JPH0568114U - 大電力増幅器用の切換え可能な高効率直流電源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】増幅器と電源のコストを低減し、かつ電力の効
率を高くする。 【構成】第１の電源４の電源電圧と端子２，３間に接続
される増幅器の増幅出力信号との差電圧が所定のしきい
値以下である場合は、第１の電源４とダイオード７の間
と、ダイオード６と第２の電源との間をブリッジ接続す
るスイッチ８はオフとなり、第１の電源４と第２の電源
５は並列接続されて端子２，３間に接続される増幅器に
電源電圧が供給され、前記差電圧が所定のしきい値を越
える場合は、スイッチ８はオンとなり、第１の電源４と
第２の電源５は直列接続されて端子２，３間に接続され
る増幅器に電源電圧が供給される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は大電力増幅器の効率を高くする装置に関するものであって、効率を高 くするために大電力増幅器用の電源を直列構成と並列構成の間で切換える装置に 特に用いられる。

【０００２】

【従来の技術】

従来、工業においては、一般に数キロワットの範囲の大きな出力電力を発生で きる増幅器を有することが非常に望ましいことがしばしばある。この出力電流を 求められる状況の良い例は、送信機変調器用に大きい増幅器が使用されるＡＭラ ジオの分野においてである。そのような大きい増幅器の別の一般的な用途は、製 品の電動試験に用いられる震動台すなわち揺れ台用の励振器としてである。その ような大きい増幅器の問題は増幅器の電力効率が一般に低く、そのために動作費 用と製造コストが上昇することである。一般に受け容れられている効率の定義は ダイナミックな装置により供給される有用な電力と、それへ供給される電力との 比である。工業は増幅器の効率を高くするためにいくつかの試みを行った。しか し、最も一般的なものは、パルス幅変調技術である。パルス幅変調においては、 増幅器へ対する信号の振幅はパルス幅が変化しても一定に保たれる。パルス幅変 調の利点は、信号の振幅が一定であるために使用されるトランジスタが遮断と飽 和の間で機能でき、それにより、装置で消費される電力を減少することにより増 幅器の効率を高くする。熱の形で消費されるにちがいない電力の量を減少するこ とにより増幅器の効率を更に高くするためには、センタータップを設けられた直 流電源を使用し、正と負の電圧源と、センタータップへ接続されている負荷との 間にパルス幅変調されたスイッチの相補対を接続することが典型的である。これ に伴う問題は、パルス幅変調されたスイッチ群の間の分担と効率を最高にするた めに、スイッチ内の部品を慎重かつ正確に選択し、一致させねばならないことで ある。あるスイッチの速度がそのスイッチの相補スイッチに一致しないとすると 、両方のスイッチを流れる電流が発生され、装置の効率が低下する。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

従来、増幅器の電圧が所定の最高値を越えると、増幅器に供給される電力の使 用効率は低下し、増幅に使用される電力以外の電力は熱として消費されるため、 増幅器に冷却のための装置が必要となる。また、増幅器の効率を更に高くするた めには、センタータップを設けられた直流電源を使用し、正と負の電圧源と、セ ンタータップへ接続されている負荷との間にパルス幅変調されたスイッチの相補 対を接続することが典型的であるが、パルス幅変調されたスイッチ群の間の分担 と効率を最高にするために、スイッチ内の部品を慎重かつ正確に選択し、一致さ せねばならなず、あるスイッチの速度がそのスイッチの相補スイッチに一致しな いとすると、両方のスイッチを流れる電流が発生され、装置の効率が低下すると いう問題点があった。

【０００４】 したがって、本考案の目的は効率の高い増幅器電源設計を得ることである。

【０００５】 本考案の別の目的は、電圧源を直列状態と並列状態の間で切換える装置を得る ことである。

【０００６】 本考案の別の目的は以下の説明を読むと明らかになるであろう。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案は、入力信号に応じた増幅信号を形成する増幅手段と、前記増幅手段に 電圧を供給する第１の電源および第２の電源と、前記第１の電源の電圧と、前記 増幅信号との差電圧が予め定められたしきい値以下であるか否かを検出する検出 手段と、前記検出手段によって前記差電圧が前記しきい値以下であることが検出 された場合は、前記第１の電源と前記第２の電源を並列接続して前記増幅手段へ の電圧供給を行わせ、前記検出手段によって前記差電圧が前記しきい値を越えた ことが検出された場合は、前記第１の電源と前記第２の電源を直列接続して前記 増幅手段への電圧供給を行わせるスイッチ手段とを備えたことを特徴とする。

