(57)【要約】【課題】  各電力増幅器の特性間の合致に対する制約が小さく、並列数の増減などに容易に対応し得る電力増幅器並列システムを提供する。【解決手段】  本発明の電力増幅器並列システムは、増幅対象の電圧信号と、電圧フィードバック信号とを入力し、位相補償を行いつつ増幅する電圧制御部と、電圧制御部から出力された電圧信号を入力信号として電力増幅する、電流出力のディジタル電力増幅器でなる、複数の電圧制御電流源と、各電圧制御電流源からの出力電流を１つの節点で合成して負荷に電力を供給する電流合成部と、この節点の電圧を所定の帰還率で電圧制御部にフィードバックする電圧フィードバック部とを備える。電圧制御電流源の中に、動作電源として、エコエネルギー源による電源を動作電源とするものも混在させることが好ましい。【選択図】      図３
2010041271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが異なるエコエネルギー源による電源を動作電源とする、電流出力の１又は複数の第１のディジタル電力増幅器と、
それぞれが異なる非エコエネルギー源による電源を動作電源とする、電流出力の１又は複数の第２のディジタル電力増幅器と、
上記第１及び第２のディジタル電力増幅器の出力電流の合成電流を、共通の負荷に供給させる電流合成部と、
上記第１及び第２のディジタル電力増幅器のそれぞれの出力電力を個別調整する出力電力比調整手段と、
上記各エコエネルギー源からの供給量及び上記各非エコエネルギー源からの供給量に応じて、上記第１及び第２のディジタル電力増幅器のそれぞれの出力電力を調整すると共に、その際に、上記各エコエネルギー源からの供給を優先させる負荷バランス調整手段と
を有することを特徴とする電力増幅器並列システム。
【請求項２】
上記負荷が、走行駆動力を生成する、電気自動車におけるモータ、若しくは、ハイブリッド自動車における補器であることを特徴とする請求項１に記載の電力増幅器並列システム。
【請求項３】
増幅対象の電圧信号と、電圧フィードバック信号とを入力し、位相補償を行いつつ増幅する電圧制御部と、
上記電圧制御部から出力された電圧信号を入力信号として電力増幅する、電流出力のディジタル電力増幅器でなる、複数の電圧制御電流源と、
上記各電圧制御電流源からの出力電流を１つの節点で合成して負荷に電力を供給する電流合成部と、
上記節点の電圧を所定の帰還率で上記電圧フィードバック信号に変換して上記電圧制御部に電圧フィードバックする電圧フィードバック部と
を備えることを特徴とする電力増幅器並列システム。
【請求項４】
上記電圧制御部の出力信号が入力される、上記各電圧制御電流源の入力段の前にそれぞれ、上記各電圧制御電流源からの出力電力を調整するように上記電圧制御部の出力信号を操作する電力比率調整器を設けたことを特徴とする請求項３に記載の電力増幅器並列システム。
【請求項５】
上記各電圧制御電流源はそれぞれ異なる電源を動作電源とするものであり、
上記負荷に所望の電力を供給できるように、上記各電源の電源供給状態に応じて、上記各電力比率調整器を制御して、上記各電圧制御電流源の負荷分担比率を調整させる負荷バランス調整手段を設けた
ことを特徴とする請求項４に記載の電力増幅器並列システム。
【請求項６】
上記各電圧制御電流源はそれぞれ、
スイッチング部がフローティング電源を動作電源とするものであり、
上記スイッチング部における１対のスイッチング素子におけるスイッチング素子間の接続点に接地点を持つものであり、
当該電圧制御電流源からの出力電流に応じた電流帰還制御構成部を有するものである
ことを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の電力増幅器並列システム。
【請求項７】
上記各電圧制御電流源はそれぞれ、
スイッチング部が正負電源を動作電源とするものであり、
上記スイッチング部が１対のスイッチング素子だけを備えるものであり、
当該電圧制御電流源からの出力電流に応じた電流帰還制御構成部を有するものである
ことを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の電力増幅器並列システム。
【請求項８】
上記各電圧制御電流源のスイッチング部における正負電源が、全ての上記電圧制御電流源に共通な正負電源であることを特徴とする請求項７に記載の電力増幅器並列システム。
【請求項９】
上記各電圧制御電流源はそれぞれ、スイッチング部が正負電源を動作電源とするものであり、
単一電源を正負電源に変換する、１又は複数の単一電源／正負電源変換部を備え、いずれかの単一電源／正負電源変換部で変換された正負電源を上記各電圧制御電流源に供給する
ことを特徴とする請求項３〜８のいずれかに記載の電力増幅器並列システム。
【請求項１０】
上記各単一電源／正負電源変換部はそれぞれ、
上記単一電源による電源電圧が印加される一対の電力スイッチング素子を有するブリッジ回路と、
上記各スイッチング素子を相補的に駆動する一対のドライバと、
所定のデューティ比を有する相補的なパルス信号を生成するパルス信号生成手段と、
上記ブリッジ回路に接続された、出力が接地されているコイル及びコンデンサの梯子型接続によるローパスフィルタとを有する
ことに特徴とする請求項９に記載の電力増幅器並列システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力増幅器並列システムに関し、例えば、複数系統のディジタル電力増幅器（いわゆるスイッチングアンプ）を利用したシステムに適用し得るものである。
【背景技術】
【０００２】
