JPH0158685B2 - - Google Patents

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JPH0158685B2
JPH0158685B2 JP55096289A JP9628980A JPH0158685B2 JP H0158685 B2 JPH0158685 B2 JP H0158685B2 JP 55096289 A JP55096289 A JP 55096289A JP 9628980 A JP9628980 A JP 9628980A JP H0158685 B2 JPH0158685 B2 JP H0158685B2
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JP
Japan
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low
output
supply voltage
power amplifier
switching
Prior art date
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JP55096289A
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Kiirian Bofumiru
Miraueku Yohan
Choru Uiruherumu
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PATERUHOORUDO PATENTOFUERUERUTSUNGUSU UNTO EREKUTORO HOORUDEINGU AG
Original Assignee
PATERUHOORUDO PATENTOFUERUERUTSUNGUSU UNTO EREKUTORO HOORUDEINGU AG
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Publication date
Family has litigation
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F3/21—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/217—Class D power amplifiers; Switching amplifiers
    • H03F3/2178—Class D power amplifiers; Switching amplifiers using more than one switch or switching amplifier in parallel or in series

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、パルス変調器と、給電電圧を切換え
る装置と、低域フイルタとを有する低周波電力増
幅器であつて、 前記パルス変調器は低周波入力信号を同じ周波
数であるが位相のずれているパルス列に、パルス
幅変調によつて変換するものであり、 前記給電電圧の切換装置は前記パルス列によつ
て制御され、その給電電圧入力側は並列に接続さ
れているものであり、 前記低域フイルタは前記切換装置に後置接続さ
れており、該低域フイルタの出力側に電力増幅さ
れた低周波信号が生じるものである、低周波電力
増幅器に関する。
実際に従来用いられている大出力用の低周波電
力増幅器はすべて同じ基本回路で構成されてい
る。低周波電力増幅器は少くとも２つの増幅管と
１つの出力トランスとを有するＢ級プツシユプル
増幅器を有する。増幅すべき低周波信号は２つの
電子管のグリツドに供給される。その場合これら
の電子管のアノードは出力トランスの１次巻線の
端子に接続されている。出力トランスの２次巻線
の１つの端子はコンデンサを介してアースに接続
され、かつ他方の端子は負荷に接続されている。
２つの低周波増幅管用の給電電圧は出力トランス
の１次巻線の中間タツプを介して供給される。
前述の形式の低周波電力増幅器を非常に多様な
用途に適合できかつ相応する異つた出力を発生す
るように構成できる。例えば大型スピーカの励
磁、誘導形加熱装置、制御増幅器に、および無線
放送送信機用変調増幅器として利用できる。斯様
な増幅器のすべての実施例は出力が大きいために
