JPS61287307A - Switching power amplifier circuit - Google Patents

Switching power amplifier circuit

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JPS61287307A
JPS61287307A JP12807785A JP12807785A JPS61287307A JP S61287307 A JPS61287307 A JP S61287307A JP 12807785 A JP12807785 A JP 12807785A JP 12807785 A JP12807785 A JP 12807785A JP S61287307 A JPS61287307 A JP S61287307A
Authority
JP
Japan
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pass filter
low
output
signal
power
Prior art date
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Pending
Application number
JP12807785A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tetsuo Yoshida
哲雄 吉田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To relax the required characteristic of a low-pass filter (LPF) by extracting a component of a stop band of the LPF restoring a signal power from a PWM waveform and impressing the component to a signal superimposing means connected to the output of the LPF via an amplifier so as to cancel the component of the output stop band of the LPF. CONSTITUTION:The low-pass filter consists of L and C and restores a fluctuation signal waveform from a PWM waveform and gives a power to a resistor RL. Only a high frequency component only is extracted from a voltage across the capacitor C by a high-pass filter 5 and power-amplified by a wide band AC amplifier 6 and the result is inputted to a primary winding of a transformer T. The secondary winding of the transformer T is inserted between the low-pass filter output and the load RL in the polarity cancelling the high frequency ripple voltage of the low-pass filter output thereby suppressing the noise having an undesired PWM frequency. Since the high-pass filter 5 need not to pass power and has only to divide the output of the low-pass filter and processes a low level signal, a high characteristic is realized easily. Further, the transformer T treats a high frequency component only and the amplitude is small, then the small shape can be realized.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はパルス幅変調によるスイッチング電力増幅回路
に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a switching power amplifier circuit using pulse width modulation.

(従来の技術) この種の従来の技術として、特開昭58−107071
(スイッチング回路)、及び特開昭56−35511(
多相パルス幅変調方式)があり、第2図により従来例を
説明する0図中Qは電界効果トランジスタ。
(Prior art) As a conventional technology of this kind, Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-107071
(switching circuit), and JP-A-56-35511 (
A conventional example is explained with reference to Fig. 2. In Fig. 0, Q is a field effect transistor.

1は正極性電源端子、2はパルス幅変調(以下PWMと
呼ぶ)の信号入力端子、3は端子4より電源供給を受け
、接地回路から絶縁された出力段によりQのゲート(G
)・ソース(S)間を駆動するパルス幅変調器である。
1 is a positive power supply terminal, 2 is a pulse width modulation (hereinafter referred to as PWM) signal input terminal, 3 is supplied with power from terminal 4, and the gate of Q (G
) and source (S).

QはPWM信号で駆動され、そのパルス幅に応じて0N
−OFF動作をする。
Q is driven by a PWM signal and changes to 0N depending on its pulse width.
- Performs OFF operation.

コイルL工g L z HL 3およびコンデンサc1
.c2.c。
Coil L g L z HL 3 and capacitor c1
.. c2. c.

はローパスフィルタを構成しており、そのローパスフィ
ルタがPWMのくり返し周波数を阻止するならば、負荷
RLには電源端子1の電圧のPWMのONデユーティ−
比倍の電圧が供給されることになる。そしてローパスフ
ィルタが変調入力信号の周波数を通すならば、パルス幅
変調のONのデユーティ−は変調信号の振幅に応じて変
化するため、負荷RLへの供給電圧も変調信号に応じて
変化することになる。従って、スイッチングが理想的で
あれば負荷RLの電圧を損失なく変化させることができ
る。Foは高速スイッチング用のダイオードで、QのO
FF期間においてボイルL工における電流の連続性を満
し、コイルに蓄えられたエネルギーを電源に還元するフ
ライホイール動作をする。C4は電・源のデカップリン
グコンデンサである。
constitutes a low-pass filter, and if the low-pass filter blocks the PWM repetition frequency, the load RL has a PWM ON duty of the voltage of the power supply terminal 1.
This means that a voltage twice as high as that of the current is supplied. If the low-pass filter passes the frequency of the modulation input signal, the ON duty of pulse width modulation will change according to the amplitude of the modulation signal, so the voltage supplied to the load RL will also change according to the modulation signal. Become. Therefore, if the switching is ideal, the voltage of the load RL can be changed without loss. Fo is a diode for high-speed switching, and O of Q
During the FF period, a flywheel operation is performed that satisfies the continuity of the current in the Boyle L and returns the energy stored in the coil to the power source. C4 is a power/source decoupling capacitor.

