JP3197404U - 高周波信号発生回路 - Google Patents

Abstract

【課題】低消費電力化し、小型化する高周波信号発生回路を提供する。【解決手段】コイル２およびコンデンサ３からなる共振回路４と、外部から駆動信号５が入力されて共振回路４を駆動する信号を出力する電力制御ＭＯＳトランジスタ用の第１のゲートドライバ１とを有し、第１のゲートドライバ１の出力信号は電圧および電流の少なくとも一方が駆動信号５より高い。ＭＯＳトランジスタ用のゲートドライバ１を用いて高周波信号発生回路の共振回路４を駆動することにより、高効率化、低消費電力化、小型化が可能となる。【選択図】図１

Description

本考案は、高周波信号を利用する店舗防犯システム等に用いる高周波信号発生回路に関する。

従来の店舗防犯システム用の高周波信号発生回路は、アンテナを駆動するために個別トランジスタを用いたアナログ回路で構成されていた。

特開２００８−９９００７号公報

しかしながら、従来の数ＭＨｚの高周波信号発生回路は、ＯＮ／ＯＦＦ制御で効率よく動作させる高速のトランジスタは高価で入手が難しかった。そのため入手可能なトランジスタを高速動作が可能な活性領域で動作させ出力を取り出す等の方式が採用されていたが、電源効率が悪く消費電力が大きくなり、放熱を考慮した構造が不可欠となり、小型化も困難であった。

本考案の高周波信号発生回路は、低消費電力化し、小型化することを目的とする。

上記目的を達成するために、本考案の高周波信号発生回路は、コイルおよびコンデンサからなる共振回路と、外部から第１の駆動信号が入力されて前記共振回路を駆動する第２の駆動信号を出力するＭＯＳトランジスタ用の第１のゲートドライバとを有し、前記第１のゲートドライバの出力信号は電圧および電流の少なくとも一方が前記第１の駆動信号より高いことを特徴とする。

以上のように、本考案の高周波信号発生回路は、ＭＯＳトランジスタ用のゲートドライバを用いて高周波信号発生回路を構成することにより、高効率化、低消費電力化、小型化が可能となる。

実施の形態１における高周波信号発生回路の構成を示す図 実施の形態２における高周波信号発生回路の構成を示す図 実施の形態３における高周波信号発生回路の構成を示す図 実施の形態３における高周波信号発生回路の出力周波数特性を示す図

店舗防犯システム用の高周波信号発生回路は、数ＭＨｚで数マイクロ秒のバースト信号を、１秒間に数百回の間歇動作で発生することが要求される場合がある。バースト信号の振幅はある程度の大きさが必要であるが、間歇動作のデューティーサイクルが小さいため、平均的な電力は小さいのが特徴である。本考案は、高速電力制御インバータ等で用いられる高速ＭＯＳトランジスタ用ゲートドライバだけを用いてＬＣ直列共振回路を直接駆動させ、間歇高周波信号を発生させることを特徴としている。

本来、ＬＣ直列共振回路を駆動して高周波信号を発生する場合、ＭＯＳトランジスタ用ゲートドライバ回路で、電力用ＭＯＳトランジスタを駆動し、その出力でＬＣ直列共振回路を駆動する。しかし、店舗防犯システム用の高周波信号発生回路では、制御する電力が大きくないが、数ＭＨｚで動作することが要求されているので高速動作が求められており、高価なトランジスタを用いる必要がある。ＭＯＳトランジスタ用ゲートドライバは、電力用ＭＯＳトランジスタの大きな容量のゲートを短時間に充、放電することが要求され、短時間に大きな電流を駆動できる能力を持っており、高速動作のＭＯＳトランジスタ用ゲートドライバも入手可能になってきた。

これにより、高周波信号発生回路を、高効率化、低消費電力化、小型化することが可能となる。
以下、図面を用いて各実施の形態の高周波信号発生回路を説明する。
（実施の形態１）
図１は実施の形態１における高周波信号発生回路の構成を示す図である。

図１に示すように、アンテナとなるコイル２とコンデンサ３とが直列接続されて、アンテナとして機能する共振回路４が形成される。駆動信号５は、発生させようとする高周波信号の周波数のパルス信号で、そのデューティーサイクルが５０％の時最大出力となり、それより大きくても小さくても出力は低下する。ゲートドライバ１は、マイコン等から論理レベルの矩形パルス状の間歇駆動信号５を受け、ほぼＭＯＳトランジスタ用ゲートドライバ電源電圧Ｖｄｒの振幅で、直列共振回路４を駆動する。なお、電源電圧Ｖｄｒは、論理回路の電圧より高い電圧で動作させることが可能で、しかも、短時間で繰り返す間歇動作中には、大きな電流も流せるので、間歇的に大きな出力で動作させることができる。つまり、ＭＯＳトランジスタ用ゲートドライバを用いて共振回路４を駆動することにより、入力される駆動信号５より電流または電圧が高い信号で共振回路４を駆動することができる。また、ゲートドライバ１は、図１では反転型を利用しているが、非反転型を使ってもよい。また、ゲートドライバ１は、ＭＯＳ型の、高速な電力制御トランジスタ用のドライバ等を用いることができる。