１台の電力増幅器の最大出力を柔軟に調整して運転することは困難であるため、負荷の変更に応じて、電力増幅器の最大出力を効率を悪化させない形で変更することは困難である。一般に、負荷と電力増幅器の最大出力により効率カーブが決まるため、仮に、最大出力の大きな電力増幅器に対して小さい負荷を運転する場合には、効率が悪化するという問題がある。
【０００３】
また、大きな電力を出力することのできる一台の電力増幅器を設計、製作、運用することは、（１）一つの回路に流れる電流が大きくなるために回路を構成する部品素子の一つ一つの定格値を大きく設計する必要があり、（２）定格値の大きな部品は物理的にも大きく、そのため機器全体が大きくなり、（３）部品種別も少なく設計に適した定格値を持つ部品の選定も困難であり、（４）部品の市場に流通する数量も少ないために高価であり、（５）一箇所に熱が集中するために熱設計が困難である、等の様々な問題がある。
【０００４】
そのため、従来、複数台の電力増幅器により一つの負荷に電力を供給する、電力増幅器の並列システムが提案されている（特許文献１〜特許文献３参照）。
【０００５】
図１は、従来の電力増幅器並列システムの構成を示す回路図であり、図２は、図１の回路図の原理構成を示すブロック図である。
【０００６】
図１において、従来の電力増幅器並列システム１は、増幅対象の電圧信号の信号源２と、電力の供給を受ける負荷３との間に、同一構成を有するＮ（Ｎは２以上の整数）台のディジタル電力増幅器（スイッチングアンプ）４−１〜４−Ｎが設けられている。ディジタル電力増幅器４−ｎは（ｎは１〜Ｎ）は、増幅対象の電圧信号を前置増幅するオペアンプ構成の前置増幅段１０−ｎと、前置増幅段１０−ｎの出力と三角波発生回路５から出力された三角波キャリア信号とを比較してＰＷＭ信号を得るコンパレータ１１−ｎと、正負電源６Ｐ、６Ｎの印加電圧を相補的にスイッチングする一対のスイッチング素子１３Ｐ−ｎ、１３Ｎ−ｎと、コンパレータ１１−ｎからのＰＷＭ信号に基づいてスイッチング素子１３Ｐ−ｎ、１３Ｎ−ｎを駆動するドライバ１２Ｐ−ｎ、１２Ｎ−ｎと、スイッチング素子１３Ｐ−ｎ、１３Ｎ−ｎのオンオフにより得られた増幅されたＰＷＭ信号をアナログ電圧信号に変換するローパスフィルタ１４−ｎとを有している。
【０００７】
図１におけるディジタル電力増幅器４−１〜４−Ｎは、図２に示すような電圧制御電圧器７−１〜７−Ｎと見ることができ、負荷３に効率的に電力を供給するためには、電圧制御電圧器７−１〜７−Ｎからの増幅された出力電圧の振幅、周波数、位相が揃っていることが好ましい。
【特許文献１】特開２００３−８３６６号公報
【特許文献２】特開２００８−２８９２３号公報
【特許文献３】特開２００４−３６３８６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の電力増幅器並列システムでは、並列台数分の全ての電力増幅器の出力電圧の振幅（波形）、周波数、位相が寸分の狂いもなく全く同じになるように調整して運用する必要がある。仮に、電圧の振幅、周波数、位相にずれが発生すると、電力増幅器間に「横流」と呼ばれる電流が流れ、負荷に適切な電力を供給できなくなるばかりではなく、それぞれの電力増幅器が故障したり焼損したりする恐れもある。
【０００９】
また、出力波形をダイナミックに変化させたい場合、電圧出力を全く同様に揃えることは困難であり、実用例は、単一振幅、周波数の信号を対象としたものが大半であった。
【００１０】
さらに、各電力増幅器におけるスイッチング素子の制御を寸分の狂いもなく同じように揃える必要があり、わずかな配線パターンや素子特性のばらつきの影響によりスイッチング動作にずれが生じると、簡単にその系統が破たんする。そのため、並列数の増減を容易にできるものではなかった。
【００１１】
上述した理由により、電力増幅器の並列数をさほど多くできないという制限があった。
【００１２】
そのため、各電力増幅器の特性間の合致に対する制約が小さく、並列数の増減などに容易に対応し得る電力増幅器並列システムが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
かかる課題を解決するため、第１の本発明の電力増幅器並列システムは、（１）それぞれが異なるエコエネルギー源による電源を動作電源とする、電流出力の１又は複数の第１のディジタル電力増幅器と、（２）それぞれが異なる非エコエネルギー源による電源を動作電源とする、電流出力の１又は複数の第２のディジタル電力増幅器と、（３）上記第１及び第２のディジタル電力増幅器の出力電流の合成電流を、共通の負荷に供給させる電流合成部と、（４）上記第１及び第２のディジタル電力増幅器のそれぞれの出力電力を個別調整する出力電力比調整手段と、（５）上記各エコエネルギー源からの供給量及び上記各非エコエネルギー源からの供給量に応じて、上記第１及び第２のディジタル電力増幅器のそれぞれの出力電力を調整すると共に、その際に、上記各エコエネルギー源からの供給を優先させる負荷バランス調整手段とを有することを特徴とする。
【００１４】
第２の本発明の電力増幅器並列システムは、（１）増幅対象の電圧信号と、電圧フィードバック信号とを入力し、位相補償を行いつつ増幅する電圧制御部と、（２）上記電圧制御部から出力された電圧信号を入力信号として電力増幅する、電流出力のディジタル電力増幅器でなる、複数の電圧制御電流源と、（３）上記各電圧制御電流源からの出力電流を１つの節点で合成して負荷に電力を供給する電流合成部と、（４）上記節点の電圧を所定の帰還率で上記電圧フィードバック信号に変換して上記電圧制御部に電圧フィードバックする電圧フィードバック部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電流出力のディジタル電力増幅器を並列接続して、単一の負荷に対する電力供給を行うようにしたので、各電力増幅器の特性間の合致に対する制約が小さく、並列数の増減などに容易に対応し得る電力増幅器並列システムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明による電力増幅器並列システムの第１の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。第１の実施形態に係る電力増幅器並列システムは、複数のエネルギー源による電力を電流合成により一つの系統の負荷に供給しようとしたものである。より具体的には、エコエネルギーと、化石燃料などの非エコエネルギーとを併用し、エコエネルギーの発電状況に応じて、エコエネルギーから優先的に使用できるようにしたものである。
