(57)【要約】  デプレッション型ＦＥＴを用いた高出力電力増幅器において、過電流によるＦＥＴの破壊を確実に防止するために、デプレッション型ＦＥＴのドレーン端子に印加する正電圧を生成するドレーン電圧供給部１２０，２２０，３２０と、デプレッション型ＦＥＴのゲート端子に印加する負電圧を生成するゲートバイアス電圧供給部１３０，２３０，３３０とを備え、ドレーン電圧供給部は電力源として外部商用電源を使用し、ゲートバイアス電圧供給部は電力源として電池を使用している。
2013088635.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デプレッション型ＦＥＴを増幅素子として構成した高出力電力増幅器であって、
前記デプレッション型ＦＥＴのドレーン端子に印加する正電圧を生成し出力するドレーン電圧供給部と、
前記デプレッション型ＦＥＴのゲート端子に印加する負電圧を生成し出力するゲートバイアス電圧供給部と、を備え、
前記ドレーン電圧供給部は電力源として外部商用電源を使用し、前記ゲートバイアス電圧供給部は電力源として電池を使用するよう構成された高出力電力増幅器。
【請求項２】
前記ゲートバイアス電圧供給部は、
ゲートバイアス電圧の電力源となる電池と、
前記電池の出力電圧から、前記デプレッション型ＦＥＴのゲート端子に印加するための負電圧を生成する変圧回路と平滑回路と、
前記変圧回路と平滑回路で生成された、前記デプレッション型ＦＥＴのゲート端子に印加されるゲートバイス電圧をモニターするゲートバイアス電圧モニター部と、を備え、
前記ドレーン電圧供給部は、
前記外部商用電源から供給された電力を、前記デプレッション型ＦＥＴのドレーン端子に印加するための正電圧を生成する、整流回路と変圧回路と平滑回路と、
前記整流回路と変圧回路と平滑回路で生成された前記デプレッション型ＦＥＴのドレーン端子に印加する正電圧の出力をＯＮ／ＯＦＦするドレーン電圧出力ＯＮ／ＯＦＦ部と、を備え、
前記ゲートバイアス電圧モニター部は、前記デプレッション型ＦＥＴのゲート端子に印加されるゲートバイス電圧が予め定めた許容電圧の範囲内である場合に、前記ドレーン電圧出力ＯＮ／ＯＦＦ部に当該ゲートバイアス電圧が正常であることを示す制御信号を出力し、
前記ドレーン電圧出力ＯＮ／ＯＦＦ部は、前記ゲートバイアス電圧モニター部より出力された前記制御信号を受信している時のみドレーン電圧の出力するよう構成された請求項１に記載の高出力電力増幅器。
【請求項３】
前記ドレーン電圧出力ＯＮ／ＯＦＦ部は、開閉制御端子に制御信号が入力された状態のみ閉となる有接点リレーを開閉素子として使用して構成されている請求項２に記載の高出力電力増幅器。
【請求項４】
前記ゲートバイアス電圧供給部は、
ゲートバイアス電圧の電力源となる蓄電池と、
前記蓄電池に充電するための充電回路と、
前記蓄電池の出力電圧をモニターする電池レベルモニター部と、を備え、
前記充電回路は、前記外部商用電源に接続されており、前記電池レベルモニター部の値が第１の値になった時、前記蓄電池に充電動作を行うよう構成された請求項２に記載の高出力電力増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、数十Ｗ〜数百Ｗの高周波電力を増幅する高出力電力増幅器に関するものである。より具体的には、デプレッション型ＦＥＴを増幅素子として構成した高出力電力増幅器において、増幅素子の過電流による破壊を防止する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信システムの基地局やマイクロ波を用いた加熱機器などに使用される大電力増幅器において、例えば、シリコン・カーバイト（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）などのワイドギャップ半導体を用いた、高速動作、高耐圧および大電力密度を備えた高効率な化合物パワー半導体デバイスの技術開発が活発化し、省エネルギー化が進められている。【０００３】
これらの化合物パワー半導体デバイスを大電力の高速動作で使用する場合、電力密度を向上させ、大きな出力振幅を得るため、通常は、デプレッション型の素子構造が採られている。【０００４】
デプレッション型ＦＥＴは、ノーマリーＯＮの特性を持ち、ゲート端子に必ず負電圧のゲートバイアス電圧を印加する必要がある。デプレッション型ＦＥＴは、ゲートバイアス電圧が印加されていない状態の時にドレーン端子にドレーン電圧が印加されると、大電流が流れて、損傷し、最悪の場合には破壊されてしまうことになる。【０００５】
このようなゲートバイアス電圧が印加されていない状態の時にドレーン端子にドレーン電圧が印加されることによりＦＥＴが損傷、若しくは破壊されることを防止するために、電力増幅器のゲート電極に印加されるゲート電圧と基準電圧とを比較して、ゲート電圧が正常か否かを検出する比較器と、電力増幅器のドレーン電極にドレーン電圧を印加するスイッチとを設けている。このような電力増幅器の起動時において、まずゲート電圧発生用の負電圧発生器を起動し、比較器が、ゲート電圧が所定の負電位に達したことを確認した後にスイッチをオン状態として、電力増幅器のドレーン電極にドレーン電圧を印加するという技術が特許文献１に開示されている。【０００６】
