JPS63187722A - パルス増幅器の駆動回路 - Google Patents

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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、音声信号、電力増幅およびモータ駆動制御等
に適用されるパルス幅器ｉｌｌ（ＰＷＭ）信号を増幅す
るパルス増幅器の駆動回路に関する。

（従来の技術） ＰＷＭは信号レベルに応じてその信号の周波数成分より
も十分に高い繰返し周波数のパルス信号のパルス幅を変
化させるもので、パルス幅変調して得たパルス幅変調信
号を損失の小さいパルス増幅を行なうことによって高い
電力効率を得ることができる。また、復調は繰返し周波
数を阻止する低域ろ波器にＰＷＭ信号を通すことによっ
て容易に行える。

ところで、このようなＰＷＭ信号を利用したものとして
ＰＷＭ信号を電力増幅してモータ等に供給し、このモー
タを駆動制御するＨ形パルス増幅器と称されるものがあ
る。第５図はＨ形パルス増幅器の構成図であって、入力
端子１．２にはそれぞれ互いに１８０°位相の異なる相
補形の各ＰＷＭ信＠Ｐａ、Ｐｂが入力され、このうちＰ
ＷＭ信号Ｐａが駆動回路３．４に送られるとともにＰＷ
Ｍ信号ｐｂが駆動回路５．６に送られるようになってい
る。これら駆動回路３〜６の出力端にはそれぞれ電界効
果型トランジスタ（ＦＥＴ）から成るパワートランジス
タ７．８．９．１０が接続され、そしてパワートランジ
スタ７と１０との各ドレインが共通接続されて直流型ｉ
ｔ！１１の正極に接続され、また各パワートランジスタ
８と９との各ソースが共通接続されて直流電源１１の負
極に接続されている。そして、負荷１２がパワートラン
ジスタ７．１０のソースとパワートランジスタ４．９の
ドレインとの間に接続されている。そこで、ＰＷＭ信号
Ｐａがハイレベルとなると、各駆動回路３．４を通して
各パワートランジスタ７．８が同時、に導通して負荷１
２に負荷電流１１が流れ、また一方のＰＷＭ信号Ｐｂが
ハイレベルとなると、各駆動回路５．６を通して各パワ
ートランジスタ９．１０が同時に導通して負荷１２に負
荷電流１２が流れる。このように各ＰＷＭ信号Ｐａ、Ｐ
ｂのレベル変化に従ってパワートランジスタ７．８およ
び９．１０が別々に導通して負荷電流１１．１２が負荷
１２に供給される。ところが、このような構成の回路で
は個々のパワートランジスタ７〜１０に安定したＰＷＭ
信号を供給するために直流電源１１と各駆動回路３〜６
に電力を供給する電源とが分離され、各駆動回路３〜７
は電気的に絶縁する必要がある。また、Ａ、Ａ”点の電
位はほぼ一定であるが、Ｂ、Ｂ一点の電位は負荷電流１
１．１２の流れる方向が変るためにＡ、Ａ一点を基準電
位とすれば、パワートランジスタ７．１０はＰ型トラン
ジスタを使用し、またパワートランジスタ８．９はＮ型
トランジスタを使用しなければならないという制限が生
じる。

そこで、このような制限を無くすために各駆動回路の電
源をフローティングにしてＢ、Ｂ＝点の電位を基準とす
ることが行われている。第６図はフローティング電源を
使用した例を示す構成図である。なお、説明を簡単とす
るために１つのパワートランジスタ２０に対する構成の
み示しである。

ＰＷＭ信号ｐｃが入力するドライバ２１の出力端にはホ
トカブラ２２が接続され、さらにこのホトカブラ２２に
励振器２３が接続されている。この励振器２３は、立ち
上がり立ち下がり特性が良好でかつ出力インピーダンス
が小さい相補型トランジスタにより構成したシングルエ
ンドプッシュプル（ＳＥＰＰ’）型の出力回路が使用さ
れている。

