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
本開示の実施形態は、一般にスイッチング増幅器に、より詳細には、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ：ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｍａｇｉｎｇ）システムに適合する傾斜磁場ドライバ（ｇｒａｄｉｅｎｔ ｄｒｉｖｅｒ）に関する。
ＭＲＩシステムにおいて、傾斜磁場ドライバは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向に沿って磁場勾配を発生させるために、対象（例えば、患者）の周囲に配置された傾斜磁場コイル（ｇｒａｄｉｅｎｔ ｃｏｉｌ）を励磁するように構成される。一般的に、傾斜磁場ドライバは、パワー半導体素子（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、パワー金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）など）から構成されるスイッチング電源である。傾斜磁場ドライバによって伝送され得る電力を制御するために、パワー半導体素子は、通常はパルス幅変調（ＰＷＭ：ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方法で動作される。
しかしながら、ＰＷＭ方法は、たくさんの高調波成分を発生させ得る高速過渡電圧（ｄｖ／ｄｔ）または電流（ｄｉ／ｄｔ）をもたらす。上で言及したように、高調波成分は、ＲＦコイルによって検知される高周波（ＲＦ：ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号を汚し、ＭＲ画像の品質の大幅な劣化をもたらし得る。高調波成分は、差動モード（ＤＭ：ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｍｏｄｅ）電磁ノイズおよびコモンモード（ＣＭ：ｃｏｍｍｏｎ ｍｏｄｅ）電磁ノイズとして規定され得る。通常、ＣＭ電磁ノイズの大きさは、ＤＭ電磁ノイズの大きさよりも大きい。
したがって、傾斜磁場ドライバによって生じるＣＭ電磁ノイズを低減することが求められる。
本明細書に開示されている１つ以上の実施形態によれば、スイッチング増幅器が提供される。スイッチング増幅器は、制御装置および負荷の２つの端子間で直列に結合される複数ｎのカスケード要素を含む。カスケード要素のそれぞれは、実質的に同一であり、また、２つのレッグ回路であって、それぞれがスイッチから構成される２つのレッグ回路を含む。制御装置は、カスケード要素のそれぞれのレッグ回路のそれぞれのスイッチのそれぞれに結合され、制御装置は、スイッチング増幅器によって生じるコモンモード（ＣＭ）電圧が一定の値に等しくなるように、空間ベクトル変調（ＳＶＭ：ｓｐａｃｅ ｖｅｃｔｏｒ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を使用してスイッチのすべてを制御するよう構成される。
本開示のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の詳細な説明が添付図面を参照しながら読まれるときにより良く理解されるようになる。なお、添付図面では、同じ符号が、図面を通して同じ部分を示している。
これらの実施形態の簡潔な説明を提供するために、１つ以上の特定の実施形態において、実際の実施態様の特徴のすべてについて説明しない。このような実際の実施態様の開発（工学または設計プロジェクトにおけるような）において、実施態様ごとに異なり得る、開発者の特定の目標（システム関連およびビジネス関連の制約の遵守など）を達成するために、実施態様に特有の多数の決定がなされなければならないことが認識されるべきである。
別段の規定がない限り、本明細書で使用されている技術用語および科学用語は、本開示が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。用語「第１の」および「第２の」などは、本明細書で使用される場合、順序、量、または重要度を示さず、要素を互いに区別するために使用される。また、単数形を表す語「１つの（ａ、ａｎ）」は、量の限定を意味せず、言及された物品の少なくとも１つの存在を意味する。用語「または（ｏｒ）」は、包含的であり、列挙された物品のいずれか、いくつか、またはすべてを意味することを意図されている。「を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、または「を有する（ｈａｖｉｎｇ）」およびこれらの変化形の使用は、本明細書において、これらの後に列挙された物品およびこれらの同等物ならびにさらなる物品を包含することを意図されている。用語「接続される」および「結合される」は、直接的または間接的を問わず、物理的または機械的な接続または結合に限定されず、電気的な接続または結合を含み得る。用語「回路」、「回路構成（ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）」、および「コントローラ」は、単一の構成要素または複数の構成要素を含んでもよく、これらは、能動的および／または受動的な構成要素であり、随意に、説明されている機能を実現するために一緒に接続または結合されてもよい。
例示的な実施形態として、図１は、カスケード形態で構成されたスイッチング増幅器１００である。スイッチング増幅器１００は、負荷２００に電力を供給するように構成されている。非限定的な例として、スイッチング増幅器１００は、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムの傾斜磁場増幅器（ｇｒａｄｉｅｎｔ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）であり、負荷２００は、ＭＲＩシステムの傾斜磁場コイルである。
