(57)【要約】【課題】リプルの抑制と消費電力の低減とを最適化した電源装置を提供する。【解決手段】一実施形態にかかる高周波パルス増幅装置（１）は、スイッチング回路（１４）を含み、入力された電力の電圧を昇圧または降圧した電力を出力する複数のチョッパ回路（１６）と、複数の種類のパルス信号のいずれかが活性化を示す時間の幅に応じた周波数のスイッチング周波数信号を生成する信号生成回路（１２２）と、時間の幅に応じて、複数のチョッパ回路のいずれかを選択する選択回路（１２０）と、選択されたチョッパ回路以外のチョッパ回路のスイッチング回路の出力を開放の状態とする制御と、選択されたチョッパ回路のスイッチング回路に、パルス信号が活性化を示す期間の間、生成されたスイッチング周波数信号の周波数で入力された電力をスイッチングさせる制御とを行うスイッチング制御回路（１２６）とを備える。【選択図】図１
2019058005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ少なくともスイッチング回路を含み、入力された電力の電圧を昇圧または降圧した電力を出力する複数のチョッパ回路と、
複数の種類のパルス信号のいずれかが活性化を示す時間の幅に応じた周波数のスイッチング周波数信号を生成する信号生成回路と、
前記時間の幅に応じて、前記複数のチョッパ回路のいずれかを選択する選択回路と、
前記選択された前記チョッパ回路以外の前記チョッパ回路の前記スイッチング回路の出力を開放の状態とする制御と、前記選択されたチョッパ回路の前記スイッチング回路に、前記パルス信号が活性化を示す期間の間、生成された前記スイッチング周波数信号の周波数で入力された電力をスイッチングさせる制御とを行うスイッチング制御回路と
を備える電源装置。
【請求項２】
前記複数のチョッパ回路は、前記複数のチョッパ回路の出力とグラウンド電源との間に接続されたキャパシタを共有する
請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記複数のチョッパ回路は降圧型のチョッパであって、
前記複数のチョッパ回路それぞれは、インダクタをさらに含み、
前記複数のチョッパ回路それぞれにおいて、
前記インダクタは、前記スイッチング回路と前記キャパシタとの間に接続され、
前記インダクタと前記キャパシタとは、このチョッパ回路が選択されたときに、このチョッパ回路の前記スイッチング回路がスイッチングを行う周波数で共振する
請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記複数のチョッパ回路は昇圧型のチョッパであって、
前記複数のチョッパ回路それぞれは、インダクタをさらに含み、
前記複数のチョッパ回路それぞれにおいて、
前記スイッチング回路には、前記インダクタを介して前記入力された電力が供給され、
前記インダクタと前記キャパシタとは、このチョッパ回路が選択されたときに、このチョッパ回路の前記スイッチング回路がスイッチングを行う周波数で共振する
請求項２に記載の電源装置。
【請求項５】
前記複数のチョッパ回路それぞれに含まれる前記インダクタは、１つのインダクタの一端と前記キャパシタとの間のインダクタ、または、このインダクタから引き出されたタップのいずれかと前記キャパシタとの間に形成されるインダクタである
請求項３に記載の電源装置。
【請求項６】
前記複数のチョッパ回路それぞれに含まれる前記インダクタは、前記入力される電力が供給される１つのインダクタ、または、このインダクタから引き出されたタップのいずれかと前記スイッチング回路の出力との間に形成されるインダクタである
請求項４に記載の電源装置。
【請求項７】
前記生成されたスイッチング周波数信号の周波数は、前記期間の幅が狭ければ狭いほど高い
請求項１〜６のいずれかに記載の電源装置。
【請求項８】
外部から入力され、増幅の対象の信号を増幅する増幅素子と、
前記増幅素子に電力を供給する請求項１〜７のいずれかに記載された電源装置と
を備える信号増幅装置。
【請求項９】
前記期間の間、前記増幅の対象の信号の増幅を行うように前記増幅素子を制御する増幅素子制御回路
