(57)【要約】【課題】ＲＦ信号を増幅するための電力増幅器に用いられる電源装置において、ＲＦ信号の包絡線成分の変化に追随して出力電圧を変化させる。【解決手段】スイッチング電源３０を制御する電源制御部４０は、振幅成分算出部４３と、スイッチング周波数制御部４４と、デューティ比補正部４５とを含む。振幅成分算出部４３は、ベースバンド信号（Ｉ信号、Ｑ信号）の振幅成分を算出する。スイッチング周波数制御部４４は、算出した振幅成分が大きいほどスイッチング周波数が大きくなるようにスイッチング素子３１のオン時間およびオフ時間を設定する。デューティ比補正部４５は、スイッチング周波数制御部４４によって設定されたオン時間およびオフ時間を、ベースバンド信号の振幅成分の変化率に応じて補正する。【選択図】図４
2011030115.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦ信号を増幅する電力増幅器に駆動電圧を供給するための電源装置であって、
前記ＲＦ信号は、ベースバンドの変調信号によって変調された信号であり、
前記電源装置は、
スイッチング素子のスイッチング動作によって異なる大きさの前記駆動電圧を生成し、生成した前記駆動電圧を前記電力増幅器に供給するスイッチング電源と、
前記変調信号の振幅成分の大きさに応じて前記スイッチング素子のスイッチング周波数を変化させることによって、前記駆動電圧の大きさを変化させるスイッチング周波数制御部とを備える、電源装置。
【請求項２】
前記スイッチング周波数制御部は、前記スイッチング素子のオン時間を所定の値に固定し、前記変調信号の振幅成分の大きさが大きいほど前記スイッチング素子のオフ時間を小さく設定することによって、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を変化させる、請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記スイッチング周波数制御部は、前記スイッチング素子のオフ時間を所定の値に固定し、前記変調信号の振幅成分の大きさが大きいほど前記スイッチング素子のオン時間を大きく設定することによって、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を変化させる、請求項１に記載の電源装置。
【請求項４】
前記電源装置は、スイッチング周期ごとに、前記スイッチング周波数制御部によって設定されたオン時間およびオフ時間の少なくとも一方を補正することによって、前記変調信号の振幅成分の変化率が正であり、かつ、その絶対値が大きいほど、補正前に比べてデューティ比を増加させ、前記変調信号の振幅成分の変化率が負であり、かつ、その絶対値が大きいほど、補正前に比べてデューティ比を減少させるデューティ比補正部をさらに備える、請求項２または３に記載の電源装置。
【請求項５】
送信データに基づいてベースバンドの変調信号を生成するベースバンド回路と、
前記変調信号によって変調されたＲＦ信号を生成するＲＦ信号生成部と、
前記ＲＦ信号を増幅する電力増幅器と、
前記電力増幅器に駆動電圧を供給する電源装置とを備え、
前記電源装置は、
スイッチング素子のスイッチング動作によって異なる大きさの前記駆動電圧を生成し、生成した前記駆動電圧を前記電力増幅器に供給するスイッチング電源と、
前記ベースバンド回路から前記変調信号を受け、受信した前記変調信号の振幅成分を算出し、算出した前記振幅成分の大きさに応じて前記スイッチング素子のスイッチング周波数を変化させることによって前記駆動電圧の大きさを変化させるスイッチング周波数制御部とを含む、送信機。
【請求項６】
送信データに基づいてベースバンドの変調信号を生成するとともに、生成した前記変調信号の振幅成分を算出するベースバンド回路と、
前記変調信号によって変調されたＲＦ信号を生成するＲＦ信号生成部と、
前記ＲＦ信号を増幅する電力増幅器と、
前記電力増幅器に駆動電圧を供給する電源装置とを備え、
前記電源装置は、
スイッチング素子のスイッチング動作によって異なる大きさの前記駆動電圧を生成し、生成した前記駆動電圧を前記電力増幅器に供給するスイッチング電源と、
前記ベースバンド回路から前記振幅成分に比例した信号を受け、前記振幅成分の大きさに応じて前記スイッチング素子のスイッチング周波数を変化させることによって前記駆動電圧の大きさを変化させるスイッチング周波数制御部とを含む、送信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、変調された無線周波数信号を増幅する増幅器に用いられる電源装置に関し、この電源装置を含む送信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線送信機の最終段の電力増幅器は、低歪みの増幅を行なうために線形領域で使用される。したがって、電力増幅器を駆動する電源電圧は、送信電力が最大の場合を見込んで設定されている。このため、通常の送信電力の場合には電力損失が大きくなってしまい、最終段での電力増幅器の電力効率は１０数％から２０％程度まで低下する。
