JP3373215B2 - 電圧極性反転用の回路装置 - Google Patents

電圧極性反転用の回路装置

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    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04M19/00Current supply arrangements for telephone systems
    • H04M19/08Current supply arrangements for telephone systems with current supply sources at the substations

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、動作電圧に対して極性の反転した出力電圧
を形成するための回路装置に関する。本発明は、とりわ
け電流節約モードで動作する回路装置に関する。
本発明は特に、バッテリー電圧の供給される電子機
器、例えば移動無線機(移動電話)または携帯コンピュ
ータ(ラップトップ)で、正電圧から負電圧を形成する
回路装置に関する。
この種の回路装置は公知である。この種の回路装置
は、例えばバッテリー電圧の供給される移動無線機で、
負のゲート電圧をMESFETに対して形成するのに使用され
る。移動無線機は一般的には1つまたは複数のMMIC(モ
ノリシックマイクロ波集積回路)チップ(例えばMMIC電
力増幅器)をMESFETベースに有する。負の電圧をバッテ
リー駆動される電子機器で形成することのできる回路変
形例では、発振器またはマルチバイブレータによって交
流電圧が形成され、続いて整流される。同じように移動
電話では、MMIC電力増幅器の入力側に印加される受信高
周波信号を整流することによって負の電圧を形成するこ
とができる。
しかしこれら2つの方法は欠点を有する。すなわち第
1の例では発振器により電子機器に付加的な交流電圧信
号が形成され、この信号が機器の動作特性を損なうこと
がある。例えば電子機器の隣接する構成素子、例えばマ
イクロプロセッサが影響を受けることがあり、このこと
が誤機能を引き起こすことがある。
第2の方法では、MMIC電力増幅器が高周波信号の印加
後に初めて投入接続され、比較的に信号レベルの高いと
きだけ機能することが特に欠点である。
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の、ノイズの少な
い回路装置を提供し、電子機器の動作特性が損なわれる
のを回避し、同時に安価に小さなスペースで実現できる
ようにすることである。またこの回路装置は上記の欠点
を回避すると同時に、移動無線機で使用するのに適する
ものであり、とりわけ電流節約モードで動作するように
する。
この課題は、請求項1の構成を有する回路装置によっ
て解決される。本発明の回路装置の有利な改善形態は従
属請求項2から5に記載されている。本発明の回路装置
の有利な適用は請求項6に記載されている。
本発明の回路装置は以下の特徴を有する。
すなわち: トランジスタの負荷区間の第1の端子、例えば電界効
果トランジスタのソース/ドレイン区間の第1の端子
と、第1の回路入力端子との間にコイルが接続されてお
り、トランジスタの負荷区間の第2の端子が固定基準電
位と導電接続されている。第1の回路入力端子には、基
準電位に対して第2の極性(例えば正)を有する動作電
圧を印加することができる。さらにトランジスタの制御
端子が制御線路を介して第2の回路入力端子と接続され
ており、第2の回路入力端子には交流電圧を供給するこ
とができる。トランジスタの負荷区間の第1の端子と第
1のダイオードのカソードとの間には第1のコンデンサ
が接続され、第1のダイオードのカソードは第2のダイ
オードのアノードに接続されている。第2のダイオード
のカソードは固定基準電位に接続されており、また固定
基準電位と第1のダイオードのアノードとの間には第2
のコンデンサが接続されている。第1のダイオードのア
ノードは回路出力端子と接続されている。回路出力端子
からは固定基準電位に対して第1の極性(例えば負)を
有する出力電圧を取り出すことができる。