【０００８】

【作用】

本考案は、増幅手段が入力信号に応じた増幅信号を形成し、第１の電源と第２ の電源が前記増幅手段に電圧を供給し、検出手段が前記第１の電源の電圧と、前 記増幅信号との差電圧が予め定められたしきい値以下であるか否かを検出し、ス イッチ手段が、前記検出手段によって前記差電圧が前記しきい値以下であること が検出された場合は、前記第１の電源と前記第２の電源を並列接続して前記増幅 手段への電圧供給を行わせ、前記検出手段によって前記差電圧が前記しきい値を 越えたことが検出された場合は、前記第１の電源と前記第２の電源を直列接続し て前記増幅手段への電圧供給を行わせる。

【０００９】

【実施例】

ここで説明する好適な実施例は、開示されている正確な態様に本考案が網羅さ れる、またはその態様に本考案を限定することを意図するものではない。それは 、当業者が本考案を利用することを可能にするために、本考案の原理と、それの 用途および実際的な使用を説明するために選択され、説明されるものである。

【００１０】 図１は切換え可能なＤＣ電源回路１を示す。このＤＣ電源回路はＤＣ電圧源４ 、５とダイオード６、７を有する。それらのＤＣ電圧源４、５とダイオード６、 ７は出力端子２と３の間に相互接続される。ＤＣ電圧源４の負電圧端子はＤＣ電 源回路１の負出力端子３へ接続される。ダイオード７のアノードが電源４の正端 子へ接続され、それのカソードが電源５の正端子とＤＣ電源回路１の正出力端子 ２へ接続される。ダイオード６のカソードが電源５の負端子へ接続され、それの アノードが電源４の負端子へ接続される。ダイオード７のアノードとダイオード ６のカソードの間に機械的スイッチまたは電気的スイッチ８が接続される。

【００１１】 使用時にスイッチ８を開くとＤＣ電圧源４と５が並列に接続され、端子２と３ における電圧が１つの電源４または５の電圧に等しい（両方が等しいと仮定して ）。スイッチ８が閉じられると、電圧源４と５が端子２と３の間に直列に置かれ 、電圧源４の正電圧端子がスイッチ８を介して電圧源５の負電圧端子へ接続され る。

【００１２】 図２において分かるように、各電圧源に対して２個のダイオードとスイッチを 付加することにより任意の多数の電圧源を切換えることができる。図１と図２の 回路は共通の番号付けのやり方を用いており、共通の機能または目的を示すため に図２においてはダッシュをつけた番号を用いる。図１の説明において述べた部 品に加えて、図２に示されている切換え可能な電源回路１′はＤＣ電圧源５′に 並列接続されたＤＣ電圧源９を含む。ダイオード１０が電圧源５′と９の正電圧 端子の間に接続され、そのカソードが電圧源９と正電圧出力端子２′に接続され る。ダイオード１１はＤＣ電圧源５′と９の負電圧端子の間に接続され、それの カソードが電圧源９へ接続される。第２の機械的スイッチまたは電気的スイッチ １２がダイオード１０のアノードとダイオード１１のカソードの間に接続される 。

【００１３】 使用時にはスイッチ８′と１２が開かれたとすると、端子２′と３′において 利用できる電圧が、電圧源 ４′、５′、９の並列値に等しい。スイッチ８′が 閉じられ、１２が開かれたままであるとすると、端子 ２′と３′において利用 できる電圧は、電源４′の電圧と、電源５′，９の並列電圧との和に等しい。ス イッチ８′が開かれ、スイッチ１２が閉じられたとすると、電源９は、電源４′ と５′の並列組み合わせへ直列に接続される。両方のスイッチ８′と１２が閉じ られたとすると電源４′、５′、９が直列で、端子 ２′と３′における電圧は 各電源の電圧の和に等しい。

【００１４】 図３にブロック形で示されている増幅器は２つの増幅器Ａ１とＡ２を含む。そ れらの増幅器は、ブリッジ接続されている４個のトランジスタＴ１〜Ｔ４を駆動 する。そのブリッジの出力端子４０と３４は負荷へ接続される。示されている増 幅器回路は工業において知られており、スイッチング回路１８（以下に説明する ）と増幅器回路の相互接続を単に示すために含まれている。したがって、増幅器 は本考案の新規な点を説明するものではない。