【０００３】
特開２００８−２５２７６５号公報（特許文献１）は、無線送信機の電力増幅器の送信電力効率を改善するための技術を開示する。この文献によれば、無線制御部は送信すべき４チャネルのデジタルデータの入力を受け、入力されたデジタルデータから振幅情報信号と１６値ＱＡＭ（Quadrature  Amplitude  Modulation）信号とを生成する。バイアス制御回路は、アンプ、ダイオード、およびコンデンサを含む。アンプは無線制御部から出力された振幅情報信号を増幅する。ダイオードはアンプの出力を整流する。コンデンサは、ダイオードにより整流された信号の包絡線である包絡線信号を生成して電力増幅器に供給する。電力増幅器は、バイアス制御回路から電源電圧の供給を受けて動作し、ＲＦ（Radio  Frequency）信号を増幅してアンテナを介して放射する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２５２７６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の特許文献の技術は、ＲＦ信号の包絡線成分に対して電力増幅器を駆動する駆動電圧を追随させ、これによって電力増幅器の消費電力を低減させるものである。このような方法では、包絡線成分の急峻な変化に対しても十分に追随するように、出力電圧を急峻に変化させることができる電源装置が必要になる。
【０００６】
この発明の目的は、ＲＦ信号を増幅する電力増幅器に用いられる電源装置において、ＲＦ信号の包絡線成分の変化に追随して出力電圧を変化させることができる電源装置を提供することである。この発明の他の目的は、このような電源装置を搭載した送信機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は一局面において、ＲＦ信号を増幅する電力増幅器に駆動電圧を供給するための電源装置であって、スイッチング電源と、スイッチング周波数制御部とを備える。ここで、ＲＦ信号は、ベースバンドの変調信号によって変調された信号である。スイッチング電源は、スイッチング素子のスイッチング動作によって異なる大きさの駆動電圧を生成し、生成した駆動電圧を電力増幅器に供給する。スイッチング周波数制御部は、変調信号の振幅成分の大きさに応じてスイッチング素子のスイッチング周波数を変化させることによって、駆動電圧の大きさを変化させる。
【０００８】
好ましくは、スイッチング周波数制御部は、スイッチング素子のオン時間を所定の値に固定し、変調信号の振幅成分の大きさが大きいほどスイッチング素子のオフ時間を小さく設定することによって、スイッチング素子のスイッチング周波数を変化させる。
【０００９】
もしくは、スイッチング周波数制御部は、スイッチング素子のオフ時間を所定の値に固定し、変調信号の振幅成分の大きさが大きいほどスイッチング素子のオン時間を大きく設定することによって、スイッチング素子のスイッチング周波数を変化させる。
【００１０】
好ましくは、電源装置は、スイッチング周期ごとに、スイッチング周波数制御部によって設定されたオン時間およびオフ時間の少なくとも一方を補正することによって、変調信号の振幅成分の変化率が正であり、かつ、その絶対値が大きいほど、補正前に比べてデューティ比を増加させ、変調信号の振幅成分の変化率が負であり、かつ、その絶対値が大きいほど、補正前に比べてデューティ比を減少させるデューティ比補正部をさらに備える。
【００１１】
この発明は他の局面において送信機であって、ベースバンド回路と、ＲＦ信号生成部と、電力増幅器と、電源装置とを備える。ベースバンド回路は、送信データに基づいてベースバンドの変調信号を生成する。ＲＦ信号生成部は、変調信号によって変調されたＲＦ信号を生成する。電力増幅器は、ＲＦ信号を増幅する。電源装置は、電力増幅器に駆動電圧を供給する。電源装置は、スイッチング電源と、スイッチング周波数制御部とを含む。スイッチング電源は、スイッチング素子のスイッチング動作によって異なる大きさの駆動電圧を生成し、生成した駆動電圧を電力増幅器に供給する。スイッチング周波数制御部は、ベースバンド回路から変調信号を受け、受信した変調信号の振幅成分を算出し、算出した振幅成分の大きさに応じてスイッチング素子のスイッチング周波数を変化させることによって駆動電圧の大きさを変化させる。
【００１２】