【００１７】
図３は、第１の実施形態に係る電力増幅器並列システム１００の全体構成を示すブロック図である。
【００１８】
図３において、第１の実施形態に係る電力増幅器並列システム１００は、負荷１０１へ電力を供給する、複数台（図３では３台）の電流出力のディジタル電力増幅器１０２−１〜１０２−３を有している。各ディジタル電力増幅器１０２−１〜１０２−３は、例えば、ユニット化されて構成されており、内部構成の図示は省略するが同一構成を有している（詳細構成は後述する第４の実施形態と同様である。
【００１９】
この第１の実施形態の場合、ディジタル電力増幅器１０２−１は、化石燃料を燃やして得たエネルギーや商用電源のエネルギーなどの非エコエネルギーに基づく電源である非エコエネルギー源１０３−１を増幅用動作電源としている。一方、ディジタル電力増幅器１０２−２及び１０２−３はそれぞれ、太陽光発電によるエネルギーや風力発電によるエネルギーなどのエコエネルギーに基づく電源であるエコエネルギー源１０３−２、１０３−３を増幅用動作電源としている。
【００２０】
各ディジタル電力増幅器１０２−１〜１０２−３はそれぞれ、負荷へ供給し得る電力の比率を設定できる電力比率調整器１０２ａ−１〜１０２ａ−３を有している。例えば、エコエネルギー源１０３−２、１０３−３を、非エコエネルギー源１０３−１に優先させるように電力比率調整器１０２ａ−１〜１０２ａ−３を調整することが、環境への配慮から好ましい。
【００２１】
第１の実施形態に係る電力増幅器並列システム１００は、負荷バランス調整回路１０４を有する。負荷バランス調整回路１０４は、非エコエネルギー源１０３−１、エコエネルギー源１０３−２、１０３−３の発電量（若しくは供給可能なエネルギー量）を監視し、発電量の変化に応じ、各系統のディジタル電力増幅器１０２−１〜１０２−３から負荷１０１への電力分担の調整量を、ディジタル電力増幅器１０２−１〜１０２−３に指示する。負荷バランス調整回路１０４は、エコエネルギー源１０３−２、１０３−３を優先させ、エコエネルギー源１０３−２、１０３−３の発電量が少ないときに、エコエネルギー源１０３−２からのエネルギーで補うように負荷バランスを調整させるものである。負荷バランス調整回路１０４の構成としては、既存の電力供給設備で利用されているものを適用することができる。
【００２２】
各ディジタル電力増幅器１０２−１〜１０２−３はそれぞれ、電力比率調整器１０２ａ−１〜１０２ａ−３に設定された電力比率と、負荷バランス調整回路１０４によって指示されたバランス量の双方に応じて増幅率を変化させるものである。
【００２３】
第１の実施形態に係る電力増幅器並列システム１００によれば、複数台の電流出力のディジタル電力増幅器を用い、負荷に対して、電流合成して電力を供給するようにしたので、複数台のディジタル電力増幅器からの出力（電流）の振幅や周波数や位相を揃えることなく、負荷に電力を供給することができる。言い換えると、一つの負荷に対して、一つのディジタル電力増幅器の供給可能な電力より大きな出力電力に調整して供給することができる。
【００２４】
また、電流合成によって電力を負荷に供給して振幅などの揃えが問題とならないので、ディジタル電力増幅器の自由な数の並列接続が可能となる。
【００２５】
さらに、電流合成によって電力を負荷に供給して振幅などの揃えが問題とならないので、各ディジタル電力増幅器への動作電源に対する制約がほとんどなく、エコエネルギー源を動作電源とするディジタル電力増幅器及び非エコエネルギー源を動作電源とするディジタル電力増幅器を混在させて運転することができ、すなわち、環境に配慮した電力供給を行うことができる。この際、エコエネルギー源のディジタル電力増幅器を非エコエネルギー源のディジタル電力増幅器優先させることができ、環境に一段と配慮した電力供給を行うことができる。
【００２６】
さらにまた、第１の実施形態によれば、後述する第２の実施形態の説明で挙げる効果を奏することができる。
【００２７】
図４は、第１の実施形態に係る電力増幅器並列システム１００を電気自動車に適用した応用例の概略構成を示している。図４に示す電気自動車１１０は、図３とは異なり、非エコエネルギー源が燃料電池１１１−１及び蓄電池１１１−２の２つであり、エコエネルギー源がソーラーパネル１１１−３の１つである場合である。これらのエネルギー源１１１−１〜１１１−３を動作電源とする電流出力のディジタル電力増幅器１１２−１〜１１２−３を介して電力増幅して、走行時の駆動力を得るモータ１１４に対して電力を供給するものである。
【００２８】
図４に示す電気自動車１１０によっても、上述した第１の実施形態の効果を奏することができる。
【００２９】
また、この変形実施形態では、ソーラーパネル１１１−３の発電によるエネルギーや、燃料電池１１１−１によるエネルギーを一度蓄電池１１１−２に蓄えることなく、直接、モータ１１４の駆動のために使うことができる。その結果、蓄電時のロスをなくすことができ、また、蓄電池１１１−２の電力使用の優先順位を低くするように運用することもできる。
【００３０】