そして、この励振器２３の出力端に低抵抗２４を介して
パワートランジスタ２０のゲートが接続されている。な
お、２５はダミー抵抗である。そして、励振器２３に対
する専用電源２６が設けられる。このような回路構成で
あれば、ＰＷＭ信号Ｐｃがドライバ２１に入力されると
、このドライバ２１によってホトカブラ２２が作動して
電気的に絶縁されてＰＷＭ信号ｐｃが励振器２３に伝え
られる。そうして、この励振器２３によってＰＷＭ信号
Ｐｃに応じたパルス電圧が低抵抗２４を通してパワート
ランジスタ２０のゲート・ソース間に加えられる。かく
して、このパワートランジスタ２０がＰＷＭ信号Ｐｃの
レベル変化に応じて導通制御される。ところで、励振器
２３の接地電位はパワートランジスタ２０のソース電位
と同一としなければならないが、このソース電位は前述
したように大幅に変動する。従って、励振器２３の電源
は前記専用電源２６を設けて電力を供給することになる
。このように専用電源２６を設けて、この電源２６の構
成をトランス２６ａを使用して外部の電位と絶縁しなけ
れば安定したｖＪＩ￥は望めない。また、ＦＥ’Ｔは電
圧制御素子であって、励振器２３はＦＥＴのゲート・ソ
ース間電圧を変化させて導通制御すことになる。従って
、励振器２３からパワートランジスタ２０に流れる電流
の大部分はダミー抵抗２５で消費され、かつこの電流が
パワートランジスタ２０が導通状態にあるときに常に流
れているために消費電力が大きくなってしまう。このた
め、専用型１ａ２６としては電源容当の大きいものが必
要となる。

（発明が解決しようとする問題点） 以上のように従来の回路では各駆動回路３〜６に対する
別途電源回路を必要としフローディン電源化して外部の
電位と絶縁する必要があり、さらに消費電力の大きいも
のであった。

そこで本発明は、専用のフローティング電源を全く不要
としかつ消費電力をより少なくできるパルス増幅器の駆
動回路を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は、パルス幅変調信号に応じてパルス増幅器を構
成する複数の電界効果型トランジスタを選択的に導通さ
せて負荷に電力を供給するパルス増幅器の駆動回路にお
いて、パルス幅変調信号を受けて立上がり時を検出して
充電信号を作成するとともに立下がり時を検出して放電
信号を作成する充放電タイミング検出回路と、充電信号
を受けたときに電界効果型トランジスタのゲート・ソー
ス間に形成される等両容量に対して充電を行なわせ、か
つ放電信号を受けたときに等価容伍に充電された電荷を
放電させる充放電回路とを備えて上記目的を達成しよう
とするパルス増幅器の駆動回路である。

（作用） このような手段を備えたことにより、充放電タイミング
検出回路でパルス幅変調信号の立上がりが検出されて充
電信号が作成されるとともに立下がりが検出されて放電
信号が作成されて充放電回路に送られ、かくして充放電
回路は充電信号を受けたときに電界効果型トランジスタ
のゲート・ソース間に形成される等価容量に対して充電
を行い放電信号を受けたときに等価容量に蓄えられてい
る電荷を放電させて電界効果型トランジスタを導通制御
する。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について第１図に示すパルス増
幅器の駆動回路の全体構成図を参照して説明する。なお
、第５図と同一部分には同一符号を付してその詳しい説
明は省略し、又た説明を簡単にするために１つのパワー
トランジスタ７に対する構成のみ示しである。同図にお
いて３０は充放電タイミング検出回路であって、これは
パルス幅変調信号Ｐａを受けて立上がり時を検出して充
電信号を作成するとともに立下がり時を検出して放電信
号を作成する機能を有するもので、その具体的な回路構
成は第２図に示す如くである。すなわち、Ｄ形フリップ
フロップ３１．３２が縦接ＩＢ続されてＤ形フリップフ
ロップ３１のＱｔ出力端子とＤ形フリップフロップ３２
の０２出力端子とにアンドゲート３３の各入力端子が接
続されるとともにＤ形フリップフロップ３２のＱ２出力
端子とＤ形フリップ７０ツブ３１の０１出力端子とにア
ンドゲート３４の各入力端子が接続されている。そして
、各アンドゲート３３．３４の出力端子にそれぞれノア
ゲート３５．３６を通して各ワンショットパルス発生回
路３７．３８が接続され、ざらにこれらワンショットパ
ルス発生回路３７．３８の出力端子にインバータ３つ、
４０を接続してインバータ３つから充電信号Ｆ１が送出
され、またインバータ４０から放電信号Ｆ２が送出され
るようになっている。なお、各り形フリップ７０ツブ３
１．３２のｃｐ端子にはクロック発生回路４１が接続さ
れている。一方、４２は駆動安定化回路であって、充電
信号Ｆ１および放電信号Ｆ２の各送出期間が長くなった
場合にパワートランジスタ７の動作を安定化させる機能
を持ったものである。具体的な構成はセットリセットフ
リップフロップ４３が設けられ、このフリップフロップ
４３のセット端子Ｓに７ンドゲート３３の出力端子が接
続されるとともにリセット端子Ｒにアンドゲート３４の
出力端子が接続されている。そして、このフリップフロ
ップ４３のＱおよびＱ出力端子にそれぞれアンドゲート
４４．４５が接続され、かつクロック発生回路４１から
出力されるクロック信号を分周する分周回路４６がこれ
らアンドゲート４４．４５の他方に入力端子に接続され
ている。そうして、これらアンドゲート４４．４５の出
力端子が前記ノアゲート３５．３６を通してワンショッ
トパルス発生回路３７．３８に接続されている。