特許文献１に開示された技術により、ゲート電極に印加すべき負電圧の生成回路の不具合時においては、自動的にドレーン電極に対する電圧印加を抑止しているため、負電圧生成不具合時の電力増幅器が破壊されることを保護している。【０００７】
また、特許文献２には、電源と電力増幅器との間に設けた開閉手段と、所定の時定数を有する充電回路を設け、電源の印加時に開閉手段を開状態に制御し、負の電圧が所定の電圧になったときに充電回路の充電を開始し、充電回路の充電電圧が所定の電圧に達した時に開閉手段を閉状態とする技術が開示されている。【０００８】
特許文献２に開示された技術においては、電源の印加時には、電力増幅器に電源電圧が印加されず、負の電圧が所定の電圧になるまでの時間と、充電回路に充電された電圧が開閉手段を閉状態にするまでの時間とを経過した後、電源電圧が印加されるように構成されているため、電力増幅器に過大電流が流れることを防いで、電力増幅器の破壊を防止していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−２３８０３０号公報
【特許文献２】特開２０００−６８７５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示された従来の構成では、ゲート電圧の負電圧が所定の電圧か否かを判断してドレーン電圧のスイッチのオン・オフを制御するために比較器が用いられているが、電源投入時、停電時、若しくは電源コンセントの引き抜きなどによる、不慮の電源断の場合には、比較器の出力が一瞬不定状態になる可能性がある。このような状態においては、ゲート電圧の負電圧が所定の電圧に達していないにも係らず、スイッチがオン状態となり、ドレーン電圧が印加されてしまう恐れがある。【００１１】
また、特許文献２に開示された従来の構成では、電力増幅器に電源を供給する開閉手段の制御に充電回路を用いているため、充電回路が充電された状態の時に、負電圧が断となった場合、充電回路の時定数で所定の電圧まで降下する時間においては、開閉手段が閉状態であり、負電圧が印加されていない状態で電力増幅器に電源が供給されてしまう恐れがある。【００１２】
また、特許文献１および特許文献２に開示されたいずれの従来の構成においても、負電圧の状態に基づくバイアス電圧のオン・オフ制御が、半導体を用いたアクティブ回路で構成されている。このため、上記の従来の構成では、構成素子の劣化や故障などにより、保護回路が正常に動作しなくなり、ゲートバイアス電圧が印加されていない状態の時にドレーン電極にドレーン電圧が印加されて、ＦＥＴが損傷、若しくは破壊されてしまう可能性がある。したがって、いずれの従来の構成においても、充分なＦＥＴの破壊防止策と言えるものではなかった。【００１３】
本発明は、上記の従来の構成における課題を解決するものであり、デプレッション型ＦＥＴを用いた高出力電力増幅器において、不慮の電源断、制御マイコンの誤動作または故障の際においても、過電流によるＦＥＴの破壊を確実に防止することができる高出力電力増幅器の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記従来の課題を解決するため、本発明に係る高出力電力増幅器は、デプレッション型ＦＥＴを増幅素子として構成した高出力電力増幅器であって、前記デプレッション型ＦＥＴのドレーン端子に印加する正電圧を生成し出力するドレーン電圧供給部と、前記デプレッション型ＦＥＴのゲート端子に印加する負電圧を生成し出力するゲートバイアス電圧供給部と、を備え、
前記ドレーン電圧供給部は電力源として外部商用電源を使用し、前記ゲートバイアス電圧供給部は電力源として電池を使用する。【００１５】
上記の構成により、本発明に係る高出力電力増幅器は、ドレーン端子には、外部商用電源を電力源としてドレーン電圧供給部で生成された正電圧のドレーン電圧が印加され、ゲート端子には、電池を電力源としてゲートバイアス電圧供給部で生成された負電圧のゲートバイアス電圧が印加される。したがって、本発明に係る高出力電力増幅器においては、ゲートバイアス電圧が電池を電力源としており、ドレーン電圧の電力源とは独立しているため、ゲート端子には常時安定したゲートバイアス電圧を印加することができ、不慮の電源断、および制御マイコンの誤動作や故障の際にも、過電流によるＦＥＴの破壊を確実に防止することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の高出力電力増幅器は、不慮の電源断、および制御マイコンの誤動作や故障の際においても、過電流によるＦＥＴの破壊を確実に防止することができる構成を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る実施の形態１の高出力電力増幅器の基本構成を示すブロック図
【図２】本発明に係る実施の形態１のドレーン電圧供給部の具体的な構成を示すブロック図
【図３】本発明に係る実施の形態１のゲートバイアス電圧供給部の具体的な構成を示すブロック図
【図４】本発明に係る実施の形態２の高出力電力増幅器の基本構成を示すブロック図
【図５】本発明に係る実施の形態２のドレーン電圧供給部の具体的な構成を示すブロック図
【図６】本発明に係る実施の形態２のゲートバイアス電圧供給部の具体的な構成を示すブロック図
