JP3803412B2 - 電源回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はバースト無線通信機の電源回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
１フレームを複数のスロットに分割し、同時に複数の人が通信できるようにした時分割多重通信方式の携帯無線通信機が、近年多く用いられるようになった。かかる携帯無線通信機においても重要なことは携帯に便利なことで、そのため小型，軽量化の努力がなされている。小型，軽量化を図る具体的な解決手法としては、例えば、送信部，受信部のユニット化、極小部品の使用、スイッチキーの省略及び兼用等があるが、最大の障害となるのは、バッテリーである。無線通信機は、一般的に受信部及び送信信号生成回路への供給電圧は低く供給電力も小さくて済むにもかかわらず、高周波電力増幅回路にはコレクタ効率の点から一定以上の電圧を供給する必要があるので、高電圧・大電流をまかなえる十分大きなバッテリーを必要とするからである。
【０００３】
この問題点を解決する一つの技術が、特開平４−３１５３２０号公報『バースト無線通信機』に開示されている。すなわち、低電圧・小容量のバッテリーの出力電圧をＤＣ−ＤＣコンバータで一定の電圧に昇圧し、コンデンサに蓄電し、それを送信時に電源として高周波電力増幅回路に供給するという方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このバースト無線通信機の電源回路においては、コンデンサを充電するＤＣ−ＤＣコンバータが定電圧出力なので、充電状態に応じて充電電流が変化する。すなわち、コンデンサが完全放電している初期段階においては大きな充電電流が流れるが、コンデンサが充電されてその端子間電圧が上昇するにつれて、充電電流は指数関数的に減少し、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧と等しくなった時に充電電流が零になるというものである。
【０００５】
そのため、上記電源回路においては、電源スイッチを入れた瞬間に流れる大きな突入電流に備えて、ある程度大きな容量を持つバッテリーを用意しなければならないという問題点があった。また、この問題点を解決するために、バッテリーを小容量のものに交換し、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力インピーダンスを大きく設定すると、突入電流は制限されるが、変換効率が悪くなるという問題が生じていた。また、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力インピーダンスを大きくすると、コンデンサの端子電圧が低い充電開始直後のときに充電電流が抑制されるだけでなく、コンデンサへの充電が進んだ後でも充電電流が抑制され続けるので、コンデンサの充電に時間がかかって、送信間隔が短いときに充電量（電力量）が不足するという新たな問題が生じていた。
【０００６】
本発明は、上記の問題点にかんがみて提案されたもので、従来のバースト無線通信機よりも、より低電圧で小容量のバッテリーが使用できるバースト無線通信機を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１の電源回路は、バッテリーから供給された電力をコンデンサに充電し、コンデンサに充電された電力をバースト無線通信機の高周波電力増幅回路に間欠的に供給する電源回路であって、バッテリーからコンデンサに充電する電流量を定電流に制御する定電流回路を設けた。
また、請求項２の電源回路は、請求項１に記載の電源回路において、バッテリーからコンデンサへの供給電圧を昇圧して定電流回路に供給する昇圧回路を備えた。
なお、前記定電流回路は、コンデンサへの充電電流を、バースト信号の送信間隔・送信時間に応じて設定された一定電流に制御するとよい。または、コンデンサへの充電電流を増減したり、充電電流を２段階に区切ったりして制御しても、定電流回路からの充電電流で充電するものであればよい。例えば、最初に電流を多めに流してコンデンサの電圧を速く上昇させ、後半に少なめにして電圧の不要な上昇を押さえるように制御してもよい。
【０００８】
また、請求項３の電源回路は、請求項１又は２に記載の電源回路において、コンデンサの端子間電圧を所定値以下に制御する過電圧防止回路を備えた。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかる電源回路について、図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明に係る電源回路を備えたバースト無線通信機のブロック図，図２は図１の無線通信機の動作のタイムチャートである。