スイッチング増幅器１００は、制御装置１０および同じ種類の複数ｎのカスケード要素ＫＥ１、ＫＥ２、…ＫＥｎを含む。他の実施形態において、制御装置１０は、スイッチング増幅器１００に含まれない。詳細には、カスケード要素ＫＥ１、ＫＥ２、…ＫＥｎは、負荷２００の２つの端子間で直列に接続されている。カスケード要素電圧Ｕ１、Ｕ２、…Ｕｎが、それぞれのカスケード要素ＫＥ１、ＫＥ２、…ＫＥｎに割り当てられており、それらの合計が、負荷２００における、スイッチング増幅器１００の出力電圧Ｕｏｕｔを与える。したがって、Ｕｏｕｔ＝Ｕ１＋Ｕ２＋…Ｕｎである。
カスケード要素ＫＥ１、ＫＥ２、…ＫＥｎのそれぞれは、周知の態様の２つのレッグ回路を含み、これらには、電源４が接続されている。各レッグ回路は、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およびＳ２ならびに２つのスイッチＳ１およびＳ２間の接続点として規定されたレッグ端子を含む。非限定的な例として、２つのスイッチＳ１およびＳ２は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）またはパワーＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）またはＢＪＴ（バイポーラ接合トランジスタ）または他の制御可能な半導体素子などであってもよい。非限定的な例として、カスケード要素電圧Ｕ１、Ｕ２、…Ｕｎのそれぞれは、２つの対応するレッグ回路の２つのレッグ端子間の電圧として規定されている。さらに、キャパシタンスＣ＋およびＣ−が、導体から接地への配線またはスイッチング増幅器１００のキャパシタンスの結合に関して、図１に例示的に示されている。
カスケード要素の構造および機能は、カスケード要素ＫＥ１、ＫＥ２、およびＫＥｎに関して例として説明される。他のカスケード要素ＫＥ３〜ＫＥｎ−１は、カスケード要素ＫＥ１、ＫＥ２、およびＫＥｎのうちの１つと同様に構成される。カスケード要素ＫＥ１、ＫＥ２、およびＫＥｎを例として取り上げた場合、カスケード要素ＫＥ１の一方のレッグ回路のレッグ端子には、Ｌ１という符号が付与されており、カスケード要素ＫＥ１の他方のレッグ回路のレッグ端子には、Ｒ１という符号が付与されている。カスケード要素電圧Ｕ１は、式：Ｕ１＝ＶＬ１−ＶＲ１（ただし、ＶＬ１およびＶＲ１は、レッグ端子Ｌ１およびＲ１のそれぞれの電位である）によって計算される。
カスケード要素ＫＥ２の一方のレッグ回路のレッグ端子には、Ｌ２という符号が付与されており、カスケード要素ＫＥ２の他方のレッグ回路のレッグ端子には、Ｒ２という符号が付与されている。カスケード要素電圧Ｕ２は、式：Ｕ２＝ＶＬ２−ＶＲ２（ただし、ＶＬ２およびＶＲ２は、レッグ端子Ｌ２およびＲ２のそれぞれの電位である）によって計算される。
カスケード要素ＫＥｎの一方のレッグ回路のレッグ端子には、Ｌｎという符号が付与されており、カスケード要素ＫＥｎの他方のレッグ回路のレッグ端子には、Ｒｎという符号が付与されている。カスケード要素電圧Ｕｎは、式：Ｕｎ＝ＶＬｎ−ＶＲｎ（ただし、ＶＬｎおよびＶＲｎは、レッグ端子ＬｎおよびＲｎのそれぞれの電位である）によって計算される。
それぞれのドライバ５が、スイッチＳ１およびＳ２に割り当てられている。スイッチング増幅器１００によって生じるコモンモード（ＣＭ）電圧の変化が所定の範囲内となり、負荷２００における電圧が−ｎＶｄｃ〜ｎＶｄｃ（ただし、Ｖｄｃは電源４の電圧である）の範囲内となるように、ドライバ５は、すべてのカスケード要素ＫＥ１〜ＫＥｎによって共用される制御装置１０によって駆動され、すべてのスイッチは、空間ベクトル変調（ＳＶＭ）に従ってそれぞれのドライバ５によって制御される。ＣＭ電圧Ｕｃｍは、負荷２００に接続された２つのレッグ端子Ｌ１およびＲｎの電位に関連する。詳細には、所定の範囲およびＳＶＭ方法は、図２〜図９に関して説明される。
ＣＭ電圧の変化が所定の範囲内であることから、ＣＭ電圧によって生じる電磁干渉（ＥＭＩ：ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）が低減される。特定の例として、ＣＭ電圧の変化はゼロに等しく、したがって、ＣＭ電圧によって生じるＥＭＩはさらに低減される。
制御装置１０は、多数のモジュールであって、各モジュールがそれぞれのカスケード要素に割り当てられた多数のモジュールから形成されているものとして描かれている。他の実施形態において、制御装置１０は、統合されたサブアセンブリとして構成される。
さらに図２を参照すると、図１に係る２つのカスケード要素を有するスイッチング増幅器３００が描かれている。非限定的な例として、スイッチング増幅器３００は、２つのカスケード要素ＫＥ１、ＫＥ２を含む。実施形態において、カスケード要素ＫＥ１およびＫＥ２のそれぞれのレッグ回路は、電源４の２つの電極間で直列に接続された２つのスイッチを含む。
カスケード要素ＫＥ１は、２つのレッグ回路ＡおよびＢを含む。レッグ回路Ａの２つのスイッチには、それぞれＳ１ａおよびＳ２ａという符号が付与されており、レッグ回路Ｂの２つのスイッチには、それぞれＳ１ｂおよびＳ２ｂという符号が付与されている。
カスケード要素ＫＥ２は、２つのレッグ回路ＣおよびＤを含む。レッグ回路Ｃの２つのスイッチには、それぞれＳ１ｃおよびＳ２ｃという符号が付与されており、レッグ回路Ｄの２つのスイッチには、それぞれＳ１ｄおよびＳ２ｄという符号が付与されている。
