モードを指示する信号を出力する。さらに、電源回路制御回路２は、信号ＤＣＤＣｒｅｆとして、ＤＣＤＣ電源１１が固定電圧を出力する信号を出力する。Ａｍｐ１２は、固定電圧モードが指示されると動作を停止する。この時、信号ＡｍｐｒｅｆとしてＡｍｐ１２がＧＮＤレベルを出力する信号を出力するようにしてもよい。
Ａｍｐ１２が動作を停止すると、Ａｍｐ１２の出力がＧＮＤに固定されるため、容量Ｃ５がＤＣＤＣ電源１１の出力電流を平滑化することで、電源回路１０の出力ｏｕｔに固定電圧が出力される。
図６は、第２実施形態の電源装置の構成を示す図である。
第２実施形態の電源装置は、動作モードを可変電圧モードと固定電圧モードの間で変化させる場合の制御を精密な制御を行うように、電源回路１０に固定・可変切替用制御回路１３およびスイッチ回路１４を設けたことが、第１実施形態の電源装置と異なる。ほかの部分は、第１実施形態と同じなので、説明は省略する。
第２実施形態の電源装置は、動作モードを可変電圧モードと固定電圧モードの間で変化させる場合の制御を精密な制御を行うように、電源回路１０に固定・可変切替用制御回路１３およびスイッチ回路１４を設けたことが、第１実施形態の電源装置と異なる。ほかの部分は、第１実施形態と同じなので、説明は省略する。
スイッチ回路１４は、電源回路制御回路２の出力するＡｍｐｒｅｆを受けるリニアアンプ（Ａｍｐ）１２の入力部に設けられる。
固定・可変切替用制御回路１３は、電源回路制御回路２の出力するアンプ動作制御信号（固定・可変モード切替信号）および電源回路１０の出力端子ｏｕｔの信号に基づいて、スイッチ回路１４およびＡｍｐ１２を制御する。
固定・可変切替用制御回路１３は、電源回路制御回路２の出力するアンプ動作制御信号（固定・可変モード切替信号）および電源回路１０の出力端子ｏｕｔの信号に基づいて、スイッチ回路１４およびＡｍｐ１２を制御する。
まず、電源回路１０を可変電圧モードから固定電圧モードに切り替える場合の処理について説明する。
図７は、第２実施形態において、可変電圧モードから固定電圧モードに切り替える場合の処理を説明する図である。
図７は、第２実施形態において、可変電圧モードから固定電圧モードに切り替える場合の処理を説明する図である。
図８は、第２実施形態において、可変電圧モードから固定電圧モードに切り替える場合の各部の信号を示す図である。図８の（Ａ）は電源回路１０の出力ｏｕｔの電圧を、図８の（Ｂ）はＤＣＤＣｒｅｆを、図８の（Ｃ）はリニアアンプ（Ａｍｐ）１２の出力電圧を、図８の（Ｄ）はＡｍｐ１２の動作状態を制御する信号を、それぞれ示す。
前述のように、電源回路制御回路２は、電力増幅器の出力電力値が閾値電力値を下回った場合、可変電圧モードから固定電圧モードに移行し、固定・可変モード切替信号として固定電圧モードを指示する信号を出力する。さらに、図７および図８の（Ｂ）に示すように、電源回路制御回路２は、信号ＤＣＤＣｒｅｆを所定値まで上昇させる。これに応じて、ＤＣＤＣ電源１１の出力電圧が上昇し、電源回路１０の出力電圧は、図８の（Ａ）に示すように上昇する。
固定・可変切替用制御回路１３は、固定・可変モード切替信号が固定電圧モードに切り替わると、スイッチ回路１４の制御信号を変化させる。これに応じて、スイッチ回路１４は、Ａｍｐ１２に入力する信号を、Ａｍｐｒｅｆから固定・可変切替用制御回路１３の出力する信号に切り替える。さらに、固定・可変切替用制御回路１３は、値が上昇する信号をスイッチ回路１４に出力し、Ａｍｐ１２に入力する信号が上昇し、電源回路１０の出力ｏｕｔの電圧値はさらに上昇する。固定・可変切替用制御回路１３は、出力電圧値が第１所定値まで上昇したことを検出すると、スイッチ回路１４に出力する信号を徐々に下降させる。