この発明はさらに他の局面において送信機であって、ベースバンド回路と、ＲＦ信号生成部と、電力増幅器と、電源装置とを備える。ベースバンド回路は、送信データに基づいてベースバンドの変調信号を生成するとともに、生成した変調信号の振幅成分を算出する。ＲＦ信号生成部は、変調信号によって変調されたＲＦ信号を生成する。電力増幅器は、ＲＦ信号を増幅する。電源装置は、電力増幅器に駆動電圧を供給する。電源装置は、スイッチング電源と、スイッチング周波数制御部とを含む。スイッチング電源は、スイッチング素子のスイッチング動作によって異なる大きさの駆動電圧を生成し、生成した駆動電圧を電力増幅器に供給する。スイッチング周波数制御部は、ベースバンド回路から振幅成分に比例した信号を受け、振幅成分の大きさに応じてスイッチング素子のスイッチング周波数を変化させることによって駆動電圧の大きさを変化させる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、変調信号の振幅成分の大きさに応じてスイッチング電源のスイッチング周波数を変化させることによって、ＲＦ信号の包絡線成分の変化に追随して電源装置の出力電圧を変化させることができる。ここで、スイッチング周波数を変化させる方法として、オン時間を固定してオフ時間を変化させても、逆にオフ時間を固定してオン時間を変化させてもよい。好ましくは、設定されたオン時間およびオフ時間の少なくとも一方を補正することによってデューティ比を調整するようにすれば、振幅成分の変化に対する出力電圧の追随性をさらに高めることができる。
【００１４】
また、スイッチング周波数変調方式を使用することによって、固定定数であるコイルのインダクタンス値が演算処理内に入るので、真の最適化を行なうことができる。その結果、電源回路での損失は出力に関係なく安定することから電源回路単体での効率の悪化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態１による送信機１の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の電力増幅器１６の送信電力効率について説明するための図である（駆動電圧が一定の場合）。
【図３】図１の電力増幅器１６の送信電力効率について説明するための図である（駆動電圧を変化させた場合）。
【図４】図１の電源装置２０の構成を示すブロック図である。
【図５】図４の補正テーブル記憶部４６に記憶された補正テーブルの一例を示す図である。
【図６】図４の電源制御部４０の動作を示すフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態２による電源装置２０Ａの構成を示すブロック図である。
【図８】この発明の実施の形態３による送信機１Ａの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。
【００１７】
＜実施の形態１＞
［送信機の概要］
図１は、この発明の実施の形態１による送信機１の構成を示すブロック図である。図１を参照して、送信機１は、送信データに基づいたベースバンド（ＢＢ：Base-Band）信号（変調信号とも称する）を中間周波数（ＩＦ：Intermediate  Frequency）信号に変換し、さらに、ＩＦ信号を無線周波数（ＲＦ：Radio  Frequency）信号に変換して送信する。送信機１は、たとえば携帯電話機の送信部を示したものである。
【００１８】
図１に示すように、送信機１は、ベースバンド回路２と、Ｄ／Ａ（Digital-to-Analog）変換器３Ｉ，３Ｑと、ローパスフィルタ４Ｉ，４Ｑと、ミキサ回路５Ｉ，５Ｑ，１４と、局部発振器６，１５と、位相シフタ７と、加算器８と、バンドパスフィルタ１２と、増幅器１３と、電力増幅器１６（ＰＡ：Power  Amplifier）と、アイソレータ１７と、アンテナ１８と、電源装置２０とを含む。以下では、まず、送信機１の各構成要素の概略について説明し、次に、この発明に関係する電源装置２０について図２以下を参照して詳しく説明する。
【００１９】
ベースバンド回路２は、送信データに基づいて搬送波の変調に用いる変調信号（ＢＢ信号）を生成する。ＱＰＳＫ（Quadri-Phase  Shift  Keying）、ＱＡＭ（Quadrature  Amplitude  Modulation）、ＯＦＤＭ（Orthogonal  Frequency  Division  Multiplexing）など、多くのデジタル変調方式では、変調信号はＩ信号およびＱ信号で表わされる。Ｉ信号は基準位相（０°）に対応する信号成分であり、Ｑ信号はＩ信号と位相が９０°異なる信号成分である。
【００２０】
生成されたＩ信号およびＱ信号は、それぞれＤ／Ａ変換器３Ｉ，３Ｑによってアナログ信号に変換された後、ローパスフィルタ４Ｉ，４Ｑによってその周波数帯域が制限される。ローパスフィルタ４Ｉ，４Ｑを通過したＩ信号およびＱ信号は、ミキサ回路５Ｉ，５Ｑにそれぞれ入力される。
【００２１】
ミキサ回路５Ｉは、局部発振器６の発振出力とローパスフィルタ４Ｉを通過したＩ信号とを混合する。ミキサ回路５Ｑは、位相シフタ７によって局部発振器６の発振出力を９０°位相シフトさせた信号と、ローパスフィルタ４Ｑを通過したＱ信号とを混合する。ミキサ回路５Ｉ，５Ｑの各出力信号が加算器８で加算されることによってＩＦ信号が生成される。このようにして、局部発振器６の発振出力がＢＢ信号（Ｉ信号およびＱ信号）によって直交変調される。