【図７】本発明に係る実施の形態３の高出力電力増幅器の基本構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係る第１の態様の高出力電力増幅器は、デプレッション型ＦＥＴを増幅素子として構成した高出力電力増幅器であって、
前記デプレッション型ＦＥＴのドレーン端子に印加する正電圧を生成し出力するドレーン電圧供給部と、前記デプレッション型ＦＥＴのゲート端子に印加する負電圧を生成し出力するゲートバイアス電圧供給部と、を備え、
前記ドレーン電圧供給部は電力源として外部商用電源を使用し、前記ゲートバイアス電圧供給部は電力源として電池を使用するよう構成されている。
上記のように構成された本発明に係る第１の態様の高出力電力増幅器において、ドレーン端子には、外部商用電源を電力源としてドレーン電圧供給部で生成された正電圧のドレーン電圧が印加され、ゲート端子には、電池を電力源としてゲートバイアス電圧供給部で生成された負電圧のゲートバイアス電圧が印加される。したがって、第１の態様の高出力電力増幅器においては、ゲートバイアス電圧が、電池を電力源としており、ドレーン電圧の電力源とは独立しているため、ゲート端子には常時安定したゲートバイアス電圧を印加することができる。その結果、第１の態様の高出力電力増幅器は、不慮の電源断や、制御マイコンの誤動作や故障の際にも、過電流によるＦＥＴの破壊を確実に防止することができる。
【００１９】
本発明に係る第２の態様の高出力電力増幅器は、特に、前記の第１の態様における前記ゲートバイアス電圧供給部が、ゲートバイアス電圧の電力源となる電池と、前記電池の出力電圧から、前記デプレッション型ＦＥＴのゲート端子に印加するための負電圧を生成する変圧回路と平滑回路と、前記変圧回路と平滑回路で生成された、前記デプレッション型ＦＥＴのゲート端子に印加されるゲートバイス電圧をモニターするゲートバイアス電圧モニター部と、を備え、
前記ドレーン電圧供給部は、前記外部商用電源から供給された電力を、前記デプレッション型ＦＥＴのドレーン端子に印加するために適切な正電圧を生成する、整流回路と変圧回路と平滑回路と、前記整流回路と変圧回路と平滑回路で生成された前記デプレッション型ＦＥＴのドレーン端子に印加する正電圧の出力をＯＮ／ＯＦＦするドレーン電圧出力ＯＮ／ＯＦＦ部と、を備え、
前記ゲートバイアス電圧モニター部は、前記デプレッション型ＦＥＴのゲート端子に印加されるゲートバイス電圧が予め定めた許容電圧の範囲内である場合に、前記ドレーン電圧出力ＯＮ／ＯＦＦ部に当該ゲートバイアス電圧が正常であることを示す制御信号を出力し、
前記ドレーン電圧出力ＯＮ／ＯＦＦ部は、前記ゲートバイアス電圧モニター部より出力された、前記制御信号を受信している時のみドレーン電圧の出力をＯＮするよう構成されている。
上記のように構成された本発明に係る第２の態様の高出力電力増幅器においては、ゲート端子に印加されるゲートバイス電圧が予め定めた許容電圧の範囲内である場合にのみ、ドレーン電圧出力ＯＮ／ＯＦＦ部がＯＮ状態となり、ドレーン端子にドレーン電圧が印加される。このため、第２の態様の高出力電力増幅器は、前記電池の電圧低下や故障の際に、ドレーン電圧出力ＯＮ／ＯＦＦ部がＯＦＦ状態となり、過電流によるＦＥＴの破壊を確実に防止することができる。
【００２０】
本発明に係る第３の態様の高出力電力増幅器は、特に、前記の第２の態様における前記ドレーン電圧出力ＯＮ／ＯＦＦ部が、開閉制御端子に制御信号が入力された状態のみ閉となる有接点リレーを開閉素子として使用して構成されている。上記のように構成された本発明に係る第３の態様の高出力電力増幅器においては、ゲートバイアス電圧が正常であるとき以外、ドレーン端子にドレーン電圧が印加されない状態を、パッシブ素子により、少ない構成部品で、確実に保持できる構成となる。したがって、第３の態様の高出力電力増幅器は、過電流によるＦＥＴの破壊を防止する保護回路の信頼性をさらに向上させることができる。
【００２１】
本発明に係る第４の態様の高出力電力増幅器は、特に、前記の第２の態様における前記ゲートバイアス電圧供給部が、ゲートバイアス電圧の電力源となる蓄電池と、前記蓄電池に充電するための充電回路と、前記蓄電池の出力電圧をモニターする電池レベルモニター部と、を備え、
前記充電回路が、前記外部商用電源に接続されており、前記電池レベルモニター部の値が第１の値になった時、前記蓄電池に充電動作を行うよう構成されている。上記のように構成された本発明に係る第４の態様の高出力電力増幅器においては、蓄電池が放電により、蓄電池の電圧が一定の電圧に低下した時点で、蓄電池に対して自動的に充電が行われる。したがって、第４の態様の高出力電力増幅器においては、ゲートバイアス電圧の電力源である蓄電池を常に一定以上の電圧に維持できるため、電池を交換する手間を無くすことができると共に、連続動作しても蓄電池の電圧低下の心配が無くなる。その結果、第４の態様の高出力電力増幅器においては、ゲート端子に常時安定したゲートバイアス電圧を印加することができるため、過電流によるＦＥＴの破壊を確実に防止することができる。
【００２２】