８つのスイッチＳ１ａ、Ｓ２ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ｂ、Ｓ１ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ１ｄ、Ｓ２ｄは、スイッチング増幅器３００によって生じるＣＭ電圧の変化が所定の範囲内となり、負荷２００における電圧が−２Ｖｄｃ〜２Ｖｄｃの範囲内となるように、以下に示される表１に記載されている１０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。
以下の表１は、どのスイッチが、空間ベクトル変調を行うために開位置にあり、閉位置にあるのかを説明している。
用語「オン」は、スイッチが閉じられるまたは導通状態にあることを意味する。用語「オフ」は、スイッチが開かれるまたは非導通状態にあることを意味する。
ベクトルの一覧
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。
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２ベクトル２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、オン、オフ、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２ベクトル２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がゼロボルトに等しくなるように制御される。
第３ベクトル３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、オン、オフ、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３ベクトル３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−２Ｖｄｃに等しくなるように制御される。
第４ベクトル４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、オン、オフ、オン、オフ、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４ベクトル４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５ベクトル５は、８つのスイッチＳ１ａ、Ｓ２ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ｂ、Ｓ１ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ１ｄ、Ｓ２ｄがそれぞれオン、オフ、オフ、オン、オフ、オン、オフ、オン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５ベクトル５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６ベクトル６は、８つのスイッチＳ１ａ、Ｓ２ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ｂ、Ｓ１ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ１ｄ、Ｓ２ｄがそれぞれオン、オフ、オフ、オン、オン、オフ、オフ、オン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６ベクトル６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２Ｖｄｃに等しくなるように制御される。
第７ベクトル７は、８つのスイッチＳ１ａ、Ｓ２ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ｂ、Ｓ１ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ１ｄ、Ｓ２ｄがそれぞれオン、オフ、オン、オフ、オフ、オン、オフ、オン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７ベクトル７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がゼロボルトに等しくなるように制御される。
第８ベクトル８は、８つのスイッチＳ１ａ、Ｓ２ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ｂ、Ｓ１ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ１ｄ、Ｓ２ｄがそれぞれオン、オフ、オン、オフ、オン、オフ、オフ、オン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８ベクトル８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９ベクトル９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、オン、オフ、オン、オフ、オフ、オン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９ベクトル９を使用することによって、ＣＭ電圧が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。
第１０ベクトル１０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、オン、オフ、オフ、オン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１０ベクトル１０を使用することによって、ＣＭ電圧がＶ０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。