上記回路を直列変調方式のラジオ放送機の変調器として
用いる応用においてはRLは被変調電力増幅器でありR
LにPWMのくり返し周波数に関係するスプリアスを加
えないためには、ローパスフィルタとして、10KHz
までの音声信号を平坦に損失なく通過し、PWMのくり
返し周波数、その高調波およびそれらのサイドバンド等
を80dB以上抑圧するような特性が要求される。
In an application where the above circuit is used as a modulator for a series modulation type radio broadcaster, RL is a modulated power amplifier and R
In order not to add spurious related to the PWM repetition frequency to L, use a 10KHz low-pass filter.
It is required to have characteristics such as passing audio signals up to 80 dB flatly without loss and suppressing the PWM repetition frequency, its harmonics, their sidebands, etc. by 80 dB or more.

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、上記従来例においては、PWMのくり返
し周波数は、スイッチング素子の現況から100KHz
前後よりも高くできないため、ローパスフィルタに要求
される特性は、特に電力用のフィルタとしては高度なも
のになり、形状が大きくなることや負荷インピーダンス
の変動に対してローパスフィルタの特性が変化しやすい
こと、ローパスフィルタの遅延時間が大きくなる等の問
題点があった。
(Problems to be Solved by the Invention) However, in the above conventional example, the repetition frequency of PWM is 100 KHz due to the current state of the switching elements.
Because it cannot be higher than the front and back, the characteristics required of a low-pass filter are particularly sophisticated, especially for a power filter, and the characteristics of a low-pass filter tend to change as the shape increases and load impedance changes. In addition, there were problems such as an increase in the delay time of the low-pass filter.

この発明は、以上述べた従来技術の欠点を改善するもの
で、その目的は、ローパスフィルタの所要特性を緩和し
て、ローパスフィルタの段数を減らし、形状を小型化し
、負荷変動に対しても特性劣化を軽減し、信号の遅延時
間も短くすることを可能にしながら、PWM信号に関係
するノイズまたはスプリアスを十分抑圧することのでき
るPWMスイッチング増幅回路を提供することにある。
The present invention aims to improve the above-mentioned drawbacks of the prior art.The purpose of this invention is to relax the required characteristics of a low-pass filter, reduce the number of stages of the low-pass filter, reduce the size of the filter, and improve its characteristics against load fluctuations. An object of the present invention is to provide a PWM switching amplifier circuit that can sufficiently suppress noise or spurious related to PWM signals while reducing deterioration and shortening signal delay time.

(問題点を解決するための手段) 前記目的を達成するための本発明の特徴は、変調信号に
従ってパルス幅変調を行なうスイッチング手段と、その
出力のパルス幅変調波形から変調信号を復元して負荷に
与えるローパスフィルタとを有するスイッチング電力増
幅回路において、前記ローパスフィルタと負荷の間に挿
入される信号重畳手段と、前記ローパスフィルタの出力
に接続されるバイパスフィルタと、−該バイパスフィル
タの出力を増幅して前記信号重畳手段に与える増幅器と
を有するスイッチング電力増幅回路にある。
(Means for Solving the Problems) The features of the present invention for achieving the above object include a switching means for performing pulse width modulation according to a modulation signal, and a switching means for restoring the modulation signal from the pulse width modulation waveform of the output thereof. a switching power amplifier circuit comprising: a signal superimposition means inserted between the low-pass filter and the load; a bypass filter connected to the output of the low-pass filter; - amplifying the output of the bypass filter; and an amplifier for supplying the signal to the signal superimposing means.

(作用) 上記構成において、バイパスフィルタはローパスフィル
タの阻止域の成分を抽出し、増幅器を介して、ローパス
フィルタの出力に接続される信号重畳手段に印加し、こ
こで、ローパスフィルタの出力阻止域の成分が相殺され
る。従って、ローパスフィルタによるPWMのくり返し
周波数に関するノイズの低減が十分でない場合において
も、当該ノイズはバイパスフィルタの出力により相殺さ
れ、従ってローパスフィルタに対して要求される特性は
従来に比べかなりゆるやかなものとなる。
(Function) In the above configuration, the bypass filter extracts a component in the stopband of the low-pass filter, applies it to the signal superimposition means connected to the output of the low-pass filter via an amplifier, and then extracts the component in the stopband of the low-pass filter. components are canceled out. Therefore, even if the noise related to the PWM repetition frequency is not sufficiently reduced by the low-pass filter, the noise will be canceled out by the output of the bypass filter, and therefore the characteristics required for the low-pass filter are much more relaxed than in the past. Become.

(実施例) 第1図はこの発明の実施例であり、1〜4.Q。(Example) FIG. 1 shows an embodiment of this invention, and shows 1 to 4. Q.