【００１０】
図１のバースト無線通信機は、送信用の１フレームを８つのスロットに時分割したＴＤＭＡ方式を用いたもので、８つのうちの１つのスロットだけをバースト送信に利用して、同じ周波数で多くの人が同時に通信できる多重通信を行っている。この通信方式では、連続的に送信しているようでも、図２（Ａ）に示すように、実際に送信しているのは１フレームの１／８の時間で、残り７／８の時間は送信はしていない。
【００１１】
図１において、１は電圧が３Ｖで容量が小さいバッテリーで、送信信号生成回路８と受信部１０に電力を供給している。２はバッテリー１の出力電圧を７Ｖ以上に昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータ，３はＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電流を一定にしてコンデンサ５に供給する定電流回路，４はコンデンサ５の端子間電圧が耐圧以上になることを防ぐ過電圧防止回路である。定電流回路３の出力電流は、上記バースト信号の送信間隔・送信時間に応じて設定されている。６はコンデンサ５に並列に接続されたスイッチングレギュレータである。７は送信信号生成回路８からのバースト信号を増幅してアンテナに給電する出力回路で、バースト信号が入力されたときにのみ電流が流れるＤ級増幅動作をしている。９は送信信号生成回路８と受信部１０の各機能を制御するＣＰＵ，１１は分波器である。ここで、ＤＣ−ＤＣコンバータ２が昇圧回路に，出力回路７が高周波電力増幅回路に対応している。
【００１２】
次に、図２のグラフを用いて、図１の無線通信機の電源回路の動作を説明する。送信休止状態又は受信状態においては、出力回路７は電力を消費しないので、コンデンサ５からの電流の流れ出しはなく、定電流回路３から一定電流が流れ込んでいる〔図２（Ｄ）〕。このとき、コンデンサ５の端子間電圧は、定電流充電によって直線的に上昇していく〔図２（Ｂ）〕。タイミングＴ１で、ＣＰＵ９が送信のタイミング信号を出力して送信信号生成回路８を動作させると、送信信号生成回路８は増幅すべきバースト信号を出力する〔図２（Ａ）〕。
【００１３】
バースト信号を送りこまれた出力回路７には、スイッチングレギュレータ６を介して、コンデンサ５から電流が流れ込む〔図２（Ｄ）〕。送信開始のタイミングＴ１では、コンデンサ５の端子間電圧は、設定どおり１０Ｖ以上になっているが、スイッチングレギュレータ６で降圧されて７Ｖになる。コンデンサ５から出力回路７に電流が流れだすにつれて、端子間電圧は下降しつづけ、送信の終わるタイミングＴ２では７Ｖ近くまで落ちている〔図２（Ｂ）〕。しかし、タイミングＴ１からタイミングＴ２までの送信中は、スイッチングレギュレータ６によって７Ｖに維持されている〔図２（Ｃ）〕。定電流回路３からは、当然、送信中も一定電流が出力されている。
【００１４】
タイミングＴ２でバースト信号の送信が終わると、コンデンサ５には定電流回路３から再び、設定された一定電流が流れこむ〔図２（Ｄ）〕。そして、次回タイミングＴ３の送信開始まで、コンデンサ５は充電されつづける。
【００１５】
一定の電流でコンデンサ５を充電する定電流回路３に換えて、バッテリー１，コンデンサ５の容量に合わせて、充電電流を増減したり、充電電流を２段階に区切ったりする定電流回路を設けてもよい。例えば、最初に電流を多めに流して電圧を速く上昇させ、後半に少なめにして電圧の不要な上昇を押さえてもよい。これらの動作はＣＰＵによって制御される。上記スイッチングレギュレータ６は、シリーズパスレギュレータでも構わない。また、送信時にのみコンデンサ５の電圧にバッテリーの電圧を重畳させて、出力電圧を高くしてもよい。
【００１６】
図３は図１に示した無線通信機の電源回路の一例を示す回路図である。ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、チョークコイル２１，ＦＥＴ２２，及びパルス波を発生するスイッチング用ＩＣ２３により昇圧部が構成され、その出力は逆流防止用ダイオード２４を介してコンデンサ２５により平滑される。スイッチング用ＩＣ２３が発生するパルス波のデューティー比は、入力電圧が低くなるほど大きくなり、入力電圧が高くなるほど小さくなるように制御されている。このパルス波に応じてＦＥＴ２２がスイッチング動作を行い、バッテリー１の電圧が昇圧される。昇圧された出力は、抵抗３１とトランジスタ３２とからなる定電流回路３によって、定電流に制御されてコンデンサ５に出力される。