５０は充放電回路であって、これは充電信号Ｆ１を受け
たときにパワートランジスタ７のゲート・ソース間に形
成される等価容愚に対して充電を行なわせ、かつ放電信
号Ｆ２を受けたときに同等価容最に充電された電荷を放
電させてパワートランジスタ７を導通制御する機能を持
ったものである。なお、ＦＥＴは電圧駆動型素子であっ
て、この入力インピーダンスは高く入力側から等価的に
コンデンサ（言損）と見ることができる。具体的には充
電系と放電系とから構成され、充電系は充電信号Ｆ１を
受けるホトカブラ５１が設けられ、このホトカブラ５１
のホトトランジスタ５１ａのエミッタに抵抗Ｒ１を通し
てＮＰＮ形トランジスタＱ１のベースが接続されている
。そして、このトランジスタＱ１のエミッタに抵抗Ｒ２
を通してパワートランジスタ７のゲートが接続されてい
る。

なお、５１ｂはホトダイオードであり、Ｒ３、Ｒ４は抵
抗である。一方、放電系は放電信号Ｆ２を受けるホトカ
ブラ５２が設けられ、このホトカブラ５２のホトトラン
ジスタ５２ａのコレクタに抵抗Ｒ５を通してＰＮＰ形ト
ランジスタＱ１のエミッタが接続されている。そして、
このトランジスタＱ１のエミッタに抵抗Ｒ２を通してパ
ワートランジスタ７のゲートが接続されている。なお、
５２ｂはホトダイオードであり、Ｒ６、Ｒ７は抵抗であ
る。直流電源５３は正極をＮＰＮ形トランジスタＱ１の
コレクタおよびホトトランジスタ５１ａに接続するとと
もに負極をＰＮ’Ｐ形トランジスタＱ２のコレクタ、ホ
トトランジスタ５２ｂおよびパワートランジスタ７と９
との間に接続している。

次に上記の如く構成された回路の作用について説明する
。パルス幅変調信号ｐａが充放電タイミング検出回路３
０のＤ形フリップフロップ３１のＤ１入力端子に入力し
てパルス幅変調信号Ｐａがハイレベルに変化すると、第
３図に示す如くＤ形フリップフロップ３１におけるＱ１
出力端子の出力ｎ１はハイレベル変化するとともにＱ１
出力端子の出力はローレベルに変化する。そして、次段
のＤ形フリップフロップ３２のＤ２入力端子にハイレベ
ル信号ｎ１が入力されると、このフリップフロップ３２
におけるＱ２出力端子の出力ｎ２はハイレベルに変化す
るとともに０２の出力はローレベルに変化する。従って
、アンドゲート３３の各入力端子には信号ｎ１がハイレ
ベルに変化してから信号ｎ２からハイレベルに変化する
までの間だけハイレベル信号が入力してハイレベル信号
ａ１を送出する。