をさらに備える請求項８に記載の信号増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、電源装置および信号増幅装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチ素子のオンデューティを変化させて入力交流電力の力率を改善し、スイッチング周波数を変化させてＡＣ／ＤＣコンバータ回路の出力電圧を制御し、スイッチ素子のデッドタイム制御を行うことにより効率を改善するスイッチング電源装置が知られている。しかしながら、このスイッチング電源装置は、出力電力を供給する時間幅に応じてスイッチング周波数を制御したり、スイッチング周波数の変化に応じて必要な電圧を得るためのインダクタを変更したりするように構成されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２４９４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施の形態は上述した問題を解消するためになされ、出力電力を供給する時間幅に応じてスイッチング周波数を制御し、スイッチング周波数の変化に応じてインダクタを変更して、リプルの抑制と消費電力の低減とを最適化できる電源装置および信号増幅装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記に記載された課題を解決するために、一実施形態にかかる電源装置は、それぞれ少なくともスイッチング回路を含み、入力された電力の電圧を昇圧または降圧した電力を出力する複数のチョッパ回路と、複数の種類のパルス信号のいずれかが活性化を示す時間の幅に応じた周波数のスイッチング周波数信号を生成する信号生成回路と、前記時間の幅に応じて、前記複数のチョッパ回路のいずれかを選択する選択回路と、前記選択された前記チョッパ回路以外の前記チョッパ回路の前記スイッチング回路の出力を開放の状態とする制御と、前記選択されたチョッパ回路の前記スイッチング回路に、前記パルス信号が活性化を示す期間の間、生成された前記スイッチング周波数信号の周波数で入力された電力をスイッチングさせる制御とを行うスイッチング制御回路とを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の高周波パルス増幅装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示された高周波パルス増幅装置におけるパルス信号およびスイッチング信号を例示する図であって、図２（Ａ）は、パルス周期Ｔｐｆ１でパルス幅Ｔｐ１の第１のパルス信号Ｐ１を示し、図２（Ｂ）は、第１のチョッパ回路のスイッチング回路の駆動に用いられるスイッチング信号Ｓｐ１を示す。また、図２（Ｃ）は、パルス周期Ｔｐｆ２でパルス幅Ｔｐ２の第１のパルス信号Ｐ２を示し、図２（Ｄ）は、第２のチョッパ回路のスイッチング回路の駆動に用いられるスイッチング信号Ｓｐ２を示す。
【図３】図１に示されたチョッパ制御回路の信号制御回路の処理（Ｓ１０）を示すフローチャートである。
【図４】モード１における高周波パルス増幅装置の各部分の論理値および電力の電圧波形を示す図であって、図４（Ａ）は、モード１における図２（Ａ）に示されたパルス信号Ｐ１の波形を示し、図４（Ｂ）は、図２（Ｂ）に示されたスイッチング信号Ｓｐ１の波形を示し、図４（Ｃ）は、キャパシタＣ１に印加され、トランジスタＱ３に印加される前の電圧Ｖｃ１の波形を示し、図４（Ｄ）は、トランジスタＱ３のパルス変調された高周波信号Ｓｈｆの出力波形Ｖｏｕｔｗを示す。
【図５】第２の高周波パルス増幅装置の構成を示す図である。
【図６】第３の高周波パルス増幅装置の構成を示す図である。
【図７】第４の高周波パルス増幅装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
［第1の実施形態］
以下、第1の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の各図においては、同じ構成要素には同じ符号が付される。また、以下、重複する説明は、適宜、省略される。
【０００８】
［高周波パルス増幅装置１の構成］
図１は、第１の高周波パルス増幅装置１の構成を示す図である。図１に示されるように、高周波パルス増幅装置１（信号増幅装置）は、電源回路１００（電源装置）と、電力増幅回路１８とを備える。また、電源回路１００は、電源からの電力の電圧６０Ｖ（Ｖｃｃ）を電圧３０Ｖ（Ｖｏｕｔ）に降圧する第１および第２のチョッパ回路１６−１，１６−２（チョッパ回路）と、チョッパ回路１６−１，１６−２の動作を制御するチョッパ制御回路１２とを備える。なお、以下、「チョッパ回路１６−１，１６−２」など、複数あり得る構成要素のいずれかが特定されずに示されるときには、単に「チョッパ回路１６」などと略記されることがある。
【０００９】
