JP6577030B2 - スイッチング増幅器およびこれを動作させるための方法 - Google Patents
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Description
上で表1に示されているように、第1ベクトル1は、8つのスイッチS1a、S2a、S1b、S2b、S1c、S2c、S1d、S2dがそれぞれオフ、オン、オフ、オン、オフ、オン、オン、オフであるスイッチング状態として規定される。8つのスイッチS1a、S2a、S1b、S2b、S1c、S2c、S1d、S2dは、第1ベクトル1を使用することによって、CM電圧がV0+0.5Vdcに等しくなり、負荷200における電圧Uoutが−Vdcに等しくなるように制御される。
第1の実施形態において、制御装置10は、CM電圧の変化がゼロに等しくなるように、電源4の電圧に対する負荷出力基準電圧の比率に応じて第1のモード、第2のモード、第3のモード、および第4のモードのうちの1つで8つのスイッチS1a、S2a、S1b、S2b、S1c、S2c、S1d、S2dを制御するように構成される。非限定的な例として、m=Vref/2Vdcであり、ただし、mは、比率であり、Vrefは、負荷出力基準電圧である。
0≦m<0.5の場合、制御装置10は、8つのスイッチS1a、S2a、S1b、S2b、S1c、S2c、S1d、S2dを第1のモードにすることを決定する。第1のモードのスイッチング期間内の第1のスイッチング間隔T1の間、制御装置10は、第2ベクトル2を使用して8つのスイッチS1a、S2a、S1b、S2b、S1c、S2c、S1d、S2dを制御する。図4に示されているように、スイッチング増幅器300の出力電圧Uoutは、ゼロボルトに等しく、CM電圧Ucmは、V0+0.5Vdcに等しい。非限定的な一例として、V0は、ゼロボルトに等しくなり、Ucm=V0+0.5Vdc=0.5Vdcとなる。非限定的な別の例として、V0は、−0.5Vdcに等しくなり、Ucm=−0.5VdC+0.5Vdc=0ボルトとなる。
0.5≦m≦1.0の場合、制御装置10は、8つのスイッチS1a、S2a、S1b、S2b、S1c、S2c、S1d、S2dを第2のモードにすることを決定する。第2のモードのスイッチング期間内の第1のスイッチング間隔T1の間、制御装置10は、第5ベクトル5を使用して8つのスイッチS1a、S2a、S1b、S2b、S1c、S2c、S1d、S2dを制御する。図4に示されているように、スイッチング増幅器300の出力電圧Uoutは、Vdcに等しく、CM電圧Ucmは、V0+0.5Vdcに等しい。
−0.5<m≦0の場合、制御装置10は、8つのスイッチS1a、S2a、S1b、S2b、S1c、S2c、S1d、S2dを第3のモードにすることを決定する。第3のモードのスイッチング期間内の第1のスイッチング間隔T1の間、制御装置10は、第7ベクトル7を使用して8つのスイッチS1a、S2a、S1b、S2b、S1c、S2c、S1d、S2dを制御する。図4に示されているように、スイッチング増幅器300の出力電圧Uoutは、ゼロボルトに等しく、CM電圧Ucmは、V0+0.5Vdcに等しい。
−1.0≦m≦−0.5の場合、制御装置10は、8つのスイッチS1a、S2a、S1b、S2b、S1c、S2c、S1d、S2dを第4のモードにすることを決定する。第4のモードのスイッチング期間内の第1のスイッチング間隔T1の間、制御装置10は、第4ベクトル4を使用して8つのスイッチS1a、S2a、S1b、S2b、S1c、S2c、S1d、S2dを制御する。図4に示されているように、スイッチング増幅器300の出力電圧Uoutは、−Vdcに等しく、CM電圧Ucmは、V0+0.5Vdcに等しい。
第2の実施形態において、8つのスイッチS1a、S2a、S1b、S2b、S1c、S2c、S1d、S2dは、CM電圧の変化がゼロに等しくなるように、電源4の電圧に対する負荷出力基準電圧の比率に応じて第1のモードおよび第2のモードの一方で制御される。非限定的な例として、m=Vref/2Vdcであり、ただし、mは、比率であり、Vrefは、負荷出力基準電圧であり、Vdcは、電源4の電圧である。