以下、本発明に係る高出力電力増幅器の実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態の構成によって本発明が限定されるものではなく、以下の実施の形態において説明する高出力電力増幅器の構成と同等の技術的思想に基づいて構成される高出力電力増幅器を含むものである。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る実施の形態１の高出力電力増幅器１００の基本構成を示すブロック図である。
【００２４】
実施の形態１の高出力電力増幅器１００は、入力端子１０１と、出力端子１０２と、外部電源接続端子１０３と、電力増幅部１１０と、ドレーン電圧供給部１２０と、ゲートバイアス電圧供給部１３０と、を備えている。なお、図１においては、高出力電力増幅器１００は、電力増幅部１１０と入力端子１０１と出力端子１０２とをそれぞれ１つ有する構成を示すが、本発明の高出力電力増幅器の構成としては電力増幅部と入力端子と出力端子の数を１つに限定するものではない。
【００２５】
ドレーン電圧供給部１２０は、外部電源接続端子１０３に接続されており、外部電源接続端子１０３から入力された交流電力から正電圧のドレーン電圧を生成して、電力増幅部１１０に供給する。ドレーン電圧供給部１２０の具体的な構成については、後述する。
【００２６】
ゲートバイアス電圧供給部１３０は、電池を有しており、この電池の直流電圧出力から負電圧のゲートバイアス電圧を生成して、電力増幅部１１０に供給する。ゲートバイアス電圧供給部１３０の具体的な構成については、後述する。
【００２７】
外部電源接続端子１０３は、外部商用電源１４０と接続できるように構成されており、例えば、２芯または３芯の電線とコンセントプラグで構成されている。
【００２８】
次に、電力増幅部１１０の具体的な構成について説明する。
図１に示すように、電力増幅部１１０は、デプレッション型ＦＥＴ１１１と、入力ＤＣカットコンデンサ１１２と、出力ＤＣカットコンデンサ１１３と、ゲートバイアスインダクタ１１４と、ドレーンバイアスインダクタ１１５と、を有する。
【００２９】
入力端子１０１より入力された交流電力（例えば、高周波電力）は、入力ＤＣカットコンデンサ１１２を介して、デプレッション型ＦＥＴ１１１のゲート端子に入力される。デプレッション型ＦＥＴ１１１のゲート端子に入力された交流電力（例えば、高周波電力）は、増幅され、同ドレーン端子から出力される。デプレッション型ＦＥＴ１１１のドレーン端子から出力された交流電力（例えば、高周波電力）は、出力ＤＣカットコンデンサ１１３を介して、出力端子１０２より出力される。入力ＤＣカットコンデンサ１１２および出力ＤＣカットコンデンサ１１３は、デプレッション型ＦＥＴ１１１の、ゲート端子に印加される負電圧のゲートバイアス電圧およびドレーン端子に印加される正電圧のドレーン電圧が、入力端子１０１および出力端子１０２に出力されないようにするために設けられている。入力ＤＣカットコンデンサ１１２および出力ＤＣカットコンデンサ１１３は、入力端子１０１に入力される交流電力（例えば、高周波電力）の周波数に対して、インピーダンスが小さくなるように静電容量値が決められている。
【００３０】
ゲートバイアス電圧供給部１３０から入力されたゲートバイアス電圧は、ゲートバイアスインダクタ１１４を介して、デプレッション型ＦＥＴ１１１のゲート端子に印加される。ドレーン電圧供給部１２０から入力されたドレーン電圧は、ドレーンバイアスインダクタ１１５を介して、デプレッション型ＦＥＴ１１１のドレーン端子に印加される。ゲートバイアスインダクタ１１４およびドレーンバイアスインダクタ１１５は、デプレッション型ＦＥＴ１１１の、ゲート端子に入力される交流電力（例えば、高周波電力）およびドレーン端子から出力される交流電力（例えば、高周波電力）が、デプレッション型ＦＥＴ１１１の、ゲート端子にゲートバイアス電圧を印加する経路およびドレーン端子にドレーン電圧を印加する経路に流れ込むことにより、電力が損失するのを防止するために設けられている。ゲートバイアスインダクタ１１４およびドレーンバイアスインダクタ１１５は、デプレッション型ＦＥＴ１１１の、ゲート端子に入力される交流電力（例えば、高周波電力）およびドレーン端子から出力される交流電力（例えば、高周波電力）の周波数に対して、インピーダンスが充分に大きくなるようにインダクタンス値が決められている。
【００３１】
次に、ドレーン電圧供給部１２０の具体的な構成について説明する。図２は、ドレーン電圧供給部１２０の具体的な構成を示すブロック図である。
【００３２】
図２に示すように、ドレーン電圧供給部１２０は、整流回路１２１と、変圧回路１２２と、平滑回路１２３と、を有しており、この順に従って接続されている。
【００３３】
整流回路１２１は、外部電源接続端子１０３から入力された交流電圧を整流して、変圧回路１２２へ出力する。整流回路１２１には、例えば、４つの整流ダイオードをリング状に接続した一般的なブリッジダイオード回路を用いることができる。
【００３４】