チョッパ回路１６−１，１６−２それぞれは、Ｎ型ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ２１，Ｑ２２）を含み、直流電源から供給される電力をスイッチングするスイッチング回路１４−１，１４−２（スイッチング回路）を備える。なお、以下、記載の都合上、Ｎ型ＭＯＳ−ＦＥＴは、トランジスタと記載される。また、チョッパ回路１６−１，１６−２それぞれは、チョッパ制御回路１２の制御に従ってトランジスタＱ１１，Ｑ１２，Ｑ２１，Ｑ２２それぞれを駆動し、スイッチング動作させる駆動回路１４０−１，１４０−２を備える。
【００１０】
また、チョッパ回路１６−１は、スイッチング回路１４−１のトランジスタＱ１１のソースおよびトランジスタＱ１２のドレイン（出力）と、電力増幅回路１８との間に接続されたダイオードＤ１と、インダクタＬ１とを備える。また、チョッパ回路１６−２は、スイッチング回路１４−２のトランジスタＱ２１のソースおよびトランジスタＱ２２のドレイン（出力）と、電力増幅回路１８との間に接続されたダイオードＤ２と、インダクタＬ２とを備える。また、チョッパ回路１６−１，１６−２は、インダクタＬ１，Ｌ２を介してスイッチング回路１４−１，１４−２の出力と、直流電源のグラウンド電圧端子（不図示；グラウンド電源）との間に接続されるキャパシタＣ１を共有する。なお、高周波パルス増幅装置１においては、Ｌ１＜＜Ｌ２なので、チョッパ回路１６−２のダイオードＤ２は、チョッパ回路１６−１の動作に影響を与えない。また、チョッパ回路１６−２のダイオードＤ１は、チョッパ回路１６−２の動作に影響を与えない。
【００１１】
また、電力増幅回路１８は、チョッパ回路１６−１，１６−２のいずれかから電力の供給を受け、外部から入力され、レーダーなどの出力信号として用いられる高周波信号Ｓｈｆを増幅するトランジスタＱ３（増幅素子）を備える。なお、高周波パルス増幅装置１が、レーダーのために用いられるときには、高周波信号Ｓｈｆとしてマイクロ波信号が外部から入力される。また、電力増幅回路１８は、チョッパ制御回路１２から入力されるパルス信号の波形に従って、トランジスタＱ３のバイアスを変更して、トランジスタＱ３をカットオフ状態または高周波信号Ｓｈｆを増幅する状態にするバイアス回路１８０（増幅素子制御回路）をさらに有する。
【００１２】
図２は、図１に示された高周波パルス増幅装置１におけるパルス信号およびスイッチング信号を例示する図である。なお、図２（Ａ）は、パルス周期Ｔｐｆ１でパルス幅Ｔｐ１の第１のパルス信号Ｐ１を示し、図２（Ｂ）は、第１のチョッパ回路１６−１のスイッチング回路１４−１の駆動に用いられるスイッチング信号Ｓｐ１を示す。また、図２（Ｃ）は、パルス周期Ｔｐｆ２でパルス幅Ｔｐ２の第２のパルス信号Ｐ２を示し、図２（Ｄ）は、第２のチョッパ回路１６−２のスイッチング回路１４−２の駆動に用いられるスイッチング信号Ｓｐ２を示す。
【００１３】
なお、図２（Ａ）に示されるパルス信号Ｐ１において、パルス幅Ｔｐ１は０．５μｓであり、パルス周期Ｔｐｆ１は５μｓである。また、図２（Ｃ）に示されるパルス信号Ｐ２において、パルス幅Ｔｐ２は３０μｓであり、パルス周期Ｔｐｆ２は６００μｓである。また、信号波形を示す各図においては、正論理のパルス信号Ｐ１，Ｐ２およびスイッチング信号Ｓｐ１，Ｓｐ２が示される。また、図２（Ａ）〜図２（Ｄ）の間に記載された点線は、パルス信号Ｐ１，Ｐ２およびスイッチング信号Ｓｐ１，Ｓｐ２の対応関係を示す。なお、例えば、パルス幅Ｔｐ２はパルス幅Ｔｐ１よりも十分に大きい（Ｔｐ１＜＜Ｔｐ２）。また、パルス信号Ｐ１，Ｐ２のデューティ比は同じ（Ｔｐ１／Ｔｐｆ１＝Ｔｐ２／Ｔｐｆ２）である。ただし、これらの値Ｐ１，Ｐ２，Ｔｐ１，Ｔｐ２，Ｔｐｆ１，Ｔｐｆ２の間に、このような関係が常に成り立つとは限らない。
【００１４】
チョッパ制御回路１２は、２つのパルス信号の波形の種類（モード）のいずれかの設定に従って、チョッパ回路１６−１，１６−２のいずれを選択するかを示す選択信号Ｓ１，Ｓ２を生成する選択回路１２０を備える。また、チョッパ制御回路１２は、図２（Ａ），図２（Ｃ）に示されるように、設定されたモードに応じた波形のパルス信号Ｐ１，Ｐ２のいずれか（Ｐ１／Ｐ２）を生成する信号制御回路１２２（信号生成回路）を備える。
【００１５】
また、チョッパ制御回路１２は、設定されたモードに基づいた信号制御回路１２２の制御に従って、設定されたモードに応じた２つの周波数の信号Ｆｓｗ１，Ｆｓｗ２（スイッチング周波数信号）のいずれか（Ｆｓｗ１／Ｆｓｗ２）を生成する信号生成回路１２４を備える。ただし、チョッパ回路１６は、高周波信号Ｓｈｆを増幅する電力増幅回路１８に電力を供給するので、信号Ｆｓｗ１，Ｆｓｗ２の周波数は、高周波信号Ｓｈｆより十分に低い１／１０２以下（Ｆｓｗ２の周波数＜Ｆｓｗ１の周波数＜＜Ｓｈｆの周波数）である必要がある。また、チョッパ制御回路１２は、選択信号Ｓ１，Ｓ２、パルス信号および信号Ｆｓｗ１／Ｆｓｗ２に基づいて、チョッパ回路１６−１，１６−２のスイッチング回路１４−１，１４−２のスイッチング動作を制御するスイッチング制御回路１２６（スイッチング制御回路）を備える。
