JPS598413A

JPS598413A - スイツチ増幅器

Info

Publication number: JPS598413A
Application number: JP58111970A
Authority: JP
Inventors: アンドレアス・フラ−
Original assignee: Brown Boveri und Cie AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1982-06-25
Filing date: 1983-06-23
Publication date: 1984-01-17
Also published as: YU134983A; EP0098379A1; US4517522A; JPH0584086B2; YU46355B; DE3373040D1; EP0098379B1; CH662913A5

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、信号変換器と複数個の増幅段と低域フィルタ
を備え、前記信号変換器が、増幅すべき入力信号を少く
とも２つのパルス列に変換し、又各増幅段が、変成器を
備えた少くとも１つの切換段を有し、この変成器の１次
巻線を、パルス列によって制御される少くとも１つの回
路素子を用いて供給電圧源に接続し、又この１次巻線と
直流的に分離された、変成器の２次巻線を、他の切換段
の２次巻線と共に直列回路に接続し、又切換段たおいて
増幅されたパルス列を増幅出力信号に変換するための低
域フィルタを、直列回路に接続したスイッチ増幅器に関
する。

この種のスイッチ増幅器は、出力電圧が高い場合に大き
な出力を発生するために構成されたものであり、Ｄ級増
幅器の良好な効率を有する。

従来用いられてきた直線増幅器は、高電圧で給電され、
その特殊な増幅管の実用寿命は比較的短いが、この公知
の直線増幅器と比較して、スイッチ増幅器は、直線増幅
器に匹敵する特性を有し、整流された電源電圧により容
易に作動することができ、寿命の長い市販の半導体スイ
ッチ素子及び比較的小さな変成器を備えている。

このスイッチ増幅器の実施例は送信機の送信管用の変調
器として用いると特に有利であるが、こうした実施例は
、ドイツ連邦共和国特許出願公開第２９３５４４５号公
報に記載されている。

こうしたスイッチ増幅器は、数個の並列に作動する増幅
段を有し、かつこの各増幅段は、それぞれ２つの切換段
と１つの信号変換器とを有している。この信号変換器は
、入力信号を、幅変調パルスを有する２つの１８０°位
相のずれたパルス列に変換する。各パルス列は、増幅段
の切換段におけるスイッチ素子を制御する。それにより
変成器の飽和が回避され、各増幅段を１００％制御する
ことができる。こうした作動形式において、各切換段な
いし各変成器は、パルス列の各周期の間に１回励振され
゛る。

切換操作の数を低減するために、信号変換器を用いるこ
とが既に提案されている（スイス連邦特許出願第９９２
／８１号明細書）。この信号変換器は、入力信号を多数
のパルス列の対に変換する。これらの対の１８０°位相
のずれたパルス列は、変成器の飽和時間によって制限さ
れた最大持続時間を有するパルスより成る。その際、パ
ルス列の対の数は、アナログ入力信号に依存して変調さ
れる。

さらに、この変成器をブツシュゾル変成器として構成す
ることも既に提案されている（スイス連邦特許出願第１
１６／８２号明細書）。このようにすると、２つのパル
ス列又は１つのパルス列の対により、同一の変成器を励
起することが可能となり、それゆえスイッチ増幅器にお
ける変成器の総数を半減できる。

１つのスイッチ増幅器においては、変成器の変調又は励
振の方法とは無関係に、増幅器における損失及び出方信
号のひずみが、主に変成器の構成及び特性によって定め
られる。それゆえ本発明の基礎となる課題は、その変成
器が、最小の変成損失の際に最良の変成特性を保証する
スイッチ増幅器を提供することにある。

この課題は、本発明において、冒頭で述べた形式のスイ
ッチ増幅器において次のようにして解決される、すなわ
ち、このスイッチ増幅器における各変成器が、５０　Ｈ
ｚからＩ　ＭＨｚまでの伝送帯範囲の単極及び双極のパ
ルスを変成するのに適しており、また各変成器の１次巻
線と２次巻線の間の絶縁耐力が少くとも５０　ｋＶ、結
合係数が少くとも０．９９９、容量が２５０　ｐＦ以下
であって、１：１の制御比及び１次巻線の電圧が５００
■−の際に前記変成器が少くとも３０　ｋＷのパルス電
力を伝送するようにするのである。