実施形態において、ＣＭ電圧は、ＳａｂｅｒまたはＰＬＥＣＳによって計算される。
特定の例として、８つのスイッチＳ１ａ、Ｓ２ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ｂ、Ｓ１ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ１ｄ、Ｓ２ｄは、第１ベクトル１、第２ベクトル２、第３ベクトル３、第４ベクトル４、第５ベクトル５、第６ベクトル６、第７ベクトル７、および第８ベクトル８のうちの１つを使用することによって、ＣＭ電圧の変化がゼロに等しくなり、したがってＣＭ電圧によって生じるＥＭＩが大幅に低減されるように制御される。
非限定的な実施形態において、スイッチング期間Ｔｓ内の第１のスイッチング間隔Ｔ１の間、制御装置１０は、第９ベクトル９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３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に等しい。
スイッチング期間Ｔｓ内の第２のスイッチング間隔Ｔ２の間、制御装置１０は、第１０ベクトル１０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３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に等しい。
スイッチング期間Ｔｓ内の第３のスイッチング間隔Ｔ３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３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、ゼロに等しく、ＣＭ電圧Ｕｃｍは、Ｖ０＋０．５Ｖｄｃに等しい。
スイッチング期間Ｔｓ内の第４のスイッチング間隔Ｔ４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３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。
スイッチング期間Ｔｓ内の第５のスイッチング間隔Ｔ５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３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、ゼロに等しく、ＣＭ電圧Ｕｃｍは、Ｖ０＋０．５Ｖｄｃに等しい。
スイッチング期間Ｔｓ内の第６のスイッチング間隔Ｔ６の間、制御装置１０は、第８ベクトル８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３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。ＣＭ電圧Ｕｃｍの変化が、スイッチング期間Ｔｓにわたって−０．５Ｖｄｃ〜０．５Ｖｄｃの所定の範囲内であることから、ＣＭ電圧によって生じるＥＭＩが低減される。
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８つのスイッチ
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。
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。
第１のモード
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≦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。
第１のモードのスイッチング期間内の第２のスイッチング間隔Ｔ２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。
第１のモードのスイッチング期間内の第３のスイッチング間隔Ｔ３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。
第１のモードのスイッチング期間内の第４のスイッチング間隔Ｔ４の間、制御装置１０は、第８ベクトル８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。ＣＭ電圧Ｕｃｍの変化が、第１のモードの間にわたってゼロに等しいことから、ＣＭ電圧によって生じるＥＭＩが大幅に低減される。
第２のモード
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≦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。
第２のモードのスイッチング期間内の第２のスイッチング間隔Ｔ２の間、制御装置１０は、第６ベクトル６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、２Ｖｄｃに等しく、ＣＭ電圧Ｕｃｍは、Ｖ０＋０．５Ｖｄｃに等しい。
第２のモードのスイッチング期間内の第３のスイッチング間隔Ｔ３の間、制御装置１０は、第８ベクトル８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のモードのスイッチング期間内の第４のスイッチング間隔Ｔ４の間、制御装置１０は、第６ベクトル６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、２Ｖｄｃに等しく、ＣＭ電圧Ｕｃｍは、Ｖ０＋０．５Ｖｄｃに等しい。ＣＭ電圧Ｕｃｍの変化が、第２のモードの間にわたってゼロに等しいことから、ＣＭ電圧によって生じるＥＭＩが大幅に低減される。
第３のモード
−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。
