WO2017187767A1 - 電力増幅装置 - Google Patents

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昌徳 永山
修 乙坂
敬一 酒巻
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株式会社日立国際電気
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    • H03F3/24—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers of transmitter output stages
    • H—ELECTRICITY
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    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
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    • H04B17/15—Performance testing
    • H04B17/19—Self-testing arrangements

Definitions

  • the present invention relates to a power amplification device.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a conventional power amplifying apparatus.
  • a power amplifying apparatus 300 used in a terrestrial digital broadcast transmitter or the like includes an input unit 31, an amplifying unit 32, an output monitoring unit 33, a control unit 34, and a power supply unit 35.
  • the input unit 31 adjusts the level and phase of the input transmission signal 38-1 to a predetermined value.
  • the amplifying unit 32 is configured by an active element such as an FET (Field Effect Transistor), for example, and amplifies the transmission signal 38-2 adjusted by the input unit 31 to a predetermined power.
  • FET Field Effect Transistor
  • the output monitoring unit 33 measures the power level of the transmission signal 38-3 output from the amplifying unit 32 and monitors whether a predetermined amount of power is output.
  • the control unit 34 controls the operation of the entire power amplifying apparatus 300.
  • the control unit 34 controls the operation of the amplifying unit 32, and the input power amount at the input unit 31 based on the value of the output power amount obtained from the output monitoring unit 33. And monitor faults based on information from each part.
  • the power supply unit 35 supplies power to the input unit 31, the amplification unit 32, the output monitoring unit 33, and the control unit 34.
  • an amplifying unit that amplifies a radio signal for transmission or a power supply unit that supplies power to a power amplifying unit has a working system and a standby system, and a radio apparatus that is operated by switching is disclosed.
  • a radio apparatus that is operated by switching
  • the power amplification device stops when the power supply unit fails.
  • the power amplifying device is used in a terrestrial digital television broadcast transmitter, a serious accident such as a broadcast stoppage occurs.
  • broadcasting must not be stopped for information transmission.
  • a plurality of power supply units are prepared, and redundancy is provided such that when one fails, the other is switched to the other, but a plurality of power supplies and a system for switching them are required.
  • An object of the present invention is to continue supplying power even if a part of the power supply unit fails.
  • the power amplifying apparatus of the present invention is a power amplifying apparatus having a power supply unit in which a plurality of power supply modules are connected in parallel, the power supply module having a self-diagnosis function for detecting a failure, It is characterized by being disconnected from the power supply flow.
  • the power amplifying apparatus has a voltage control attenuation unit at an input unit for inputting a transmission signal, and the voltage control attenuation unit attenuates power corresponding to the power supply of the failed power supply module from the transmission signal.
  • the power amplifying apparatus reduce the attenuation amount of the transmission signal attenuated by the voltage control attenuating unit by increasing the power to within the capacity of the power supply module operating normally.
  • the present invention it is possible to continue supplying power even if a part of the power supply unit fails, and it is possible to perform optimum amplification control according to the reduced capacity of the power supply unit.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a power amplifying apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the power amplification device 100 includes an input unit 1, an amplification unit 2, an output monitoring unit 3, a control unit 4, and a power supply unit 5.
  • the control unit 4 controls the input unit 1, the amplification unit 2, the output monitoring unit 3, and the power supply unit 5 with a control flow 7.
  • the connection of the control flow 7 is a control connection.
  • the control part 4 performs the control which diverted it suitably by receiving the monitoring and detection information in each part other than control of each part.
  • the power supply unit 5 includes power supply modules 5-1 to 5 -n (n is a positive number), and supplies power to the entire power amplifying apparatus 100 through the power supply flow 6.
  • the connection of the power supply flow 6 is a connection in which power is supplied from the power supply unit 5.
  • the power supply from the power supply unit 5 is supplied exclusively to the amplification unit 2 having the largest used capacity, and another power supply unit (not shown) is supplied to the control unit 4 and the like. (None) may be supplied, or may be supplied via a voltage converter or the like (not shown).
  • the input unit 1 adjusts the level and phase of the input transmission signal 8-1 to a predetermined value.
  • the amplifying unit 2 is composed of an active element such as an FET (Field Effect Transistor), for example, and amplifies the transmission signal 8-2 adjusted by the input unit 1 to a predetermined power.
  • the output monitoring unit 3 measures the power level of the transmission signal 8-3 output from the amplification unit 2, and monitors whether a predetermined amount of power is output.
  • the control unit 4 controls the operation of the power amplifier device 100 as a whole, controls the operation of the amplification unit 2, and inputs to the amplification unit 2 at the input unit 1 based on the value of the output power amount obtained from the output monitoring unit 3. The amount of electric power is adjusted, and failures are monitored based on information from each part.
  • the power supply unit 5 supplies power to the input unit 1, the amplification unit 2, the output monitoring unit 3, and the control unit 4.