実施例の説明次に本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

第１図の回路略図に示すスイッチ増幅器は、パルス変調
器１０と、増幅段１１，１２．１３と、多数整流器装置
１６．１７．１Ｂ、１９゜２１．２２の直列回路１４と
、低域フィルタ２３とを有している。それぞれの増幅段
は、２つの切換段２５．２６；２７．２８；２９，３０
に対応して設けられている。さらにこのスイッチ増幅器
は、増幅すべきアナログ入力信号に対する入力端子３２
と、２つの制御信号線路３３゜３４と、供給電圧線路３
６と、出力端子３８を有している。前記の２つの制御信
号線路３３゜３４のそれぞれは、パルス変調器１０の信
号出力側を各増幅段における切換段の信号入力側に接続
している。又、前記供給電圧線路３６は、供給電圧源３
γを各切換段の供給電圧入力側に接続している。さらに
前記出力端子３８は、低域フィルタ２３の出力側に接続
され、増幅されたアナログ出力信号を取り出すために設
けられている。

第２図に示す切換段４０の実施例は変成器４１を有して
いる。この変成器の１次巻線４２の端子は、スイッチト
ランジスタ４３を介して供給電圧線路４６に接続され、
スイッチトランジスタ４４を介してアース線４γに接続
されている。これらのスイッチトランジスタの制御電極
は、制御信号変成器５１の２次巻線４８又は４９に接続
されている。この制御信号変成器５１０１次巻線５２は
、第１図に図示の制御信号線路３３又は３４０１つと接
続されている。変成器４１の１次巻線４２及びスイッチ
トランジスタ４３．４４のそれぞれに並列に、ダイオー
ド５３又は５４が接続されている。これらのダイオード
は、それらに所属のスイッチトランジスタを電流の遮断
の際に過電圧から保護する。

変成器４１０２次巻線５６には整流器装置５７が接続さ
れている。この整流器装置５７においては、２次巻線５
６の一方の端子は直接に、又他方の端子はダイオード５
８を介して、第１図に図示の直列回路１４の導線５９と
接続されている。このダイオード５８の導線５９の接続
点と２次巻線５６の導線５９との接続点との間にダイオ
ード６１が接続されている。

上述のスイッチ増幅器の作動の際、増幅すべきアナログ
信号が入力端子３２を介してパルス変調器１０に供給さ
れる。するとパルス変調器１０の出力側から、パルス幅
変調され１８０゜位相のずれたパルスを有する２つのパ
ルス列が現われる。各パルス列は、制御信号線路３３゜
３４の一方を介して、増幅段１１，１２．１３における
切換段２５，２７．２９又は２６，２８．３０のうちの
各１つの制御信号入力側に供給される。この切換段にお
いてパルス列は制御信号変成器５１により、２つのスイ
ッチトランジスタ４３，４４に対する制御信号に変えら
れる。この変成器の２次巻線へのスイッチトランジスタ
の制御電極の接続は、次の様に選定されている。すなわ
ち、スイッチトランジスタが、個々のパルスの持続時間
の間導通状態となり、かつ供給電圧線路４６から電流が
変成器４１の１次巻線４２を通って流れるように選択す
る。

この変成器４１の２次巻線５６に誘起された電流は、整
流器装置５７を介して、単方向のパルスとして直列回路
１４に供給される。そのようにして低域フィルタ２３の
入力側に信号が現われる。この信号は、切換段及び整流
器装置によって作られるすべての単方向のパルスが重畳
すれたものに対応する。そして低域フィルタの出力側か
ら増幅されたアナログ信号が取出される。

こうした動作は、冒頭に挙げた公開公報に詳述されてい
るので、ここでは詳細な説明は省略する。

こうしたスイッチ増幅器の実施例は、放送用送信機用の
変調増幅器として用いられる。このスイッチ増幅器は、
それぞれ２つの切換段を備えた４８個の増幅段を有し、
かつこのスイッチ増幅器は５００■−の供給電圧、変成
比１：１，２にて直流回路の端部すなわち低域フィルタ
の入力側において２８に■のピーク電圧及び１４００　
ｋＷの出力を有するパルスを発生することができる。