【００１５】 図４は先の切換え可能な電源回路１の応用を示すものであって、図１のスイッ チ８の代りにスイッチング回路１８が用いられる。トランス２９の１次巻線３１ が図示されていない外部電源へ接続され、２次巻線がＤＣ電源１４と１６を形成 する整流装置と平滑装置を有する。ＤＣ電源１６はスイッチング回路１８へ接続 されて電源電圧と基準電圧を回路１８の部品へ供給する。スイッチング回路１８ は比較器２０と２２を主な部品として含む。ツェナーダイオード２４と２６が電 流制限抵抗２９とともに、ＤＣ電源１６の正電圧端子１７と負電圧端子１５の間 に直列接続されて、比較器２０と２２へ設定電圧を供給する。抵抗２８と３０を 正電圧端子１７と、ツェナーダイオード２４と２６の接続点２５との間に直列接 続することにより分圧器が構成される。抵抗２８と３０の接続点が比較器２０の 非反転入力端子１９へ接続されて基準電圧を端子１９へ供給する。比較器２０の 端子１９と増幅器回路（図３に示されている）のアース３４の間に抵抗３２が接 続される。接続点２５と負電圧端子１５の間に抵抗３５と３６が直列接続されて 分圧器を形成する。抵抗３５と３６の接続点は比較器２０の反転入力端子２１へ 接続される。増幅器回路（図３）の出力端子４０と比較器２０の反転入力端子２ １の間に抵抗３７が接続される。比較器２０の出力端子４２はタイマ４４のトリ ガ入力端子４６へ接続される。抵抗回路網が比較器２２へ接続される。その抵抗 回路網は、比較器２０へ接続されている回路網をほぼ映したものである。ツェナ ーダイオード２４，２６の接続点２５とＤＣ電源１６の負電圧端子１５の間に抵 抗４８と５０が直列接続される。抵抗４８と５０の接続点が比較器２２の反転入 力端子２７へ接続される。

【００１６】 比較器２２の反転入力端子２７と、図２に示されている増幅器回路のアース３ ４との間に抵抗５２が接続される。抵抗５４と５６が直列接続されて、接続点２ ５とＤＣ電源１６の正電圧端子１７の間に分圧器を形成する。抵抗５４と５６の 接続点は比較器２２の非反転入力端子２３へ接続される。増幅器回路の正出力端 子４０と比較器２２の非反転入力端子２３の間に抵抗５８が接続される。比較器 ２２の出力端子６０が一安定タイマすなわちワンショットタイマ４４のトリガ入 力端子４６へ接続される。

【００１７】 比較器２０と２２を増幅器の出力端子４０と、ＤＣ電源１６の正電圧端子１７ と負電圧端子１５とへ相互接続する抵抗回路網が、増幅器の出力電圧とＤＣ電源 電圧を各比較器に差動的に受けさせるように、選択されている。各比較器へ同様 に接続されている抵抗はほぼ等しい値を有する。したがって、図４を参照して、 抵抗２８、３５、４８および５４は等しい値またはほぼ等しい値を有し、抵抗３ ０、３６、５０および５６は等しい値またはほぼ等しい値を有し、抵抗３２、３ ７、５２および５８は等しい値またはほぼ等しい値を有する。等しい抵抗値を実 現することにより、比較器２０と２２は、１つおきの半サイクルでの同じ電圧比 において出力状態を変えることができる。

【００１８】 比較器２０と２２は１つの集積回路チップにおいて対にされた部品であるから 、抵抗２９を介してＤＣ電源１６の正電圧端子へ接続されている端子６２と、Ｄ Ｃ電源１６の負電圧端子へ接続されている入力端子６４との間で共通電圧源を共 用することに注目すべきである。

【００１９】 １安定タイマすなわちワンショットタイマ４４へ支持用の適切なバイアスを供 給する回路は、接続点７０とＤＣ電源１６の負電圧端子１５の間に直列接続され ている抵抗６６とコンデンサ６８を含む。素子６６と６８の間の接続点はタイマ ４４のしきい値入力端子７２とトリガ入力端子４６へ接続される。ピン７４を抵 抗２９を介して正電圧端子１７へ接続することにより、タイマ４４へ正電圧が供 給される。負電圧端子１５へ接地ピン７６が接続される。コンデンサ７８がタイ マ４４の入力端子８０と負電圧端子１５へ接続される。接続点７０とタイマ４４ のリセットピン８２の間に抵抗８４が接続され、リセットピン８２と負電圧端子 １５の間にコンデンサ８６と抵抗８８が接続されて、回路へ最初の電力が供給さ れた時に、コンデンサ８６が十分に充電されるまで出力ピン９２に低い電圧を供 給させる。接続点７０と負電圧端子１５の間に電源バイパスコンデンサ９０が接 続される。タイマ４４の出力ピン９２が電界効果トランジスタ１００（以後ＦＥ Ｔ１００と呼ぶ）のゲート９６へ電流制限抵抗９４により接続される。ＦＥＴ１ ００のドレイン１０４がＤＣ電源１４の正電圧端子１１と、ダイオード１１０の アノードとへ接続される。ＦＥＴ１００のソースリード１０６がダイオード１０ ８のカソードとＤＣ電源１６の負電圧端子１５へ接続される。ダイオード１１０ のカソードがＤＣ電源１６の正電圧端子１７へ接続される。ダイオード１０８の アノードがＤＣ電源１４の負電圧端子１３へ接続される。