−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。
第３のモードのスイッチング期間内の第２のスイッチング間隔Ｔ２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３のモードのスイッチング期間内の第３のスイッチング間隔Ｔ３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。
第３のモードのスイッチング期間内の第４のスイッチング間隔Ｔ４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。ＣＭ電圧Ｕｃｍの変化が、第３のモードの間にわたってゼロに等しいことから、ＣＭ電圧によって生じるＥＭＩが大幅に低減される。
第４のモード
−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。
−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４のモードのスイッチング期間内の第２のスイッチング間隔Ｔ２の間、制御装置１０は、第３ベクトル３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、−２Ｖｄｃに等しく、ＣＭ電圧Ｕｃｍは、Ｖ０＋０．５Ｖｄｃに等しい。
第４のモードのスイッチング期間内の第３のスイッチング間隔Ｔ３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４のモードのスイッチング期間内の第４のスイッチング間隔Ｔ４の間、制御装置１０は、第３ベクトル３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、−２Ｖｄｃに等しく、ＣＭ電圧Ｕｃｍは、Ｖ０＋０．５Ｖｄｃに等しい。ＣＭ電圧Ｕｃｍの変化が、第４のモードの間にわたってゼロに等しいことから、ＣＭ電圧によって生じるＥＭＩが大幅に低減される。
第１のモードおよび第２のモードの一方で制御される８つのスイッチ
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。
−１＜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５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１のモードのスイッチング期間内の第２のスイッチング間隔Ｔ２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５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。
第１のモードのスイッチング期間内の第３のスイッチング間隔Ｔ３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５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１のモードのスイッチング期間内の第４のスイッチング間隔Ｔ４の間、制御装置１０は、第３ベクトル３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５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、−２Ｖｄｃに等しく、ＣＭ電圧Ｕｃｍは、Ｖ０＋０．５Ｖｄｃに等しい。ＣＭ電圧Ｕｃｍの変化が、第１のモードの間にわたってゼロに等しいことから、ＣＭ電圧によって生じるＥＭＩが大幅に低減される。
０≦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５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のモードのスイッチング期間内の第２のスイッチング間隔Ｔ２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５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。
第２のモードのスイッチング期間内の第３のスイッチング間隔Ｔ３の間、制御装置１０は、第８ベクトル８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５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のモードのスイッチング期間内の第４のスイッチング間隔Ｔ４の間、制御装置１０は、第６ベクトル６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５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、２Ｖｄｃに等しく、ＣＭ電圧Ｕｃｍは、Ｖ０＋０．５Ｖｄｃに等しい。ＣＭ電圧Ｕｃｍの変化が、第２のモードの間にわたってゼロに等しいことから、ＣＭ電圧によって生じるＥＭＩが大幅に低減される。
所望のモードで制御される８つのスイッチ
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。
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。
所望のモード
−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。
−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。
所望のモードのスイッチング期間内の第２のスイッチング間隔Ｔ２の間、制御装置１０は、第３ベクトル３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、−２Ｖｄｃに等しく、ＣＭ電圧Ｕｃｍは、Ｖ０＋０．５Ｖｄｃに等しい。