変圧回路１２２は、整流回路１２１から入力された整流電圧を電力増幅部１１０に供給するための、所望のドレーン電圧の電圧に変換して、平滑回路１２３へ出力する。変圧回路１２２は、所望の変圧比に対応した巻数比を有する絶縁トランスを用いて構成することができる。絶縁トランスの１次側コイルに整流回路１２１の出力が接続され、絶縁トランスの２次側コイルに平滑回路１２３の入力が接続されている。絶縁トランスの１次側コイルに入力された、整流回路１２１で整流された整流電圧は、絶縁トランスの１次側コイルと２次側コイルの巻数比に応じた電圧に変圧されて、絶縁トランスの２次側コイルに出力され、平滑回路１２３に入力される。また、整流回路１２１の出力に平滑コンデンサを設け、絶縁トランスの１次側コイルの接地電位側に、スイッチング用ＭＯＳＦＥＴを設けて、このスイッチング用ＭＯＳＦＥＴをスイッチング動作させることにより、変圧回路１２２がスイッチング電源回路で構成することもできる。変圧回路１２２がスイッチング電源回路を用いて構成することにより、スイッチング用ＭＯＳＦＥＴのスイッチング周波数を高くすることにより、絶縁トランスを小型化することができる。さらに、スイッチング用ＭＯＳＦＥＴのスイッチング動作におけるＯＮ／ＯＦＦの時間比率を変化させることにより、変圧比を自在に変化させることができ、出力電圧可変型の変圧回路１２２を容易に実現することができる。
【００３５】
平滑回路１２３は、変圧回路１２２から入力された変圧後の電圧を平滑して、電力増幅部１１０へ、ドレーン電圧として出力する。平滑回路１２３は、一般的な、整流ダイオードと平滑用コンデンサによる平滑回路を用いることができる。
【００３６】
以上のように、ドレーン電圧供給部１２０は、図２で示したような構成を有することにより、外部電源接続端子１０３を経由して入力された、外部商用電源１４０の交流電圧から、電力増幅部１１０に供給するドレーン電圧を生成する。
【００３７】
次に、ゲートバイアス電圧供給部１３０の具体的な構成について説明する。図３は、ゲートバイアス電圧供給部１３０の具体的な構成を示すブロック図である。
【００３８】
図３に示すように、ゲートバイアス電圧供給部１３０は、電池１３１と、変圧回路１３２と、平滑回路１３３と、より構成されている。
【００３９】
電池１３１の出力は、変圧回路１３２に接続されている。電池１３１は、一般的な一次電池であり、マンガン乾電池や、アルカリ一次電池や、リチウム一次電池などを用いることができる。
【００４０】
変圧回路１３２は、電池１３１から入力された直流電圧を電力増幅部１１０に供給するための、所望のゲートバイアス電圧の電圧に変換して、平滑回路１３３へ出力する。変圧回路１３２は、絶縁トランスとスイッチング用ＭＯＳＦＥＴにより構成される、一般的なスイッチング電源回路を用いることができる。スイッチング用ＭＯＳＦＥＴのスイッチング動作におけるＯＮ／ＯＦＦの時間比率を調整することにより、平滑回路１３３へ出力される電圧を任意の電圧に設定することができる。
【００４１】
平滑回路１３３は、変圧回路１３２から入力された変圧後の電圧を平滑して、電力増幅部１１０へ、ゲートバイアス電圧として出力する。平滑回路１３３としては、一般的な、整流ダイオードと平滑用コンデンサによる平滑回路を用いることができる。
【００４２】
以上のように、ゲートバイアス電圧供給部１３０は、図３で示したような構成を有することにより、電池１３１の出力電圧から、電力増幅部１１０に供給するゲートバイアス電圧を生成する。
【００４３】
前述の実施の形態１の高出力電力増幅器１００の構成によれば、デプレッション型ＦＥＴ１１１のドレーン端子には、外部商用電源１４０を電力源としてドレーン電圧供給部１２０で生成された正電圧のドレーン電圧が印加され、ゲート端子には、電池１３１を電力源としてゲートバイアス電圧供給部１３０で生成された負電圧のゲートバイアス電圧が確実に印加される。これにより、デプレッション型ＦＥＴ１１１のゲート端子には常時安定したゲートバイアス電圧を印加することができるので、不慮の電源断、および制御マイコンの誤動作や故障の際にも、過電流によるＦＥＴの破壊を確実に防止することができる。
【００４４】
（実施の形態２）
以下、本発明に係る実施の形態２の高出力電力増幅器を添付の図面を参照しながら説明する。
【００４５】
前述の実施の形態１の高出力電力増幅器においては、ドレーン電圧供給部１２０が、外部商用電源１４０から取り込んだ交流電圧から正電圧のドレーン電圧を出力するように、整流回路１２１と変圧回路１２２と平滑回路１２３とを有して構成されている。また、実施の形態１におけるゲートバイアス電圧供給部１３０は、電池１３１と、この電池１３１の出力電圧から負電圧のゲートバイアス電圧を出力する、変圧回路１３２と平滑回路１３３とにより構成されている。このように構成された実施の形態１の高出力電力増幅器に対して、実施の形態２の高出力電力増幅器においては、ドレーン電圧供給部が、整流回路１２１と変圧回路１２２と平滑回路１２３とに加えて、ドレーン電圧供給部から電力増幅部へのドレーン電圧出力をＯＮ／ＯＦＦ制御できるように、ドレーン電圧出力ＯＮ／ＯＦＦ手段であるドレーン電圧出力ＯＮ／ＯＦＦ部を有している。また、ゲートバイアス電圧供給部は、電池１３１と変圧回路１３２と平滑回路１３３とに加えて、ゲートバイアス電圧供給部から電力増幅部に供給されるゲートバイス電圧が予め定めた許容電圧の範囲内であるか否かを判断するための、ゲートバイアス電圧モニター手段であるゲートバイアス電圧モニター部を有している。これらの点において実施の形態２の構成が、実施の形態１の構成と異なっている。
【００４６】
上記のように構成された実施の形態２の高出力電力増幅器においては、ゲートバイス電圧が予め定めた許容電圧の範囲内である場合にのみ、ドレーン電圧を供給することができるため、電池の電圧低下や故障の際でも、過電流によるＦＥＴの破壊を確実に防止することができる。