【００１６】
高周波パルス増幅装置１は、これらの構成要素により、パルス信号が活性化したときに、チョッパ回路１６−１，１６−２のいずれかから電力増幅回路１８に電力を供給して高周波信号Ｓｈｆを増幅し、パルス信号の波形により変調された高周波信号Ｓｈｆを出力する。
【００１７】
［高周波パルス増幅装置１の各構成要素］
図１に示されたチョッパ制御回路１２は、専用のハードウェアまたはコンピュータにより実行されるソフトウェアにより実現される。チョッパ制御回路１２の選択回路１２０（選択回路）は、ユーザにより、高周波パルス増幅装置１の外部に接続された操作装置に対して行われ、図２（Ａ），（Ｃ）に示されたパルス信号Ｐ１，Ｐ２のいずれかを選択するモード設定を受け入れる。さらに、選択回路１２０は、受け入れたモード設定に従って、チョッパ回路１６−１，１６−２のいずれかを選択する。つまり、選択回路１２０は、モード設定がパルス信号Ｐ１を示すときには、チョッパ回路１６−１を選択する選択信号Ｓ１を活性化（Ａｓｓｅｒｔ）し、チョッパ回路１６−２を選択する選択信号Ｓ２を不活性化（Ｎｅｇａｔｅ）する。同様に、選択回路１２０は、モード設定がパルス信号Ｐ２を示すときには、選択信号Ｓ２を活性化し、選択信号Ｓ１を不活性化する。
【００１８】
信号制御回路１２２は、選択回路１２０と同様に、モード設定を受け入れる。信号制御回路１２２は、受け入れたモード設定がパルス信号Ｐ１を示すときには、パルス信号Ｐ１を生成してスイッチング制御回路１２６および電力増幅回路１８に出力する。また、信号制御回路１２２は、モード設定がパルス信号Ｐ１を示すときには、信号生成回路１２４を制御して周波数２ＭＨｚの信号Ｆｓｗ１を生成させる。
【００１９】
信号制御回路１２２は、モード設定がパルス信号Ｐ２を示すときには、パルス信号Ｐ２を生成してスイッチング制御回路１２６および電力増幅回路１８に出力する。また、信号制御回路１２２は、モード設定がパルス信号Ｐ２を示すときには、信号生成回路１２４を制御して周波数５００ｋＨｚの信号Ｆｓｗ２を生成させる。信号生成回路１２４は、信号制御回路１２２の制御に従って信号Ｆｓｗ１，Ｆｓｗ２のいずれかを生成し、スイッチング制御回路１２６および電力増幅回路１８に出力する。
【００２０】
図３は、図１に示されたチョッパ制御回路１２の信号制御回路１２２の処理（Ｓ１０）を示すフローチャートである。図３に示されるように、ステップＳ１００において、信号制御回路１２２は、操作装置から設定されるモード１，２と、パルス信号Ｐ１，Ｐ２の波形を示すデータとが対応づけられたテーブルを記憶する。つまり、信号制御回路１２２は、モード１，２と、図２（Ａ）に示されたパルス信号Ｐ１，Ｐ２のパルス幅Ｔｐ１，Ｔｐ２およびパルス周期Ｔｐｆ１，Ｔｐｆ２（ただし、図２（Ａ），図２（Ｃ）においてはＴｐｆ１＝Ｔｐｆ２）とを対応づけるテーブルを記憶する。
【００２１】
ステップＳ１０２以下の処理は、予め上記Ｓ１００の処理が行われた後に実行される。ステップＳ１０２において、信号制御回路１２２は、操作装置からのモード設定があったか否かを判断する。信号制御回路１２２は、モード設定があったときにはＳ１０４の処理に進み、これ以外のときにはＳ１０２の処理にとどまる。
【００２２】
ステップＳ１０４において、信号制御回路１２２は、操作端末からのモード設定を受け入れる。ステップＳ１０６において、信号制御回路１２２は、受け入れたモード設定に従って、発生するパルス信号の種類を特定する。つまり、図２（Ａ），図２（Ｃ）に示されたように、信号制御回路１２２が、２種類のパルス信号Ｐ１，Ｐ２を生成するときには、モード設定に従って、２種類のパルス信号Ｐ１，Ｐ２のいずれを生成するかを特定する。
【００２３】
ステップＳ１０８において、信号制御回路１２２は、モード設定に従って、信号生成回路１２４を制御して発生させる信号Ｆｓｗの周波数を決定する。つまり、図１に示されたように、信号生成回路１２４が、２つの周波数の信号Ｆｓｗ１，Ｆｓｗ２のいずれかの信号を生成するときには、信号制御回路１２２は、２種類のパルス信号Ｐ１，Ｐ２のいずれを信号生成回路１２４に生成させるかを決定する。
【００２４】