【００２２】
生成されたＩＦ信号は、バンドパスフィルタ１２によって周波数帯域が制限される。バンドパスフィルタ１２を通過したＩＦ信号は、増幅器１３によって信号レベルが調整された後、ミキサ回路１４に入力される。
【００２３】
ミキサ回路１４（ＲＦ信号生成部）は、局部発振器１５の発振出力とＩＦ信号とを混合することによって、ＩＦ信号をアップコンバートしたＲＦ信号を生成する。
【００２４】
電力増幅器１６は、ミキサ回路１４から出力されたＲＦ信号を増幅する。増幅されたＲＦ信号は、アイソレータ１７を通過した後、アンテナ１８から放射される。アイソレータ１７は、アンテナ１８からの反射波を抑制するために設けられている。
【００２５】
電源装置２０は、電力増幅器１６に駆動電圧を供給する。電源装置２０はデジタル制御電源によって構成され、スイッチング電源３０と、スイッチング電源３０をデジタル制御する電源制御部４０とを含む。
【００２６】
スイッチング電源３０は、入力された直流電圧を制御信号に応じた大きさの直流電圧に変換する回路である。スイッチング電源３０は、出力電圧を０レベルから変化できるものであれば、非絶縁型の降圧チョッパ、昇降圧チョッパ、もしくは絶縁型のフライバックコンバータ、フォワードコンバータなど、いずれの方式であってもよい。この明細書では、降圧チョッパを例に挙げて説明する。
【００２７】
電源制御部４０は、ＤＳＰ（Digital  Signal  Processor）またはＰＩＣ（Peripheral  Interface  Controller）マイコンなどの演算処理機能を持つ部品によって構成され、スイッチング電源３０を制御する。スイッチング電源３０を構成するスイッチング素子のオン時間およびオフ時間はスイッチング周期ごとに設定できる。具体的には、電源制御部４０は、ベースバンド回路２から受信したＢＢ信号（Ｉ信号、Ｑ信号）の振幅成分に応じて、スイッチング周期ごとにオン時間およびオフ時間を設定し、これによってスイッチング電源３０の出力電圧を変化させる。次に説明するように、このような制御を行なうことによって、電力増幅器１６の消費電力を低減させてその効率を高めることができる。
【００２８】
［電力増幅器の損失低減の原理］
図２、図３は、図１の電力増幅器１６の送信電力効率について説明するための図である。図２、図３は、電力増幅器１６から出力されたＲＦ信号の包絡線の波形５０と、電力増幅器１６に供給される駆動電圧の波形５１とを模式的に示したものである。図２は駆動電圧が一定の場合を示し、図３は駆動電圧を包絡線波形に合わせて変化させた場合を示す。ＲＦ信号は、時刻ｔ１〜ｔ２の時間帯に電力増幅器１６に入力される。
【００２９】
デジタル変調されたＲＦ信号は、多くの場合、振幅が一定でない。たとえば、日本の携帯電話で用いられる４分のπシフトＱＰＳＫの場合、原理的には振幅一定であるが、ローパスフィルタによって帯域制限が加えられると振幅変調を伴った波形になる。ＯＦＤＭなどサブキャリアを用いる通信方式では、キャリアの重ね合わせによって、全くランダムに振幅が変動する。
【００３０】
このような場合、電力増幅器１６を線形動作させる必要があるので、通常、図２に示すようにＲＦ信号の振幅の最大値を越える一定の駆動電圧Ｖ１が電力増幅器１６に供給される。この結果、図２のハッチングで示した部分５２が損失になるので、送信電力効率は１０数％から２０％程度まで低下してしまう。
【００３１】
そこで、図３に示すように、ＲＦ信号が電力増幅器１６に入力される時刻ｔ１〜ｔ２の間、ＲＦ信号の包絡線の変化に合わせて電力増幅器１６の駆動電圧を変化させる。これによって、損失（図３のハッチングの部分５２）を大幅に低減させることができ、送信電力効率を７０〜８０％程度まで高めることができる。
【００３２】
具体的にスイッチング電源３０の出力電圧をＲＦ信号の包絡線に追随させるために、図１の電源制御部４０は、ＢＢ信号（Ｉ信号、Ｑ信号）の振幅成分に応じてスイッチング電源３０の出力電圧を変化させる。以下、この原理について式を用いて説明する。
【００３３】
一般に、搬送波の周波数をｆ（図１の局部発振器６，１５の発振周波数の和に等しい）とし、Ｉ信号をＩ（ｔ）とし、Ｑ信号をＱ（ｔ）とし、円周率をπとすれば、ＲＦ信号Ｗ（ｔ）は、
Ｗ(ｔ)＝Ｋ×(Ｉ(ｔ)×cos(２πｆｔ)−Ｑ(ｔ)×sin(２πｆｔ))          …(1)
と表わされる。上式（１）のＫは、増幅器１３，１６の増幅率、局部発振器６，１５の発振強度などによって決まる比例定数である。振幅成分Ａ（ｔ）および位相成分θ（ｔ）を用いると、上式（１）はさらに、
Ｗ(ｔ)＝Ｋ×Ａ(ｔ)×cos(２πｆｔ＋θ(ｔ))                          …(2)
のように書き直すことができる。ただし、上式（２）において、