【００２０】 本考案のスイッチング回路は、ＤＣ電源１４と１６を、所定の最高出力電圧を 増幅器がこえたのに応答して、並列構成から直列構成へ切換えることにより、増 幅器の電源の効率を向上させるものである。所定の最高は増幅器の電圧とＤＣ電 源１６の電圧との比であって、前記した、比較器２０と２２へ接続されている支 持抵抗回路網により決定される。最初に、ＤＣ電源１４と１６は並列接続され、 比較器２０と２２の出力端子４２と６０は高い電圧レベルにあり、したがってタ イマ４４をトリガしない。更に、初期設定コンデンサ８６が充電を開始すると、 出力ピン９２に低い電圧を置くことによりＦＥＴ１００をオフにし、ＤＣ電源１ ４と１６を並列に維持する。増幅器からの端子４０における出力信号が、正の半 サイクル中に一時的にも所定の比をこえると、比較器２０は出力端子４２に低い 電圧レベルを生じ、タイマ４４をトリガして、ピン９２におけるそれの出力を低 い電圧から高い電圧レベルへ切換える。同様にして、ピン４０におけるモニタさ れている増幅器の出力が負の半サイクル中に所定の比より大きくなると、比較器 ２２はピン６０に低い出力を生ずる。その出力はタイマ４４をトリガして、ピン ９２におけるそれの出力を低い電圧から高い電圧レベルへ切換える。このように して、ピン４０における増幅器の出力が正の半サイクルまたは負の半サイクルに おいて所定の比をこえると、タイマ４４はトリガされる。

【００２１】 タイマ４４がトリガすると、論理レベル「高」がタイマ４４の出力ピン９２に 生ずる。その論理レベル「高」はＦＥＴ１００をターンオンし、電流路を形成す る。その電流路はＤＣ電源１４とＤＣ電源１６を直列に電気的に置く。ピン４０ における増幅器出力信号が正常な限度内にある、すなわち、所定比より低いとす ると、比較器２０と２２はタイマ４４をトリガせず、したがってピン９２におけ る出力は低く、その出力はＦＥＴ１００をオフ状態に保つ。ＦＥＴ１００がオフ であると、ＤＣ電源１４と１６はダイオード１０８と１１０を介して並列に接続 されて、任意の１つの電源により消費されるために求められる電力の量を減少す る。タイマ４４の安定状態は出力ピン９２に低を生ずることであり、したがって ＦＥＴ１００は通常はオフすなわち非導通状態になり、ＤＣ電源１４と１６は通 常は並列である。１安定タイマすなわちワンショットタイマ４４はスイッチング 回路１８において機能して、ＤＣ電源１４と１６の動作にヒステリシスを持たせ る。タイマ４４は、スイッチング回路１８がＤＣ電源１４と１６を切換える最高 周波数の設定も行う。比較器２０または２２により最初にトリガされた時に、タ イマ４４は所定の時間だけピン９２に「高」を生ずる。

【００２２】 第２のトリガ信号すなわち多くのトリガ信号が、タイマ４４が出力ピン９２に 「高」を生じている所定の時間中に受けられたとすると、タイマ４４は再びトリ ガし、ＦＥＴ１００はオンを保つ。したがって、切換え可能な最高周波数は、ト リガされたのに応じてタイマ４４がピン９２に高い出力を生ずる所定の時間に逆 比例する。ヒステリシスまたは最高スイッチング周波数が望ましくないとすると 、タイマ４４を省くことができ、比較器２０と２２をシュミットトリガに構成し て、スイッチトランジスタを適切に駆動する。

【００２３】 本考案は上記詳細に限定されるものではなく、添附請求の範囲内で変更できる ことを理解すべきである。

【００２４】

【考案の効果】

本考案においては、増幅器の電圧が所定の最高より低下すると、ＤＣ出力は並 列へ切換えられて増幅器の電源の冷却およひ熱放散を改善し、それにより増幅器 と電源のコストを低減し、かつ電力の効率を高くする。本考案の副次的な利益は 、電源が一層効率的であるために、増幅器へ電力を供給するためにより小電力の 電源を使用でき、したがってコストを更に低減できることである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の切換え可能な電源の概略図。

