(57)【要約】【課題】  インピーダンス変換増幅器における出力電圧又は電流変換比を増大させるための技術を提供する。【解決手段】  インピーダンス変換増幅器における出力電圧又は電流変換比を大幅に増大させる方法及び装置。広い意味では、本方法は、位相同期多重インピーダンス変換段を利用し、その各段は、好ましくは、最終的な出力電圧又は電流の等しい部分を与える。
2005525736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス幅変調器（ＰＷＭ）によって制御されたゲートスイッチを通る入力信号に従ってエネルギが負荷に結合される種類のスイッチング増幅器における出力増幅比を増大させるための、電源に接続した回路であって、
各々が電源とゲートスイッチとの間に接続され、かつ、負荷に結合されたエネルギの一部分を与えるために「ＰＭＷ」により位相同期ベースで制御された複数のインピーダンス変換段、
を含むことを特徴とする回路。
【請求項２】
各インピーダンス変換段は、負荷に結合されたエネルギの等しい部分を与えることを特徴とする請求項１に記載の回路。
【請求項３】
各インピーダンス変換段は、インダクタと直列に「ＰＷＭ」制御式スイッチを含み、それによって負荷に対する電圧を増大させることを特徴とする請求項１に記載の回路。
【請求項４】
ゲートスイッチで負荷を駆動するインピーダンス変換増幅器における出力増幅比を増大させる方法であって、
電源とゲートスイッチとの間に接続された複数の位相同期インピーダンス変換段を設ける段階と、
前記変換段を各々が負荷に亘る電圧又は電流のそれぞれの部分を与えるように制御する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項５】
各インピーダンス変換段は、負荷に亘る電圧又は電流の実質的に等しい部分を与えることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２００２年５月１３日出願の米国特許仮出願一連番号第６０／３８０，４３６号からの優先権を請求するものであり、その全内容は、本明細書において引用により組み込まれる。
本発明は、一般的に、インピーダンス変換増幅器に関するものであり、特に、この種の増幅器における出力電圧又は電流変換比を増大させるための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
インピーダンス変換増幅器は、「インピーダンス変換出力段を有するスイッチング増幅器」という名称で本明細書において引用により組み込まれている米国特許第５，６１０，５５３号で説明されるように、変成器を使用せずに入力を超える出力電圧又は電流をもたらすものである。しかし、高い効率を得るためには、低負荷インピーダンスでの最大電圧又は電流増幅比には限界がある。負荷が８オーム未満の典型的な電圧比は、一般的に４：１又はそれ以下に限定される。いくつかの限定電圧用途においては、取得可能な最大の比でも妥当な電力をもたらさない。より高い電力用途でのその使用範囲を拡大するために、インピーダンス変換増幅器における出力増幅比を増大する必要性が存在する。
【０００３】
【特許文献１】米国特許仮出願一連番号第６０／３８０，４３６号
【特許文献２】米国特許第５，６１０，５５３号
【発明の開示】
【０００４】
本発明は、インピーダンス変換増幅器における出力電圧又は電流変換比を大幅に増大させる方法及び装置に関する。広い意味では、本方法は、位相同期多重インピーダンス変換段を利用し、その各段は、好ましくは、最終的な出力電圧又は電流の等しい部分を与える。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
ここで図１を参照すると、電圧供給装置１０１は、次に示す全ての作動のための電力を供給する。スイッチング装置１０４は、着信データストリーム１１８の受信に応答して制御信号を供給する「ＰＷＭ変調器」１０９からの信号１１９の制御の下でインダクタ１０２を充電する。標準的なパルス幅変調技術が用いられることが好ましい。
信号１１９が終わると、インダクタ１０２は、その蓄積した電荷をダイオード１０６を通じてコンデンサ１０８の中に放出する。このイベントサイクルの後に、スイッチング装置１０５は、「ＰＷＭ変調器」１０９からの信号１２０の制御の下でインダクタ１０３を充電する。信号１２０が終わると、インダクタ１０３は、その蓄積した電荷をダイオード１０７を通じてコンデンサ１０８の中に放出する。代替的に、着信データ１１８を表すエネルギは、供給装置１０１の電圧でインダクタ１０２又は１０３のいずれかに蓄積され、別の電圧でコンデンサ１０８の中に放出されることが分る。
【０００６】
ライン１２１及び１２２上の制御信号は、着信データ１１８の符号を反映するように「ＰＷＭ変調器」１０９によって制御される。このような作動は、当業技術の様々な慣行に従って静的又は動的に起こる場合がある。制御信号１２１及び１２２は、スイッチング装置１１０及び１１２をそれぞれ作動し、同時に、インバータ１２３及び１２４の作動を通じてスイッチング装置１１１及び１１３をそれぞれ作動停止する役目をする。
【０００７】
以上の正味の効果は、コンデンサ１０８に蓄積した電荷がスイッチング装置１１０及びインダクタ１１４、又は、スイッチング装置１１２及びインダクタ１１５もいずれかを通じて負荷１１７の１つの端子に利用可能にされ、それによって負荷１１７を通る電流の方向が制御されるということである。インダクタ１１４及び１１５は、コンデンサ１１６と共に、サンプリング処理に固有のエイリアス副産物をフィルタで除去する役目をする。負荷１１７に対する電流の戻りは、電圧供給装置１０１までスイッチング装置１１１又は１１３のいずれかを通すことによって達成される。この接続方法により、負荷１１７で利用可能な出力はゼロに近づくことができる。
【０００８】