Ａ(ｔ)＝(Ｉ(ｔ)2＋Ｑ(ｔ)2)0.5                                        …(3)
θ(ｔ)＝arctan(Ｑ(ｔ)／Ｉ(ｔ))                                      …(4)
である。上式（２）のＫ×Ａ（ｔ）がＲＦ信号の包絡線（図２、図３の参照符号５０）に対応する。
【００３４】
したがって、電源制御部４０は、上式（３）に従ってＢＢ信号（Ｉ信号、Ｑ信号）から振幅成分Ａ（ｔ）を算出し、算出した振幅成分Ａ（ｔ）を定数Ｋ倍した値にスイッチング電源３０の出力電圧が等しくなるようにする。比例定数Ｋは、予め実験などに基づいて設定される。実際には、増幅器の特性などの変動を考慮してスイッチング電源３０の出力電圧をＫ×Ａ（ｔ）よりも数％程度高めに設定するのが望ましい。
【００３５】
ここで、注意すべき点は、ＢＢ信号によって変調されたＲＦ信号が電力増幅器１６によって増幅されるタイミングと、ＢＢ信号に基づいて電力増幅器１６に供給する駆動電圧を変化させるタイミングとを一致させる必要がある点である。このようなタイミング制御のために、図１のベースバンド回路２には、ＲＦ回路に送信するＢＢ信号および電源装置２０に送信するＢＢ信号の少なくとも一方を遅延させるための遅延回路が設けられている。
【００３６】
なお、図３において、ＲＦ信号が入力されていない時間帯（時刻ｔ１より前、時刻ｔ２より後）では、スイッチング電源３０の出力電圧は、電力増幅器１６から出力されるＲＦ信号の平均値にほぼ等しい一定値Ｖ２になるようにフィードバック制御される。ＲＦ信号が入力されたときに、ＲＦ信号の信号レベルに合わせて出力電圧を即座に変化させるためである。
【００３７】
［電源装置の詳細な構成］
図４は、図１の電源装置２０の構成を示すブロック図である。図４を参照して、電源装置２０は、図１のスイッチング電源３０および電源制御部４０に加えて、入力フィルタ２１、補助電源部２２、シャント抵抗などの電流センサ２３、電流検出部２４、電圧検出部２５、出力フィルタ２６、およびドライブ回路２７を含む。図４には、スイッチング電源３０の一例である降圧チョッパの具体的構成、および電源制御部４０の具体的構成が合わせて示される。
【００３８】
入力フィルタ２１および出力フィルタ２６は、電源入力端子ＩＮ１および電源出力端子ＯＵＴにそれぞれ接続されたローパスフィルタである。入力フィルタ２１および出力フィルタ２６によって入力電圧および出力電圧に含まれるノイズ成分が除去される。
【００３９】
電流検出部２４は、スイッチング電源３０の入力側に設けられた電流センサ２３の検出値に基づいて、スイッチング電源３０の入力電流を検出する。電流検出部２４は、検出した電流値が所定の閾値を超えた場合には電源制御部４０に異常を通知する。なお、電流センサ２３をスイッチング電源３０の出力側に設け、電流検出部２４によってスイッチング電源３０の出力電流を検出するようにしてもよい。
【００４０】
電圧検出部２５は、スイッチング電源３０の出力電圧を検出する。電圧検出部２５の検出結果はフィードバック制御部４８で用いられる。
【００４１】
ドライブ回路２７は、電源制御部４０からスイッチング電源３０に出力された制御信号ＣＳを増幅する。
【００４２】
スイッチング電源３０である降圧チョッパは、スイッチング素子としてのパワーＭＯＳ（Metal-Oxide  Semiconductor）トランジスタ３１、整流用のダイオード３２、リアクトル３３、および平滑用のコンデンサ３４を含む。ＭＯＳトランジスタ３１およびリアクトル３３は、入力ノードＮＤ１および出力ノードＮＤ２間にこの順で直列に接続される。ダイオード３２のカソードは、ＭＯＳトランジスタ３１およびリアクトル３３の接続ノードＮＤ３に接続され、アノードは接地ノードＧＮＤに接続される。コンデンサ３４は、出力ノードＮＤ２と接地ノードＧＮＤとの間に接続される。
【００４３】
電源制御部４０は、インターフェース部４１と、割込処理部４２と、振幅成分算出部４３と、スイッチング周波数制御部４４と、デューティ比補正部４５と、補正テーブル記憶部４６と、出力制御部４７と、フィードバック制御部４８とを含む。以下、電源制御部４０の各構成要素について詳しく説明する。
【００４４】
［電源制御部の詳細な構成］
（１．スイッチング電源３０の出力電圧の制御方法）
まず、降圧チョッパの場合を例に挙げて、電源制御部４０によるスイッチング電源３０の出力電圧の制御方法について概要を説明する。
【００４５】
降圧チョッパによる電圧変換率（入力電圧Ｖｉと出力電圧Ｖｏとの比）は、スイッチング素子（ＭＯＳトランジスタ３１）のオン時間をＴｏｎとし、オフ時間をＴｏｆｆとし、スイッチング周期をＴｓｗとし、スイッチング周波数をｆｓｗとし、デューティ比をＤとすると、
Ｖｏ／Ｖｉ＝Ｄ＝Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）
