JP2795964B2

JP2795964B2 - パルス幅変調形電力増幅装置

Info

Publication number: JP2795964B2
Application number: JP2107413A
Authority: JP
Inventors: 晴彦由良; 清美河村; 富和米田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-04-25
Filing date: 1990-04-25
Publication date: 1998-09-10
Anticipated expiration: 2013-09-10
Also published as: JPH047906A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、例えば中波や短波の放送機の変調出力部
に用いられるパルス幅変調形電力増幅装置に関する。

（従来の技術）一般に、放送機の音声信号用電力増幅装置では、電源
効率の良いことが要求され、パルス幅変調形電力増幅装
置が用いられることが多い。またこの電力増幅装置で
は、放送機の振幅変調の変調度が100％まで直線的であ
ることを要求されるために、出力電圧0V、つまり、パル
ス幅変調波のパルス幅０からの直線性が要求される。

第４図は、従来の基本的なパルス幅変調形電力増幅装
置であり、音声信号源11からの音声信号は、パルス幅変
調（PWM）回路12に供給される。パルス幅変調回路12か
らのパルス幅変調信号は、スイッチング電力増幅器13の
入力部に供給される。スイッチング電力増幅器13は、電
源と次段の低域フィルタ14の入力端子間に接続されたス
イッチング電力増幅素子131と、低域フィルタ14の入力
端子と接地間に接続された逆方向ダイオード132により
構成されている。

スイッチング電力増幅素子131は、パルス幅変調信号
によりオンオフ制御され、オン状態のときは、低域フィ
ルタ14に電源からの電流が供給される。低域フィルタ14
は、パルス幅変調に用いた高周波成分を除去して元の音
声信号を出力端子15に導出するためのものである。ま
た、このフィルタ出力は、図示せぬ電力増幅回路に導か
れ送信周波数にAM変換されてアンテナより送出される。

上記のスイッチング電力増幅器13は、スイッチング電
力増幅素子131の出力容量、逆方向ダイオード132の接合
容量、配線材料の持つ浮遊容量等を合計した、破線で示
す浮遊容量16が存在する。このために不要電荷が存在
し、パルス幅変調と出力電圧との関係は、第５図に示す
ように直線的とならない。この非直線性は、無視できな
い程度に大きく、例えば、負ピークが０の正弦波を音声
信号として入力した場合、出力は第６図に示すようにひ
ずみ17を生じる。

このような問題点を解決する方法として、以前、本発
明者らは特許出願（特願昭63−278788）を行なっている
が、これによれば、第４図のスイッチング電力増幅素子
131に加えて逆方向ダイオード132と接地電位間にさらに
第２のスイッチング電力増幅素子を設け、この第２のス
イッチング電力増幅素子をスイッチング電力増幅素子13
1と逆相でオンオフさせることにより解決している。

しかしながら、これら２つのスイッチング電力増幅素
子をオンオフ動作させるには、一定の時間を必要とする
ために第７図に示すように２つのスイッチング電力増幅
素子を通って流れる電流（貫流電流）が流れ、これによ
り損失が増加し、場合によっては、それぞれのスイッチ
ング電力増幅素子が破壊に至る恐れがあった。

そこでこれをさけるために、第８図及び第９図に示す
ように２つのスイッチング電力増幅素子のタイミングを
ずらしてパルスのタイミング操作を行なっていた。な
お、第７図（ａ），（ｂ）第８図（ａ），（ｂ）第９図
（ａ），（ｂ）は各スイッチング電力増幅素子を流れる
電流を示し、第７図（ｃ），第８図（ｃ），第９図
（ｃ），は貫流電流を示している。

この方式によると（１）主たる信号系であるパルス幅
変調された信号系に遅延回路を追加することを要し、シ
ステム信頼性を悪化させる。（２）それぞれのスイッチ
ング電力増幅素子のタイミング調整を必要とし、調整に
困難が生じるなどの欠点があった。

（発明が解決しようとする課題）以上述べたように、従来のパルス幅変調形電力増幅装
置によると、浮遊容量による不要電荷の存在のために直
線性が劣り、この点の改善が望まれている。

そこでこの発明は、浮遊容量による不要電荷を簡単で
安価な回路構成により効率的に放電して、全体装置の直
線性改善を得、良好な出力を得ることができるパルス幅
変調形電力増幅装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために本発明では、電源と低域フ
ィルタの入力端子間に接続され、パルス幅変調された第
１の信号によりオンオフ制御され、その出力を該低域フ
ィルタに供給する第１のスイッチング部と、前記低域フ
ィルタと接地間に接続され、前記低域フィルタの出力を
付勢するためのフライホイールダイオードと、前記低域
フィルタの入力端子と接地電位間に接続され、前記パル
ス幅変調された第１の信号の立下りから前記パルス幅変
調された第１の信号のオフ期間の半分を経過するまでの
間オンとなる関係にある第２の信号によりオンオフ制御
され、前記低域フィルタの入力端子に存在している浮遊
容量電荷を放電するための第２のスイッチング部と、前
記低域フィルタの入力端子と前記第２のスイッチング部
との間を順方向に接続し、前記浮遊容量電荷の放電に供
するダイオードとを具備するものである。