所望のモードのスイッチング期間内の第３のスイッチング間隔Ｔ３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。
所望のモードのスイッチング期間内の第４のスイッチング間隔Ｔ４の間、制御装置１０は、第８ベクトル８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。
所望のモードのスイッチング期間内の第５のスイッチング間隔Ｔ５の間、制御装置１０は、第６ベクトル６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、２Ｖｄｃに等しく、ＣＭ電圧Ｕｃｍは、Ｖ０＋０．５Ｖｄｃに等しい。
所望のモードのスイッチング期間内の第６のスイッチング間隔Ｔ６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。ＣＭ電圧Ｕｃｍの変化が、所望のモードの間にわたってゼロに等しいことから、ＣＭ電圧によって生じるＥＭＩが大幅に低減される。
図７を参照すると、図１に係る３つのカスケード要素を有するスイッチング増幅器４００が描かれている。非限定的な例として、スイッチング増幅器４００は、３つのカスケード要素ＫＥ１、ＫＥ２、ＫＥ３を含む。
図７のスイッチング増幅器４００と図２のスイッチング増幅器３００との違いは、スイッチング増幅器４００がカスケード要素ＫＥ３をさらに含むことである。カスケード要素ＫＥ３は、２つのレッグ回路Ｅ、Ｆを含む。
レッグ回路Ｅの２つのスイッチには、それぞれＳ１ｅおよびＳ２ｅという符号が付与されており、レッグ回路Ｆの２つのスイッチには、それぞれＳ１ｆおよびＳ２ｆという符号が付与されている。
図２と同様に、１２のスイッチＳ１ａ、Ｓ２ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ｂ、Ｓ１ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ１ｄ、Ｓ２ｄ、Ｓ１ｅ、Ｓ２ｅ、Ｓ１ｆ、およびＳ２ｆは、スイッチング増幅器４００によって生じるＣＭ電圧の変化が所定の範囲内となり、負荷２００における電圧が−３Ｖｄｃ〜３Ｖｄｃの範囲内となるように、以下に示される表２に記載されている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。
以下の表２は、どのスイッチが、空間ベクトル変調を行うために開位置にあり、閉位置にあるのかを説明している。
ベクトルの一覧
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。
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。
１２のスイッチＳ１ａ、Ｓ２ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ｂ、Ｓ１ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ１ｄ、Ｓ２ｄ、Ｓ１ｅ、Ｓ２ｅ、Ｓ１ｆ、およびＳ２ｆは、第２ベクトル２および第４ベクトル４の一方を使用することによって、ＣＭ電圧がＶｄｃ／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。
１２のスイッチＳ１ａ、Ｓ２ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ｂ、Ｓ１ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ１ｄ、Ｓ２ｄ、Ｓ１ｅ、Ｓ２ｅ、Ｓ１ｆ、およびＳ２ｆは、第５ベクトル５、第６ベクトル６、第７ベクトル７、第８ベクトル８、および第９ベクトル９のうちの１つを使用することによって、ＣＭ電圧がＶｄｃ／２＋Ｖ０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。
１２のスイッチＳ１ａ、Ｓ２ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ｂ、Ｓ１ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ１ｄ、Ｓ２ｄ、Ｓ１ｅ、Ｓ２ｅ、Ｓ１ｆ、およびＳ２ｆは、第１０ベクトル１０を使用することによって、ＣＭ電圧がＶｄｃ／３＋Ｖ０に等しくなり、負荷２００における電圧Ｕｏｕｔが２Ｖｄｃに等しくなるように制御される。
１２のスイッチＳ１ａ、Ｓ２ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ｂ、Ｓ１ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ１ｄ、Ｓ２ｄ、Ｓ１ｅ、Ｓ２ｅ、Ｓ１ｆ、およびＳ２ｆは、第１１ベクトル１１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２Ｖｄｃに等しくなるように制御される。
１２のスイッチＳ１ａ、Ｓ２ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ｂ、Ｓ１ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ１ｄ、Ｓ２ｄ、Ｓ１ｅ、Ｓ２ｅ、Ｓ１ｆ、およびＳ２ｆは、第１２ベクトル１２を使用することによって、ＣＭ電圧がＶｄｃ／２＋Ｖ０に等しくなり、負荷２００における電圧Ｕｏｕｔが３Ｖｄｃに等しくなるように制御される。