＝Ｔｏｎ／Ｔｓｗ＝Ｔｏｎ×ｆｓｗ                    …(5)
と表わされる。上式（５）から明らかなように、デューティ比Ｄを変化させることによって出力電圧Ｖｏを変化させることができる。この方法はパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse  Width  Modulatioｎ）と呼ばれる。通常、スイッチング周波数ｆｓｗは固定される。
【００４６】
これに対して、スイッチング周波数ｆｓｗを変化させることによって出力電圧を変化させることもでき、この方法はスイッチング周波数変調（ＳＦＭ：Switching  Frequency  Modulation）と呼ばれる。この場合、オン時間Ｔｏｎを固定してオフ時間Ｔｏｆｆを変化させてもよいし、オフ時間Ｔｏｆｆを固定してオン時間Ｔｏｎを変化させてもよい。
【００４７】
実施の形態１の電源制御部４０の場合は、スイッチング周期ごとにオン時間およびオフ時間を設定できるというデジタル制御電源の特徴を生かした制御を行なう。すなわち、第１段階でスイッチング周波数変調によってオン時間およびオフ時間が設定される。さらに第２段階で変調信号の振幅成分の変化率に応じてデューティ比が補正される。このような方法を用いることによって、変調信号の振幅成分の変化に対する出力電圧の追随性を高めることができる。
【００４８】
また、スイッチング周波数変調方式を使用することによって、固定定数であるコイルのインダクタンス値が演算処理内に入るので、真の最適化を行なうことができる。その結果、電源回路での損失は出力に関係なく安定することから電源回路単体での効率の悪化を防ぐことができる。
【００４９】
（２．インターフェース部）
インターフェース部４１は、ベースバンド回路２から送信されたＢＢ信号（Ｉ信号，Ｑ信号）を信号入力端子ＩＮ２を介して受信する。ベースバンド回路２からは、ＢＢ信号の他に、ＢＢ信号の送信開始の合図である割込信号などの制御信号も受信する。
【００５０】
（３．割込処理部）
割込処理部４２は、インターフェース部４１を介して、ベースバンド回路２からＢＢ信号の送信開始を示す割込信号を受けた場合、スイッチング電源３０の制御方法を変更させる。すなわち、ＢＢ信号の入力を受けていない場合、電源制御部４０は、電圧検出部２５で検出したスイッチング電源３０の出力電圧が一定になるようにフィードバック制御を行なう。一方、送信開始の割込信号を受けた場合には、電源制御部４０は、フィードバック制御を中止して、入力されたＢＢ信号の振幅成分に応じて出力電圧が変化するようにスイッチング電源３０を制御する。
【００５１】
割込処理部４２は、さらに、フィードバック制御中に、電流検出部２４から異常通知を受けた場合には、スイッチング電源３０の出力電圧の設定目標値を０に変更する。
【００５２】
（４．振幅成分算出部）
振幅成分算出部４３は、ベースバンド回路２から受信したＢＢ信号（Ｉ信号、Ｑ信号）から前述の式（３）に従って振幅成分Ａ（ｔ）を算出する。振幅成分算出部４３は、算出した振幅成分Ａ（ｔ）に前述の比例定数Ｋを乗じることによって、スイッチング電源３０の出力電圧の設定目標値Ｋ×Ａ（ｔ）を求め、求めた設定目標値をスイッチング周波数制御部４４に出力する。
【００５３】
（５．スイッチング周波数制御部）
スイッチング周波数制御部４４は、スイッチング電源３０の出力が振幅成分算出部４３から受けた設定目標値に等しくなるように、ＭＯＳトランジスタ３１のスイッチング周波数を設定する。この場合、オン時間は所定の値に固定されるので、オフ時間の設定を行うことになる。降圧チョッパの場合は、
Ｔｏｆｆ＝Ｔｏｎ×(Ｖｏ／Ｖｉ−１)                                …(6)
に従って、オフ時間Ｔｏｆｆを設定する。上式（６）において、Ｖｉはスイッチング電源３０への入力電圧であり、Ｖｏは出力電圧の設定目標値である。出力電圧の設定目標値が大きいほど、すなわち、変調信号の振幅成分が大きいほど、オフ時間Ｔｏｆｆは小さく設定される。
【００５４】
他のスイッチング電源の場合も同様であり、たとえば、昇降圧チョッパの場合は、
Ｔｏｆｆ＝Ｔｏｎ×Ｖｏ／Ｖｉ                                      …(7)
に従って、オフ時間Ｔｏｆｆを設定することができる。
【００５５】
オン時間およびオフ時間の設定は、スイッチング周期ごとに行われる。なお、オフ時間を所定の値に固定し、オン時間を出力電圧の設定目標値に応じて変化させてもよい。この場合、出力電圧の設定目標値が大きいほど、すなわち、変調信号の振幅成分が大きいほど、オン時間Ｔｏｎは大きく設定される。
【００５６】
（６．デューティ比補正部）