（作用）本発明のパルス幅変調形電力増幅装置では、低域フィ
ルタの入力部に存在する浮遊容量の不要電流は第２のス
イッチング部とダイオードにより放電され、浮遊容量の
影響を排除することができる。

さらにこの第２のスイッチング部は、パルス幅変調に
よりオンオフされる第１のスイッチング部のオフ期間の
半分を経過するまでの間オンとなる関係を有しているの
で、第１のスイッチング部が、オフからオンに変化する
時には第２のスイッチング部はすでにオフなっており、
第１のスイッチング部及び第２のスイッチング部の貫流
電流が無くなり、挿入損失の増加を阻止することができ
る。

（実施例）以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図はこの発明の一実施例である。第１図におい
て、音声信号源21からの音声信号は後述するパルス幅変
調回路22に供給され、パルス幅変調された音声信号は、
スイッチング電力増幅器23に供給される。

スイッチング電力増幅器23は、電源と低域フィルタ24
の入力端子間に接続された第１のスイッチング部231
と、低域フィルタ24と接地間に接続され、前記低域フィ
ルタ24の出力を付勢するためのフライホイールダイオー
ド232と、低域フィルタ24の入力端子に存在している浮
遊容量30の電荷を放電するための第２のスイッチング部
233と、低域フィルタ24の入力端子と第２のスイッチン
グ部233との間を順方向に接続し、浮遊容量電荷の放電
に供するダイオード234とを有する。

低域フィルタ24は、パルス幅変調に用いた高周波成分
を除去して元の音声信号を出力端子25に導出するための
ものである。また、このフィルタ出力は、図示せぬ電力
増幅回路に導かれ送信周波数にAM変換されてアンテナよ
り送出される。

次にパルス幅変調回路の具体的な詳細回路の一例を第
２図に示す。第２図に示すようにパルス幅変調回路を構
成しているパルス幅変調（PWM）コンパレータ221には三
角波コンパレータ222と積分回路223から構成される三角
波発生回路224からの出力と音声信号源21からの音声信
号が供給され、バルス幅変調された信号が出力される。
このPWMコンパレータ221の出力はスイッチング電力増幅
器23に供給される第１の信号になるとともに反転回路22
5を介してAND回路226の一方の端子に供給される。ま
た、三角波コンパレータ222の出力は反転回路227を介し
てAND回路226の他方の端子に供給され、このAND回路226
の出力が遅延回路228を介してスイッチング電力増幅器2
3に供給される第２の信号になる。

この実施例は上記のように構成され、次にこの回路の
動作を説明する。第３図にパルス幅変調回路22の動作タ
イミング図を示すが、三角波コンパレータ222からは第
３図（ａ）の信号が出力され、この信号が積分回路223
により第３図（ｂ）の信号が出力される。さらに第３図
（ｂ）の信号の出力と第３図（ｃ）の音声信号がPWMコ
ンパレータ221に供給され、PWMコンパレータ221により
第３図（ｄ）のパルス幅変調信号である第１の信号が得
られる。

さらに、第３図（ａ）の信号と第３図（ｄ）の信号が
それぞれ反転回路（225,227）により反転され、これら
の出力がAND回路226に供給され、このAND回路226からは
第３図（ｅ）に示す第２の信号が得られる。この第２の
信号は第３図からわかるように第１の信号の立下りから
第１の信号のオフ期間の半分を経過するまでの間オンと
なっている。すなわち、パス幅変調回路22では、音声信
号をパルス変調した第１の信号と、この第１の信号の立
下りから第１の信号のオフ期間の半分を経過するまでの
間オンとなる第２の信号を出力している。これら第１の
信号及び第２の信号はそれぞれ第１のスイッチング部23
1及び第２のスイッチング部233に供給される。

第１のスイッチング部231は、パルス幅変調された第
１の信号によりオンオフ制御され、第２のスイッチング
部233は、第１の信号の立下りから前記第１の信号のオ
フ期間半分を経過するまでの間オンとなる２の信号によ
りオンオフ制御される。第１のスイッチング部231がオ
ンのときは第２のスイッチング部233ははオフであり、
これらのスイッチング部は例えばMOS形FETで構成されて
いる。

第１のスイッチング部231がオンのときは、電源から
の電流が低域フィルタ24に供給される。そして、第１の
スイッチング部231と第２のスイッチング部233のオンオ
フ関係が反転すると、浮遊容量30の電荷はダイオード23
4及びスイッチング部233を通して放電される。一方、フ
ライホイールダイオード232は、低域フィルタ24の出力
を付勢するように働き、低域フィルタ24に流れていた電
流は中断することなくこのタイオード232を通って流れ
続ける。