【図２】切換え可能な電源の第２の実施例の概略図。

【図３】増幅器回路へ接続されている切換え可能な電源
の概略図。

【図４】比較器回路とトリガ回路を有する切換え可能な
電源の別の実施例の概略図。

【符号の説明】

１ 電源回路 ２，３ 出力端子 ４，５ 電源 ６，７ ダイオード ８ スイッチ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年８月４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】実用新案登録請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【実用新案登録請求の範囲】

Claims (8)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】入力信号に応じた増幅信号を形成する増幅
   手段と、 前記増幅手段に電圧を供給する第１の電源および第２の
   電源と、 前記第１の電源の電圧と、前記増幅信号との差電圧が予
   め定められたしきい値以下であるか否かを検出する検出
   手段と、 前記検出手段によって前記差電圧が前記しきい値以下で
   あることが検出された場合は、前記第１の電源と前記第
   ２の電源を並列接続して前記増幅手段への電圧供給を行
   わせ、前記検出手段によって前記差電圧が前記しきい値
   を越えたことが検出された場合は、前記第１の電源と前
   記第２の電源を直列接続して前記増幅手段への電圧供給
   を行わせるスイッチ手段とを備えたことを特徴とする大
   電力増幅器用の切換え可能な高効率直流電源。
2. 【請求項２】前記スイッチ手段はタイマを備え、 前記タイマは検出手段によって差電圧がしきい値を越え
   たことが検出されると、前記スイッチ手段を予め定めら
   れた時間だけターンオンすることを特徴とする前記請求
   項１記載の大電力増幅器用の切換え可能な高効率直流電
   源。
3. 【請求項３】増幅信号は増幅手段の増幅出力であること
   を特徴とする前記請求項１記載の大電力増幅器用の切換
   え可能な高効率直流電源。
4. 【請求項４】入力信号に応じた増幅信号を形成する増幅
   手段と、 前記増幅手段に電圧を供給する第１の電源および第２の
   電源と、 前記第１の電源の電圧と、前記増幅信号との差電圧が予
   め定められたしきい値以下であるか否かを検出する検出
   手段と、 前記検出手段によって前記差電圧が前記しきい値以下で
   あることが検出された場合は、前記第１の電源と前記第
   ２の電源を並列接続して前記増幅手段への電圧供給を行
   わせ、前記検出手段によって前記差電圧が前記しきい値
   を越えたことが検出された場合は、前記第１の電源と前
   記第２の電源を直列接続して前記増幅手段への電圧供給
   を行わせるスイッチ手段とを備え、 前記検出手段は前記第１の電源の電圧と、前記増幅信号
   との差電圧を求める比較手段を有することを特徴とする
   前記請求項１記載の大電力増幅器用の切換え可能な高効
   率直流電源。
5. 【請求項５】スイッチ手段は該スイッチ手段を起動させ
   るための駆動手段を備え、 前記駆動手段はタイマを備え、 前記タイマは検出手段によって差電圧がしきい値を越え
   たことが検出されると、前記スイッチ手段を予め定めら
   れた時間だけターンオンすることを特徴とする前記請求
   項４記載の大電力増幅器用の切換え可能な高効率直流電
   源。
6. 【請求項６】増幅信号は増幅手段の増幅出力であること
   を特徴とする前記請求項４記載の大電力増幅器用の切換
   え可能な高効率直流電源。
7. 【請求項７】入力信号に応じた増幅信号を形成する増幅
   手段と、 前記増幅手段に電圧を供給する第１の電源および第２の
   電源と、 前記第１の電源の電圧と、前記増幅信号との差電圧が予
   め定められたしきい値以下であるか否かを検出する検出
   手段と、 前記検出手段によって前記差電圧が前記しきい値以下で
   あることが検出された場合は、前記第１の電源と前記第
   ２の電源を並列接続して前記増幅手段への電圧供給を行
   わせ、前記検出手段によって前記差電圧が前記しきい値
   を越えたことが検出された場合は、前記第１の電源と前
   記第２の電源を直列接続して前記増幅手段への電圧供給
   を行わせるスイッチ手段とを備え、 前記スイッチ手段はスイッチと、このスイッチを駆動す
   る駆動手段とを有し、 前記スイッチは前記第１の電源の正電圧端子と、前記第
   ２の電源の負電圧端子との間に接続され、 前記駆動手段は前記スイッチを切換えることを特徴とす
   る大電力増幅器用の切換え可能な高効率直流電源。
8. 【請求項８】検出手段は第１の電源の電圧と、増幅信号
   との差電圧を求める比較手段を有することを特徴とする
   前記請求項７記載の大電力増幅器用の切換え可能な高効
   率直流電源。