  • the power supply unit 5 when a power supply capacity of 1 kVA is required as a device, the power supply unit 5 includes four power supply modules having a power supply capacity of 250 VA.
  • the power supply modules 5-1 to 5 -n are configured to perform power supply by performing parallel operation in parallel connection, and to perform self-shutdown in the event of a failure or ON / OFF control from the control unit 4.
  • the power supply unit 5 may be configured to disconnect the failed power supply module from the power supply flow 6.
  • Each of the power supply modules 5-1 to 5-n has a self-diagnosis function for detecting a failure, and notifies the control unit 4 of the content of the abnormality when an abnormality such as a failure occurs.
  • the self-diagnosis function of the power supply modules 5-1 to 5-n may be only monitoring of voltage and current. Note that one self-diagnosis function may be provided in the power supply unit 5, the monitoring control may be performed by the control unit 4, or may be provided outside.
  • FIG. 2 is a block diagram for explaining the operation of the power amplifying apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • the input unit 1 includes a detection unit 9 and a voltage control attenuation unit 10
  • the output monitoring unit 3 includes a detection unit 11
  • the control unit 4 includes a set value unit 12.
  • the set value unit 12 stores a set value for varying the output power of the power amplifier according to the number of power module failures. For example, the setting value of the setting value unit 12 when there are four equal-output power modules and a power capacity of 1 kVA will be described.
  • the set value of the set value unit 12 is set to an output power when the normal time is 1 kVA, and is set to an output power value that can be output at 750 VA (3/4 times) when one power supply module fails. When one power module fails, the output power value can be set to 500 VA (1/2 times), and when three power modules fail, it can be output at 250 VA (1/4). Set the output power value. Note that the set value of the set value unit 12 may be set to a power capacity greater than that described above as long as it is within the capacity of the power supply module that has not failed. Further, the output power may be converted into the power capacity and set by the power capacity, and the setting for suppressing the target output power amount within the remaining power capacity may be appropriately made.
  • the power supply unit 5 shuts down the power supply module 5-2, and notifies the control unit 4 of the failure of the power supply module 5-2 which is the failure content in the failure communication flow 14.
  • the setting value output from the setting value unit 12 is a value corresponding to 750VA from a value corresponding to 1 kVA.
  • Changed to The control unit 4 controls the voltage control attenuation unit 10 of the input unit 1 by the control voltage flow 13 according to the set value (corresponding to 750 VA) output from the set value unit 12.
  • the control unit 4 determines the capacity allowed by the power supplied from the power supply unit 5 based on the failure information, and controls in advance the control voltage having a value to be attenuated by the voltage controlled attenuator 10 corresponding to the capacity. If the setting value unit 12 of the unit 4 can be held in a table or the like, and the control voltage is set with reference to the table according to the number of failed power supply modules or the allowable capacity of the power supply unit 5 operated after the failure, More efficient control is possible.
  • the voltage control attenuation unit 10 of the input unit 1 outputs a transmission signal 8-2 obtained by attenuating the signal level of the transmission signal 8-1 to 3/4 to the amplification unit 2.
  • the explanation is made by attenuating the input signal level to 3/4 when the power capacity becomes 3/4 on the assumption that one of the four power modules fails.
  • This is described as a simple example where the power supply capacity and the input signal level have a linear relationship. That is, when the power supply capacity and the input signal level are not in a linear relationship, as described above, the attenuation amount suitable for the power supply capacity and the input signal level allowed by the power capacity can be set in advance.
  • the detection unit 9 of the input unit 1 may be used to improve the power accuracy of the transmission signal 8-4 by detecting the transmission signal 8-1 and outputting the detected signal to the control unit 4. Good.
  • the amplifying unit 2 outputs a transmission signal 8-3 obtained by amplifying the transmission signal 8-2 to a predetermined power to the output monitoring unit 3.
  • the output monitoring unit 3 detects the transmission signal 8-3 by the detection unit 11 and outputs the detected detection voltage flow 15 to the control unit 4.
  • the control unit 4 compares the detection voltage flow 15 with the setting of the set value unit 12, adds or subtracts the difference to the control voltage flow, and feeds it back to the voltage control attenuation unit 10 of the input unit 1.
  • an allowable power capacity considering the presence / absence of the power supply module and the number of failures and the control voltage of the voltage control attenuator 10 corresponding to the allowable power capacity are also managed in a table.
  • the detection power to be detected by the detection unit 11 of the output monitoring unit 3 as well as the allowable power supply capacity in consideration of the presence or absence of the power module failure and the number of failures and the corresponding control voltage of the voltage control attenuation unit 10 are also included. If managed in the table, the detection voltage detected from the transmission signal lower than the normal operation output from the amplifier corresponding to the signal attenuated by the voltage control attenuator 10 at the time of the power supply module failure, It is possible to effectively check whether the value is appropriate. Further, based on this, feedback control to the voltage controlled attenuator 10 is also effective.
  • the power amplifying device can continue to supply power even if a part of the power supply unit fails, and can perform optimum amplification control according to the reduced capacity of the power supply unit. .
  • the power supply unit can be applied to applications that continue to supply power even when some power supply modules fail.