さらに、第１のスイッチング部231と第２のスイッチ
ング部233が共にオフとなり、この時すでに、浮遊容量3
0の電荷の放電は完了しており、低域フィルタ24に流れ
ていた電流は継続してフライホイールダイオード232を
流れ続け、第２のスイッチング部233の状態がオンから
オフに変化したことによる電圧、電流分布の変化は生じ
ない。

さらにこの第２のスイッチング部は、パルス幅変調に
よりオンオフされる第１のスイッチング部のオフ期間の
半分を経過するまでの間オンとなる関係を有しているの
で、第１のスイッチング部が、オフからオンに変化する
時には第２のスイッチング部はすでにオフなっており、
第１のスイッチング部及び第２のスイッチング部を貫流
する電流が無くなり、損入損失の増加を阻止することが
できる。

また、タイミング調整を必要とするのが、第２のスイ
ッチング部がオフからオンに変化する側だけになり、こ
の調整は第２のスイッチング部の信号系のみで処理で
き、主たる信号系であるパルス幅変調された信号系に遅
延回路を追加することを要さないため、システム信頼性
に与える影響が少なく、また、タイミング調整が１か所
で済むため、調整も容易である。

ここで、フライホイールダイオード232の電流容量と
ダイオード234の電流容量とを比べるとダイオード234の
方がダイオード233の1/10程度のものでよい。これは、
フライホイールダイオード232があるために、ダイオー
ド234側に流れるのはほとんど浮遊容量の放電電流のみ
であるからである。また、ダイオード234により電流の
流れる方向が限定されるために、スイッチング部233も
電流容量の小さい簡単なスイッチングで良いことを意味
する。

仮に、フライホイールダイオード232及びダイオード2
34がないとすると、スイッチング部233の容量は大規模
となり高価なものを要する。またフライホイールダイオ
ード232を設けて、ダイオード234を設けなかったとして
も、同様であり、これはフライホイールダイオード232
に流れるべき一部電流が流れ込むからである。さらに、
容量の大きなスイッチ部を用いると逆方向回復に時間が
かかり、このために電力損失が大きくなるが、この実施
例によるとこのような問題もなくなる。

なお、第２図中の遅延回路227は第１のスイッチング
部232及び第２のスイッチング部233のオンオフに要する
時間を補正するために通常必要となるものであり、本発
明に必要不可欠なものではない。

［発明の効果］以上説明したようにこの発明は、浮遊容量による不要
電荷を簡単で安価な回路構成により効率的の放電をし
て、全体の直線性改善を得、良好な出力を得ることがで
きる。

さらにこの第２のスイッチング部は、パルス幅変調に
よりオンオフされる第１のスイッチング部のオフ期間の
半分を経過するまでの間オンとなる関係を有しているの
で、第１のスイッチング部が、オフからオンに変化する
時には第２のスイッチング部はすでにオフなっており、
第１のスイッチング部及び第２のスイッチング部を貫流
する電流が無くなり、挿入損失の増加を阻止することが
できる。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明のパルス幅変調形電力増幅装置の一実施
例を示す図、第２図は第１図のパルス幅変調回路の詳細
を示す図、第３図（ａ）乃至第３図（ｅ）はパルス幅変
調発生回路の動作タイミングを示す図、第４図は従来の
パルス幅変調形電力増幅装置を示す図、第５図は従来の
パルス幅変調形電力増幅装置の問題点を説明するために
示した特性図、第６図乃至第９図は従来のパルス幅変調
形電力増幅装置の問題点を説明するために示した信号波
形図である。 21……音声信号源、22……パルス幅変調回路、 23……スイッチング電力増幅器、 24……低域フィルタ、 231,233……スイッチング部、 232……フライホイールダイオード、 234……ダイオード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平２−125506（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−160111（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H03F 3/217

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電源と低域フィルタの入力端子間に接続さ
れ、パルス幅変調された第１の信号によりオンオフ制御
され、その出力を該低域フィルタに供給する第１のスイ
ッチング部と、前記低域フィルタと接地間に接続され、
前記低域フィルタの出力を付勢するためのフライホイー
ルダイオードと、前記低域フィルタの入力端子と接地電
位間に接続され、前記パルス幅変調された第１の信号の
立下りから前記パルス幅変調された第１の信号のオフ期
間の半分を経過するまでの間オンとなる関係にある第２
の信号によりオンオフ制御され、前記低域フィルタの入
力端子に存在している浮遊容量電荷を放電するための第
２のスイッチング部と、前記低域フィルタの入力端子と
前記第２のスイッチング部との間を順方向に接続し、前
記浮遊容量電荷の放電に供するダイオードとを具備する
パルス幅変調形電力増幅装置。