幾つかの基本的な欠点を有する。Ｂ級プツシユプ
ル増幅器には高出力管が必要であるが、この高出
力管は高価でありかつ有効寿命も比較的短い。斯
様な比較的大きな出力を有する増幅器において電
子管を高電圧で作動すべきであるので、回路にか
かる全体の費用は増加する。出力トランスは大型
かつ重量のある構成部品であり、例えば300KW
―送信機用変調増幅器の場合、約6tに達すること
がある。また正弦波状の信号で変調されるＢ級プ
ツシユプル増幅器と後置接続された負荷との効率
は変調率に依存して変化し、全体としてせいぜい
70％である。
実際に従来から公知のパルス幅変調の原理は、
一方で効率に関して有利であるが、他方では回路
技術的な欠点を有する。
公知の低周波電力増幅器は、高電圧整流器と負
荷との間で高い電位が加わる切換管の制御グリツ
ドを所要の方法でパルス幅変調された信号によつ
て制御するようにしたことを特徴としている（ド
イツ連邦共和国特許第1218557号明細書（1963年
２月８日）参照）。
また回路技術的に、高周波終段の電子管をパル
ス幅変調によつて制御される切換管に直列に接続
し、その場合高周波終段の電子管のカソードを高
周波的にアースに接続し、また変調周波数のサイ
クルで振動するようにした、無線放送送信機用低
周波電力増幅器も公知である（フンクテヒニク
誌、1977年第32巻第13号参照）。
さらに仏国特許第2404337号明細書（FR―
PS2404337）より、パルス幅変調を行う変調増幅
器が公知である。この増幅器では、出力側で複数
の切換段が並列に駆動され、個々の切換段の電流
が高出力電流へと結合される。ただし出力電圧は
比較的に低い。
これら上述の解決策は回路構成に高い費用がか
かり、また送信機出力段のために高い供電電圧を
必要とする。
本発明の基礎とする課題は、一方で冒頭に述べ
た効率と費用とに関する欠点を回避しかつ他方で
は例として示したパルス幅変調方法の回路技術的
な費用に関する欠点を除去した簡単かつ安価な低
周波電力増幅器、即ち平均的な電圧で作動できか
つ全体として変調率には無関係な大きな効率を有
し更に電子管の代りに電力用半導体を用いて構成
できる低周波電力増幅器を提供することである。
本発明によればこの課題は、パルス変調器によ
り低周波入力信号を少なくとも２つのパルス列対
に変換し、その際パルス列間の位相ずれは180゜で
あり、また各第２のパルス列対はそれぞれ90゜、
60゜もしくは45゜などの値で各第１のパルス列対に
対してずらされるようにし、少なくとも４つの切
換装置の出力側は給電電力入力側から導電的に分
離されており、かつ各出力電圧の加算の行なわれ
るように直列に接続されており、各切換装置の出
力線の接続端子間で縦続接続を形成するための接
続線は第１の整流器を有し、かつ前記各切換装置
の出力線の１つに第２の整流器が設けられている
ように構成して解決される。
低周波信号をパルスに変換することにより、増
幅管の代りに同じ出力の場合増幅器の効率を改善
する非常に短かな切換時間を有する所要の電子ス
イツチを利用できるようになる。また切換素子の
出力側の縦続接続によつて比較的小さな給電電圧
を有する電力増幅器を作動できるので、構造が非
常に簡単かつ安価になる。更に多数の群として並
列または直列に接続された切換装置を用いること
によつて全体の低周波電力増幅器の有利な冗長度
を得られるようになるので、１つの切換装置の故
障の場合増幅器の作動特性が大きな障害を受ける
ことはない利点を有する。
次に本発明を図示の実施例につき説明する。
第１図に示した低周波電力増幅器の実施例は振
幅変調を行う無線放送送信機への給電のために用
いられる。この形式の電力増幅器は周波数特性と
増幅率とに関して厳しい要求を満たすことができ
るので、本発明による増幅器の構造と動作方式を
説明するのに非常に良い。
低周波電力増幅器はパルス変調器１０と多数の
並列接続された切換装置１１，１２または１３，
１４の群と接続線１５とを有し、接続線１５によ
つてすべての切換装置の出力側は低域フイルタ１
７の入力側に接続され、低域フイルタ１７の出力
側は負荷１８に接続されている。図示の実施例に
おいて、負荷は振幅変調を行う送信機の高周波終
段であると仮定する。
第２図は所要のパルス変調器のブロツク図を示
す。このパルス変調器はパルス発生器２０を有
し、パルス発生器の出力側は変調器２１の入力側
と少くとも１つの移相器２２の入力側とに接続さ
れている。これらの移相器の出力側はもう１つの
変調器２３の入力側に接続されている。この変調