これにより、Ａｍｐ１２に入力する信号は、上昇した後徐々に下降するため、電源回路１０の出力電圧値が第１所定値に達した後、Ａｍｐ１２の出力電圧は、図８の（Ｃ）に示すように、徐々に下降する。Ａｍｐ１２の出力電圧が、出力電圧範囲の下限に達したら、図８の（Ｄ）に示すように、固定・可変切替用制御回路１３からＡｍｐ１２に動作停止信号を送り、Ａｍｐ１２の動作を停止させる。Ａｍｐ１２が動作を停止すると、Ａｍｐ１２の出力がＧＮＤに固定されるため、Ａｍｐ１２の出力とＤＣＤＣ電源１１の出力を結合する容量Ｃ５が、ＤＣＤＣ電源１１の出力電流を平滑化することで電源回路１０の出力ｏｕｔに固定電圧が出力される。
次に、電源回路１０を固定電圧モードから可変電圧モードに切り替える場合の処理について説明する。
図９は、第２実施形態において、固定電圧モードから可変電圧モードに切り替える場合の処理を説明する図である。
図９は、第２実施形態において、固定電圧モードから可変電圧モードに切り替える場合の処理を説明する図である。
図１０は、第２実施形態において、固定電圧モードから可変電圧モードに切り替える場合の各部の信号を示す図である。図１０の（Ａ）は電源回路１０の出力ｏｕｔの電圧を、図１０の（Ｂ）はＤＣＤＣｒｅｆを、図１０の（Ｃ）はリニアアンプ（Ａｍｐ）１２の出力電圧を、図１０の（Ｄ）はＡｍｐ１２の動作状態を制御する信号を、それぞれ示す。
電源回路制御回路２は、電力増幅器の出力電力値が閾値電力値を上回った場合、固定電圧モードから可変電圧モードに移行し、固定・可変モード切替信号として可変電圧モードを指示する信号を出力する。さらに、図９および図１０の（Ｂ）に示すように、電源回路制御回路２は、信号ＤＣＤＣｒｅｆを低下させる。これに応じて、ＤＣＤＣ電源１１の出力電圧が低下し、電源回路１０の出力電圧は、図１０の（Ａ）に示すように下降する。
固定・可変切替用制御回路１３は、可変電圧モードに切り替わると、電源回路１０の出力電圧値が第２所定値に達したかを検出し、第２所定値に達したら、図１０の（Ｄ）に示すように、Ａｍｐ１２に動作信号を送り、Ａｍｐ１２を動作状態にする。ここで、第２所定値は、第１所定値より小さいとする。さらに、固定・可変切替用制御回路１３は、スイッチ１４の制御信号を切り替え、エンベロープ信号であるＡｍｐｒｅｆがＡｍｐ１２に供給されるようにする。これに応じて、図１０の（Ｃ）に示すように、Ａｍｐ１２からは、エンベロープ信号が出力される。その結果、電源回路１０は可変電圧を出力する。
図１１は、第２実施形態の電源装置における固定・可変切替用制御回路１３の構成をより詳細に示す図である。
図１２は、第２実施形態の電源回路１０の回路図である。
図１２は、第２実施形態の電源回路１０の回路図である。
図１１に示すように、固定・可変切替用制御回路１３は、出力電圧センサ２１と、アンプ入力切替信号生成回路２２と、参照電圧源２３と、スタンバイ信号生成回路２４と、を有する。
出力電圧センサ２１は、電源回路１０の出力ｏｕｔの電圧値が第１所定値まで上昇したか、第２所定値まで下降したかを検出する。図１２に示すように、出力電圧センサ２１は、ヒステリシスコンパレータと、２個のスイッチと、１個のインバータを有する。ヒステリシスコンパレータは、ヒステレシス特性を有するコンパレータで、入力信号の電圧値が上昇する場合には、ＶｒｅｆＨｏより上昇すると出力がＨに変化し、入力信号の電圧値が下降する場合には、ＶｒｅｆＬｏより下降すると出力がＬに変化する。例えば、出力がＬの状態で、入力信号の電圧値がＶｒｅｆＬｏを超えて上昇してもＶｒｅｆＨｏより上昇しないと出力はＬが保持される。同様に、出力がＨの状態で、入力信号の電圧値がＶｒｅｆＨｏを超えて下降してもＶｒｅｆＬｏより下降しないと出力はＨが保持される。
アンプ入力切替信号生成回路２２は、図１２に示すように、固定・可変モード切替信号と出力電圧センサ２１の出力を入力とするＮＯＲゲートを含み、アンプ入力切替信号を出力する。