１２のスイッチＳ１ａ、Ｓ２ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ｂ、Ｓ１ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ１ｄ、Ｓ２ｄ、Ｓ１ｅ、Ｓ２ｅ、Ｓ１ｆ、およびＳ２ｆは、第１３ベクトル１３、第１４ベクトル１４、第１５ベクトル１５、第１６ベクトル１６、および第１７ベクトル１７のうちの１つを使用することによって、ＣＭ電圧がＶｄｃ／２＋Ｖ０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。
１２のスイッチＳ１ａ、Ｓ２ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ｂ、Ｓ１ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ１ｄ、Ｓ２ｄ、Ｓ１ｅ、Ｓ２ｅ、Ｓ１ｆ、およびＳ２ｆは、第１８ベクトル１８を使用することによって、ＣＭ電圧がＶｄｃ／３＋Ｖ０に等しくなり、負荷２００における電圧Ｕｏｕｔが−２Ｖｄｃに等しくなるように制御される。
１２のスイッチＳ１ａ、Ｓ２ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ｂ、Ｓ１ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ１ｄ、Ｓ２ｄ、Ｓ１ｅ、Ｓ２ｅ、Ｓ１ｆ、およびＳ２ｆは、第１９ベクトル１９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−２Ｖｄｃに等しくなるように制御される。
１２のスイッチＳ１ａ、Ｓ２ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ｂ、Ｓ１ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ１ｄ、Ｓ２ｄ、Ｓ１ｅ、Ｓ２ｅ、Ｓ１ｆ、およびＳ２ｆは、第２０ベクトル２０を使用することによって、ＣＭ電圧がＶｄｃ／２＋Ｖ０に等しくなり、負荷２００における電圧Ｕｏｕｔが−３Ｖｄｃに等しくなるように制御される。
実施形態において、ＣＭ電圧は、ＳａｂｅｒまたはＰＬＥＣＳによって計算される。
特定の例として、１２のスイッチＳ１ａ、Ｓ２ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ｂ、Ｓ１ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ１ｄ、Ｓ２ｄ、Ｓ１ｅ、Ｓ２ｅ、Ｓ１ｆ、およびＳ２ｆは、第５ベクトル５、第６ベクトル６、第７ベクトル７、第８ベクトル８、第９ベクトル９、第１２ベクトル１２、第１３ベクトル１３、第１４ベクトル１４、第１５ベクトル１５、第１６ベクトル１６、第１７ベクトル１７、および第２０ベクトル２０のうちの１つを使用することによって、スイッチング増幅器４００によって生じるＣＭ電圧の変化がゼロに等しくなり、したがってＣＭ電圧によって生じるＥＭＩが大幅に低減されるように制御される。
一実施形態において、スイッチング期間Ｔｓ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１２のスイッチＳ１ａ、Ｓ２ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ｂ、Ｓ１ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ１ｄ、Ｓ２ｄ、Ｓ１ｅ、Ｓ２ｅ、Ｓ１ｆ、Ｓ２ｆを制御する。図８に示されているように、スイッチング増幅器４００の出力電圧Ｕｏｕｔは、ゼロに等しく、ＣＭ電圧Ｕｃｍは、２Ｖｄｃ／３＋Ｖ０に等しい。
スイッチング期間Ｔｓ内の第２のスイッチング間隔Ｔ２の間、制御装置１０は、第６ベクトル６を使用して１２のスイッチＳ１ａ、Ｓ２ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ｂ、Ｓ１ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ１ｄ、Ｓ２ｄ、Ｓ１ｅ、Ｓ２ｅ、Ｓ１ｆ、Ｓ２ｆを制御する。図８に示されているように、スイッチング増幅器４００の出力電圧Ｕｏｕｔは、Ｖｄｃに等しく、ＣＭ電圧Ｕｃｍは、Ｖｄｃ／２＋Ｖ０に等しい。
スイッチング期間Ｔｓ内の第３のスイッチング間隔Ｔ３の間、制御装置１０は、第２ベクトル２を使用して１２のスイッチＳ１ａ、Ｓ２ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ｂ、Ｓ１ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ１ｄ、Ｓ２ｄ、Ｓ１ｅ、Ｓ２ｅ、Ｓ１ｆ、Ｓ２ｆを制御する。図８に示されているように、スイッチング増幅器４００の出力電圧Ｕｏｕｔは、ゼロに等しく、ＣＭ電圧Ｕｃｍは、Ｖｄｃ／３＋Ｖ０に等しい。
スイッチング期間Ｔｓ内の第４のスイッチング間隔Ｔ４の間、制御装置１０は、第８ベクトル８を使用して１２のスイッチＳ１ａ、Ｓ２ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ｂ、Ｓ１ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ１ｄ、Ｓ２ｄ、Ｓ１ｅ、Ｓ２ｅ、Ｓ１ｆ、Ｓ２ｆを制御する。図８に示されているように、スイッチング増幅器４００の出力電圧Ｕｏｕｔは、Ｖｄｃに等しく、ＣＭ電圧Ｕｃｍは、Ｖｄｃ／２＋Ｖ０に等しい。
スイッチング期間Ｔｓ内の第５のスイッチング間隔Ｔ５の間、制御装置１０は、第２ベクトル２を使用して１２のスイッチＳ１ａ、Ｓ２ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ｂ、Ｓ１ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ１ｄ、Ｓ２ｄ、Ｓ１ｅ、Ｓ２ｅ、Ｓ１ｆ、Ｓ２ｆを制御する。図８に示されているように、スイッチング増幅器４００の出力電圧Ｕｏｕｔは、ゼロに等しく、ＣＭ電圧Ｕｃｍは、Ｖｄｃ／３＋Ｖ０に等しい。