デューティ比補正部４５は、スイッチング周期ごとに、振幅成分の変化率に応じてデューティ比を補正する。具体的には、デューティ比補正部４５は、スイッチング周期の１周期前の出力電圧の設定目標値と現在の出力電圧の設定目標値との変化量を算出する。デューティ比補正部４５は、算出した出力電圧の変化量に対応したオン時間およびオフ時間の補正係数を補正テーブル記憶部４６から読み出す。そして、デューティ比補正部４５は、読み出した補正係数をスイッチング周波数制御部４４によって設定されたオン時間およびオフ時間に乗じることによってこれらの値を補正する。
【００５７】
図５は、図４の補正テーブル記憶部４６に記憶された補正テーブルの一例を示す図である。図５の補正テーブルには、スイッチング周期ごとのスイッチング電源３０の出力電圧の変化量に対応して、オン時間およびオフ時間の補正係数が示されている。
【００５８】
図５に示すように、電圧変化量が０Ｖの場合、すなわち１周期前と現在とで出力電圧の設定目標値が同じ場合には、オン時間およびオフ時間のいずれの補正係数も１（１００％）である。電圧変化率が正、かつ、その絶対値が大きいほど、すなわち１周期前の出力電圧の設定目標値に比べて現在の出力電圧の設定目標値が大きいほど、オン時間の補正係数を大きくするとともに、オフ時間の補正係数を小さくする。逆に電圧変化率が負、かつ、その絶対値が大きいほど、すなわち、１周期前の出力電圧の設定目標値に比べて現在の出力電圧の設定目標値が小さいほど、オン時間の補正係数を小さくするともに、オフ時間の補正係数を大きくする。
【００５９】
スイッチング電源３０のリアクトル３３やコンデンサ３４の値によっては、振幅成分の大きさが急激に変化した場合に、スイッチング電源３０の出力電圧がこの変化に追随しきれずに設定目標値Ｋ×Ａ（ｔ）に到達できないことがある。このような場合に、デューティ比補正部４５は、スイッチング周波数制御部４４で設定されたオン時間Ｔｏｎおよびオフ時間Ｔｏｆｆの値を調整してデューティ比を増減させることによって、スイッチング電源３０の出力電圧が設定目標値Ｋ×Ａ（ｔ）に等しくなるようにする。この結果、変調信号の振幅成分の変化に対するスイッチング電源３０の出力電圧の追随性を高めることができる。図５の補正テーブルの各補正係数は、リアクトル３３のインダクタンス値やコンデンサ３４の容量値に依存するので、予め実験によって最適な値が設定される。
【００６０】
（７．出力制御部）
再び図４を参照して、出力制御部４７は、スイッチング周波数制御部４４で設定され、デューティ比補正部４５で補正されたオン時間およびオフ時間に合わせて制御信号ＣＳを生成する。制御信号ＣＳは、設定されたオン時間のとき活性状態になり、オフ時間のとき非活性状態になる。出力制御部４７は、生成した制御信号ＣＳをＭＯＳトランジスタ３１のゲート電極に出力する。
【００６１】
（８．フィードバック制御部）
フィードバック制御部４８は、ＲＦ信号が入力されていないときに、スイッチング電源３０の出力電圧が一定になるように、電圧検出部２５の検出結果に基づいて出力電圧の設定目標値をスイッチング周波数制御部４４に出力する。
【００６２】
［電源装置の動作］
図６は、図４の電源制御部４０の動作を示すフローチャートである。図６のステップＳ１〜Ｓ１０は、スイッチング周期ごとに繰返される。
【００６３】
図４、図６を参照して、ステップＳ１で、割込処理部４２は、図１のベースバンド回路２から、ＢＢ信号の送信開始を示す割込信号を受信しているか否かを判定する。
【００６４】
まず、割込信号を受信していない場合（ステップＳ１でＮＯ）について説明する。この場合、ステップＳ２で、電圧検出部２５は、スイッチング電源３０の出力電圧を検出する。フィードバック制御部４８は、検出した出力電圧が一定になるように、出力電圧の設定目標値をスイッチング周波数制御部４４に出力する。
【００６５】
次のステップＳ３で、スイッチング周波数制御部４４は、フィードバック制御部４８から出力された出力電圧の設定目標値に基づいて、スイッチング周波数を設定する。オン時間を所定の値に固定した場合には、オフ時間が設定目標値に応じて設定される。
【００６６】
次のステップＳ４で、出力制御部４７は、ステップＳ３で設定されたオン時間およびオフ時間に対応した制御信号ＣＳを生成する。
【００６７】
次のステップＳ５で、出力制御部４７は、ステップＳ４で生成した制御信号ＣＳをＭＯＳトランジスタ３１のゲート電極に出力する。
【００６８】
次に、割込信号を受信した場合（ステップＳ１でＹＥＳ）について説明する。この場合、ステップＳ６で、インターフェース部４１は、図１のベースバンド回路２からＢＢ信号（Ｉ信号、Ｑ信号）を受信する。
【００６９】
次のステップＳ７で、振幅成分算出部４３は、受信したＢＢ信号（Ｉ信号、Ｑ信号）から振幅成分Ａ（ｔ）を算出する。振幅成分算出部４３は、算出した振幅成分Ａ（ｔ）に前述の比例定数Ｋを乗じることによって、スイッチング電源３０の出力電圧の設定目標値を求め、求めた設定目標値をスイッチング周波数制御部４４に出力する。
【００７０】
次のステップＳ８で、スイッチング周波数制御部４４は、スイッチング電源３０の出力電圧が振幅成分算出部４３から出力された設定目標値に等しくなるように、スイッチング周波数を設定する。オン時間を所定の値に固定した場合には、オフ時間が設定目標値に応じて設定される。