このように、この回路では、ＭＯＳトランジスタ用ゲートドライバは、パルス状の駆動信号６により、ほぼ電源電圧Ｖｄｒと設置電位０Ｖの２つの電圧を交互に出力して直列共振回路を駆動し、途中の電圧を経過する時間を短くできるので、ＭＯＳトランジスタ用ゲートドライバの電力損失は少なくなる。損失は、ＭＯＳトランジスタ用ゲートドライバの動作遅延．伝播遅延に起因して発生ずるので、ＭＯＳトランジスタ用ゲートドライバが高速であればある程、効率よく動作させることができる。以上により、高周波信号発生回路を、高効率化を実現しながら、低消費電力化、小型化することができる。
（実施の形態２）
図２は実施の形態２における高周波信号発生回路の構成を示す図である。

図２に示す実施の形態２における高周波信号発生回路は、実施の形態１における高周波信号発生回路に対して、反転型と非反転型の２種のゲートドライバ１，６を使い、直列共振回路４の両端を、互いに逆位相で駆動し、実質２倍の駆動電圧で直列共振回路４を駆動させる点が異なる。反転型または非反転型どちらかのゲートドライバのみを用いる場合は、片方のゲートドライバの入力にＮＯＴ回路を入れて駆動信号５を反転することにより同等の回路が構成できる。この回路をシーソー型高周波信号発生回路と名付ける。

このように、共振回路４の両端を互いに逆位相で駆動することにより、実施の形態１における高周波信号発生回路に比べて、電源電圧Ｖｄｒを２倍にしたのと等価になり、さらに出力を大きくすることができる。
（実施の形態３）
図３は実施の形態３における高周波信号発生回路の構成を示す図である。図４は実施の形態３における高周波信号発生回路の出力周波数特性を示す図である。

図３に示す実施の形態３における高周波信号発生回路は、実施の形態１，２における高周波信号発生回路に対して、次のような出力調整回路を付加した高周波信号発生回路である。

図３に示すように、実施の形態３における出力調整回路は、抵抗７とコンデンサ８で構成される時定数回路により、パルス信号である駆動信号５の立ち上がりと立ち下がりの変化に遅れを持たせた信号を生成し、その生成した信号の電圧と制御電圧１０とを電圧比較器９で比較して駆動信号５のパルス幅を変化させた信号を生成する。電圧比較器９から出力する信号はゲートドライバ１に入力され、制御電圧１０の電圧を調整することにより、共振回路４の駆動信号のパルス幅を制御することが可能になる。高周波信号発生回路は駆動信号のデューティーサイクルが５０％の時最大出力となり、それより大きくても小さくても出力は低下する特性を利用して高周波信号発生回路の出力電圧を調整できる。

この特性を利用して、図４の実線１２に示すように、特定の周波数の範囲で出力電圧をほぼ一定にすることが可能になる。ここで、点線１１は出力調整回路が付加されない高周波信号発生回路における出力周波数特性を示し、実線１２は実施の形態３の高周波信号発生回路における出力周波数特性を示す。高周波信号発生回路の出力電圧は、図４の点線１１に示すように、共振周波数の信号を出力するときに最大になり、共振周波数から外れるに従って出力は低下する。店舗防犯システムにおいて、この信号を受ける防犯タグの受信回路は、必ずしも共振周波数に合わせて調整されているとは限らず、ある範囲内のばらつきを持っている。このため、高周波信号発生回路は、図４の実線１２に示すように、その範囲内で周波数を変化させながら一定の大きさの信号を出すことが要求されている。図３に示す実施の形態３高周波信号発生回路における電圧比較器９を用い、中心周波数の信号振幅が小さくなるようにパルス幅を調整し、出力周波数が中心周波数から外れるに従い出力が大きくなるようにパルス幅を５０％に近づける制御をすることにより、特定の周波数の範囲内で出力電圧を一定にすることが可能になる。

１ ゲートドライバ
２ コイル
３ コンデンサ
４ 共振回路
５ 駆動信号
６ ゲートドライバ
７ 抵抗
８ コンデンサ
９ 電圧比較器
１０ 制御電圧

Claims (4)

1. コイルおよびコンデンサからなる共振回路と、
   外部から第１の駆動信号が入力されて前記共振回路を駆動する第２の駆動信号を出力する電力制御ＭＯＳトランジスタ用の第１のゲートドライバと
   を有し、前記第１のゲートドライバの出力信号は電圧および電流の少なくとも一方が前記第１の駆動信号より高いことを特徴とする高周波信号発生回路。
2. 前記共振回路の前記第１のゲートドライバが接続される端部と逆側の端部に、前記第１のゲートドライバと同一特性で逆位相となる第２のゲートドライバをさらに有することを特徴とする請求項１記載の高周波信号発生回路。
3. 前記第１のゲートドライバの入力端子に接続される電圧比較器をさらに有し、
   前記電圧比較器の一方の入力端子には抵抗とコンデンサからなる時定数回路を介して前記第１の駆動信号が入力され、他方の入力端子には制御電圧が入力され、
   前記制御電圧が制御されて前記第２の駆動信号のデューティー比が調整され、出力電圧が制御されることを特徴とする請求項１記載の高周波信号発生回路。
4. 前記第１のゲートドライバおよび前記第２のゲートドライバの入力端子それぞれに接続される２つの電圧比較器をさらに有し、
   それぞれの前記電圧比較器の一方の入力端子には抵抗とコンデンサからなる時定数回路を介して前記第１の駆動信号が入力され、他方の入力端子には制御電圧が入力され、
   前記制御電圧が制御されて前記第２の駆動信号のデューティー比が調整され、出力電圧が制御されることを特徴とする請求項２記載の高周波信号発生回路。

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