スイッチング期間Ｔｓ内の第６のスイッチング間隔Ｔ６の間、制御装置１０は、第６ベクトル６を使用して１２のスイッチＳ１ａ、Ｓ２ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ｂ、Ｓ１ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ１ｄ、Ｓ２ｄ、Ｓ１ｅ、Ｓ２ｅ、Ｓ１ｆ、Ｓ２ｆを制御する。図８に示されているように、スイッチング増幅器４００の出力電圧Ｕｏｕｔは、Ｖｄｃに等しく、ＣＭ電圧Ｕｃｍは、Ｖｄｃ／２＋Ｖ０に等しい。ＣＭ電圧Ｕｃｍの変化が、スイッチング期間Ｔｓにわたって−Ｖｄｃ／６〜Ｖｄｃ／６の所定の範囲内であることから、ＣＭ電圧によって生じるＥＭＩが低減される。
別の実施形態において、スイッチング期間Ｔｓ内の第１のスイッチング間隔Ｔ１の間、制御装置１０は、第２０ベクトル２０を使用して１２のスイッチＳ１ａ、Ｓ２ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ｂ、Ｓ１ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ１ｄ、Ｓ２ｄ、Ｓ１ｅ、Ｓ２ｅ、Ｓ１ｆ、Ｓ２ｆを制御する。図９に示されているように、スイッチング増幅器４００の出力電圧Ｕｏｕｔは、−３Ｖｄｃに等しく、ＣＭ電圧Ｕｃｍは、Ｖｄｃ／２＋Ｖ０に等しい。
スイッチング期間Ｔｓ内の第２のスイッチング間隔Ｔ２の間、制御装置１０は、第１５ベクトル１５を使用して１２のスイッチＳ１ａ、Ｓ２ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ｂ、Ｓ１ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ１ｄ、Ｓ２ｄ、Ｓ１ｅ、Ｓ２ｅ、Ｓ１ｆ、Ｓ２ｆを制御する。図９に示されているように、スイッチング増幅器４００の出力電圧Ｕｏｕｔは、−Ｖｄｃに等しく、ＣＭ電圧Ｕｃｍは、Ｖｄｃ／２＋Ｖ０に等しい。
スイッチング期間Ｔｓ内の第３のスイッチング間隔Ｔ３の間、制御装置１０は、第９ベクトル９を使用して１２のスイッチＳ１ａ、Ｓ２ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ｂ、Ｓ１ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ１ｄ、Ｓ２ｄ、Ｓ１ｅ、Ｓ２ｅ、Ｓ１ｆ、Ｓ２ｆを制御する。図９に示されているように、スイッチング増幅器４００の出力電圧Ｕｏｕｔは、Ｖｄｃに等しく、ＣＭ電圧Ｕｃｍは、Ｖｄｃ／２＋Ｖ０に等しい。
スイッチング期間Ｔｓ内の第４のスイッチング間隔Ｔ４の間、制御装置１０は、第１２ベクトル１２を使用して１２のスイッチＳ１ａ、Ｓ２ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ｂ、Ｓ１ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ１ｄ、Ｓ２ｄ、Ｓ１ｅ、Ｓ２ｅ、Ｓ１ｆ、Ｓ２ｆを制御する。図９に示されているように、スイッチング増幅器４００の出力電圧Ｕｏｕｔは、３Ｖｄｃに等しく、ＣＭ電圧Ｕｃｍは、Ｖｄｃ／２＋Ｖ０に等しい。
スイッチング期間Ｔｓ内の第５のスイッチング間隔Ｔ５の間、制御装置１０は、第７ベクトル７を使用して１２のスイッチＳ１ａ、Ｓ２ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ｂ、Ｓ１ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ１ｄ、Ｓ２ｄ、Ｓ１ｅ、Ｓ２ｅ、Ｓ１ｆ、Ｓ２ｆを制御する。図９に示されているように、スイッチング増幅器４００の出力電圧Ｕｏｕｔは、Ｖｄｃに等しく、ＣＭ電圧Ｕｃｍは、Ｖｄｃ／２＋Ｖ０に等しい。
スイッチング期間Ｔｓ内の第６のスイッチング間隔Ｔ６の間、制御装置１０は、第１３ベクトル１３を使用して１２のスイッチＳ１ａ、Ｓ２ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ｂ、Ｓ１ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ１ｄ、Ｓ２ｄ、Ｓ１ｅ、Ｓ２ｅ、Ｓ１ｆ、Ｓ２ｆを制御する。図９に示されているように、スイッチング増幅器４００の出力電圧Ｕｏｕｔは、−Ｖｄｃに等しく、ＣＭ電圧Ｕｃｍは、Ｖｄｃ／２＋Ｖ０に等しい。ＣＭ電圧Ｕｃｍの変化が、スイッチング期間Ｔｓにわたってゼロに等しいことから、ＣＭ電圧によって生じるＥＭＩが大幅に低減される。
本開示について、例示的な実施形態を参照しながら説明してきたが、本開示の範囲から逸脱することなく、様々な変更が行われてもよく、また、同等物が、本開示の要素の代わりを果たしてもよいことが、当業者によって理解されるであろう。さらに、多くの修正が、本開示の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況または材料を本発明の教示に適合させるために行われてもよい。したがって、本開示が、本開示を実施するために考えられた最良の態様として開示されている特定の実施形態に限定されず、本開示は、添付の特許請求の範囲に含まれるあらゆる実施形態を含むことが意図されている。
４ 電源
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
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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