器の他方の入力側は低周波信号用の入力端子２４
に接続されている。それぞれの変調器の出力側に
信号線２６，２７が接続されている。
次に説明するように２つより多くの出力信号を
発生するパルス変調器を使用できるので有利であ
る。その場合他の変調器を後置接続した移相器を
パルス発生器に接続し、これを第２図に破線で示
す。
第３図は本発明による低周波電力増幅器に用い
られる切換装置のブロツク図を示す。斯様な切換
装置は信号入力側３０，３１を有し、それらの信
号入力側のうちで１つの信号入力側は、パルス変
調器１０の信号線２６または２７に接続され、ま
た制御ユニツト３３の１次巻線３２に接続されて
いる。この制御ユニツトの２次巻線３４，３５は
少くとも１つの対応する切換素子３６または３７
の制御電極に接続されており、かつ切換素子３６
と３７との電極は電源のプラスおよびマイナスの
線路、または出力トランス４２の１次巻線４１に
接続されている。この出力トランスの２次巻線４
３は出力線４４，４５に接続されている。
また切換装置は２つのダイオード４６，４７を
有し、これらのダイオードは出力トランスの１次
巻線の“マイナスの”接続端子とプラスの給電電
圧用の線路３８との間に接続され、または電力変
換器の１次巻線の“プラスの”接続端子とマイナ
スの給電電圧用の線路３９との間に接続されてお
り、かつ電流が遮断された際切換素子を過電圧に
対して保護する。
また本発明の有利な実施例において、切換装置
は２つの制御ユニツト３３を有し、そのうちの１
つの制御ユニツトは切換素子の投入接続パルスを
伝送しかつもう１つの制御ユニツトは遮断パルス
を伝送する。また２つの図示された切換素子３
６，３７の代りに２つの群の並列接続された切換
素子を用い、出力トランス４２の１次巻線を流れ
る電流を相応して増加することができる。切換素
子として所要の電力用半導体、電子管、またはそ
れらを所望のように組合わせて用いるので有利で
ある。
それぞれの切換装置（第１図参照）の１つの出
力線４４は直接に、かつ他方の出力線４５は整流
器５０を介して、接続線１５に接続されている。
またそれぞれの出力線組の接続端子間の接続線に
もう１つの整流器５１が接続されている。異つた
出力側４４，４５の電力パルスは整流器５０，５
１を介して接続線１５に沿つて加算され、かつ低
域フイルタ１７の入力側５３に伝送される。
低域フイルタを第１図のように接続する必要は
ない。低域フイルタを全体として、または部分的
に、切換装置１１，１２……の出力側４４，４５
かまたは接続線に集積化することもできる。その
１例を第４図に示す。
前述の低周波電力増幅器を作動する場合、供給
された低周波信号をパルス幅変調された同じ周波
数のパルスから成るｎ個（ｎ≧２）のパルス列対
に変換する。またその場合パルス列対に含まれる
各パルス列は180゜ずれており、各パルス列対は
180゜／ｎだけ相互にずれている。このことを次に
実施例につき説明する。斯様なパルス列は相互に
別個に対応する切換装置で増幅され、かつその後
で給電電圧から導電的に分離された共通の線路に
供給される。そこで入力パルス列を重畳して形成
した出力パルス列は低域フイルタでもとの低周波
信号に相応する電力増幅された低周波信号に変換
される。
本発明の前提となる低周波電力増幅器を構成す
る際、通常の切換素子の投入接続周波数を制限し
かつキーイング比を出力トランスの反転磁化に対
して略１：１または50％の変調率に制限すること
から出発する。
第５図は従来例の説明に供するものである。そ
こでは出力パルス列のキーイング比または変調率
を改善するため、２つの180゜だけ位相のずれた入
力パルス列を用いる。２つの入力パルス列E1と
E2は同じパルス繰返し周波数を有しかつ180゜の位
相ずれを有する。それぞれの入力パルス列におい
て実線で示したパルス幅は12.5％の変調率に相応
し、破線で示したパルス幅は50％の変調率に相応
する。図示のようにこれら２つの入力パルス列を
重畳すると出力パルス列A1、2が得られる。出力
パルス列A1、2は実際に２つの入力パルス列が50
％変調されている場合、100％変調される。
前述の入力パルス列を発生するために第２図に
示したパルス変調器を用いる。パルス発生器２０
は切換素子の最大切換周波数より低い周波数を有
する３角パルス列を発生する。このパルスは変調
器２１で、入力端子２４に加わる低周波信号に重
畳され、信号線２６に供給されるパルス幅変調さ
れたパルスが生ずる。またパルス発生器で生じた