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Abstract

課題：従来の電源部は、電力増幅装置の全ての電力をまかなっているため、電源部が故障すると電力増幅装置の全てが停止する。本発明の目的は電源部の一部が故障しても電源を供給し続けることにある。　解決手段：本発明の電力増幅装置は、複数の電源モジュールを並列接続した電源部を有する電力増幅装置であって、電源モジュールは故障を検知する自己診断機能を有し、自己診断機能は故障した電源モジュールを電源供給フローから切り離すことを特徴とする。

Description

電力増幅装置
　本発明は、電力増幅装置に関するものである。
　従来の地上デジタルテレビ放送用送信機等で使用される電力増幅装置について、図３を用いて説明する。
　図３は従来の電力増幅装置の構成を示すブロック図である。
　従来、例えば、地上デジタル放送用送信機等で使用される電力増幅装置３００は、入力部３１、増幅部３２、出力監視部３３、制御部３４そして電源部３５から構成されている。
　入力部３１は、入力された送信信号３８－１のレベルや位相を所定の値に調整する。増幅部３２は、例えば、ＦＥＴ（Field　Effect　Transistor）等の能動素子で構成されており、入力部３１で調整された送信信号３８－２を所定の電力まで増幅させる。出力監視部３３は、増幅部３２から出力された送信信号３８－３の電力レベルを測定し、所定の電力量が出力されていることを監視する。制御部３４は電力増幅装置３００全体の動作を制御するものであり、増幅部３２の動作を制御し、出力監視部３３から得られた出力電力量の値を基に入力部３１で入力電力量を調整し、各部からの情報を基に故障などを監視する。電源部３５は、入力部３１、増幅部３２、出力監視部３３、制御部３４に電源を供給する。
　先行技術文献としては、例えば、送信用に無線信号を増幅する増幅ユニットや、電力増幅ユニットに電力を供給する電源ユニットにおいて、運用系と予備系を有して、切替えて運用する無線装置が開示されている。
特開２００５－０２０３７１号公報
　従来の電源部は、電力増幅装置の全ての電力をまかなっているため、電源部が故障すると電力増幅装置が停止する。例えば、電力増幅装置が地上デジタルテレビ放送用送信機で使用されている場合は、放送停止等の重大事故となる。特に震災等の非常事態の際には、情報伝達のために放送停止はあってはならないことである。これを防止するために、電源部を複数台用意し、一つが故障した際には他方に切り替わるような冗長性を持たせているが、複数の電源およびそれを切り替えるシステムが必要となる。
　本発明の目的は、電源部の一部が故障しても電源を供給し続けることにある。
　本発明の電力増幅装置は、複数の電源モジュールを並列接続した電源部を有する電力増幅装置であって、電源モジュールは故障を検知する自己診断機能を有し、自己診断機能は故障した電源モジュールを電源供給フローから切り離すことを特徴とする。
　また、電力増幅装置は、送信信号を入力する入力部に電圧制御減衰部を有し、電圧制御減衰部は故障した電源モジュールの電源供給分に相当する電力を送信信号から減衰させることが好ましい。
　さらに、電力増幅装置は、正常動作している電源モジュールの容量内まで電力を増加させることで、電圧制御減衰部が減衰させる送信信号の減衰量を低減させることが好ましい。
　本発明によれば、電源部の一部が故障しても電源を供給し続けることができ、更に低下した電源部の容量に応じた最適な増幅制御を行うことができる。
本発明の一実施例に係る電力増幅装置の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施例に係る電力増幅装置の動作を説明するためのブロック図である。 従来の電力増幅装置の構成を示すブロック図である。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
　図１は本発明の一実施例に係る電力増幅装置の構成を示すブロック図である。
　電力増幅装置１００は、入力部１、増幅部２、出力監視部３、制御部４、電源部５で構成されている。
　制御部４は、入力部１、増幅部２、出力監視部３、電源部５を制御フロー７で制御する。言い換えれば、制御フロー７の接続が制御的な接続となる。また、制御部４は、各部の制御以外に、各部での監視や検出情報を受け取ることにより、それを流用した制御を適宜行う。