参照電圧源２３は、図１２に示すように、容量Ｃｒｅｆと、容量Ｃｒｅｆの充放電回路と、容量Ｃｒｅｆの電圧値のコンパレータと、コンパレータの出力および出力電圧センサ２１の出力に応じて充放電回路を制御する制御部と、を有する。充放電回路は、電流源とスイッチを含み、容量Ｃｒｅｆとチャージポンプ回路を形成する。
スタンバイ信号生成回路２４は、図１２に示すように、ヒステリシスコンパレータと、ＮＯＲゲートをインバータと、を有する。
なお、スイッチ回路１４は、２個のスイッチと、１個のインバータと、を有し、アンプ入力切替信号に応じてＡｍｐｒｅｆと参照電圧源２３の出力の一方を選択する。
なお、スイッチ回路１４は、２個のスイッチと、１個のインバータと、を有し、アンプ入力切替信号に応じてＡｍｐｒｅｆと参照電圧源２３の出力の一方を選択する。
まず、電源回路１０が定常状態である可変電圧モード時の状態について説明する。可変電圧モード時には、固定・可変モード切替信号はＬである。出力電圧センサ２１では、入力はＧＮＤに接続され、出力はＬである。スタンバイ信号生成回路は、出力電圧センサ２１の出力を反転したＨがＮＯＲゲートに入力されるため、出力はＬであり、Ａｍｐ２１は動作状態となる。また、アンプ入力切替信号はＨであり、ＡｍｐｒｅｆがＡｍｐ２１に入力される。
一方、参照電圧源２３では、出力電圧センサ２１の出力を反転したＨが入力されるため、ＮＯＲゲートの出力はＬであり、充放電回路は高電位のＶｒｅｆｖから充電する状態であり、Ｃｒｅｆは高レベルに充電され、出力はＨになる。このため、コンパレータの出力はＬになる。また、参照電圧源２３の出力（Ｃｒｅｆのレベル）は、高レベルであり、スタンバイ信号生成回路２４のヒステレシスコンパレータはＨを出力する。
以上のように、可変電圧モード時には、スタンバイ信号生成回路２４はＡｍｐ１２を動作状態にする信号を出力し、スイッチ回路１４は、ＡｍｐｒｅｆをＡｍｐ１２に入力する。
次に、電源回路１０を可変電圧モードから固定電圧モードに切り替える場合の図１２の回路の動作を説明する。
次に、電源回路１０を可変電圧モードから固定電圧モードに切り替える場合の図１２の回路の動作を説明する。
電源回路制御回路２は、電力増幅器の出力電力値が閾値電力値を下回った場合、固定・可変モード切替信号をＬからＨに変化させ、さらに信号ＤＣＤＣｒｅｆを上限所定値に向かって上昇させる。これに応じて、ＤＣＤＣ電源１１の出力電圧が上昇し、電源回路１０の出力電圧は上昇する。上限所定値は、例えば、閾値電力と通信規格のＰＡＰＲで決定される。
一方、アンプ入力切替信号生成回路２２のＮＯＲゲートは、出力電圧センサ２１の出力がＬであり、固定・可変モード切替信号がＨに変化するので、出力であるアンプ入力切替信号がＨからＬに変化する。これに応じて、スイッチ回路１４は、参照電圧源２３の出力がＡｍｐ１２に入力するように切り替える。この時、参照電圧源２３の出力は高レベルであるから、Ａｍｐ１２には高レベルの信号が入力され、Ａｍｐ１２の出力はさらに上昇する。
一方、出力電圧センサ２１では、ヒステレシスコンパレータの入力が、電源回路１０の出力電圧に切り替わる。上記のように、Ａｍｐ１２の出力が上昇し、第１所定値ＶｒｅｆＨｏを超えると、ヒステレシスコンパレータの出力はＬからＨに変化する。出力電圧センサ２１の出力がＬからＨに変化すると、参照電圧源２３では、充放電回路が放電状態に変化し、Ｃｒｅｆが放電し、参照電圧源２３の出力が徐々に低下する。
参照電圧源２３の出力が低下し、スタンバイ信号生成回路２４の閾値ＶｒｅｆＨｓを超えると、ヒステレシスコンパレータの出力がＨからＬに変化し、スタンバイ信号生成回路２４の出力がＬからＨに変化する。これに応じてＡｍｐ１２は動作停止状態になる。Ａｍｐ１２は、動作を停止すると、出力をＧＮＤに固定する。これにより、電源回路１０の出力電圧はＤＣＤＣ電源１１の出力する電圧、すなわちＤＣＤＣｒｅｆで決まる値（固定値）に設定される。