３角パルスは移相器２２に供給され、移相器２２
はパルスを180゜または２つのパルス間の時間間隔
の半分だけ移相する。斯様な位相のずれたパルス
列も後置接続された変調器２３で、パルス幅変調
されたパルスを形成するために低周波信号に重畳
され、パルス幅変調されたパルスは信号線２７に
供給される。
また他の形式のパルス変調方式を利用できかつ
パルス変調器は第２図に示したように構成する必
要はないことがわかる。例えば鋸歯状波パルスま
たはたんにクロツクパルス列を発生するパルス発
生器を用い、それらのパルスが生じた際低周波信
号を取出すこともできる。適当な論理回路で、低
周波信号の振幅に相応するパルス幅変調されたパ
ルスを形成する。斯様な方法および装置は当業者
が公知であるので、ここでは詳しく説明しない。
前述のようにそれぞれの信号線に加わる入力パ
ルス列の周波数は切換素子の投入接続周波数の最
大値によつて制限される。前述の２つの180゜だけ
位相がずれた入力パルス列の場合、２倍の周波数
を有する出力パルス列が生ずる。第６図は本発明
による電力増幅器の実施例である。ここに示すよ
うに比較的高くかつ例えば２倍の周波数を有する
出力パルス列を発生するために、相互に対称な位
相ずれを有する２組の入力パルス列対を使用でき
る。第６図の上方の部分に、各パルス列が180゜だ
け位相のずれた第１の入力パルス列対E1、E2を
示し、中間の部分に第２のパルス列対E3、E4を
示す。また第２のパルス列対の２つのパルス列も
相互に180゜だけ位相がずれている。さらに、E3は
E1に対してかつE4はE2に対して90゜だけ位相がず
れている。そこでこれらの４つの入力パルス列を
重畳すると、１つの入力パルス列の４倍の周波数
を有する出力パルス列A1、2、3、4が生ずるか、また
は50％の変調率の場合は重畳された実際に100％
変調の２つのパルス列から成る出力パルス列が生
ずる。
斯様な入力パルス列を発生するために、第２図
に示したパルス変調器は、後置接続された変調器
を有する２つの付加的な移相器を有する。これを
破線で示す。
例えば前述の入力パルス列に対して45゜だけず
れた４つの付加的な入力パルス列を形成した場
合、出力パルス列の周波数を更に増加できること
がわかる。
それぞれのパルス列は少くとも１つの切換装置
に対応している。到来するパルスは切換素子を切
換えるので、トランスの１次巻線はパルス幅に合
致して励磁され、かつ出力線に、給電電圧とは導
電的に分離されかつ電力増幅されたパルス列が生
ずる。前述のように電力増幅率を増加するため
に、それぞれの切換装置に多数の切換素子を並列
に接続することができ、また多数の切換装置を並
列に接続することもできる。トランスの巻線の変
成比は電力増幅されたパルスを発生する電圧に応
じて選択される。
本発明による低周波電力増幅器によつて、２つ
１組で前述の変調方式に対応する180゜だけ位相が
ずれた入力パルス列を用いて実際に出力パルス列
を100％まで変調し、かつ斯様な多数の入力パル
ス列の組を用いることによつて出力パルス列の周
波数を、それぞれの入力パルス列の周波数の複数
倍に増加することができる。
本発明による低周波電力増幅器は実際に試験さ
れた実施例において、振幅変調を行う無線放送送
信機に1MWより大きなピーク電力値を有する通
常の音声周波数レンジの低周波信号を給電するた
めに用いられる。この場合第６図に示すように、
低周波入力信号は申し分のない変換特性を得るた
めに、２組の逆の位相ずれを有する入力パルス列
に変調される。
発明の効果 本発明により、出力電圧が同時点で加算される
ので個々の切換装置を比較的に低い電圧で駆動す
ることができ、しかも比較的小さな給電電圧を有
する電力増幅器を作動できるので、構造が非常に
簡単かつ安価になる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による低周波電力増幅器の有利
な実施例を示すブロツク図、第２図は第１図の低
周波電力増幅器に用いられるパルス変調器のブロ
ツク図、第３図は第１図の低周波電力増幅器に用
いられる切換装置のブロツク図、第４図は集積化
された低域フイルタを示す回路略図、第５図は従
来例の説明に供する、２つの相互に位相がずれた
入力パルス列の重畳による出力パルス列の変調方
法を示す線図、第６図は本発明による、位相がず
れた複数の入力パルス列対の重畳によつて出力パ
ルス列の周波数を増加する方法を示す線図であ
る。 １０…パルス変調器、１１〜１４…切換装置、