所定の出力電力及び出力電圧を有するスイッチ増幅器に
対しては、必要な数の増幅段ないし切換段が設けられ、
また回路素子の電流と耐電圧により最高の許容供給電圧
が与えられる。大きな出力電力及び出方電圧を有しまた
それに相応して多数の切換段を有するスイッチ増幅器に
おいては、各切換段に所属の変成器は、従来使用されて
きた変成器によっては満たされない作動条件を有してい
る。既述のように、例えば切換段によって変成されたパ
ルスは、直列線路に沿って重畳される。その結果、直列
線路における最後の変成器（第１図では切換段３ｏにお
ける変成器）の２次巻線と１次巻線との間の電位差が実
際にスイッチ増幅器の出力電圧に相当する。さらに、直
列線路における最初の変成器（第１図では切換段２５に
おける変成器）の１次巻線を通して電流が流れると、２
次巻線に誘起された電流により、直列線路にあるすべて
の変成器の容量が充電される。その際充電電流は、１次
回路の回路素子に対して許容される電流を超過してはな
らない。つまり、この変成器は、例えば５０　Ｈｚから
Ｉ　ＭＨｚの広い周波数帯の変成に適したものでなけれ
ばならず、制御限界内においてできるだけ僅かな非線形
ひずみ（ひずみ率）を有さねばならない。

第６図は変成器の縦断面を示し、第４図はその横断面図
を示す。この変成器は、強い出力電力を有する多段スイ
ッチ増幅器において用いるのが特に適している。この変
成器は、電位的に浮動に配置したリングコア７０を有し
ている。

そしてこのリングコア７０に２次巻線γ１，７１′が巻
きつけられている。この２次巻線は絶縁ケーシングによ
って包囲されている。このケーシングは、内側及び外側
のシリンダγ２，７３と環状の底板７４及び環状の被覆
板７５より成る。ケーシングの内部空間及び２次巻線の
巻線間の空間には絶縁材７７が注入されている。絶縁ケ
ーシングには１次巻線７８．７８’の巻線が巻きつけで
ある。巻線ブロックは基板７９上に載置されており、ま
た巻線ブロックによって囲まれだ円筒形の内部空間には
、６軸８１が配置されている。この６軸８１は、良好に
熱を伝導するように基板と結合されている。巻線ブロッ
クは、キャップ８２によって包囲されている。

このキャップ８２の開口部の縁は基板に固定されている
。１次巻線７８．７８’の巻線間の空間、１次巻線と６
軸８１及びキャップ８２の内壁の間の空間にも同様に絶
縁材８３が注入されている。さらにこの変成器は、２次
巻線の２つの端部８６，８６’の導入、導出を絶縁して
行うだめ絶縁スリーブ８４を有している。このスリーブ
は、キャップ８２の穿孔及び１次巻線の２つの巻回線の
間を通して、絶縁ケーシングの被覆板に挿入されている
。１次巻線の端部８７，８７’を導入、導出するだめに
、キャップ８２に１つの穴８８があけられている。

上述の変成器の実施例の場合、電位的に浮動に配置した
コアは、残留磁気の小さなフェライト材より成るリング
コアとして形成されている。

このリングコアの平均の直径は１１儂、横断面積は２７
　ｃｒｎ２である。電位的に浮動に配置したリングコア
に巻きつけられた２次巻線は、直径５　ｍｍの高周波リ
ンツ線の約４０巻回から成る。

２次巻線及び１次巻線の間の絶縁ケーシングとして、非
常に僅かな誘電損失角ｔａｎδ及び比較的高い誘電率を
有する特殊な注入樹脂が用いられている。絶縁ケーシン
グ上、ひいては２次巻線の外側に配置された１次巻線は
、同様に直径５　ｍｒｎＯ高周波高周波リン釣線５巻回
されたものである。損失熱を基板へ伝導するために、直
径６ｃｒ／Ｌのアルミニウム製の６軸が用いられている
。

巻線を巻きつけたリングコアをケーシング内へ収納した
後、変成器は公知のように、その真空装置内で高い絶縁
性を有する絶縁材が流し込まれる。

上述の変成器により、５３　ＨｚからＩ　ＭＨｚまでの
周波数範囲の単極及び双極のパルスを変成することがで
きる。パルス電力は、変成器の１：１の制陶比及び５０
０■＝の電圧の際、６０ｋＷの値にまでなる。損失熱の
放熱は、変成器の負荷が高い場合も良好に行われる。２
次巻線と電位的に浮動に配置したリングコアとの間の容
置は、パルスの変成に実質的に影響を与えない。１次巻
線と２次巻線の間には電気的シールドが設けられていな
いので、うず電流積は実際に生じない。