本発明の回路装置は基本的に次の原理に従って動作す
る。すなわち、トランジスタの遮断切り替え後のコイル
での電圧上昇を用いて、第1のコンデンサを固定基準電
位に対して正の電圧に充電するのである。トランジスタ
の導通フェーズの間、第1のコンデンサは第2のコンデ
ンサを、固定基準電位に対して負の電圧に充電し、この
電圧を外から取り出すことができる。
交流電圧は例えば、固定基準電位に対して第2の極性
を有する電圧パルス、例えば矩形電圧からなる。
本発明の回路装置の利点は、これが従来技術と比較し
て大きな構成部材コストなしで、また僅かなスペースで
実現できることである。コイルとコンデンサを除いてす
べての構成素子を簡単にMMICチップに集積することがで
きる。
移動無線機では有利には、トランジスタ制御に対する
交流電圧としてすでに存在する呼出信号発生器−供給電
圧が使用される。同じようにラップトップでも、スピー
カ電圧を使用することができる。
従って本発明の回路装置の駆動のために付加的な発振
器は必要ない。動作電圧および交流電圧は電子機器で通
常はすでに使用でき、回路装置に対して固有に形成する
必要はない。
本発明の回路装置の有利な実施例では、交流電圧とし
て矩形電圧が使用される。これによりコイルに有利には
非常に高い電圧上昇が形成され、このことにより回路装
置の効率が改善される。
本発明の回路装置の特に有利な形態では、回路出力端
子とトランジスタの制御線路との間に電気抵抗が接続さ
れ、この抵抗を介してトランジスタTの制御端子には負
電圧が供給され、これにより有利には特に電流節約モー
ドで動作する。
さらに本発明の有利な実施例では、トランジスタの制
御端子線路(第2の回路入力端子と制御端子との間の接
続路)に電流制限抵抗が接続され、この抵抗は交流電圧
が動作時に大きく降下するのを阻止する。
さらに制御線路に有利には第3のコンデンサを接続す
ることができる。この第3のコンデンサは交流電圧を形
成する電圧源を直流的に回路装置から分離する。
本発明の回路装置の別の有利な形態では、第1の回路
入力端子と固定基準電位との間に第4のコンデンサが接
続されている。これによって正の動作電圧を送出する電
圧源が交流的に回路から分離される。
さらに第2の回路入力端子または第3のコンデンサと
固定基準電位との間に付加的電気抵抗を接続することが
できる。この電気抵抗により有利には、トランジスタの
制御端子における電位が固定基準電位に対して安定化さ
れる。
トランジスタとして有利には電界効果トランジスタよ
びバイポーラトランジスタを使用することができる。
本発明のさらに有利な形態は従属請求項に記載されて
おり、以下図面1から6に関連して詳細に説明する。
図1は、本発明の回路装置の第1の実施例の回路図、 図2は、トランジスタを制御するための交流電圧の電
圧/時間線図、 図3は、図1の回路装置のIで示した点における電圧
経過の電圧/時間線図、 図4は、図1の回路装置のKで示した点における電圧
経過の電圧/時間線図、 図5は、MMIC電力増幅器と接続された本発明の回路装
置のブロック回路図である。
図1の回路装置では、トランジスタTは例えば電界効
果トランジスタとして実現されている。トランジスタT
のドレイン端子D(負荷区間の第1の端子に相当する)
と、正の動作電圧V+(例えば+3V)が印加される第1
の回路入力端子E1との間にはコイルL(例えば10μHの
インダクタンス)が接続されている。トランジスタTの
ソース端子(負荷区間の第2の端子に相当する)は固定
基準電位P(例えばアース)と接続されており、トラン
ジスタTのゲート端子G(制御端子に相当する)は第2
の回路入力端子E2と接続されている。第2の回路入力端
子E2には交流電圧V〜(例えば+3Vの矩形パルスを有す
る矩形電圧、図2参照)が印加される。ドレイン端子D
と第1のダイオードD1のカソードK1との間には第1のコ
ンデンサC1(例えば約1nFのキャパシタンス)が接続さ
れている。同時に第1のダイオードD1のカソードK1は第
2のダイオードD2のアノードA2と、第2のダイオードD2
のカソードK2は固定基準電位Pと接続されている。固定
基準電位Pと第1のダイオードのアノードA1との間には
第2のコンデンサC2(例えば約1nFのキャパシタンス)