図示は省略するが、ハイブリッド自動車における補器への電力供給を、第１の実施形態と同様に実行するようにしても良い。すなわち、エコエネルギー源や非エコエネルギー源などの複数のエネルギー源のいずれかを動作電源とする、複数の電流出力のディジタル電力増幅器を介して電力増幅して、走行時の駆動力を、エンジンを補うように得る補器に対して電力を供給するようにしても良い。
【００３１】
（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明による電力増幅器並列システムの第２の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
【００３２】
第２の実施形態に係る電力増幅器並列システムは、本発明の基本的な原理構成に近い実施形態である。上述した第１の実施形態や、後述する第５〜第８の実施形態も、概ね、この第２の実施形態に係る基本的な原理構成を適用しているものである。第２の実施形態に係る電力増幅器並列システムは、「電気回路のある節点において、流れ込む電流の和と流れ出す電流の和は等しい」というキルヒホッフの第１法則に則り、電流合成によって電力合成を実現しようとしたものである。
【００３３】
図５は、第２の実施形態に係る電力増幅器並列システム２００の全体構成を示すブロック図である。
【００３４】
図５において、第２の実施形態に係る電力増幅器並列システム２００は、増幅対象の電圧信号（電圧制御指令）の信号源２０１と電力の供給を受ける負荷２０２との間に、位相補償付電圧制御部２０３、同一構成を有する複数（図５ではＮ）台の電流出力のディジタル電力増幅器（図５では電圧制御電流源と記載している；この第２の実施形態の説明では電圧制御電流源と呼ぶ）２０４−１〜２０４−Ｎ、及び、電圧フィードバック部２０５が設けられている。
【００３５】
位相補償付電圧制御部２０３は、電圧信号源２０１からの電圧信号と電圧フィードバック部２０５からのフィードバック信号とを入力して増幅し、かつ、位相補償を行うものである。電圧制御部２０３は、例えば、反転入力端子が抵抗２５０を介して接地されていると共に、反転入力端子及び出力端子間にコンデンサ２５１が接続されているオペアンプ２５２を用い、電圧信号源２０１からの電圧信号をオペアンプ２５２の非反転入力端子に入力させ、電圧フィードバック部２０５からのフィードバック信号をオペアンプ２１２の反転入力端子に入力させるようにすることで実現することができる。
【００３６】
並列に設けられている電圧制御電流源２０４−１〜２０４−Ｎはそれぞれ、入力電圧（位相補償付電圧制御部２０３の出力電圧）に応じて出力電流ｉ１〜ｉＮを制御するものであり、電圧制御電流源２０４−１〜２０４−Ｎからの出力電流ｉ１〜ｉＮは、節点２０６を介して合成され、合成電流ｉ１＋ｉ２＋…＋ｉＮが負荷２０２に流れて負荷２０２に電力を供給するものである。なお、仮に、同一特性の電圧制御電流源を３台並列に接続したとすると、１台の電圧制御電流源が受け持つ電流は負荷２０２に流れる電流の１／３となる。
【００３７】
電圧フィードバック部２０５は、節点２０６の電圧を、位相補償付電圧制御部２０３に帰還率βｖで帰還するものである。
【００３８】
第２の実施形態によれば、非常に大きな出力の電力増幅器（電力増幅器並列システム）を、電流出力の単体のディジタル電力増幅器の並列接続数を単純に増やすことで実現することができる。
【００３９】
構成要素となっている各ディジタル電力増幅器の出力は任意に設計することができるため、部品の定格値を比較的小さく設定でき、物理的に小さな部品を選定でき、機器全体を小さくでき、部品の流通量が大きい安価な物を使用でき、複数台の並列接続時には熱源が分散することになるために熱設計が容易になる、等の利点がある。
【００４０】
また、頻繁に負荷の大きさが変更されるような用途に対して、単体のディジタル電力増幅器の並列数を増減することにより、効率を最適に保つことができるような運用を可能にすることができる。
【００４１】
さらに、システムを複数台のディジタル電力増幅器で構成しているため、一台の電力増幅器が故障しても運用を続行することのできるという、故障に対する強固さを提供することができる。
【００４２】
さらにまた、電流合成による電力合成であって、振幅、周波数、位相を揃えることが厳しく求められないので、ディジタル電力増幅器の複数台の並列運転を、従来の電圧出力を合成する方法に比べて、簡単（ラフ）にすることができる。
【００４３】
また、増幅対象の入力電圧信号がダイナミックに変化する場合でも、出力が容易に追従できる。
【００４４】
（Ｃ）第３の実施形態
次に、本発明による電力増幅器並列システムの第３の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
【００４５】
図６は、第３の実施形態に係る電力増幅器並列システム２００Ａの全体構成を示すブロック図であり、第２の実施形態に係る図５との同一、対応部分には同一符号を付して示している。
【００４６】
図６において、第３の実施形態に係る電力増幅器並列システム２００Ａは、第２の電力増幅器並列システム２００の構成に加え、系統出力調整器２０７−１〜２０７−Ｎを設けたものである。各系統出力調整器２０７−１〜２０７−Ｎは、対応する電圧制御電流源２０４−１〜２０４−Ｎの入力段に設けられ、電圧制御部２０３の出力電圧を、設定された調整量で変化させて対応する電圧制御電流源２０４−１〜２０４−Ｎに入力させるものである。各系統出力調整器２０７−１〜２０７−Ｎとしては、出力させる分圧電圧を変化可能なボリュームを適用することができる。
【００４７】
トータルの出力電力から見ると、各系統出力調整器２０７−１〜２０７−Ｎはそれぞれ、当該系統が担当する電力比率を調整していることになる。すなわち、第１の実施形態で説明した電力比率調整器１０２ａ−１〜１０２ａ−Ｎと同様なものである。