所要の特性の変成器は、必ずしも実施例に示した図の形
態や既述の寸法を有する必要はなく、又既述の素材で製
作する必要もないことは云うまでもない。例えば、フェ
ライト材より成る継ぎ目なしのリングコアの代りに、薄
いリングコア帯で巻いたコアを用いたり、又は既述の高
周波リンツ線の代りに、相応する扁平な帯状導体を用い
ることも可能であり、又損失熱をより良好に伝導放出す
るだめに設けられた心軸を設けないことも可能である。

切換段を１つのみ有する増幅段に対しては、１次コイル
にセンタータップを設け、かつ巻線の２つの端部を、１
８００位相をずらして制御される回路素子を介して、供
給電圧源と接続することも可能である。

また、１次巻線の各端部の第１の回路素子を供給電圧源
のプラス端子に、第２の回路素子を供給電圧源のマイナ
ス端子に接続し、電流の流れを一方又は他方の方向に可
能にする回路素子を対にて制御することも可能である。

この後者の実施例においては、１次巻線のセンタータッ
プは必要ない・。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例の数個の増幅段を有するスイ
ッチ増幅器の主要部略図、第２図は、単極パルスに対す
る切換段のブロック回路図、第６図は、変成器の実施例
の縦断面図、第４図は、第６図の変成器を直線Ａ−Ａに
沿って切った横断面図である。１０・・・パルス変調器、１１．１２．１３・・・増幅
段、１４・・・直列回路、１６，１７．１Ｂ、１９．２
１．２２・・・整流器装置、２３・・・低域フィルタ、
２５．２６．２７，２８，２９．３０・・・切換段、４
０・・・切換段、４１・・・変成器、４２・・・１次巻
線、４３．４４・・・スイッチトランジスタ、５１・・
・制御信号変成器、５６・・・２次巻線、５７・・・整
流器装置、７０・・・リングコア、７１．７１’・・・
２次巻線、７８，７８′・・・１次巻線、８１・・・心
軸。

Claims

【特許請求の範囲】１、　信号変換器（１０）と複数個の増幅段（１１，１
２，１３）と低域フィルタ（２３）を備え、前記信号変
換器が、増幅すべき入力信号を少くとも２つのパルス列
に変換し、又各増幅段が、変成器（４１）を備えた少く
とも１つの切換段（４０）を有し、この変成器（４１）
の１次巻線（４２）を、パルス列によって制御される少
くとも１つの回路素子（４３，４４）を用いて供給電圧
源（４６）に接続し、又この１次巻線（４２）と直流的
に分離された、変成器（４１）の２次巻線（５６）を、
他の切換段の２次巻線と共に直列回路（１４）に接続し
、又切換段において増幅されたパルス列を増幅出力信号
に変換するため低域フィルタを、直列回路に接続したス
イッチ増幅器において、前記の各変成器が、５０Ｈｚか
らＩ　ＭＨｚまでの伝送帯範囲の単極及び双極のパルス
を変成するのに適しており、また各変成器の１次巻線と
２次巻線の間の絶縁耐力が少くとも５０に■、結合係数
が少くとも０．９９９、容量が２５０　ｐＦ以下であっ
て、１：１の制御比及び１次巻線の電圧が５００Ｖ＝の
際に前記変成器が少くとも３０　ｋＷのパルス電力を伝
送することを特徴とする、スイッチ増幅器。２、各変成器がリングコア（７０）を有する、特許請求
の範囲第１項に記載のスイッチ増幅器。６、単極又は双極のパルスを変成するために用いるリン
グコア（７０）を、残留磁気の小さなフェライト材又は
薄いリングコア帯で形成した、特許請求の範囲第２項に
記載のスイッチ増幅器。４．２次巻線（７１，７１’）の容量を低減するために
用いるリングコア（７０）を、電位的に浮動に配置した
リングコアとして形成し、２次巻線をこのリングコア上
に巻きつけた、特許請求の範囲第２項に記載のスイッチ
増幅器。５、損失熱を伝導放出するだめに、リングコア（７０）
の中央Ｋ、熱伝導の良好な素材より成る心動（８１）を
配置した、特許請求の範囲第２項に記載のスイッチ増幅
器。