【００４７】
以下、実施の形態２の高出力電力増幅器について、実施の形態１の高出力電力増幅器との相違点を中心に説明する。なお、実施の形態２の説明において、前述の実施の形態１と同じ機能を有する構成要素には同じ参照符号を付し、その説明を省略する。また、実施の形態２において前述の実施の形態１と同じ作用を有する内容についても、その説明を省略する。
【００４８】
図４は、実施の形態２の高出力電力増幅器２００の基本構成を示すブロック図である。
図４に示すように、実施の形態２の高出力電力増幅器２００は、入力端子１０１と、出力端子１０２と、外部電源接続端子１０３と、電力増幅部１１０と、ドレーン電圧供給部２２０と、ゲートバイアス電圧供給部２３０と、を備えている。なお、図４において、高出力電力増幅器２００は、電力増幅部１１０と入力端子１０１と出力端子１０２とをそれぞれ１つ有する構成を示すが、本発明の高出力電力増幅器の構成としては電力増幅部と入力端子と出力端子の数を１つに限定するものではない。
【００４９】
ドレーン電圧供給部２２０は、整流回路１２１と、変圧回路１２２と、平滑回路１２３と、ドレーン電圧ＯＮ／ＯＦＦ部２４０とを有しており、外部電源接続端子１０３、および電力増幅部１１０に接続されている。ドレーン電圧供給部２２０は、外部電源接続端子１０３から入力された交流電力から正電圧のドレーン電圧を生成して、電力増幅部１１０に供給する。ドレーン電圧供給部２２０の具体的な構成については、後述する。
【００５０】
ゲートバイアス電圧供給部２３０は、電池１３１と、変圧回路１３２と、平滑回路１３３と、ゲートバイアス電圧モニター部２５０とを有しており、電力増幅部１１０に接続されている。ゲートバイアス電圧供給部２３０は、電池１３１の直流電圧出力から負電圧のゲートバイアス電圧を生成して、電力増幅部１１０に供給する。ゲートバイアス電圧供給部２３０の具体的な構成については、後述する。
【００５１】
ゲートバイアス電圧供給部２３０のゲートバイアス電圧モニター部２５０は、ドレーン電圧供給部２２０のドレーン電圧出力ＯＮ／ＯＦＦ部２４０と接続されており、ゲートバイアス電圧モニター部２５０でモニターしたゲートバイアス電圧信号２６０を、ドレーン電圧出力ＯＮ／ＯＦＦ部２４０に送出する。
【００５２】
外部電源接続端子１０３は、外部商用電源１４０と接続できるように構成されており、例えば、２芯または３芯の電線とコンセントプラグで構成されている。
【００５３】
次に、ドレーン電圧供給部２２０の具体的な構成について説明する。図５は、ドレーン電圧供給部２２０の具体的な構成を示すブロック図である。
【００５４】
図５に示すように、ドレーン電圧供給部２２０は、整流回路１２１と、変圧回路１２２と、平滑回路１２３と、ドレーン電圧出力ＯＮ／ＯＦＦ部２４０と、を有しており、この順に従って接続されている。整流回路１２１は、外部電源接続端子１０３に接続されている。ドレーン電圧出力ＯＮ／ＯＦＦ部２４０は、電力増幅部１１０と、ゲートバイアス電圧モニター部２５０に接続されている。
【００５５】
整流回路１２１と、変圧回路１２２と、平滑回路１２３の具体的な構成は、前述の実施の形態１において説明した、図２のドレーン電圧供給部１２０の具体的な構成と同一であるので、その説明は省略する。
【００５６】
ドレーン電圧出力ＯＮ／ＯＦＦ部２４０は、有接点リレー２４１と、分圧抵抗器２４２，２４３を有する。
【００５７】
有接点リレー２４１は、一般的なメカニカルリレーであり、制御コイルの両端に一定以上の電位差を設けることにより、接点が開状態、若しくは閉状態となる。実施の形態２においては、制御コイルの両端の電位差がαＶ以下の時に接点が開状態（すなわち、ＯＦＦの状態）となり、制御コイルの両端の電位差がαＶ以上の時に接点が閉状態（すなわち、ＯＮの状態）となる、有接点リレーを使用し、制御コイルの（＋）端子がＧＮＤに接続されている。
【００５８】
分圧抵抗器２４２は、一方がゲートバイアス電圧モニター部２５０に接続されており、他方が有接点リレー２４１の制御コイルのマイナス（−）端子に接続されている。分圧抵抗器２４３は、一方が有接点リレー２４１の制御コイルのマイナス（−）端子に接続され、他方が有接点リレー２４１の制御コイルのプラス（＋）端子とＧＮＤに接続されている。ゲートバイアス電圧モニター部２５０から分圧抵抗器２４２に入力されたゲートバイアス電圧信号２６０は、分圧抵抗器２４２，２４３で分圧され、有接点リレー２４１の制御コイルのマイナス（−）端子に入力される。
【００５９】
上記のように構成された実施の形態２の高出力電力増幅器２００において、ドレーン電圧出力ＯＮ／ＯＦＦ部２４０は、ゲートバイアス電圧モニター部２５０から入力されたゲートバイアス電圧信号２６０の電圧により、有接点リレー２４１の制御コイルのマイナス（−）端子に入力される電圧が、−αＶ以上の場合には、有接点リレー２４１の接点が開状態となり、平滑回路１２３から出力されたドレーン電圧は、電力増幅部１１０へ送出されなくなる。一方、有接点リレー２４１の制御コイルのマイナス（−）端子に入力される電圧が、−αＶ以下の場合には、有接点リレー２４１の接点が閉状態となり、平滑回路１２３から出力されたドレーン電圧が、電力増幅部１１０へ送出される。