【００４８】
第３の実施形態によれば、第２の実施形態の効果に加え、並列における各系統ごとに、その出力量を調整することができるという効果を奏することができる。
【００４９】
（Ｄ）第４の実施形態
次に、本発明による電力増幅器並列システムの第４の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
【００５０】
図７は、第４の実施形態に係る電力増幅器並列システム２００Ｂの全体構成を示すブロック図であり、既述した図面との同一、対応部分には同一符号を付して示している。
【００５１】
図７において、第４の実施形態に係る電力増幅器並列システム２００Ｂは、第３の実施形態の電力増幅器並列システム２００Ａの構成に加え、負荷バランス調整回路１０４を設けたものである。負荷バランス調整回路１０４は、第１の実施形態で説明したように、各電圧制御電流源２０４−１〜２０４−Ｎのエネルギー源（動作電源）の状態に応じて、系統ごとの負荷バランスを調整させるものである。
【００５２】
図７では、負荷バランス調整回路１０４によっても、各系統出力調整器２０７−１〜２０７−Ｎを調整させるものを示している。なお、系統出力調整器２０７−１〜２０７−Ｎとは別個に、負荷バランス調整用の調整器を各系統に設けるようにしても良い。このような調整器として、自動調整機能を有するボリュームを適用することができる。
【００５３】
第４の実施形態によれば、第３の実施形態の効果に加え、各電圧制御電流源のエネルギー源（動作電源）の状態に応じて、系統ごとの負荷バランスを調整することができるという効果を奏することができる。
【００５４】
（Ｅ）第５の実施形態
次に、本発明による電力増幅器並列システムの第５の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
【００５５】
図８は、第５の実施形態に係る電力増幅器並列システム２００Ｃの全体構成を示すブロック図であり、第２の実施形態に係る図５との同一、対応部分には同一符号を付して示している。
【００５６】
第５の実施形態に係る電力増幅器並列システム２００Ｃは、第２の実施形態の電力増幅器並列システム２００における電圧制御電流源（ディジタル電力増幅器）２０４−１〜２０４−Ｎの具体的構成例を提供するものである。電圧制御電流源２０４−１〜２０４−Ｎの構成は同一であるので、以下では、電圧制御電流源２０４−１の構成を例に説明する。
【００５７】
電圧制御電流源２０４−１において、電圧制御部２０３からの電圧信号は、反転入力端子及び出力端子間に位相補償用のコンデンサ３０１−１が接続されているオペアンプ３００−１の非反転入力端子に入力されるようになされている。オペアンプ３００−１の反転入力端子には、後述する電流フィードバック部３１３−１のフィードバック信号も入力されている。オペアンプ３００−１から出力された電圧信号ｖｓ−１はコンパレータ３０２−１の比較入力端子に入力される。
【００５８】
コンパレータ３０２−１の基準入力端子には、三角波発生回路２０８が出力した三角波キャリア信号ｖｃが入力される。コンパレータ３０２−１は、オペアンプ３００−１から出力された電圧信号ｖｓ−１と、三角波キャリア信号ｖｃとを比較し、ＰＷＭ信号を得るものである。コンパレータ３０２−１の正相出力端子から出力された正相のＰＷＭ信号は、ドライバ３０３−１−１及び３０３−３−１に与えられ、コンパレータ３０２−１の逆相出力端子から出力された逆相のＰＷＭ信号は、ドライバ３０３−２−１及び３０３−４−１に与えられる。
【００５９】
各ドライバ３０３−１−１〜３０３−４−１は、入力された正相又は逆相のＰＷＭ信号に基づいて、対応するスイッチング素子３０４−１−１〜３０４−４−１をオンオフ駆動するものである。なお、ドライバ３０３−１−１〜３０３−４−１は、コンパレータ３０２−１側と、スイッチング素子３０４−１−１〜３０４−４−１側とを電気的に絶縁する光電カプラなどを内部に有するものであっても良い。また、ドライバ３０３−１−１〜３０３−４−１に代えて、対応するスイッチング素子３０４−１−１〜３０４−４−１の両端の印加電圧に応じて定まるバイアス分だけ、入力ＰＷＭ信号のレベルをシフトするレベルシフタを適用するようにしても良い。
【００６０】
この第５の実施形態の場合、電圧制御電流源２０４−１〜２０４−Ｎ毎に異なる電源（フローティング電源）２０９−１〜２０９−Ｎが適用されている。なお、出力電圧の最大振幅より高い電圧を保持する電源２０９−１〜２０９−Ｎならば、それぞれの電源２０９−１〜２０９−Ｎの電圧は異なっていても構わない。
【００６１】
スイッチング素子３０４−１−１及び３０４−２−１の対と、スイッチング素子３０４−４−１及び３０４−３−１の対とには、フローティング電源２０９−１が印加されるようになされている。スイッチング素子３０４−４−１及び３０４−３−１間の接続点ｐ４−１は接地されている。
【００６２】
スイッチング素子３０４−１−１及び３０４−２−１間の接続点ｐ１−１と、スイッチング素子３０４−４−１及び３０４−３−１間の接続点ｐ４−１との間には、接続点ｐ１−１側から、抵抗３０５−１、コイル３０６−１及びコンデンサ３０７−１が直列に接続されている。コイル３０６−１及びコンデンサ３０７−１が、ＰＷＭ信号をアナログ信号に変換するローパスフィルタを構成しており、コイル３０６−１及びコンデンサ３０７−１間の接続点ｐ３−１が、各電圧制御電流源２０４−１〜２０４−Ｎの出力の合成点である節点２０６に接続され、増幅電流ｉ１を供給する。
【００６３】