以上のようにして、電源回路１０は固定電圧モードに設定され、定常状態となる。固定電圧モード時には、固定・可変モード切替信号はＨであり、アンプ入力切替信号はＬである。出力電圧センサ２１では、入力は電源回路１０の出力に接続され、出力はＨである。スタンバイ信号生成回路は、Ｈを出力し、Ａｍｐ１２は動作停止状態である。参照電圧源２３では、充放電回路の２個のスイッチは共にオフ（解放）状態であり、出力はＬになり、コンパレータの出力はＨになる。
次に、固定電圧モードから可変電圧モードに切り替える場合の図１２の回路の動作を説明する。
電源回路制御回路２は、電力増幅器の出力電力値が閾値電力値を上回った場合、固定・可変モード切替信号をＨからＬに変化させ、さらに信号ＤＣＤＣｒｅｆを下限所定値に向かって下降させる。これに応じて、ＤＣＤＣ電源１１の出力電圧が低下し、電源回路１０の出力電圧は下降する。下限所定値は、例えば閾値電力で決定する。
電源回路制御回路２は、電力増幅器の出力電力値が閾値電力値を上回った場合、固定・可変モード切替信号をＨからＬに変化させ、さらに信号ＤＣＤＣｒｅｆを下限所定値に向かって下降させる。これに応じて、ＤＣＤＣ電源１１の出力電圧が低下し、電源回路１０の出力電圧は下降する。下限所定値は、例えば閾値電力で決定する。
出力電圧センサ２１では、ヒステレシスコンパレータの入力が下降し、第２所定値ＶｒｅｆＬｏを超えると、ヒステレシスコンパレータの出力はＨからＬに変化する。これに応じて、スタンバイ信号生成回路２４では、ＮＯＲゲートの入力がＨに変化し、出力がＨからＬに変化するので、Ａｍｐ１２は動作停止状態から動作状態に変化する。さらに、アンプ入力切替信号生成回路２２では、ＮＯＲゲートの入力が両方ともＬになるため、アンプ入力切替信号はＬからＨに変化する。これに応じて、スイッチ回路１４は、Ａｍｐｒｅｆを選択してＡｍｐ１２に入力する。
アンプ入力切替信号がＨに変化したため、出力電圧センサ２１では、入力がＧＮＤに切り替わり、出力はＬに変化する。言い換えれば、出力電圧センサ２１は、電源回路１０の出力電圧を検出せず、可変モード時には、出力電圧が第１所定値を超えても、出力を変動させない。
出力電圧センサ２１の出力がＬに変化したため、参照電圧源２３では、充放電回路は充電状態になり、Ｃｒｅｆの充電が行われ、コンパレータの出力はＬになり、出力はＨに変化する。
以上のようにして、固定電圧モードから可変電圧モードに復帰する。
以上のようにして、固定電圧モードから可変電圧モードに復帰する。
なお、第１実施形態において、図１１および図１２に示した固定・可変切替用制御回路１３およびスイッチ回路１４を、電源回路制御回路２に設けるようにしてもよい。
第２実施形態では、固定・可変切替用制御回路１３のスタンバイ信号生成回路２４は、出力電圧センサ２１の出力および参照電圧源２３の出力に基づいて、Ａｍｐ１２の停止／動作を示すスタンバイ信号を生成していた。これに対して、Ａｍｐ１２の出力を、固定・可変切替用制御回路１３に入力するようにして、スタンバイ信号生成回路２４は、出力電圧センサ２１および参照電圧源２３の出力に、Ａｍｐ１２の出力も加えてスタンバイ信号を生成するようにしてもよい。
第２実施形態では、固定・可変切替用制御回路１３のスタンバイ信号生成回路２４は、出力電圧センサ２１の出力および参照電圧源２３の出力に基づいて、Ａｍｐ１２の停止／動作を示すスタンバイ信号を生成していた。これに対して、Ａｍｐ１２の出力を、固定・可変切替用制御回路１３に入力するようにして、スタンバイ信号生成回路２４は、出力電圧センサ２１および参照電圧源２３の出力に、Ａｍｐ１２の出力も加えてスタンバイ信号を生成するようにしてもよい。