ステップＳ１１０において、信号制御回路１２２は、Ｓ１０６の処理において特定された種類のパルス信号を発生し、スイッチング制御回路１２６および電力増幅回路１８に主力する。つまり、信号制御回路１２２は、モード設定に従って、図２（Ａ），図２（Ｃ）に示された２種類のパルス信号Ｐ１，Ｐ２のいずれかを生成して出力する。ステップＳ１１２において、信号制御回路１２２は、モード設定に従って信号生成回路１２４を制御し、図１に示された２種類の信号Ｆｓｗ１，Ｆｓｗ２いずれかを生成させる。
【００２５】
図１に示されるスイッチング制御回路１２６は、選択信号Ｓ１が活性化され、選択信号Ｓ２が不活性のときには、チョッパ回路１６−１のスイッチング回路１４−１に、図２（Ｂ）に示されたパルス信号Ｐ１と信号Ｆｓｗ１の論理積のスイッチング信号Ｓｐ１を出力する。一方、スイッチング制御回路１２６は、選択信号Ｓ１が活性化され、選択信号Ｓ２が不活性のときには、チョッパ回路１６−２のスイッチング回路１４−２に、不活性のスイッチング信号Ｓｐ２を出力する。
【００２６】
また、スイッチング制御回路１２６は、選択信号Ｓ１が活性化され、選択信号Ｓ２が不活性のときには、チョッパ回路１６−２のスイッチング回路１４−２に、図２（Ｄ）に示されたパルス信号Ｐ２と信号Ｆｓｗ２の論理積のスイッチング信号Ｓｐ２を出力する。一方、スイッチング制御回路１２６は、選択信号Ｓ２が活性化され、選択信号Ｓ１が不活性のときには、チョッパ回路１６−１のスイッチング回路１４−１に、不活性のスイッチング信号Ｓｐ１を出力する。
【００２７】
チョッパ回路１６の各構成要素は専用のハードウェアにより実現される。スイッチング回路１４−１の駆動回路１４０−１は、チョッパ制御回路１２入力されたスイッチング信号Ｓｐ１が活性化している間は、トランジスタＱ１１のソースおよびトランジスタＱ１２の接続点（スイッチング回路１４−１の出力）から、直流電源からの電力がダイオードＤ１およびインダクタＬ１（インダクタ）の方向に供給されるようにトランジスタＱ１１，Ｑ１２を制御する。また、駆動回路１４０−１は、スイッチング信号Ｓｐ１が不活性の間は、スイッチング回路１４−２の出力が、高周波パルス増幅装置１のいずれの構成要素、直流電源およびグラウンド電源にも接続されない状態（開放状態）となるようにトランジスタＱ１１，Ｑ１２を制御する。
【００２８】
駆動回路１４０−２は、チョッパ制御回路１２入力されたスイッチング信号Ｓｐ２が活性化している間は、スイッチング回路１４−２の出力から、直流電源からの電力がダイオードＤ２およびインダクタＬ２の方向に供給されるようにトランジスタＱ２１，Ｑ２２を制御する。また、駆動回路１４０−２は、スイッチング信号Ｓｐ２が不活性の間は、スイッチング回路１４−２の出力が開放状態となるようにトランジスタＱ２１，Ｑ２２を制御する。
【００２９】
なお、チョッパ回路１６−１において、インダクタＬ１のインダクタンス値（ｌ１）と、チョッパ回路１６−１，１６−２の間で共有されるキャパシタＣ１（キャパシタ）の容量値（ｃ１）とは、ほぼ信号Ｆｓｗ１の周波数２ＭＨｚで共振するように設定される。つまり、インダクタンス値（ｌ１）と容量値（ｃ１）との関係は、下式１を満たす。
【００３０】
１／（２π（ｌ１・ｃ１）１／２  ≒  ２×１０６）    ・・・（式１）
【００３１】
また、チョッパ回路１６−２において、インダクタＬ２のインダクタンス値（ｌ２）と、チョッパ回路１６−１，１６−２の間で共有されるキャパシタＣ１の容量値（ｃ１）とは、ほぼ信号Ｆｓｗ２の周波数５００ｋＨｚで共振するように設定される。つまり、インダクタンス値（ｌ２）と容量値（ｃ１）との関係は、下式２を満たす。
【００３２】
１／（２π（ｌ２・ｃ１）１／２）  ≒  ５００×１０3    ・・・（式２）
【００３３】
［高周波パルス増幅装置１の動作］
以下、図１に示された高周波パルス増幅装置１の動作を説明する。
【００３４】
［モード１における動作］
まず、モード１における高周波パルス増幅装置１の動作を説明する。図４は、モード１における高周波パルス増幅装置１の各部分の論理値および電力の電圧波形を示す図であって、図４（Ａ）は、モード１における図２（Ａ）に示されたパルス信号Ｐ１の波形を示し、図４（Ｂ）は、図２（Ｂ）に示されたスイッチング信号Ｓｐ１の波形を示し、図４（Ｃ）は、キャパシタＣ１に印加され、トランジスタＱ３に印加される前の電圧Ｖｃ１の波形を示し、図４（Ｄ）は、図４（Ｄ）は、トランジスタＱ３のパルス変調された高周波信号Ｓｈｆの出力波形Ｖｏｕｔを示す。
【００３５】
ユーザが、高周波パルス増幅装置１に接続された操作装置にモード１を設定すると、チョッパ制御回路１２の選択回路１２０は、選択信号Ｓ１を活性化し、選択信号Ｓ２を不活性にして出力する。また、信号制御回路１２２は、設定されたモード１に従って、図２（Ａ），図４（Ａ）に示されたパルス信号Ｐ１を生成して出力し、信号生成回路１２４を制御して、２ＭＨｚの信号Ｆｓｗ１を生成させる。