抵抗３０５−１は、ローパスフィルタに流れる電流ｉ１を検出するために設けられたものであり、両端電圧がそれぞれ対応する抵抗３０８−１及び３０９−１を介して、差動増幅器の中心構成であるオペアンプ３１０−１の入力端子に入力されるようになされている。なお、電流検出は、抵抗による検出ではなく一般的に知られている他の電流検出手法を用いても良い。例えば、ホール素子を用いた電流検出などを用いることができる。
【００６４】
抵抗３０５−１の、コイル３０６−１との接続点ｐ２−１側の電位は、抵抗３０８−１を介してオペアンプ３１０−１の反転入力端子に入力され、抵抗３０５−１の、上述した接続点ｐ１−１側の電位は、抵抗３０９−１を介してオペアンプ３１０−１の非反転入力端子に入力される。オペアンプ３１０−１の反転入力端子及び出力端子間は抵抗３１１−１を介して接続され、オペアンプ３１０−１の非反転入力端子は抵抗３１２−１を介して接地されている。
【００６５】
抵抗３０５−１によって検出され、オペアンプ３１０−１を中心に構成された差動増幅構成によって差動増幅された、ローパスフィルタを流れる電流に応じた電圧信号は、電流フィードバック部３１３−１を介して帰還率βｉで入力側に、すなわち、オペアンプ３００−１の反転入力端子に帰還される。
【００６６】
図９は、第５の実施形態の電力増幅器並列システム２００Ｃにおける各部信号波形図である。
【００６７】
電圧信号源２０１からの増幅対象の電圧信号は、電圧制御部２０３を介して、電圧フィードバックが反映された後、全ての電圧制御電流源２０４−１〜２０４−Ｎに与えられる。
【００６８】
例えば、電圧制御電流源２０４−１においては、オペアンプ３００を中心とした増幅構成により、電圧制御部２０３から出力された電圧信号に対し、電流フィードバックが反映される。
【００６９】
例えば、電圧制御電流源２０４−１のオペアンプ３００−１から、図９（Ａ）に示す電圧信号ｖｓ−１が出力されたとする。この電圧信号ｖｓ−１は、三角波発生回路２０８が出力した三角波キャリア信号ｖｃとコンパレータ３０２−１で比較され、コンパレータ３０２−１の正相出力端子からは、図９（Ｂ）に示すようなＰＷＭ信号が出力される。ドライバ３０３−１−１及び３０３−３−１が、正相のＰＷＭ信号に基づいて、対応するスイッチング素子３０４−１−１及び３０４−３−１をオンオフ駆動し、ドライバ３０３−２−１及び３０３−４−１が、逆相のＰＷＭ信号に基づいて、対応するスイッチング素子３０４−２−１及び３０４−４−１をオンオフ駆動し、これにより、コイル３０６−１及びコンデンサ３０７−１でなるローパスフィルタから節点２０６へ、図９（Ｃ）に示すような増幅電流ｉ１が流れる。
【００７０】
同様にして、電圧制御電流源２０４−２から節点２０６へ、図９（Ｄ）に示すような増幅電流ｉ２が流れる。他の電圧制御電流源２０４−３〜２０４−Ｎからもそれぞれ、節点２０６へ増幅電流ｉ３〜ｉＮが流れる。
【００７１】
これにより、負荷２０２には合成電流ｉ１＋ｉ２＋ｉ３＋…＋ｉＮが流れ、負荷２０２の両端電圧Ｖｏｕｔは図９（Ｅ）に示すようになる。この電圧Ｖｏｕｔは、電圧フィードバック部２０５を介して電圧制御部２０３へとフィードバックされる。
【００７２】
電圧制御電流源２０４−１において、増幅電流ｉ１は抵抗３０５−１によって電圧信号として検出された後、オペアンプ３１０−１を中心に構成された差動増幅構成によって差動増幅され、電流フィードバック部３１３−１を介して入力側（オペアンプ３００−１の反転入力端子）に帰還される。
【００７３】
他の電圧制御電流源２０４−２〜２０４−Ｎにおいてもそれぞれ、同様な電流フィードバックが実行される。
【００７４】
第５の実施形態によれば、第２の実施形態の効果と同様な効果を奏することができる。第５の実施形態によれば、各電圧制御電流源において、スイッチング構成に対する動作電源として単一電源を適用し、一方の対のスイッチング素子の接続点を接地しているが、電流フィードバックを掛けているので、安定した電流出力を行うことができる。
【００７５】
（Ｆ）第６の実施形態
次に、本発明による電力増幅器並列システムの第６の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。第６の実施形態の電力増幅器並列システムは、上述した第４の実施形態の電力増幅器並列システムと同様なものであるが、電圧制御電流源２０４−１〜２０４−Ｎと、系統出力調整器２０７−１〜２０７−Ｎとに関し、具体的構成例を挙げている点が異なっている。
【００７６】
図１０は、第６の実施形態に係る電力増幅器並列システム２００Ｄの全体構成を示すブロック図であり、既述した図面との同一、対応部分には同一符号を付して示している。
【００７７】
第６の実施形態に係る電力増幅器並列システム２００Ｄにおける電圧制御電流源２０４−１〜２０４−３の内部構成は、第５の実施形態のものと同様であるので、その説明は省略する。
【００７８】
系統出力調整器２０７−１〜２０７−Ｎの構成は同一であるので、以下では、系統出力調整器２０７−１の構成を例に説明する。
【００７９】
系統出力調整器２０７−１は、段階的（又は無段階的）に切替え可能なボリューム３５０−１と、ボリューム３５０の選択の悪影響が電圧制御部２０３−１に及ぼすことを防止するように設けられたバッファアンプ３５１−１とを有する。ボリューム３５０−１は、例えば、複数の抵抗が直列に接続された部分と選択操作子３５０ａ−１とを有し、直列回路の一端がバッファアンプ３５１−１の出力端に接続され、直列回路の他端が接地されている。選択操作子３５０ａ−１は、直列回路の一端と、各抵抗間の接続点との間で切替え可能なものである。選択操作子３５０ａ−１のコモン端子が、電圧制御電流源２０４−１の入力端子に接続されている。各抵抗間の接続点が選択されている状態では、電圧制御部２０３−１の出力電圧を分圧したものが電圧制御部２０３−１への入力となる。
【００８０】
第６の実施形態によれば、第４の実施形態と同様な効果を奏することができる。