また、第２実施形態において、図１２の参照電圧源２３の電流源を可変電流源に、または容量Ｃｒｅｆを可変容量に、または両方を可変にしてもよい。これにより、モード切替時のタイミング調整が行える。
以上説明したように、第１および第２実施形態では、電源回路出力を固定電圧と可変電圧に切り替えることが可能であり、かつ図４に示した電源回路に設けた容量とスイッチを設けなくてもよい。これにより、回路規模を小さくできる。
第１および第２実施形態の電源装置は、各種の形態で各種用途に提供される。以下、その提供形態について説明する。
図１３は、電源ＩＣの形で提供する場合の形態例を示す図である。
図１３に示すように、電源ＩＣ１００には、電源回路制御回路２Ｐと、複数（ここでは３個）の電源回路１０Ａ〜１０Ｃと、が搭載されている。電源回路１０Ａ〜１０Ｃのそれぞれは、第１または第２実施形態の電源回路１０であり、電源回路制御回路２Ｐは、第１または第２実施形態の電源回路制御回路２と同等の機能を有するが、複数の電源回路を制御する。
図１３は、電源ＩＣの形で提供する場合の形態例を示す図である。
図１３に示すように、電源ＩＣ１００には、電源回路制御回路２Ｐと、複数（ここでは３個）の電源回路１０Ａ〜１０Ｃと、が搭載されている。電源回路１０Ａ〜１０Ｃのそれぞれは、第１または第２実施形態の電源回路１０であり、電源回路制御回路２Ｐは、第１または第２実施形態の電源回路制御回路２と同等の機能を有するが、複数の電源回路を制御する。
図１４は、第１または第２実施形態の電源装置を組み込んだ電力増幅装置の構成を示す図である。電力増幅装置２００は、第１または第２実施形態の電源装置に含まれる電源回路制御回路２および電源回路１０に加えて、増幅器（パワーアンプ）１を有する。増幅器１は、電源回路１０から供給される包絡線に追従した可変電圧に基づいて、図示していない信号を増幅して出力する。
図１５は、図１４の電力増幅装置を組み込んだ無線通信装置の構成を示す図である。無線通信装置３００は、図１４の電力増幅装置に加えて、信号処理回路３を有する。信号処理回路３は、無線通信に関係する信号処理やほかの信号処理を行い、生成した信号を増幅器１及び電源回路制御回路２に供給し、増幅器から送信する。
以上、実施形態を説明したが、ここに記載したすべての例や条件は、発明および技術に適用する発明の概念の理解を助ける目的で記載されたものである。特に記載された例や条件は発明の範囲を制限することを意図するものではなく、明細書のそのような例の構成は発明の利点および欠点を示すものではない。発明の実施形態を詳細に記載したが、各種の変更、置き換え、変形が発明の精神および範囲を逸脱することなく行えることが理解されるべきである。
以下、実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
ＤＣＤＣコンバータと、
リニアアンプと、
一方の端子が前記リニアアンプの出力に接続された容量と、を備える電源回路であって、
前記容量の他方の端子は、当該電源回路の出力に接続され、
前記リニアアンプは、可変電圧モードのときに動作し、固定電圧モードのときに動作を停止し、
前記固定電圧モードのときに、前記リニアアンプの出力を接地する、ことを特徴とする電源回路。
（付記２）
外部より入力される、前記可変電圧モードおよび前記固定電圧モードを指示するモード切替信号に応じて、前記リニアアンプの動作モードを制御する制御回路と、
アンプ入力切替信号に応じて、前記リニアアンプの入力を、前記可変電圧モードのときには外部より入力されるエンベロープ信号に、前記固定電圧モードのときには前記制御回路の出力する電圧制御信号に切り替えるスイッチと、を備えることを特徴とする付記１に記載の電源回路。
（付記３）