【００３６】
スイッチング制御回路１２６は、活性化された選択信号Ｓ１に従って、図２（Ｂ），図４（Ｂ）に示されたパルス信号Ｐ１と信号Ｆｓｗ１との論理積のスイッチング信号Ｓｐ１を生成し、スイッチング回路１４−１の駆動回路１４０−１に出力する。また、スイッチング制御回路１２６は、不活性の選択信号Ｓ２に従って、スイッチング信号Ｓｐ２を不活性にしてスイッチング回路１４−２の駆動回路１４０−２に出力する。
【００３７】
駆動回路１４０−１は、トランジスタＱ１１，Ｑ１２を制御して、図２（Ｂ）に示されたスイッチング信号Ｓｐ１が活性化される期間において、直流電源から供給される電力をスイッチング回路１４−１の出力からインダクタＬ１の方向に供給させる。一方、駆動回路１４０−１は、トランジスタＱ１１，Ｑ１２を制御して、図２（Ｂ）に示されたスイッチング信号Ｓｐ１が不活性の期間において、スイッチング回路１４−１の出力を開放状態にさせる。
【００３８】
一方、スイッチング信号Ｓｐ２は不活性の状態から変化しないので、駆動回路１４０−２は、トランジスタＱ１１，Ｑ１２を制御して、スイッチング回路１４−２の出力の開放状態を保持させる。以上の高周波パルス増幅装置１の動作により、直流電源の電力の電圧Ｖｃｃが６０Ｖから３０Ｖに降圧され、図２（Ａ）に示されたパルス信号Ｐ１が活性化している間だけ、図４（Ｄ）に示すように電力増幅回路１８に供給される。電力増幅回路１８は、パルス信号Ｐ２が活性化している間だけ、外部から入力された高周波信号Ｓｈｆを増幅してパルス変調し、外部のフィルタ回路およびアンテナ整合回路（図示せず）に出力する。
【００３９】
［モード２における動作］
次に、モード１における高周波パルス増幅装置１の動作を説明する。ユーザが、高周波パルス増幅装置１に接続された操作装置にモード２を設定すると、選択回路１２０は、選択信号Ｓ２を活性化し、選択信号Ｓ１を不活性にして出力する。また、信号制御回路１２２は、設定されたモード２に従って、図２（Ｃ）に示されたパルス信号Ｐ２を生成して出力し、信号生成回路１２４を制御して、５００ｋＨｚの信号Ｆｓｗ２を生成させる。
【００４０】
スイッチング制御回路１２６は、活性化された選択信号Ｓ２に従って、図２（Ｂ）に示されたパルス信号Ｐ２と信号Ｆｓｗ２との論理積のスイッチング信号Ｓｐ２を生成し、スイッチング回路１４−２の駆動回路１４０−２に出力する。また、スイッチング制御回路１２６は、不活性の選択信号Ｓ１に従って、スイッチング信号Ｓｐ１を不活性にしてスイッチング回路１４−１の駆動回路１４０−１に出力する。
【００４１】
駆動回路１４０−２は、トランジスタＱ２１，Ｑ２２を制御して、図２（Ｄ）に示されたスイッチング信号Ｓｐ２が活性化される期間において、直流電源から供給される電力をスイッチング回路１４−２の出力からインダクタＬ２の方向に供給させる。一方、駆動回路１４０−２は、トランジスタＱ２１，Ｑ２２を制御して、図２（Ｂ）に示されたスイッチング信号Ｓｐ２が不活性の期間において、スイッチング回路１４−２の出力の開放状態を保持させる。
【００４２】
一方、スイッチング信号Ｓｐ１は不活性の状態から変化しないので、駆動回路１４０−１は、トランジスタＱ１１，Ｑ１２を制御して、スイッチング回路１４−２の出力を開放状態にさせる。以上の高周波パルス増幅装置１の動作により、モード１においてと同様に、直流電源の電力の電圧Ｖｃｃが６０Ｖから３０Ｖに降圧され、図２（Ｃ）に示されたパルス信号Ｐ２が活性化している間だけ、電力増幅回路１８に供給される。
【００４３】
電力増幅回路１８は、パルス信号Ｐ２が活性化している間だけ、外部から入力された高周波信号Ｓｈｆを増幅してパルス変調し、外部のフィルタ回路およびアンテナ整合回路に出力する。パルス信号Ｐ１，Ｐ２のパルス幅Ｔｐ１，Ｔｐ２のパルス周期Ｔｐｆ１，Ｔｐｆ２に対するデューティ比は５０％以下が望ましい。また、信号Ｆｓｗ１，Ｆｓｗ２の周波数は、パルス幅Ｔｐ１，Ｔｐ２において１０回以上スイッチングできるように設定されることが望ましい。
【００４４】
［高周波パルス増幅装置１の技術的効果］
以上説明されたように、モード１，２のいずれにおいても、高周波パルス増幅装置１のパルス信号Ｐ１，Ｐ２が活性化している間にのみ電源回路１００から電力増幅回路１８に降圧された電力が供給され、高周波信号Ｓｈｆの増幅およびパルス変調が行われる。
【００４５】