第3の実施形態において、8つのスイッチS1a、S2a、S1b、S2b、S1c、S2c、S1d、S2dは、CM電圧の変化がゼロに等しくなるように、電源4の電圧に対する負荷出力基準電圧の比率に応じて所望のモードで制御される。所望のモードで利用される負荷出力基準電圧は、第1のモード、第2のモード、第3のモード、および第4のモードのうちの1つで利用される負荷出力基準電圧とは異なる。非限定的な例として、m=Vref/2Vdcであり、ただし、mは、比率であり、Vrefは、所望のモードで利用される負荷出力基準電圧であり、Vdcは、電源4の電圧である。
−1<m<1の場合、制御装置10は、8つのスイッチS1a、S2a、S1b、S2b、S1c、S2c、S1d、S2dを所望のモードにすることを決定する。所望のモードのスイッチング期間内の第1のスイッチング間隔T1の間、制御装置10は、第1ベクトル1を使用して8つのスイッチS1a、S2a、S1b、S2b、S1c、S2c、S1d、S2dを制御する。図6に示されているように、スイッチング増幅器300の出力電圧Uoutは、−Vdcに等しく、CM電圧Ucmは、V0+0.5Vdcに等しい。
表1と同様に、上で表2に示したように、12のスイッチS1a、S2a、S1b、S2b、S1c、S2c、S1d、S2d、S1e、S2e、S1f、およびS2fは、第1ベクトル1および第3ベクトル3の一方を使用することによって、CM電圧が2Vdc/3+V0に等しくなり、負荷200における電圧Uoutがゼロに等しくなるように制御される。
5 ドライバ
10 制御装置
100、300、400 スイッチング増幅器
200 負荷
A、B、C、D、E、F レッグ回路
C+、C− キャパシタンス
KE1〜KEn カスケード要素
Ln、Rn レッグ端子
S1、S2 スイッチ
Ucm CM電圧
U1〜Un カスケード要素電圧
Uout 出力電圧
Ts スイッチング期間
T1〜T6 スイッチング間隔
VLn、VRn レッグ端子の電位
Claims (20)
- スイッチング増幅器(100)であって、
負荷(200)の2つの端子間で直列に結合された複数nのカスケード要素(KE1〜KEn)であって、該カスケード要素(KE1〜KEn)のそれぞれが実質的に同一であり、前記カスケード要素(KE1〜KEn)のそれぞれが、2つのレッグ回路であって、それぞれがスイッチ(S1、S2)から構成されている2つのレッグ回路を含む複数nのカスケード要素(KE1〜KEn)、および
前記カスケード要素(KE1〜KEn)のそれぞれの前記レッグ回路のそれぞれの前記スイッチ(S1、S2)のそれぞれに結合された制御装置(10)であって、前記スイッチング増幅器(100)によって生じるコモンモード(CM)電圧(Ucm)の変化が所定の範囲内となるように、空間ベクトル変調(SVM)を使用して前記スイッチ(S1、S2)のすべてを制御するように構成された制御装置(10)
を備えるスイッチング増幅器(100)。 - 前記スイッチ(S1、S2)のすべてが、前記CM電圧(Ucm)の前記変化がゼロに等しくなるように、前記SVMを使用することによって制御される、請求項1に記載のスイッチング増幅器(100)。
- 前記カスケード要素(KE1〜KEn)のそれぞれに含まれる前記2つのレッグ回路が、電源(4)に結合されており、前記スイッチ(S1、S2)のすべてが、前記負荷(200)における電圧(Uout)が−nVdc〜nVdcの範囲内となるように、前記SVMを使用することによって制御され、前記Vdcが、前記電源(4)の電圧である、請求項1に記載のスイッチング増幅器(100)。
- 前記レッグ回路のそれぞれが、電源(4)の2つの電極間で直列に接続された2つのスイッチ(S1、S2)を備える、請求項1に記載のスイッチング増幅器(100)。