F D + RL r C4は従来例の説明と同様であ
る。LとCはローパスフィルタでPWM波形より変調信
号波形を復元して電力をRLに与えることは従来例の説
明と同様であるが、本実施例においてはLとCの2素子
すなわち2次の構成である。ここでCの電圧をバイパス
フィルタ5により高域成分のみを取り出し、広帯域の交
流増幅器6で電力増幅し、トランスTの一次巻線に入力
する。トランスTの2次巻線はローパスフィルタ出力と
負荷RLの間にローパスフィルタ出力の高域のリップル
電圧を打ち消す極性で挿入されている。
F D + RL r C4 is the same as the description of the conventional example. L and C are low-pass filters that restore the modulated signal waveform from the PWM waveform and provide power to RL, which is the same as the explanation of the conventional example, but in this example, two elements L and C, that is, a second-order configuration It is. Here, only high-frequency components of the voltage C are extracted by a bypass filter 5, power amplified by a wideband AC amplifier 6, and input to the primary winding of the transformer T. The secondary winding of the transformer T is inserted between the low-pass filter output and the load RL with a polarity that cancels the high-frequency ripple voltage of the low-pass filter output.

本実施例の直列変調方式のラジオ放送機の変調器として
の応用では、変調信号の最高周波数を10KHzとし、
PWMのくり返し周波数を100KHzとすると、2次
のバタワース型のローパスフィルタでは10KHzで0
.5dB以下の減衰とすれば90KHzでの阻止量が3
0dBも得られな゛い。そこでこのローパスフィルタ出
力の電圧より、バイパスフィルタで音声信号周波数0〜
10KHzを阻止し、高域のみのリップル分を増幅し、
トランスTにより、ちょうどリップル分を打ち消すレベ
ルと位相でローパスフィルタ出力に重畳すれば、不要な
PWMのくり返し周波数のノイズを抑圧できる。ここで
5のバイパスフィルタは電力を通過する必要がなく。
In the application of this embodiment as a modulator for a radio broadcasting machine using the serial modulation method, the maximum frequency of the modulation signal is 10 KHz,
If the PWM repetition frequency is 100KHz, a second-order Butterworth-type low-pass filter will have a frequency of 0 at 10KHz.
.. If the attenuation is 5 dB or less, the amount of rejection at 90 KHz is 3
I can't even get 0dB. Therefore, from the voltage of this low-pass filter output, the audio signal frequency 0 to 0 is determined by the bypass filter.
Blocks 10KHz and amplifies ripple only in the high range,
By superimposing it on the low-pass filter output using a transformer T at a level and phase that exactly cancels out the ripple, unnecessary PWM repetition frequency noise can be suppressed. Here, the bypass filter 5 does not need to pass power.

ローパスフィルタの出力電圧を分圧し、低レベルの信号
を扱えば良いため、高度の特性の実現も容易であり、ア
クティブフィルター等も利用できる。
Since it is sufficient to divide the output voltage of the low-pass filter and handle low-level signals, it is easy to achieve advanced characteristics, and active filters can also be used.

またトランスTは10KHz以上の高域の成分のみを扱
い、その振幅も小さいため形状とも小さいもので実現で
きる。また電力増幅器6に要求される出力についてIK
Wのラジオ放送機の場合について計算をすと次のように
なる。
Furthermore, the transformer T handles only high-frequency components of 10 KHz or higher, and its amplitude is small, so it can be realized with a small shape. Also, regarding the output required for the power amplifier 6, IK
Calculations for the W radio broadcasting device are as follows.

負荷R,が被変調電力増幅器であり、その出力がPo、
その能率がηであるとすると、被変調電力増幅器への入
力P!は。
The load R, is a modulated power amplifier whose output is Po,
If its efficiency is η, the input to the modulated power amplifier P! teeth.

p 、 =P O η である、 Po=1000(W)−η=0.85とすれ
ば、P!″、1180(W)となる。
If p , =P O η, Po=1000(W)−η=0.85, then P! '', 1180 (W).

ここで仮に100%変調を与えるために要する増幅器6
の出力は1/2p、であることは公知であるので計算を
省略するが、LPFで不要なリップルが100%変調の
レベルより30dB抑圧されているとすると、その波形
等が正弦波では無いので正確な計算では無いが、100
%のレベルの約1730の振幅となり、必要な電力増幅
器6の出力P^は軛0.65(W) であり、十分余裕ある増幅器を備えるとしても取り扱う
電力に比較すると問題ではないことがわかる。
Here, suppose that the amplifier 6 required to provide 100% modulation is
It is well known that the output of It's not an exact calculation, but 100
% level, and the required output P^ of the power amplifier 6 is 0.65 (W), which shows that even if an amplifier with sufficient margin is provided, it is not a problem compared to the power to be handled.