前記制御回路は、
当該電源回路の出力電圧を検出する出力電圧センサと、
前記モード切替信号および前記出力電圧センサの出力する出力電圧検出信号に応じて、前記アンプ入力切替信号を生成するアンプ入力切替信号生成回路と、
前記出力電圧検出信号に応じて、前記電圧制御信号を生成する参照電圧源と、
前記電圧制御信号および前記出力電圧検出信号に応じて、前記リニアアンプの動作状態を切り替えるスタンバイ信号を生成するスタンバイ信号生成回路と、
を備える、ことを特徴とする付記２に記載の電源回路。
（付記４）
前記参照電圧源は、電流源および容量を含むチャージポンプ回路を備えることを特徴とする付記３に記載の電源回路。
（付記５）
前記電流源は、可変電流源であることを特徴とする付記４に記載の電源回路。
（付記６）
前記容量は、可変容量であることを特徴とする付記４または５に記載の電源回路。
（付記７）
前記リニアアンプの出力は、前記制御回路に接続され、
前記制御回路のアンプ入力切替信号生成回路は、前記モード切替信号および前記出力電圧センサの出力する出力電圧検出信号と共に前記リニアアンプの出力に応じて、前記アンプ入力切替信号を生成することを特徴とする付記２から６のいずれかに記載の電源回路。
（付記８）
前記モード切替信号および前記エンベロープ信号を出力する電源回路制御回路と、
付記２から７のいずれかに記載された電源回路と、を備えることを特徴とする電源ＩＣ。
（付記９）
前記モード切替信号および前記エンベロープ信号を出力する電源回路制御回路と、
付記２から７のいずれかに記載された電源回路と、
前記電源回路の出力を電源として動作する増幅器と、を備えることを特徴とする電力増幅装置。
（付記１０）
付記１から７のいずれかに記載の電源回路、付記８に記載の電源ＩＣまたは付記９に記載の電力増幅装置を備えることを特徴とする無線通信装置。
（付記１）
ＤＣＤＣコンバータと、
リニアアンプと、
一方の端子が前記リニアアンプの出力に接続された容量と、を備える電源回路であって、
前記容量の他方の端子は、当該電源回路の出力に接続され、
前記リニアアンプは、可変電圧モードのときに動作し、固定電圧モードのときに動作を停止し、
前記固定電圧モードのときに、前記リニアアンプの出力を接地する、ことを特徴とする電源回路。
（付記２）
外部より入力される、前記可変電圧モードおよび前記固定電圧モードを指示するモード切替信号に応じて、前記リニアアンプの動作モードを制御する制御回路と、
アンプ入力切替信号に応じて、前記リニアアンプの入力を、前記可変電圧モードのときには外部より入力されるエンベロープ信号に、前記固定電圧モードのときには前記制御回路の出力する電圧制御信号に切り替えるスイッチと、を備えることを特徴とする付記１に記載の電源回路。
（付記３）
前記制御回路は、
当該電源回路の出力電圧を検出する出力電圧センサと、
前記モード切替信号および前記出力電圧センサの出力する出力電圧検出信号に応じて、前記アンプ入力切替信号を生成するアンプ入力切替信号生成回路と、
前記出力電圧検出信号に応じて、前記電圧制御信号を生成する参照電圧源と、
前記電圧制御信号および前記出力電圧検出信号に応じて、前記リニアアンプの動作状態を切り替えるスタンバイ信号を生成するスタンバイ信号生成回路と、
を備える、ことを特徴とする付記２に記載の電源回路。
（付記４）
前記参照電圧源は、電流源および容量を含むチャージポンプ回路を備えることを特徴とする付記３に記載の電源回路。
（付記５）
前記電流源は、可変電流源であることを特徴とする付記４に記載の電源回路。
（付記６）
前記容量は、可変容量であることを特徴とする付記４または５に記載の電源回路。
（付記７）
前記リニアアンプの出力は、前記制御回路に接続され、