しかしながら、図２（Ａ），図４（Ａ）に示されたパルス幅Ｔｐ１において、周波数５００ｋＨｚの信号Ｆｓｗ２によりスイッチングを行うと、スイッチングの回数が不足し、図４（Ｄ）に示された電力増幅回路１８への電力に生じる電圧のリプルが大きくなる。一方、以上説明されたように、パルス幅Ｔｐ１において、周波数２ＭＨｚの信号Ｆｓｗ１によりスイッチングを行うと、電力増幅回路１８に供給される電力に生じる電圧のリプルを十分に抑えるために必要なスイッチングの回数を確保できる。
【００４６】
反対に、図２（Ｃ）に示されたパルス幅Ｔｐ２において、周波数２ＭＨｚの信号Ｆｓｗ１によりスイッチングを行うと、電力増幅回路１８に供給される電力に生じる電圧のリプルを抑えるために必要な回数よりも過剰な回数のスイッチングが行われる。従って、スイッチングごとに生じる電力の損失も過剰に大きくなってしまう。一方、図２（Ｃ）に示されたパルス幅Ｔｐ２において、周波数５００ｋＨｚの信号Ｆｓｗ２によりスイッチングを行っても、電力増幅回路１８に供給される電力に生じる電圧のリプルを十分に小さく抑えるためのスイッチングの回数が確保され得る。さらに、周波数５００ｋＨｚの信号Ｆｓｗ２によるスイッチングによれば、周波数２ＭＨｚの信号Ｆｓｗ１によるスイッチングによるよりも、電力の損失が小さく抑えられる。
【００４７】
以上説明されたように、高周波パルス増幅装置１においては、電力増幅回路１８におけるパルス変調に用いられるパルス幅が狭いときにスイッチングの周波数が上げられ、パルス幅が広いときにスイッチングの周波数が下げられる。従って、高周波パルス増幅装置１においては、電力増幅回路１８に供給される電力の電圧のリプルの抑制と、電源回路１００の効率とが最適化される。
【００４８】
［第２の実施形態］
以下、第２の実施形態を説明する。図５は、第２の高周波パルス増幅装置２の構成を示す図である。図５に示すように、第２の高周波パルス増幅装置２においては、第１の電源回路１００が、第２の第１の電源回路１０２に置換される。電源回路１０２においては、第１および第２のチョッパ回路１６−１，１６−２が、第３および第４のチョッパ回路２０−１，２０−２に置換される。図５に示されるように、高周波パルス増幅装置２においては、チョッパ回路２０−１に対応するインダクタＬ１と、チョッパ回路２０−２に対応するインダクタＬ３とは直列に接続される。
【００４９】
チョッパ回路２０−１は、インダクタＬ１を用いて直流電源からの電力の電圧を降圧し、チョッパ回路２０−２は、Ｌ１，Ｌ３が直列に接続されて形成されるインダクタＬ２を用いて直流電源からの電力の電圧を降圧する。なお、インダクタＬ１，Ｌ３は、それぞれ個別の部品であっても、インダクタＬ２からタップが出された一つの部品であってもよい。以上説明されたように、第２の高周波パルス増幅装置２を構成しても、第１の高周波パルス増幅装置１と同じ動作と技術的効果とを得ることができる。
【００５０】
［第３の実施形態］
以下、第３の実施形態を説明する。図６は、第３の高周波パルス増幅装置３の構成を示す図である。図６に示されるように、第３の高周波パルス増幅装置３においては、第１の高周波パルス増幅装置１の電源回路１００が、第３の第１の電源回路１０４に置換される。電源回路１０４においては、図１に示された第１のチョッパ制御回路１２が、３つのモードのパルス信号Ｐ１〜Ｐ３に対応可能な第２のチョッパ制御回路３０に置換され、第３のチョッパ回路１６−３が増設される。
【００５１】
チョッパ制御回路３０は、設定された３つのモードの内のいずれかに対応する選択信号Ｓ１〜Ｓ３のいずれかを生成する。さらに、チョッパ制御回路３０は、チョッパ回路１６−１〜１６−３のスイッチング回路１４−１〜１４−３のいずれかにスイッチング動作をさせるスイッチング信号Ｓｐ１〜Ｓｐ３を生成する。
【００５２】
なお、スイッチング信号Ｓｐ３のパルス幅Ｔｐ３は、スイッチング信号Ｓｐ１，Ｓｐ２のパルス幅Ｔｐ１，Ｔｐ３よりも広い。また、スイッチング信号Ｓｐ３の生成に用いられる信号Ｆｓｗ３の周波数は、スイッチング信号Ｓｐ１，Ｓｐ２の生成に用いられる信号Ｆｓｗ１，Ｆｓｗ２よりも低く（Ｆｓｗ３の周波数＜Ｆｓｗ２の周波数＜Ｆｓｗ１の周波数＜＜Ｓｈｆの周波数）、インダクタＬ４のインダクタ値（ｌ４）は、下式３を満たす。
【００５３】
１／（２π（ｌ４・ｃ１）１／２）  ≒  Ｆｓｗ３の周波数    ・・・（式３）
【００５４】
チョッパ回路１６−１〜１６−３それぞれは、スイッチング回路１４−３に対応するインダクタＬ４からタップを出すことにより形成されるインダクタＬ２，Ｌ１、および、インダクタＬ４自体それぞれを用いて直流電源からの電力の電圧を降圧する。なお、チョッパ回路１６−１〜１６−３それぞれは、個別の部品とされたインダクタＬ１，Ｌ２，Ｌ３を用いて直流電源からの電力の電圧を降圧するように構成されてもよい。以上説明されたように第３の高周波パルス増幅装置３を構成することにより、３つのモードのパルス信号Ｐ１〜Ｐ３に対応可能な高周波パルス増幅装置３を得ることができる。