またバイパスフィルタの入力をローパスフィルタの出力
から結合したが負荷の電圧から結合し、フィー−バック
動作でリップルを圧縮しても同様の効果がある。
Furthermore, although the input of the bypass filter is coupled from the output of the low-pass filter, the same effect can be obtained even if the input is coupled from the load voltage and the ripple is compressed by feedback operation.

(発明の効果) 以上説明したように本発明によれば、PWM波形から信
号電力を復元するローパスフィルタの所要特性を緩和す
ることができ、その次数を減じ。
(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, the required characteristics of a low-pass filter that restores signal power from a PWM waveform can be relaxed, and its order can be reduced.

形状を小型化できる上、遅延量を小さくできる。Not only can the shape be made smaller, but the amount of delay can also be reduced.

ラジオ放送機の応用においては、アンテナ系のインピー
ダンス変動やインピーダンス整合の狭帯域性により、ロ
ーパスフィルタ出力のインピーダンスが不整合になるが
、ローパスフィルタの構成が単純なので特性変動が少な
く、急しゅんなフィルタ特性は打ち消し回路に挿入され
た常に負荷の整合のとれたバイパスフィルタに依存して
いるため、変調特性変動をきわめて小さくすることが可
能となる。また変調の遅延量を小さくできるので、AM
ステレオ放送や同期放送に用いる放送機では特に有益で
ある。また、スイッチングレギュレータ回路の応用にお
いても、出力の応答が早く、スイッチングノイズの小さ
い電源を実現することができる。
In radio broadcasting applications, the impedance of the low-pass filter output becomes mismatched due to impedance fluctuations in the antenna system and the narrow band nature of impedance matching.However, because the low-pass filter has a simple configuration, there are few characteristic fluctuations, making it easy to use as a filter. Since the characteristics depend on the bypass filter inserted in the cancellation circuit, whose load is always matched, variations in the modulation characteristics can be made extremely small. Also, since the amount of modulation delay can be reduced, AM
This is particularly useful for broadcasting equipment used for stereo broadcasting or synchronized broadcasting. Furthermore, in the application of a switching regulator circuit, a power supply with fast output response and low switching noise can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明の実施例を示す回路、第2図は従来例
を示す回路である。 1.4−m−電源端子、 2−m−変調信号入力端子、 3−m−パルス幅変調器、 RL−−一負荷、Q−m−
電界効果トランジスタ、 5−一一バイパスフィルタ、6−−−増幅器、T −−
−トランス。 C,C1〜C4−−−コンデンサ、 L、L1〜L、 −−−コイル、FD−m−ダイオード
FIG. 1 is a circuit showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a circuit showing a conventional example. 1.4-m-power supply terminal, 2-m-modulation signal input terminal, 3-m-pulse width modulator, RL--one load, Q-m-
Field effect transistor, 5-11 bypass filter, 6-- amplifier, T--
-Trans. C, C1~C4---capacitor, L, L1~L,---coil, FD-m-diode.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)変調信号に従ってパルス幅変調を行なうスイッチ
ング手段と、その出力のパルス幅変調波形から変調信号
を復元して負荷に与えるローパスフィルタとを有するス
イッチング電力増幅回路において、 (a)前記ローパスフィルタと負荷の間に挿入される信
号重畳手段と、 (b)前記ローパスフィルタの出力に接続されるバイパ
スフィルタと、 (c)該バイパスフィルタの出力を増幅して前記信号重
畳手段に与える増幅器とを有することを特徴とするスイ
ッチング電力増幅回路。
(1) A switching power amplifier circuit having a switching means that performs pulse width modulation according to a modulation signal, and a low-pass filter that restores a modulation signal from the pulse-width modulation waveform of its output and applies it to a load, comprising: (a) the low-pass filter; A signal superimposing means inserted between the loads; (b) a bypass filter connected to the output of the low-pass filter; and (c) an amplifier that amplifies the output of the bypass filter and supplies it to the signal superimposing means. A switching power amplifier circuit characterized by:
(2)前記バイパスフィルタの入力が、ローパスフィル
タと信号重畳手段との結合点に接続されることを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載のスイッチング電力増幅
回路。
(2) The switching power amplifier circuit according to claim 1, wherein the input of the bypass filter is connected to a connection point between the low-pass filter and the signal superimposing means.
(3)前記バイパスフィルタの入力が、信号重畳手段と
負荷との結合点に接続されることを特徴とする特許請求
の範囲第1項記載のスイッチング電力増幅回路。
(3) The switching power amplifier circuit according to claim 1, wherein the input of the bypass filter is connected to a connection point between the signal superimposing means and the load.
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