が接続されている。第1のダイオードD1のアノードA1は
回路出力端子Aと接続されており、この回路出力端子か
らは負電圧V−(実施例のインダクタンスとキャパシタ
ンスの値では約−6から−9V)が取り出される。
オプションとして図1の回路装置では、ゲート線路
(ゲート端子Gと第2の回路入力端子E2との間の接続
路)に、例えばR=1kΩのゲート前置抵抗R1を接続する
ことができる。この前置抵抗は交流電圧V〜の大きな電
圧降下を阻止する。
さらに固定基準電位Pと第2の回路入力端子E2との間
に付加的電気抵抗R2(例えばR=20kΩ)を接続するこ
とができる。この抵抗はトランジスタTのゲート/ソー
ス電位の安定化に寄与する。
交流電圧(V〜)供給部を回路装置から直流的に分離
するため、第2の回路入力端子E2とゲート端子Gないし
ゲート前置抵抗R1との間に第3のコンデンサC3(図1に
は同じように破線で示されている。)を接続することが
できる。このコンデンサは例えば1nFのキャパシタンス
を有する。
さらにコイルLを動作電圧(V+)供給部から分離す
るために、第1の回路入力端子E1と固定基準電位Pとの
間に、例えば2nFのキャパシタンスを有する第4のコン
デンサC4(図1には破線で示してある。)を接続するこ
とができる。
トランジスタTに負のゲート電圧を供給するために、
回路出力端子Aとゲート端子Gないしゲート前置抵抗R1
との間に電気抵抗R3を接続することができ、これにより
回路装置の電流節約モードでの動作が達成される。
図2には、交流電圧V〜に対する電圧/時間線図が示
されている。この交流電圧はトランジスタTの制御に使
用され、例えば移動無線機(例えば携帯電話)で呼出信
号発生器−供給電圧Vclkとして使用される。横軸には時
間が、縦軸には電圧Vがプロットされている。この交流
電圧は、例えば固定基準電位P(例えばアース)に対し
て+3Vのパルス高さを有する矩形電圧であり、例えば5
から15MHzの周波数を有し、第2の回路入力端子E2に印
加される。
図3に示された電圧/時間線図は、図1の回路装置に
Iにより示された回路点での電圧経過を概略的に示す。
図2と同じように横軸には時間、縦軸には電圧Vがプロ
ットされている。この図によれば回路点Iには、交流電
圧V〜ないし呼出信号発生器−供給電圧Vclkのパルス休
止期間の間に、基準電位Pに対して動作電圧V+よりも
高められた電圧(最大で約+6から+9V)が発生してい
る。パルス期間中は、回路点IはトランジスタTが導通
接続するので固定基準電位Pになる。動作電圧V+に比
較して高められた電圧は、コイルLの無電流切替時に発
生した電圧上昇によるものであり、この電圧は第1のコ
ンデンサC1を充電する。理想的な電圧経過が図3に破線
で示されている。
図4に示された電圧/時間線図は、図1にKで示した
回路点での電圧経過を概略的に示す。図2と同じように
ここでも横軸には時間、縦軸には電圧Vがプロットされ
ている。交流電圧V〜ないし呼出信号発生器−供給電圧
Vclkのパルス休止期間内では、固定基準電位に対してこ
こでは最大で約−6から−9Vの電圧が発生している。こ
の電圧は、トランジスタTの導通接続時、すなわち第1
のコンデンサC1の正極が固定基準電位に接続されている
ときには第2のコンデンサC22を固定基準電位に対して
負の電圧V−に充電することによって形成される。理想
的電圧経過は、図3と同じように破線で示されている。
回路出力端子Aからは無負荷状態で、約−6から−9V
の純粋な直流電圧を取り出すことができる。
図5には本発明の回路装置のブロック回路図が、移動
無線機で使用される、3つの増幅段V1,V2,V3を有するMM
IC電力増幅器チップMMICに関連して示されている。トラ
ンジスタT、ダイオードD1およびD2および場合により第
1,第2および/または第3の電気抵抗R1,R2,R3がMMIC電
力増幅器チップMMICに集積されている。コイルL、第1
および第2のコンデンサC1,C2、並びに場合により第3
および第4のコンデンサはMMIC電子増幅器チップMMICの
外に配置されている。このブロック回路図ではさらに、
本発明の回路装置では交流電圧V〜として有利には、移
動無線機に基本的に備わっている呼出信号発生器−供給