【００８１】
（Ｇ）第７の実施形態
次に、本発明による電力増幅器並列システムの第７の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
【００８２】
図１１は、第７の実施形態に係る電力増幅器並列システム２００Ｅの全体構成を示すブロック図であり、既述した実施形態に係る図５との同一、対応部分には同一符号を付して示している。
【００８３】
第７の実施形態に係る電力増幅器並列システム２００Ｅも、第２の実施形態の電力増幅器並列システム２００における電圧制御電流源（ディジタル電力増幅器）２０４−１〜２０４−Ｎの具体的構成例を提供するものである。電圧制御電流源２０４−１〜２０４−Ｎの構成は同一であるので、以下では、電圧制御電流源２０４−１の構成を例に説明する。
【００８４】
上述した第５の実施形態の電圧制御電流源２０４−１は、スイッチング素子対を２対用いるフルブリッジのディジタル電力増幅器の構成を基本構成としているものであったが、この第７の実施形態の電圧制御電流源２０４−１は、スイッチング素子対を１対用いるハーフブリッジのディジタル電力増幅器の構成を基本構成としている。以下では、第５の実施形態との相違点を説明する。
【００８５】
上述のように、第７の実施形態では、１対のスイッチング素子３０４−１−１及び３０４−２−１だけが設けられている。１対のスイッチング素子３０４−１−１及び３０４−２−１に対する電源としては、正負電源２０９Ｐ−１及び２０９Ｎ−１が設けられている。ローパスフィルタを構成するコンデンサ３０７−１の一端は接地されている。その他は、第５の実施形態と同様である。
【００８６】
第７の実施形態によれば、第５の実施形態と同様な効果を奏することができる。
【００８７】
（Ｈ）第８の実施形態
次に、本発明による電力増幅器並列システムの第８の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
【００８８】
図１２は、第８の実施形態に係る電力増幅器並列システム２００Ｆの全体構成を示すブロック図であり、上述した第７の実施形態に係る図１１との同一、対応部分には同一符号を付して示している。
【００８９】
第８の実施形態に係る電力増幅器並列システム２００Ｆは、第７の実施形態の電力増幅器並列システム２００Ｅにおける、電圧制御電流源２０４−１〜２０４−Ｎ毎に設けられていた正負電源２０９Ｐ−１〜２０９Ｐ−Ｎ及び２０９Ｎ−１〜２０９Ｎ−Ｎを、電圧制御電流源２０４−１〜２０４−Ｎに共通な正負電源２０９Ｐ及び２０９Ｎに置き換えた点だけが、第７の実施形態と異なっている。
【００９０】
第８の実施形態によっても、第５の実施形態や第７の実施形態と同様な効果を奏することができる。
【００９１】
（Ｉ）第９の実施形態
次に、本発明による電力増幅器並列システムの第９の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
【００９２】
図１３は、第９の実施形態に係る電力増幅器並列システム２００Ｇの全体構成を示すブロック図であり、上述した第７の実施形態に係る図１１との同一、対応部分には同一符号を付して示している。
【００９３】
第９の実施形態に係る電力増幅器並列システム２００Ｇにおいても、各電圧制御電流源２０４−１〜２０４−Ｎは、第７の実施形態と同様に、スイッチング素子対を１対用いるハーフブリッジのディジタル電力増幅器の構成を採用している。
【００９４】
第９の実施形態に係る電力増幅器並列システム２００Ｇは、各電圧制御電流源２０４−１〜２０４−Ｎのスイッチング部に対して、対応する単一電源／正負電源変換部３５０−１〜３５０−Ｎから、正負電源を供給するようにしたものである。以下では、単一電源／正負電源変換部３５０−１〜３５０−Ｎの内部構成を、単一電源／正負電源変換部３５０−１を例にして説明する。
【００９５】
単一電源／正負電源変換部３５０−１は、スイッチングアンプで構成され、エコエネルギー源、非エコエネルギー源などでなる単一の直流電源２０９−１の高低の電源電圧ライン間には、一対の電力スイッチング素子３５１Ｐ−１及び３５１Ｎ−１の直列回路を有する。電力スイッチング素子３５１Ｐ−１及び３５１Ｎ−１の接続点と、接地（グランド）との間にはコイル３５２−１が接続され、また、接地と、直流電源２０９−１の低電位の電源電圧ラインとの間にはコンデンサ３５３−１が接続され、これらコイル３５２−１及びコンデンサ３５３−１はローパスフィルタを構成している。上述した接続は、ローパスフィルタから見ればその出力端が接地されているということができる。
【００９６】
単一電源／正負電源変換部３５０−１は、例えば、デューティ比５０％のパルス信号を出力するパルス信号生成部３５４−１を備える。パルス信号生成部３５４−１が出力したパルス信号は、電力スイッチング素子３５１Ｐ−１を駆動するドライバ３５５Ｐ−１に直接与えられると共に、インバータ３５６−１を介して判定されて、電力スイッチング素子３５１Ｎ−１を駆動するドライバ３５５Ｎ−１に与えられるようになされている。
【００９７】
電力スイッチング素子対が一対（ハーフブリッジ）の単一電源／正負電源変換部３５０−１の出力は、電力スイッチング素子の駆動信号のデューティ比を一定に保つとすると、一定のＤＣ電圧レベルで得ることができる。例えば、デューティ比が５０％の駆動信号（パルス信号）を適用し、単一の電源２０９−１の電圧をＶｃｃとすると、単一電源／正負電源変換部３５０−１の出力にはＶｃｃ／２が得られる。接地電位を、例えば、Ｖｃｃ／２に定めれば、ハーフブリッジの上側の電源電圧は接地点から見て＋Ｖｃｃ／２、ハーフブリッジの下側の電源電圧は接地点から見て−Ｖｃｃ／２が得られていることになる。
【００９８】