【００５５】
［第４の実施形態］
以下、第４の実施形態を説明する。図７は、第４の高周波パルス増幅装置４の構成を示す図である。図７に示されるように、第４の高周波パルス増幅装置４においては、第１の電源回路１００が、昇圧型の第４の電源回路１０６に置換される。電源回路１０６は、電源からの電力の電圧６０Ｖ（Ｖｃｃ）を電圧１２０Ｖ（Ｖｏｕｔ）に昇圧する。電源回路１０６においては、降圧型の第１および第２のチョッパ回路１６−１，１６−２が、昇圧型の第４および第５のチョッパ回路４０−１，４０−２に置換される。
【００５６】
チョッパ回路４０−１は、インダクタＬ５を用いて直流電源からの電力の電圧を昇圧し、チョッパ回路４０−２は、インダクタＬ６を用いて直流電源からの電力の電圧を昇圧する。従って、インダクタＬ５のインダクタンス（ｌ５）は、インダクタＬ６（ｌ６）のインダクタよりも小さくされる（ｌ５＜ｌ６）。
【００５７】
つまり、チョッパ回路４０−１において、インダクタＬ５のインダクタンス値（ｌ５）と、チョッパ回路４０−１，４０−２の間で共有されるキャパシタＣ２の容量値（ｃ２）とは、ほぼ信号Ｆｓｗ１の周波数２ＭＨｚで共振するように設定される。つまり、インダクタＬ５のインダクタンス値（ｌ５）とキャパシタＣ２の容量値（ｃ２）との関係は、下式４を満たす。
【００５８】
１／（２π（ｌ５・ｃ２）１／２）  ≒  ２×１０６    ・・・（式４）
【００５９】
また、チョッパ回路４０−２において、インダクタＬ６のインダクタンス値（ｌ６）と、チョッパ回路４０−１，４０−２の間で共有されるキャパシタＣ２の容量値（ｃ２）とは、ほぼ信号Ｆｓｗ２の周波数５００ｋＨｚで共振するように設定される。つまり、インダクタンス値（ｌ６）と容量値（ｃ２）との関係は、下式５を満たす。
【００６０】
１／（２π（ｌ６・ｃ２）１／２）  ≒  ５００×１０３    ・・・（式５）
【００６１】
なお、第４の高周波パルス増幅装置４におけるチョッパ回路４０−１，４０−２のインダクタＬ５，Ｌ６の構成は、図５に示した高周波パルス増幅装置３におけるチョッパ回路１６−１，１６−２のインダクタＬ１，Ｌ２と同様に直列接続に変形されうる。また、高周波パルス増幅装置４におけるチョッパ制御回路１２を、図６に示したチョッパ制御回路３０と同様に変形し、チョッパ回路４０を増設することにより、高周波パルス増幅装置４を、３つ以上のモードのパルス信号に対応させることができる。
【００６２】
［変形例］
以上説明された実施形態においては、トランジスタＱ１１〜Ｑ２２，Ｑ３がＮ型ＭＯＳ−ＦＥＴである場合が例示されたが、トランジスタＱ１１〜Ｑ２２，Ｑ３は、その他の種類のトランジスタ、例えば、接合型ＦＥＴまたはバイポーラトランジスタであってもよい。
【００６３】
また、図２（Ａ），（Ｃ）には、パルス周期が同じ（Ｔｐｆ１＝Ｔｐｆ２）パルス信号Ｐ１，Ｐ２が示されたが、高周波パルス増幅装置１の用途に応じて、パルス信号Ｐ１，Ｐ２のパルス周期Ｔｐｆ１，Ｔｐｆ２は異なっていてもよい。また、図２（Ａ），（Ｃ）には、２つのモードのパルス信号Ｐ１，Ｐ２が示されたが、図６に示された高周波パルス増幅装置３に対応可能なように、パルス信号のモードは３つ以上であってもよい。つまり、パルス信号のモードは、パルス幅とパルス周期との組み合わせにより３つ以上、定義されうる。
【００６４】
以上、本発明の実施の形態がいくつか説明されたが、これらの実施の形態は、例として提示されたものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６５】
１〜４  高周波パルス増幅装置
１００  電源回路
１２，３０  チョッパ制御回路
１２０  選択回路
１２２  信号制御回路
１２４  信号生成回路
１２６  スイッチング制御回路
１４  スイッチング回路
１６，４０  チョッパ回路
Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ２１，Ｑ２２，Ｑ３  ＭＯＳ−ＦＥＴ（トランジスタ）
Ｌ１〜Ｌ６  インダクタ
Ｃ１，Ｃ２  キャパシタ
Ｄ１〜Ｄ４  ダイオード
１８  電力増幅回路
１８０  バイアス回路
【図１】
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【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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