　電源部５は、電源モジュール５－１～５－ｎ（ｎは正数）で構成され、電力増幅装置１００全体に電源を電力供給フロー６で供給する。言い換えれば、電力供給フロー６の接続が電源部５から電力供給される接続となる。なお、電源部５から各部に電力供給しているが、電源部５からの電力供給は一番使用容量の大きい増幅部２に専用として供給し、制御部４などへは別の電源部（図示なし）を要して供給するような構成にしてもよく、また、電圧変換器等（図示なし）を介して供給するような構成にしてもよい。
　入力部１は、入力された送信信号８－１のレベルや位相を所定の値に調整する。
　増幅部２は、例えば、ＦＥＴ（Field　Effect　Transistor）等の能動素子で構成されており、入力部１で調整された送信信号８－２を所定の電力まで増幅させる。
　出力監視部３は、増幅部２から出力された送信信号８－３の電力レベルを測定し、所定の電力量が出力されていることを監視する。
　制御部４は電力増幅器装置１００全体の動作を制御し、増幅部２の動作を制御し、出力監視部３から得られた出力電力量の値を基に入力部１で増幅部２への入力電力量を調整し、各部からの情報を基に故障などを監視する。
　電源部５は、入力部１、増幅部２、出力監視部３、制御部４に電源を供給する。
　電源部５は、例えば、１ｋＶＡの電源容量が装置として必要な場合、２５０ＶＡの電源容量を有する電源モジュールを４個で構成する。
　電源モジュール５－１～５－ｎは、並列接続の並列運転を行って電源を供給し、故障時には自己シャットダウンを行う、または制御部４からのＯＮ／ＯＦＦ制御を行える構成とする。
　なお、電源部５は、故障した電源モジュールを電力供給フロー６から切り離す構成としてもよい。
　電源モジュール５－１～５－ｎは、各々に故障を検出する自己診断機能を有し、故障等の異常時には制御部４に異常内容を通報する。
　電源モジュール５－１～５－ｎの自己診断機能は、電圧や電流の監視だけでもよい。なお、自己診断機能は電源部５に１個でもよく、制御部４で監視制御を行うようにしてもよく、また、外部に設けてもよい。
　次に、本発明の一実施例である電力増幅装置の詳細な動作について図２を用いて説明する。
　図２は本発明の一実施例に係る電力増幅装置の動作を説明するためのブロック図である。
　図２において、入力部１は検波部９と電圧制御減衰部１０を有し、出力監視部３は検波部１１を有し、制御部４は設定値部１２を有している。
　設定値部１２は、電源モジュールの故障数に応じて電力増幅装置の出力電力を可変するための設定値を記憶している。
　例えば、均等出力の電源モジュールが４個で１ｋＶＡの電源容量の場合についての設定値部１２の設定値について説明する。
　設定値部１２の設定値は、通常時が１ｋＶＡの場合の出力電力とし、１個の電源モジュールが故障した場合には７５０ＶＡ（３／４倍）で出力可能な出力電力値と設定し、２個の電源モジュールが故障した場合には５００ＶＡ（１／２倍）で出力可能な出力電力値と設定し、３個の電源モジュールが故障した場合には２５０ＶＡ（１／４倍）で出力可能な出力電力値と設定する。
　なお、設定値部１２の設定値は、故障していない電源モジュールの容量内であれば、上述以上の電源容量に設定してもよい。また、出力電力を電源容量に換算して、電源容量で設定することにしてもよく、目的とする出力電力量を残った電源容量以内に抑える設定が適宜行われればよい。
　次に、電力増幅装置１００が、稼働中に１個の電源モジュール５－２が故障した場合の動作について説明する。
　電源部５は、電源モジュール５－２が故障した場合、電源モジュール５－２をシャットダウンし、制御部４に故障連絡フロー１４で故障内容である電源モジュール５－２の故障を通報する。
　制御部４は、電源部５からの通報に従い、電源モジュール１個の故障を設定値部１２に入力すると、設定値部１２から出力される設定値が１ｋＶＡに対応した値から７５０ＶＡに対応した値に変更される。
　制御部４は、設定値部１２から出力される設定値（７５０ＶＡに対応）に従い、制御電圧フロー１３で入力部１の電圧制御減衰部１０を制御する。
　なお、制御部４は、電源部５からの供給電力で許容される容量を故障した情報より判別し、当該容量に対応して電圧制御減衰器１０で減衰すべき値の制御電圧を、予め制御部４の設定値部１２をテーブル等で保持可能とし、故障した電源モジュールの数や故障後に運用される電源部５の許容容量等に応じて、テーブルを参照して制御電圧を設定すれば、より効率的な制御が可能となる。