【００６０】
以上のように、ドレーン電圧供給部２２０は、図５で示したような構成を有することにより、外部電源接続端子１０３を経由して入力された、外部商用電源１４０の交流電圧から、電力増幅部１１０に供給するドレーン電圧を生成すると共に、ゲートバイアス電圧モニター部２５０から入力されるゲートバイアス電圧信号２６０により、電力増幅部１１０へのドレーン電圧の供給をＯＮ／ＯＦＦ制御することができる。
【００６１】
次に、ゲートバイアス電圧供給部２３０の具体的な構成について説明する。図６は、ゲートバイアス電圧供給部２３０の具体的な構成を示すブロック図である。
【００６２】
図６に示すように、ゲートバイアス電圧供給部２３０は、電池１３１と、変圧回路１３２と、平滑回路１３３と、ゲートバイアス電圧モニター部２５０と、を有しており、この順に従って接続されている。また、ゲートバイアス電圧モニター部２５０は、電力増幅部１１０と、ドレーン電圧出力ＯＮ／ＯＦＦ部２４０に接続されている。
【００６３】
電池１３１と、変圧回路１３２と、平滑回路１３３の具体的な構成は、前述の実施の形態１において説明した、図３のゲートバイアス電圧供給部１３０の具体的な構成と同一であるので、説明は省略する。
【００６４】
ゲートバイアス電圧モニター部２５０は、逆流保護用ダイオード２５１を有する。逆流保護用ダイオード２５１のカソード端子は、平滑回路１３３の出力から電力増幅部１１０へ入力されるゲートバイアス電圧の経路に接続されており、逆流保護用ダイオード２５１のアノード端子は、ドレーン電圧出力ＯＮ／ＯＦＦ部２４０に接続されている。
【００６５】
上記のように、ゲートバイアス電圧供給部２３０は、図６で示した構成を有することにより、電池１３１の出力電圧から、電力増幅部１１０に供給するゲートバイアス電圧を生成すると共に、平滑回路１３３から電力増幅部１１０へ送出されるゲートバイアス電圧の電圧値を、逆流保護用ダイオード２５１を介して、ゲートバイアス電圧信号２６０として、ドレーン電圧出力ＯＮ／ＯＦＦ部２４０に送出している。
【００６６】
実施の形態２の高出力電力増幅器２００の構成によれば、デプレッション型ＦＥＴ１１１の、ドレーン端子には、外部商用電源１４０を電力源としてドレーン電圧供給部２２０で生成された正電圧のドレーン電圧が印加され、ゲート端子には、電池１３１を電力源としてゲートバイアス電圧供給部２３０で生成された負電圧のゲートバイアス電圧が確実に印加される。さらに、実施の形態２の高出力電力増幅器２００においては、デプレッション型ＦＥＴ１１１のゲート端子に印加されるゲートバイス電圧が予め定めた許容電圧の範囲内である場合にのみ、ドレーン端子へのドレーン電圧の供給をＯＮ状態とするため、電池１３１の電圧低下や故障の際には、ドレーン端子へのドレーン電圧の供給がＯＦＦ状態となり、過電流によるＦＥＴの破壊を確実に防止することができる。
【００６７】
（実施の形態３）
以下、本発明に係る実施の形態３の高出力電力増幅器を添付の図面を参照しながら説明する。
【００６８】
前述の実施の形態２の高出力電力増幅器においては、ゲートバイアス電圧供給部が、電池１３１と、電池１３１の出力電圧から負電圧のゲートバイアス電圧を出力する、変圧回路１３２と平滑回路１３３と、ゲートバイス電圧が予め定めた許容電圧の範囲内であるか否かを判断する、ゲートバイアス電圧モニター部２５０と、で構成されている。このように構成された実施の形態２の高出力電力増幅器に対して、実施の形態３の高出力電力増幅器においては、ゲートバイアス電圧供給部が、変圧回路１３２と平滑回路１３３とゲートバイアス電圧モニター部２５０に加えて、電池の代わりに蓄電池を用いるとともに、蓄電池を充電する充電回路と、蓄電池の出力電圧値をモニターする電池レベルモニター部と、を有している。これらの点において実施の形態３の構成が、実施の形態２の構成と異なっている。
【００６９】
上記のように構成された実施の形態３の高出力電力増幅器においては、蓄電池が放電により、出力電圧が一定の電圧に低下した時点で、自動的に充電が行われる。したがって、ゲートバイアス電圧の電力源である蓄電池は常に一定以上の電圧を維持できるため、電池を交換する手間を無くすことができる。また、実施の形態３の高出力電力増幅器においては、連続動作を行っても蓄電池の電圧低下の心配が無くなり、ゲート端子に常時安定したゲートバイアス電圧を印加することができる。この結果、実施の形態３の高出力電力増幅器は、過電流によるＦＥＴの破壊を確実に防止することができる。
【００７０】
以下、実施の形態３の高出力電力増幅器について、実施の形態２の高出力電力増幅器との相違点を中心に説明する。なお、実施の形態３の説明において、前述の実施の形態２と同じ機能を有する構成要素には同じ参照符号を付し、その説明を省略する。また、実施の形態３の説明において、前述の実施の形態２と同じ作用を有する内容についても、その説明を省略する。
【００７１】
図７は、実施の形態３の高出力電力増幅器３００の基本構成を示すブロック図である。
図７に示すように、実施の形態３の高出力電力増幅器３００は、入力端子１０１と、出力端子１０２と、外部電源接続端子１０３と、電力増幅部１１０と、ドレーン電圧供給部２２０と、ゲートバイアス電圧供給部３３０と、を備えている。なお、図７において、高出力電力増幅器３００は、電力増幅部１１０と入力端子１０１と出力端子１０２とをそれぞれ１つ有する構成を示すが、本発明の高出力電力増幅器の構成としては電力増幅部と入力端子と出力端子の数を１つに限定するものではない。