第９の実施形態によっても、電圧制御電流源（ディジタル電力増幅器）を並列にしたことによる効果は、既述した実施形態の効果と同様である。
【００９９】
ハーフブリッジの電圧制御電流源（ディジタル電力増幅器）の場合、正負の電源が必要であるが、単一電源／正負電源変換部によって、単一電源を正負電源に変換できるので、ハーフブリッジの電圧制御電流源を適用しながら、当初の電源として単一電源を適用することができる。
【０１００】
ここで、単一電源／正負電源変換部における一対の電力スイッチング素子の駆動回路は、一定のデューティ比のパルス信号を取り扱うものであるので、回路構成は簡単であり、回路規模を小さいものとすることができる。
【０１０１】
なお、図１３では、各単一電源／正負電源変換部３５０−１〜３５０−Ｎがそれぞれ、パルス信号生成部３５４−１〜３５４−Ｎと、インバータ３５６−１〜３５６−Ｎとを備えるものを示したが、単一電源／正負電源変換部３５０−１〜３５０−Ｎに共通に、パルス信号生成部とインバータとを設けるようにしても良い。
【０１０２】
（Ｊ）他の実施形態
上記各実施形態の説明においても、種々変形実施形態に言及したが、さらに、以下に例示するような変形実施形態を挙げることができる。
【０１０３】
本発明の電力増幅器並列システムの用途は限定されるものではない。例えば、オーディオアンプに適用できる。また、コンピュータ機器や放送設備などの、電気設備の電力増幅装置に適用できる。
【０１０４】
上記各実施形態の技術的特徴が組み合わせ可能なものであれば組み合わせて適用するようにしても良い。
【０１０５】
第９の実施形態で説明した単一電源を正負電源に変換する構成は、電力増幅器並列システム以外の正負電源を必要とする用途の装置、システムに適用することができる。
【０１０６】
上記各実施形態の説明では、電圧制御電流源の並列数が複数であるとして説明したが、並列数は１であっても良い。例えば、システムの当初は並列数１で運転し、負荷が必要とする電力の増大に応じて、徐々に並列数を大きくしていくようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】従来の電力増幅器並列システムの構成を示す回路図である。
【図２】図１の回路図の原理構成を示すブロック図である。
【図３】第１の実施形態に係る電力増幅器並列システムの全体構成を示すブロック図である。
【図４】第１の実施形態に係る電力増幅器並列システムを電気自動車に適用した応用例の概略構成を示す説明図である。
【図５】第２の実施形態に係る電力増幅器並列システムの全体構成を示すブロック図である。
【図６】第３の実施形態に係る電力増幅器並列システムの全体構成を示すブロック図である。
【図７】第４の実施形態に係る電力増幅器並列システムの全体構成を示すブロック図である。
【図８】第５の実施形態に係る電力増幅器並列システムの全体構成を示すブロック図である。
【図９】第５の実施形態の電力増幅器並列システムにおける各部信号波形図である。
【図１０】第６の実施形態に係る電力増幅器並列システムの全体構成を示すブロック図である。
【図１１】第７の実施形態に係る電力増幅器並列システムの全体構成を示すブロック図である。
【図１２】第８の実施形態に係る電力増幅器並列システムの全体構成を示すブロック図である。
【図１３】第９の実施形態に係る電力増幅器並列システムの全体構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１００、１１０、２００、２００Ａ〜２００Ｇ…電力増幅器並列システム、
１０１、２０２…負荷、
１０２−１〜１０２−３、１１２−１〜１１２−３…電流出力のディジタル電力増幅器、
１０２ａ−１〜１０２ａ−３…電力比率調整器、
１０３−１…非エコエネルギー源、
１０３−２、１０３−３…エコエネルギー源、
１０４…負荷バランス調整回路、
１１０…電気自動車１１０、
１１１−１…燃料電池、
１１１−２…蓄電池、
１１１−３…ソーラーパネル、
１１４…モータ、
２０１…電圧信号源、
２０３…位相補償付電圧制御部、
２０４−１〜２０４−３…電圧制御電流源、
２０５…電圧フィードバック部、
２０７−１〜２０７−３…系統出力調整器、
２０８…三角波発生回路、
２０９−１〜２０９−Ｎ、２０９Ｐ−１、２０９Ｎ−１、２０９Ｐ、２０９Ｎ…電源、
３００−１、３１０−１…オペアンプ、
３０２−１…コンパレータ、
３１３−１…電流フィードバック部、
３０３−１−１〜３０３−４−１…ドライバ、
３０４−１−１〜３０４−４−１…スイッチング素子、
３０５−１…電流検出用抵抗、
３０６−１…ローパスフィルタを構成するコイル、
３０７−１…ローパスフィルタを構成するコンデンサ、
３５０−１…単一電源／正負電源変換部、
３５１Ｐ−１、３５１Ｎ−１…電力スイッチング素子、
３５２−１…ローパスフィルタを構成するコイル、
３５３−１…ローパスフィルタを構成するコンデンサ、
３５４−１…パルス信号生成部、
３５５Ｐ−１、３５５Ｎ−１…ドライバ、
３５６−１…インバータ。
【図１】
2010041271.tif 000003
【図２】
2010041271.tif 000004
【図３】
2010041271.tif 000005
【図４】
2010041271.tif 000006
【図５】
2010041271.tif 000007
【図６】
2010041271.tif 000008
【図７】
2010041271.tif 000009
【図８】
2010041271.tif 000010
【図９】
2010041271.tif 000011
【図１０】
2010041271.tif 000012
【図１１】
2010041271.tif 000013
【図１２】
2010041271.tif 000014
【図１３】
2010041271.tif 000015