電圧Vclkが使用されることが示されている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−4700(JP,A) 特開 昭57−78165(JP,A) 特開 昭61−254068(JP,A) 特開 昭62−221867(JP,A) 特開 平3−103079(JP,A) 特開 平4−122129(JP,A) 特開 平10−117223(JP,A) 米国特許3863138(US,A) 米国特許4045719(US,A) 米国特許4320447(US,A) 米国特許5396165(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 3/00 - 3/44

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基準電位(P)に対して第2の極性を有す
    る動作電圧(V+)の供給される電子機器内で、基準電
    位(P)に対して第1の極性を有する出力電圧(V−)
    を形成するための回路装置であって、 a)トランジスタ(T)の負荷区間の第1の端子(D)
    と第1の回路入力端子(E1)との間にコイル(L)が接
    続されており、 b)トランジスタ(T)の負荷区間の第2の端子(S)
    が固定基準電位(P)に接続されており、 c)第1の回路入力端子(E1)には動作電圧(V+)が
    印加され、 d)トランジスタ(T)の制御端子(G)が第2の回路
    入力端子(E2)に接続されており、該第2の回路入力端
    子には交流電圧(V〜)が印加され、 e)トランジスタ(T)の負荷区間の第1の端子(D)
    と第1のダイオード(D1)のカソード(K1)との間に第
    1のコンデンサ(C1)が接続されており、 f)第1のダイオード(D1)のカソード(K1)は第2の
    ダイオード(D2)のアノード(A2)に接続されており、 g)第2のダイオード(D2)のカソード(K2)は固定基
    準電位に接続されており、 h)該固定基準電位と、第1のダイオード(D1)のアノ
    ード(A1)との間には第2のコンデンサ(C2)が接続さ
    れており、 i)第1のダイオード(D1)のアノード(A1)は、出力
    電圧(V−)である回路出力端子(A)と接続されてい
    る形式の回路装置において、 j)回路出力端子(A)とトランジスタ(T)の制御線
    路(E2−G)との間には電気抵抗(R3)が接続されてお
    り、 k)制御線路(E2−G)では、第2の回路入力端子(E
    2)と制御端子(G)との間に第3のコンデンサ(C3)
    が配置されており、電流制限抵抗(R1)がトランジスタ
    (T)の制御端子(G)に前置接続されており、 l)第2の回路入力端子(E2)と固定基準電位(P)と
    の間には別の電気抵抗(R2)が接続されている、 ことを特徴とする回路装置。
  2. 【請求項2】第1の回路入力端子(E1)と固定基準電位
    (P)との間には第4のコンデンサ(C4)が接続されて
    いる、請求項1記載の回路装置。
  3. 【請求項3】トランジスタ(T)、第1および第2のダ
    イオード(D1,D2)は単一のMMICチップ(MMIC)に集積
    されている、請求項1または2項記載の回路装置。
  4. 【請求項4】トランジスタ(T)、第1および第2のダ
    イオード(D1,D2)および電気抵抗(R3)は単一のMMIC
    チップ(MMIC)に集積されている、請求項1から3まで
    のいずれか1項記載の回路装置。
  5. 【請求項5】交流電圧(V〜)は、基準電位(P)に対
    して第2の極性を有する電圧パルスからなる矩形電圧で
    ある、請求項1から4までのいずれか1項記載の回路装
    置。
  6. 【請求項6】移動無線機で使用され、交流電圧(V〜)
    として移動無線機で形成される呼出信号発生器−供給電
    圧(Vclk)が使用される、請求項1から5までのいずれ
    か1項記載の回路装置の適用方法。
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