- 前記スイッチング増幅器(300)が、2つの前記カスケード要素(KE1、KE2)を備え、前記スイッチング増幅器(300)の8つの前記スイッチ(S1、S2)が、前記CM電圧(Ucm)の前記変化がゼロに等しくなるように、8つのベクトルのうちの1つを使用することによって制御される、請求項4に記載のスイッチング増幅器(300)。
- 前記スイッチング増幅器(300)が、2つの前記カスケード要素(KE1、KE2)を備え、前記スイッチング増幅器(300)の8つの前記スイッチ(S1、S2)が、前記CM電圧(Ucm)の前記変化がゼロに等しくなるように、前記電源(4)の電圧に対する負荷出力基準電圧の比率に応じて所望のモードまたは第1のモードおよび第2のモードの一方または第1のモード、第2のモード、第3のモード、および第4のモードのうちの1つで制御される、請求項4に記載のスイッチング増幅器(300)。
- 前記スイッチング増幅器(300)が、2つの前記カスケード要素(KE1、KE2)を備え、スイッチング期間(Ts)内の第1のスイッチング間隔(T1)、第2のスイッチング間隔(T2)、第3のスイッチング間隔(T3)、第4のスイッチング間隔(T4)、第5のスイッチング間隔(T5)、および第6のスイッチング間隔(T6)の間、前記スイッチング増幅器(300)の8つの前記スイッチ(S1、S2)が、それぞれ第9ベクトル、第10ベクトル、第2ベクトル、第5ベクトル、第7ベクトル、および第8ベクトルを使用することによって制御される、請求項4に記載のスイッチング増幅器(300)。
- 前記スイッチング増幅器(400)が、3つの前記カスケード要素(KE1、KE2、KE3)を備え、前記スイッチング増幅器(400)の12の前記スイッチ(S1、S2)が、前記CM電圧(Ucm)の前記変化がゼロに等しくなるように、20のベクトルのうちの1つを使用することによって制御される、請求項4に記載のスイッチング増幅器(400)。
- 前記スイッチング増幅器(400)が、3つの前記カスケード要素(KE1、KE2、KE3)を備え、スイッチング期間(Ts)内の第1のスイッチング間隔(T1)、第2のスイッチング間隔(T2)、第3のスイッチング間隔(T3)、第4のスイッチング間隔(T4)、第5のスイッチング間隔(T5)、および第6のスイッチング間隔(T6)の間、前記スイッチング増幅器(400)の12の前記スイッチ(S1、S2)が、それぞれ第1ベクトル、第6ベクトル、第2ベクトル、第8ベクトル、第2ベクトル、および第6ベクトルを使用することによって制御される、請求項4に記載のスイッチング増幅器(400)。
- 複数nのカスケード要素(KE1〜KEn)を備えるスイッチング増幅器(100)を動作させるための方法であって、
負荷(200)の2つの端子間で前記カスケード要素(KE1〜KEn)を直列に結合するステップと、
前記カスケード要素(KE1〜KEn)のそれぞれに2つのレッグ回路を設けるステップであって、前記2つのレッグ回路のそれぞれが、スイッチ(S1、S2)から構成されるステップと、
前記スイッチング増幅器(100)によって生じるコモンモード(CM)電圧(Ucm)の変化が所定の範囲となるように、空間ベクトル変調(SVM)を使用して、前記スイッチング増幅器(100)に含まれる前記スイッチ(S1、S2)のすべてを制御するステップと
を含む方法。 - 前記CM電圧(Ucm)の前記変化がゼロに等しくなるように、前記SVMを使用して前記スイッチ(S1、S2)のすべてを制御するステップ
をさらに含む、請求項10に記載の方法。 - 前記カスケード要素(KE1〜KEn)のそれぞれの前記2つのレッグ回路を電源(4)に結合するステップ、および
前記負荷(200)における電圧(Uout)が−nVdc〜nVdcの範囲内となるように、前記SVMを使用して前記スイッチ(S1、S2)のすべてを制御するステップであって、前記Vdcが、前記電源(4)の電圧であるステップ
をさらに含む、請求項10に記載の方法。 - 前記レッグ回路のそれぞれに2つの前記スイッチ(S1、S2)を設けるステップであって、前記2つのスイッチ(S1、S2)が、電源(4)の2つの電極間で直列に結合されるステップ