【００１７】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、理想的にはコンデンサ５の充電が進むにつれて、出力電圧が線形的に上昇していく。そのため、時分割のタイミングの誤動作や他の回路の故障等によって、設定されたタイミングに送信が行われず、コンデンサ５が放電しなかった場合には、その端子間電圧はどんどん上昇していく。その電圧がコンデンサ５などの素子の耐電圧値を越えれば、その素子は破壊されてしまう可能性があり、それを防ぐために出力に並列に定電圧ダイオード４１が設けられている。過電圧防止回路４に当たる定電圧ダイオード４１の降伏電圧は、前記素子の耐電圧値より小さく、且つ、正常動作の時の出力電圧値１０Ｖより大きい値に選定されているので、無線通信機が正常に動作している時は動作しない。しかし、出力電圧が前記降伏電圧を越えれば、定電圧ダイオード４１がショートして過電圧を防ぐ。
【００１８】
コンデンサ５に充電された電力は、送信の際、スイッチングレギュレータ６によって定電圧化されて出力回路７に出力される。スイッチングレギュレータ６はごく一般的なチョッパ型のスイッチングレギュレータで、スイッチング用ＩＣ６２のパルス波のデューティー比は、入力電圧が低くなるほど大きくなり、入力電圧が高くなるほど小さくなるように制御される。スイッチング用ＩＣ６２に制御されるトランジスタ６１から出力された電流はチョークコイル６３を通過し、コンデンサ６４で平滑され、出力回路７に供給される。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１に係る電源回路によれば、コンデンサに充電する電流量を制御する定電流回路を設けたので、突入電流に備えて大きな容量を持つバッテリーを用意する必要がなく、小容量のバッテリーでも使用することができる。
また、コンデンサに充電する電流量を制御する定電流回路を設けたので、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力インピーダンスは突入電流を抑制するために大きくする必要はない。従って、コンデンサへの充電は出力インピーダンスが大きい場合より短時間で完了する。よって、送信間隔が短いときも充電量（電力量）は不足しない。
なお、バッテリーは小容量であるが、送信時には前記コンデンサから電源供給するので、バースト送信時に要求される大きな電流を供給することができるので問題はない。
また、請求項２に係る電源回路によれば、供給電圧を昇圧し、定電流回路を設けてコンデンサに充電するので、低電圧・小容量のバッテリーでも使用することができる。
【００２０】
更に、請求項３に係る電源回路によれば、コンデンサの端子間電圧を所定値以下に制御する過電圧防止回路を備えたので、過電圧によってコンデンサがパンクするおそれがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電源回路を備えた無線通信機のブロック図である。
【図２】図１の無線通信機のタイムチャートである。
【図３】図１の無線通信機の電源部の一例の回路図である。
【符号の説明】
１ バッテリー
２ ＤＣ−ＤＣコンバータ（昇圧回路）
３ 定電流回路
４ 過電圧防止回路
５ コンデンサ
６ スイッチングレギュレータ
７ 出力回路（高周波電力増幅回路）
８ 送信信号生成回路
９ ＣＰＵ
10 受信部
41 定電圧ダイオード（過電圧防止回路）

Claims (3)

1. バッテリーから供給された電力をコンデンサに充電し、コンデンサに充電された電力をバースト無線通信機の高周波電力増幅回路に間欠的に供給する電源回路であって、
   バッテリーからコンデンサに充電する電流量を定電流に制御する定電流回路を設けたことを特徴とする電源回路。
2. バッテリーからコンデンサへの供給電圧を昇圧して定電流回路に供給する昇圧回路を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電源回路。
3. コンデンサの端子間電圧を所定値以下に制御する過電圧防止回路を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電源回路。

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