１７…低域フイルタ、１８…負荷、２０…パルス
発生器、２１，２３…変調器、２２…移相器、３
３…制御ユニツト、３６，３７…切換素子、４２
…出力トランス。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ パルス変調器と、給電電圧を切換える装置
    と、低域フイルタとを有する低周波電力増幅器で
    あつて、 前記パルス変調器は低周波入力信号を同じ周波
    数であるが位相のずれているパルス列に、パルス
    幅変調によつて変換するものであり、 前記給電電圧の切換装置は前記パルス列によつ
    て制御され、その給電電圧入力側は並列に接続さ
    れているものであり、 前記低域フイルタは前記切換装置に後置接続さ
    れており、該低域フイルタの出力側に電力増幅さ
    れた低周波信号が生じるものである、低周波電力
    増幅器において、 前記パルス変調器１０により低周波入力信号は
    ｎ個（ｎ≧２）のパルス列対（E1、E2；E3、
    E4；等）に変換され、 パルス列対（E1、E2：E3、E4；等）に含まれ
    る各パルス列間の位相ずれはそれぞれ180゜であ
    り、 またパルス列対は相互にそれぞれ180゜／ｎだけ
    位相がずれており、 前記給電電圧の切換装置１１，１２，１３，１
    ４の出力側４４，４５は給電電圧入力側３８，３
    ９から導電的に分離されており、かつ各出力電圧
    の加算が行われるように直列に接続されており、 縦続接続を形成するために、各給電電圧の切換
    装置１１，１２，１３，１４の一方の出力線４５
    には第１の整流器５０が接続されており、かつ 各給電電圧の切換装置１１，１２，１３，１４
    の２つの出力線４４，４５の間には、阻止方向に
    極性付けられた第２の整流器５１が接続されてい
    ることを特徴とする低周波電力増幅器。 ２ 各切換装置はトランス４２と制御ユニツト３
    ３とを有し、前記トランスの１次巻線４１は少な
    くとも１つの切換素子３６を介して給電電圧線３
    ８，３９と接続しており、また２次巻線４３は出
    力線４４，４５と接続しており、前記制御ユニツ
    トの１次側部分は投入接続信号及びしや断信号の
    伝送のためにパルス変調器の相応の出力側２６と
    接続され、かつ前記制御ユニツトの少なくとも１
    つの出力側３４が少なくとも１つの切換素子の制
    御電極と接続されている特許請求の範囲第１項記
    載の低周波電力増幅器。 ３ トランス４２の１次巻線４１は両端で、切換
    素子３６，３７を介して給電電圧入力側３８，３
    ９と接続しており、また制御ユニツト３３は２つ
    の２次側部分３４，３５を有し、それらの各々が
    ２つの切換素子のうちの１つの切換素子の制御電
    極を制御する特許請求の範囲第２項記載の低周波
    増幅器。 ４ 切換素子３６，３７として電力用半導体、電
    子管、またはこれらの適切な組合せを用いる特許
    請求の範囲第２項記載の低周波電力増幅器。 ５ 低域フイルタ１７は接続線１５の端部に接続
    されている特許請求の範囲第１項記載の低周波電
    力増幅器。 ６ 低域フイルタは全体として、または部分的に
    電力切換装置１１，１２、……の出力側４４，４
    ５または接続線１５に集積化して設けられた特許
    請求の範囲第１項記載の低周波電力増幅器。 ７ 個々の切換装置が故障した場合でも増幅器の
    作用を適正に保持するために、少くとも２つの切
    換装置１１，１２のうちのそれぞれにもう１つの
    切換装置が並列に接続されている特許請求の範囲
    第１項記載の低周波電力増幅器。 ８ 振幅変調を行う送信機の高周波出力段用の、
    低周波信号によつて変調されたアノード直流電圧
    を発生する特許請求の範囲第１項記載の低周波電
    力増幅器。
JP9628980A 1979-08-09 1980-07-16 Low frequency electric power amplifier Granted JPS5627519A (en)

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CH730779 1979-08-09

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