前記制御回路のアンプ入力切替信号生成回路は、前記モード切替信号および前記出力電圧センサの出力する出力電圧検出信号と共に前記リニアアンプの出力に応じて、前記アンプ入力切替信号を生成することを特徴とする付記２から６のいずれかに記載の電源回路。
（付記８）
前記モード切替信号および前記エンベロープ信号を出力する電源回路制御回路と、
付記２から７のいずれかに記載された電源回路と、を備えることを特徴とする電源ＩＣ。
（付記９）
前記モード切替信号および前記エンベロープ信号を出力する電源回路制御回路と、
付記２から７のいずれかに記載された電源回路と、
前記電源回路の出力を電源として動作する増幅器と、を備えることを特徴とする電力増幅装置。
（付記１０）
付記１から７のいずれかに記載の電源回路、付記８に記載の電源ＩＣまたは付記９に記載の電力増幅装置を備えることを特徴とする無線通信装置。
１ 増幅器（パワーアンプ：ＰＡ）
２ 電源回路制御回路
３ 信号処理回路
１０ 電源回路
１１ ＤＣＤＣ電源
１２ リニアアンプ（Ａｍｐ）
１３ 固定・可変切替用制御回路
１４ スイッチ回路
２１ 出力電圧センサ
２２ アンプ入力切替信号生成回路
２３ 参照電圧源
２４ スタンバイ信号生成回路
Ｌ インダクタ
Ｃ５ 容量
２ 電源回路制御回路
３ 信号処理回路
１０ 電源回路
１１ ＤＣＤＣ電源
１２ リニアアンプ（Ａｍｐ）
１３ 固定・可変切替用制御回路
１４ スイッチ回路
２１ 出力電圧センサ
２２ アンプ入力切替信号生成回路
２３ 参照電圧源
２４ スタンバイ信号生成回路
Ｌ インダクタ
Ｃ５ 容量
Claims (6)
- ＤＣＤＣコンバータと、
リニアアンプと、
一方の端子が前記リニアアンプの出力に接続された容量と、を備える電源回路であって、
前記容量の他方の端子は、当該電源回路の出力に接続され、
前記リニアアンプは、可変電圧モードのときに動作し、固定電圧モードのときに動作を停止し、
前記固定電圧モードのときに、前記リニアアンプの出力を接地する、ことを特徴とする電源回路。 - 外部より入力される、前記可変電圧モードおよび前記固定電圧モードを指示するモード切替信号に応じて、前記リニアアンプの動作モードを制御する制御回路と、
アンプ入力切替信号に応じて、前記リニアアンプの入力を、前記可変電圧モードのときには外部より入力されるエンベロープ信号に、前記固定電圧モードのときには前記制御回路の出力する電圧制御信号に切り替えるスイッチと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の電源回路。 - 前記制御回路は、
当該電源回路の出力電圧を検出する出力電圧センサと、
前記モード切替信号および前記出力電圧センサの出力する出力電圧検出信号に応じて、前記アンプ入力切替信号を生成するアンプ入力切替信号生成回路と、
前記出力電圧検出信号に応じて、前記電圧制御信号を生成する参照電圧源と、
前記電圧制御信号および前記出力電圧検出信号に応じて、前記リニアアンプの動作状態を切り替えるスタンバイ信号を生成するスタンバイ信号生成回路と、
を備える、ことを特徴とする請求項２に記載の電源回路。 - 前記モード切替信号および前記エンベロープ信号を出力する電源回路制御回路と、
請求項２または３に記載された電源回路と、を備えることを特徴とする電源ＩＣ。 - 前記モード切替信号および前記エンベロープ信号を出力する電源回路制御回路と、
請求項２または３に記載された電源回路と、
前記電源回路の出力を電源として動作する増幅器と、を備えることを特徴とする電力増幅装置。 - 請求項１から３のいずれか１項に記載の電源回路、請求項４に記載の電源ＩＣまたは請求項５に記載の電力増幅装置を備えることを特徴とする無線通信装置。
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