【００７１】
次のステップＳ９で、デューティ比補正部４５は、スイッチング周期の１周期前と現在とで出力電圧の設定目標値の変化量を算出する。
【００７２】
次のステップＳ１０で、デューティ比補正部４５は、ステップＳ９で算出した出力電圧の変化量に対応したオン時間およびオフ時間の補正係数を補正テーブル記憶部４６から読み出す。そして、デューティ比補正部４５は、読み出した補正係数をステップＳ８で設定されたオン時間およびオフ時間に乗じることによってこれらの値を補正する。
【００７３】
次のステップＳ４で、出力制御部４７は、ステップＳ８で設定され、ステップＳ１０で補正されたオン時間およびオフ時間に対応した制御信号ＣＳを生成する。
【００７４】
次のステップＳ５で、出力制御部４７は、ステップＳ４で生成した制御信号ＣＳをＭＯＳトランジスタ３１のゲート電極に出力する。
【００７５】
［まとめ］
以上のとおり、実施の形態１の電源装置２０は、ＢＢ信号の振幅成分の大きさに応じてスイッチング電源３０のスイッチング周波数を変化させる。これによって、ＲＦ信号の包絡線成分の変化に追随してスイッチング電源３０の出力電圧を変化させることができる。さらに、スイッチング周期ごとの振幅成分Ａ（ｔ）の変化量（すなわち、振幅成分Ａ（ｔ）の変化率）に応じてデューティ比を調整することによって、振幅成分の急峻な変化に対してもスイッチング電源３０の出力電圧の追随性を高めることができる。
【００７６】
なお、実施の形態１の送信機１は、スーパーヘテロダイン方式のものについて説明したが、ＩＦ信号を生成せずに、ＢＢ信号をＲＦ信号に直接変換するダイレクトコンバージョン方式の送信機の場合にもこの発明を適用できる。
【００７７】
＜実施の形態２＞
図７は、この発明の実施の形態２による電源装置２０Ａの構成を示すブロック図である。図７のスイッチング電源３０Ａは、ダイオード３２に代えて同期整流用のＭＯＳトランジスタ３２Ａを含む点で図４のスイッチング電源３０と異なる。ＭＯＳトランジスタ３２Ａのオンオフを制御するために、電源制御部４０Ａの出力制御部４７Ａは、ＭＯＳトランジスタ３１用の制御信号ＣＳ１に加えて、制御信号ＣＳ２を出力する。制御信号ＣＳ２は制御信号ＣＳ１を反転させた信号である。電源装置２０Ａには、制御信号ＣＳ１，ＣＳ２用のドライブ回路２７Ａ，２７Ｂがそれぞれ設けられる。
【００７８】
図７に示す同期整流方式のスイッチング電源３０Ａの場合も、実施の形態１の場合と同様に、ＢＢ信号（Ｉ信号、Ｑ信号）の振幅成分に応じてスイッチング電源３０Ａの出力電圧を変化させることができる。図７のその他の点については、実施の形態１の図４と共通するので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰返さない。
【００７９】
＜実施の形態３＞
図８は、この発明の実施の形態３による送信機１Ａの構成を示すブロック図である。図８のベースバンド回路２Ａは、ＢＢ信号（Ｉ信号、Ｑ信号）の振幅成分を算出する振幅成分算出部９を含む点で、図１のベースバンド回路２と異なる。ベースバンド回路２Ａは、算出した振幅成分を電源装置２０Ｂの電源制御部４０Ｂに出力する。電源制御部４０Ｂは、受信したＢＢ信号の振幅成分を前述の比例定数Ｋ倍することによってスイッチング電源３０の出力電圧の設定目標値を求める。
【００８０】
上記の構成に代えて、ベースバンド回路２Ａの振幅成分算出部９が、算出した振幅成分を比例定数Ｋ倍してスイッチング電源３０の出力電圧の設定目標値を求めるようにしてもよい。この場合、電源制御部４０Ｂは、ベースバンド回路２Ａから出力電圧の設定目標値を受信し、受信した設定目標値にスイッチング電源３０の出力電圧が一致するようにスイッチング電源３０を制御する。
【００８１】
図８のその他の点については、実施の形態１の図１と共通するので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰返さない。
【００８２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８３】
１，１Ａ  送信機、２，２Ａ  ベースバンド回路、５Ｉ，５Ｑ  ミキサ回路、１４  ミキサ回路（ＲＦ信号生成部）、９  振幅成分算出部、１６  電力増幅器、２０，２０Ａ，２０Ｂ  電源装置、３０，３０Ａ  スイッチング電源、３１  ＭＯＳトランジスタ、４０，４０Ａ，４０Ｂ  電源制御部、４３  振幅成分算出部、４４  スイッチング周波数制御部、４５  デューティ比補正部、４６  補正テーブル記憶部。
【図１】
2011030115.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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