　入力部１の電圧制御減衰部１０は、送信信号８－１の信号レベルを３／４に減衰させた送信信号８－２を増幅部２に出力する。なお、ここでは４つの電源モジュールの内の一つが故障したことを前提に電源容量が３／４となった場合に入力される信号レベルを３／４に減衰することで説明しているが、これは、電源容量と入力される信号レベルがリニアな関係の場合を簡単な例として説明している。つまり、電源容量と入力される信号レベルがリニアな関係ではない場合には、上述したように、予め電源容量と当該電力容量で許容される入力される信号レベルに適した減衰量を設定できるように、電源部５の許容容量等に応じて、テーブルを参照して減衰量を調整するための制御電圧を設定すれば、より効率的な制御が可能となる。
　また、入力部１の検波部９は、送信信号８－１を検波し、検波した信号を制御部４に出力することにより、送信信号８－４の電力精度を向上させるために使用してもよい。
　増幅部２は、送信信号８－２を所定の電力に増幅した送信信号８－３を出力監視部３に出力する。
　出力監視部３は、送信信号８－３を検波部１１で検波し、検波した検波電圧フロー１５を制御部４に出力する。
　制御部４は、検波電圧フロー１５と設定値部１２の設定と比較し、差分を制御電圧フローに加算または減算して入力部１の電圧制御減衰部１０にフィードバックする。
　なお、上述まででは電源モジュールの故障の有無や故障の数を考慮した許容電源容量と、それに対応した電圧制御減衰部１０の制御電圧をテーブルで管理するような説明も行っているが、そのテーブルには、電源モジュールの故障の有無や故障の数を考慮した許容電源容量と、それに対応した電圧制御減衰部１０の制御電圧と共に、出力監視部３の検波部１１で検波されるべき検波電圧もテーブルで管理するようにすれば、電源モジュール故障時に電圧制御減衰器１０により減衰された信号に対応して増幅部から出力される正常運転時より低くなった送信信号から検波される検波電圧が、適正な値になっているかを効果的に確認できる。更に、それを基に、電圧制御減衰器１０へのフィードバック制御も効果的なものになる。
　本発明の実施形態である電力増幅装置は、電源部の一部が故障しても電源を供給し続けることができ、更に低下した電源部の容量に応じた最適な増幅制御を行うことができる。
　以上、本発明の一実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することができる。
　この出願は、２０１６年４月２５日に出願された日本出願特願２０１６－０８７０６７を基礎として優先権の利益を主張するものであり、その開示の全てを引用によってここに取り込む。
　電源部を複数の電源モジュールで構成し、かつ故障を検出することによって、一部の電源モジュールが故障した場合でも電源を供給し続ける用途に適用できる。
　１，３１：入力部、２，３２：増幅部、３，３３：出力監視部、４，３４：制御部、５，３５：電源部、５－１～５－ｎ：電源モジュール、６，３６：電力供給フロー、７：制御フロー、８－１～８－４：送信信号、９：検波部、１０：電圧制御減衰部、１１：検波回路部、１２：設定値部、１３：制御電圧フロー、１４：故障連絡フロー、１５：検波電圧フロー、１００，３００：電力増幅装置。

Claims (3)

  1. 　複数の電源モジュールを並列接続した電源部を有する電力増幅装置であって、
    　前記電源モジュールは、故障を検知する自己診断機能を有し、
    　前記自己診断機能は、故障した電源モジュールを電源供給フローから切り離すことを特徴とする電力増幅装置。
  2. 　請求項１に記載の電力増幅装置において、
    　送信信号を入力する入力部に電圧制御減衰部を有し、
    　前記電圧制御減衰部は、前記故障した電源モジュールの電源供給分に相当する電力を前記送信信号から減衰させることを特徴とする電力増幅装置。
  3. 　請求項２に記載の電力増幅装置において、
    　正常動作している電源モジュールは、容量内まで電力を増加させることで、前記電圧制御減衰部が減衰させる送信信号の減衰量を低減させることを特徴とする電力増幅装置。
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