ここで図２を参照すると、トレース２０１及び２０２は、それぞれ、図１の制御信号１１９及び１２０の挙動を示す。トレース２０３及び２０４は、それぞれ、ダイオード１０６及び１０７の陰極の挙動、従って、それぞれ図１のインダクタ１０２及び１０３の電位を示す。トレース２０５は、図１に全て示されているダイオード１０６及び１０７、コンデンサ１０８、及びスイッチング装置１１０及び１１２の共通接続部での挙動、従って、本明細書で説明する作用によって生成される瞬時電圧を示す。
【０００９】
時間２０６では、制御信号１１９は、レース２０１においてアサートされ、その結果は、トレース２０３のダイオード１０６に見ることができる。時間２０７では、トレース２０１に見られる制御信号１１９が解除は、トレース２０３に見られるインダクタ１０２からのフライバック電圧を生成する。ダイオード１０６を通じて導電されたこのフライバック電圧は、トレース２０５に見られるコンデンサ１０８に亘る電位の増加をもたらす。時間２０８及び２０９でそれぞれ見られる制御信号１２０のその後のアサート及びアサート停止は、時間２０９でトレース２０４に見られるインダクタ１０３からの類似のフライバック電圧、及びその時間のトレース２０５に見られるコンデンサ１１８に亘る電位の増加をもたらす。
【００１０】
２つの交互するインダクタフライバック周期を用いると、各インダクタに対する出力期間（単一段のインダクタが利用可能と考えられる期間）の２倍の充電期間の可能性をもたらすことに注意すべきである。この期間の増大は、その後のフライバック段の追加にも当て嵌まり、すなわち、例えば、３つのインダクタを使用すれば、出力期間の３倍のインダクタ充電期間が可能になる。上述の倍増においては、利用可能なインダクタ充電期間は、その最大電流を倍増し、従って、得られる最大フライバック電圧は、任意の負荷抵抗に対して倍増する。こうして、このトポロジーのインピーダンス変換増幅器の得られる出力電力は、使用時の電圧変換比に使用した段数の二乗を掛けたものになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の好ましい実施形態を示す図である。
【図２】図１の回路に対する制御及び出力信号の電圧波形を示す図である。
【符号の説明】
【００１２】
１０１  電圧供給装置
１０２、１０３、１１４、１１５  インダクタ
１０４、１０５、１１０、１１１、１１２、１１３  スイッチング装置
１０６  ダイオード
１０８  コンデンサ
１０９  ＰＷＭ変調器
１１８  着信データストリーム
【図１】
2005525736.tif 000003
【図２】
2005525736.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成17年3月28日(2005.3.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
以上の正味の効果は、コンデンサ１０８に蓄積した電荷がスイッチング装置１１０及びインダクタ１１４、又は、スイッチング装置１１２及びインダクタ１１５のいずれかを通じて負荷１１７の１つの端子によって利用可能にされ、これにより負荷１１７を通る電流の方向が制御されるということである。インダクタ１１４及び１１５は、コンデンサ１１６と共に、サンプリング処理に固有のエイリアス生成物をフィルタ除去する役目をする。負荷１１７に対する電流の戻りは、電圧供給装置１０１までスイッチング装置１１１又は１１３のいずれかを通すことによって達成される。この接続方法により、負荷１１７で利用可能な出力はゼロに近づくことができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
ここで図２を参照すると、波形図２０１及び２０２は、それぞれ、図１の制御信号１１９及び１２０の挙動を示す。波形図２０３及び２０４は、それぞれ、ダイオード１０６及び１０７のカソード側の挙動、すなわち、それぞれ図１のインダクタ１０２及び１０３の電位を示す。波形図２０５は、図１に示されているダイオード１０６及び１０７、コンデンサ１０８、及びスイッチング装置１１０及び１１２すべての共通接続部での挙動、従って、本明細書で説明する作用によって生成される瞬時電圧を示す。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
時点２０６において、制御信号１１９は、信号２０１によってアサートされ、その結果は、ダイオード１０６において波形図２０３に見られるようになる。時点２０７においては、波形図２０１に見られる制御信号１１９の解除によって、波形図２０３に見られるようなインダクタ１０２からのフライバック電圧が生成される。ダイオード１０６を通して導通するこのフライバック電圧は、波形図２０５に示すように、コンデンサ１０８の両端での電位の増加をもたらす。時点２０８及び２０９でそれぞれ見られる制御信号１２０のその後のアサート及びアサート停止は、時点２０９で波形図２０４に見られるようなインダクタ１０３からの類似のフライバック電圧、及びその時点の波形図２０５に見られるようなコンデンサ１１８の両端の電位の増加をもたらす。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
２つの交互するインダクタフライバック周期を用いることによって、各インダクタに対する出力期間（単一段のインダクタが利用可能と考えられる期間）の２倍の充電期間が可能となるという点が注目される。この期間の増大は、その後のフライバック段の追加にも当て嵌まり、すなわち、例えば、３つのインダクタを使用すれば、出力期間の３倍のインダクタ充電期間が可能になる。上述の倍増においては、利用可能なインダクタ充電期間は、その最大電流を倍増し、従って、得られる最大フライバック電圧は、任意の負荷抵抗に対して倍増する。こうして、このトポロジーのインピーダンス変換増幅器の得られる出力電力は、使用時の電圧変換比に使用した段数の二乗を掛けたものになる。
【国際調査報告】
2005525736.tif 000005