そして、このハイレベル信号ａ１はノアゲート３５を通
してワンショットパルス発生回路３７に送られ、このワ
ンショットパルス発生回路３７は一定期間ハイレベルと
なるワンショットパルスｂ１を送出する。かくして、こ
のワンショットパルスｂ１がインバータ３９を通して充
電信号Ｆ１として充放電回路５０に送出される。

この後、パルス幅変調信号ｐａがローレベルに変化する
と、Ｄ形フリップ７０ツブ３１におけるＱ１出力端子の
出力ｎ１はローレベル変化するとともに０１出力端子の
出力はハイレベルに変化する。

そして、次段のＤ形フリップフロップ３２のＤ２入力端
子にローレベル信号ｎ１が入力されるので、このフリッ
プフロップ３２におけるＱ２出力端子の出力はローレベ
ルに変化するとともに０２の出力はハイレベルに変化す
る。従って、アンドゲート３３の各入力端子には信号ｎ
１がローレベルに変化してから信号ｎ２からローレベル
に変化するまでの間だけハイレベル信号が入力してハイ
レベル信号ａ２を送出する。そして、このハイレベル信
号ａ２はノアゲート３６を通してワンショットパルス発
生回路３８に送られ、このワンショットパルス発生回路
３８は一定期間ハイレベルとなるワンショットパルスｂ
２を送出する。かくして、このワンショットパルスｂ２
がインバータ４０を通して充電信号Ｆ２として充放電回
路５０に送出される。従って、パルス幅変調信号Ｐａが
ハイレベルに変化した時に充電信号Ｆ１が作成され、ロ
ーレベルに変化した時に放電信号Ｆ２が作成される。

さて、充電信号Ｆ１がホトカブラ５１に供給されると、
ホトトランジスタ５１ａを通してＮＰＮ形トランジスタ
Ｑ１にベース電流が流れてこのトランジスタＱ１は導通
する。かくして、パワートランジスタ７のゲート・ソー
ス間に電圧が加わるとともに電流が流れてゲート・ソー
ス間に形成される等価容量Ｃａに対して充電が行われる
。これにより、パワートランジスタ７は導通し、これと
同時にパワートランジスタ８も導通するので負荷１２に
電力が供給される。

この状態に放電信号Ｆ２がホトカブラ５２に入力すると
、ホトトランジスタ５２ａを通してＰＮＰ形トランジス
タＱ２にベース電流が流れてこのトランジスタＱ２は導
通する。そうすると、パワートランジスタ７のゲートか
らＰＮＰ形トランジスタＱ２のエミッタに向かって電流
が流れてゲート・ソース間に形成される等低音曇Ｃａに
蓄えられていた電荷が放電される。かくして、パワート
ランジスタ７のゲート・ソース間への電圧が加わらなく
なってパワートランジスタ７は非導通状態となる。この
ようにパルス幅変調信号ｐａがハイレベルに変化してと
きにパワートランジスタ７のゲート・ソース間の等低容
量Ｃａに対して充電が行われ、ローレベルに変化した時
に等低容量に対する放電が行われてパワートランジスタ
７の導通制御が繰返し行われる。

ところで、第２図に示すアンドゲート３３からハイレベ
ル信号ａ１が送出されたときには充電信号Ｆ１が作成さ
れるが、このハイレベル信号ａ１は同時にセットリセッ
トフリップフロップ４３のセット入力端子Ｓに送られる
。これにより、アンドゲート４４はフリップフロップ４
３のＱ出力端子からのハイレベル信号をゲート信号とし
て分周されたクロック信号をノアゲート３５を通してワ
ンショットパルス発生回路３７に送る。従って、ワンシ
ョットパルス発生回路３７はクロックパルスの入力する
毎にワンショットパルスを送出することになり、この毎
にパワートランジスタ７のゲート・ソース間に形成され
る等低音ｆｆ１ｃａに対する充電が行われる。又、アン
ドゲート３４からハイレベル信号ａ２が送出されたとき
には放電信号Ｆ２が作成されるが、このハイレベル信号
ａ２は同時にセットリセットフリップフロップ４３のリ
セット入力端子Ｒに送られる。これにより、アンドゲー
ト４５はフリップフロップ４３のＱ出力端子からのハイ
レベル信号をゲート信号として分周されたクロック信号
をノアゲート３６を通してワンショットパルス発生回路
３８に送る。従って、ワンショットパルス発生回路３８
はクロックパルスの入力する毎にワンショットパルスを
送出することになり、この毎にパワートランジスタ７の
ゲート・ソース間に形成される等低音ａＣａに対する放
電が行われる。