をさらに含む、請求項10に記載の方法。 - 前記スイッチング増幅器(300)が、2つの前記カスケード要素(KE1、KE2)を備え、前記スイッチ(S1、S2)のすべてを制御する前記ステップが、
前記CM電圧(Ucm)の前記変化がゼロに等しくなるように、8つのベクトルのうちの1つを使用して前記スイッチング増幅器(300)の8つの前記スイッチ(S1、S2)を制御するステップを含む、請求項13に記載の方法。 - 前記スイッチング増幅器(300)が、2つの前記カスケード要素(KE1、KE2)を備え、前記スイッチ(S1、S2)のすべてを制御する前記ステップが、
前記CM電圧(Ucm)の前記変化がゼロに等しくなるように、前記電源(4)の電圧に対する負荷出力基準電圧の比率に応じて第1のモード、第2のモード、第3のモード、および第4のモードのうちの1つまたは第1のモードおよび第2のモードの一方または所望のモードで前記スイッチング増幅器(300)の8つの前記スイッチ(S1、S2)を制御するステップを含む、請求項13に記載の方法。 - 前記スイッチング増幅器(300)が、2つの前記カスケード要素(KE1、KE2)を備え、前記スイッチ(S1、S2)のすべてを制御する前記ステップが、
スイッチング期間(Ts)内の第1のスイッチング間隔(T1)、第2のスイッチング間隔(T2)、第3のスイッチング間隔(T3)、第4のスイッチング間隔(T4)、第5のスイッチング間隔(T5)、および第6のスイッチング間隔(T6)の間、それぞれ第9ベクトル、第10ベクトル、第2ベクトル、第5ベクトル、第7ベクトル、および第8ベクトルを使用することによって前記スイッチング増幅器(300)の8つの前記スイッチ(S1、S2)を制御するステップを含む、請求項13に記載の方法。 - 前記スイッチング増幅器(400)が、3つの前記カスケード要素(KE1、KE2、KE3)を備え、前記スイッチ(S1、S2)のすべてを制御する前記ステップが、
前記CM電圧(Ucm)の前記変化がゼロに等しくなるように、20のベクトルのうちの1つを使用して前記スイッチング増幅器(400)の12の前記スイッチ(S1、S2)を制御するステップを含む、請求項13に記載の方法。 - 前記スイッチング増幅器(400)が、3つの前記カスケード要素(KE1、KE2、KE3)を備え、前記スイッチ(S1、S2)のすべてを制御する前記ステップが、
スイッチング期間(Ts)内の第1のスイッチング間隔(T1)、第2のスイッチング間隔(T2)、第3のスイッチング間隔(T3)、第4のスイッチング間隔(T4)、第5のスイッチング間隔(T5)、および第6のスイッチング間隔(T6)の間、それぞれ第1ベクトル、第6ベクトル、第2ベクトル、第8ベクトル、第2ベクトル、および第6ベクトルを使用することによって前記スイッチング増幅器(400)の12の前記スイッチ(S1、S2)を制御するステップを含む、請求項13に記載の方法。 - 傾斜磁場増幅器であって、
傾斜磁場コイルの2つの端子間で直列に結合された複数nのカスケード要素(KE1〜KEn)であって、該カスケード要素(KE1〜KEn)のそれぞれが実質的に同一であり、前記カスケード要素(KE1〜KEn)のそれぞれが、2つのレッグ回路であって、それぞれがスイッチ(S1、S2)から構成されている2つのレッグ回路を含む複数nのカスケード要素(KE1〜KEn)、および
前記カスケード要素(KE1〜KEn)のそれぞれの前記レッグ回路のそれぞれの前記スイッチ(S1、S2)のそれぞれに結合された制御装置(10)であって、前記傾斜磁場増幅器によって生じるコモンモード(CM)電圧(Ucm)の変化が所定の範囲内となるように、空間ベクトル変調(SVM)を使用して前記スイッチ(S1、S2)のすべてを制御するように構成された制御装置(10)
を備える傾斜磁場増幅器。 - 前記スイッチ(S1、S2)のすべてが、前記CM電圧(Ucm)の前記変化がゼロに等しくなるように、前記SVMを使用することによって制御される、請求項19に記載の傾斜磁場増幅器。
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