【００７２】
ドレーン電圧供給部２２０の構成は、前述の実施の形態２において説明した、図５のドレーン電圧供給部２２０の具体的な構成と同一であるので、それらの説明は省略する。
【００７３】
ゲートバイアス電圧供給部３３０は、蓄電池３３１と、充電回路３３２と、電池レベルモニター部３３３と、変圧回路１３２と、平滑回路１３３と、ゲートバイアス電圧モニター部２５０と、を有している。ゲートバイアス電圧供給部３３０において、蓄電池３３１と、変圧回路１３２と、平滑回路１３３と、ゲートバイアス電圧モニター部２５０は、この順に従って接続されている。ゲートバイアス電圧モニター部２５０は、電力増幅部１１０と、ドレーン電圧出力ＯＮ／ＯＦＦ部２４０に接続されている。充電回路３３２は、蓄電池３３１と、電池レベルモニター部３３３と、外部電源接続端子１０３に接続され、電池レベルモニター部３３３は、蓄電池３３１の出力と、充電回路３３２に接続されている。
【００７４】
変圧回路１３２と、平滑回路１３３と、ゲートバイアス電圧モニター部２５０の具体的な構成は、前述の実施の形態２において説明した、図６のゲートバイアス電圧供給部２３０の具体的な構成と同一であるので、それらの説明は省略する。
【００７５】
蓄電池３３１は、一般的な二次電池であり、リチウム・イオン二次電池または、ニッケル・カドミウム二次電池などを用いることができる。蓄電池３３１として用いる二次電池は、メモリー効果が小さい二次電池を用いるのが望ましい。
【００７６】
電池レベルモニター部３３３は、蓄電池３３１の出力電圧をモニターして、蓄電池３３１の出力電圧が第１の値に低下した時に、充電回路３３２が充電を開始するよう制御する。また、電池レベルモニター部３３３は、蓄電池３３１の出力電圧が第２の値に到達した時に、充電回路３３２が充電を停止するよう制御する。
【００７７】
充電回路３３２は、外部電源接続端子１０３を介して入力された交流電圧を、蓄電池３３１を充電するのに適した電圧に変換する、一般的な、交流−直流変換回路を用いることができる。充電回路３３２は、電池レベルモニター部３３３により、充電の開始と停止が制御される。
【００７８】
外部電源接続端子１０３は、外部商用電源１４０と接続できるように構成されており、例えば、２芯または３芯の電線とコンセントプラグで構成されている。
【００７９】
上記のように構成された実施の形態３の高出力電力増幅器３００において、蓄電池３３１は放電により、電圧が一定の電圧に低下した時点で、自動的に充電が行われる。したがって、ゲートバイアス電圧の電力源である蓄電池３３１は常に一定以上の電圧を維持できるため、実施の形態３の高出力電力増幅器３００においては電池を交換する手間を無くすことができる。また、実施の形態３の高出力電力増幅器３００においては、連続動作を行っても蓄電池３３１の電圧低下の心配が無くなり、デプレッション型ＦＥＴ１１１のゲート端子に常時安定したゲートバイアス電圧を印加することができる。この結果、実施の形態３の高出力電力増幅器は、過電流によるＦＥＴの破壊を確実に防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、デプレッション型ＦＥＴを増幅素子として構成した、数十Ｗ〜数百Ｗの高周波電力を増幅する高出力電力増幅器において、不慮の電源断や、制御マイコンの誤動作や故障の際にも、過電流によるＦＥＴの破壊を確実に防止することができるため、車載用や家庭用として使用される、電子レンジなどの調理機器や、高周波加熱を利用した様々な民生機器に有用な技術である。
【符号の説明】
【００８１】
１００，２００，３００  高出力電力増幅器
１０１  入力端子
１０２  出力端子
１０３  外部電源接続端子
１１０  電力増幅部
１１１  デプレッション型ＦＥＴ
１１２  入力ＤＣカットコンデンサ
１１３  出力ＤＣカットコンデンサ
１１４  ゲートバイアスインダクタ
１１５  ドレーンバイアスインダクタ
１２０，２２０  ドレーン電圧供給部
１２１  整流回路
１２２  変圧回路
１２３  平滑回路
１３０，２３０，３３０  ゲートバイアス電圧供給部
１３１  電池
１３２  変圧回路
１３３  平滑回路
１４０  外部商用電源
２４０  ドレーン電圧出力ＯＮ／ＯＦＦ部
２５０  ゲートバイアス電圧モニター部
２６０  ゲートバイアス電圧信号
３３１  蓄電池
３３２  充電回路
３３３  電池レベルモニター部
【図１】
2013088635.tif 000003
【図２】
2013088635.tif 000004
【図３】
2013088635.tif 000005
【図４】
2013088635.tif 000006
【図５】
2013088635.tif 000007
【図６】
2013088635.tif 000008
【図７】
2013088635.tif 000009
【国際調査報告】
2013088635.tif 000010
2013088635.tif 000011
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