このように上記一実施例においては、充放電タイミング
検出回路３０でパルス幅変調信号ｐａの立上がりが検出
されて充電信号Ｆ１が作成されるとともに立下がりが検
出されて放電信号Ｆ２が作成され、充放電回路５０は充
電信号Ｆ１を受けたときにパワートランジスタ７のゲー
ト・ソース間に形成される等低容量Ｃａに対して充電を
行い放電信号Ｆ２を受けたときに等低容量Ｃａに蓄えら
れている電荷を放電させてパワートランジスタ７を導通
制御する構成としたので、パワートランジスタ７の駆動
系つまり充放電回路５において消費される電流はパワー
トランジスタ７のゲート・ソース間に形成される等低音
１！ｉｃａに対する充放電時のみとなって消費電流を非
常に少なくできる。

従って、高価な絶縁形のフローディング直流電源５３の
容量を小さくできてコストダウンが図れる。

なお、本発明は上記一実施例に限定されるものでなくそ
の主旨を逸脱しない範囲で変形してもよい。例えば、第
４図は各ホトカブラ５１．５２に流れる暗電流によるパ
ワートランジスタ７のゲート電圧への変化を防止すると
ともに充電信＠Ｆ１と放電電流Ｆ２との発生タイミング
が極短時間の場合の充電系と放電系との間の短絡電流を
慟僅かに抑える手段を設けたもので、ホトカブラ６０．
６１をそれぞれホトカブラ５１．５２に接続することに
よって暗電流を吸収している。また抵抗Ｒ１０、Ｒ１１
およびダイオード［）１０〜ＤＩ３により短絡電流を抑
えている。従って、第４図に示す如く構成することによ
って消費電流をさらに少なくできる。

［発明の効果］ 以上詳記したように本発明によれば、専用のフローティ
ング電源を全く不要としかつ消費電力をより少なくでき
るパルス増幅器の駆動回路を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わるパルス増幅器の駆動回路の一実
施例を示す構成図、第２図は同回路における充放電タイ
ミング検出回路の具体的な構成図、第３図は充放電タイ
ミング検出回路の動作タイミング図、第４図は同回路の
変形例を示す構成図、第５図および第６図は従来回路の
構成図である。 ７．８．９．１０・・・パワートランジスタ（ＦＥＴ）
、１１・・・直流電源、１２・・・負荷、３０・・・充
放電タイミング検出回路、５０・・・充放電回路、５１
．５２・・・ホトカブラ、Ｑｌ・・・ＮＰＮ形トランジ
スタ、Ｑ２・・・ＰＮＰＮ上形ンジスタ、５３・・・直
流電源。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第　２　図 第３図 第５図 、２３ 第　６　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. パルス幅変調信号に応じてパルス増幅器を構成する複数
   の電界効果型トランジスタを選択的に導通させて負荷に
   電力を供給するパルス増幅器の駆動回路において、前記
   パルス幅変調信号を受けて立上がり時を検出して充電信
   号を作成するとともに立下がり時を検出して放電信号を
   作成する充放電タイミング検出回路と、前記充電信号を
   受けたときに前記電界効果型トランジスタのゲート・ソ
   ース間に形成される等価容量に対して充電を行なわせ、
   かつ前記放電信号を受けたときに前記等価容量に充電さ
   れた電荷を放電させる充放電回路とを具備したことを特
   徴とするパルス増幅器の駆動回路。