(57)【要約】【課題】無線周波数帯で動作する、高効率なスイッチング型増幅器において電源電圧の変動に対して出力電力の変動を抑制しつつも高い電力効率を併せ持つ電力増幅回路を提供すること。【解決手段】デューティ比制御回路１は、入力信号Ｐｉｎと制御電圧ａとを入力し、出力する矩形信号ｂのデューティ比を制御電圧ａにより制御する。スイッチング型電力増幅器２は、デューティ比制御回路１により調整されたデューティ比を有する矩形信号ｂを入力とする。検波器３は、スイッチング型電力増幅器２の出力信号Ｐｏｕｔのレベルを検出し、この出力信号Ｐｏｕｔのレベルに応じた検出電圧ｄを出力する。差動増幅器４は、検波器３からの検出電圧ｄと基準電圧ｅとを入力とし、その差分の信号を制御電圧ａとして出力する。【選択図】図４
2015211393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号と制御電圧とを入力し、出力する矩形信号のデューティ比を前記制御電圧により制御するデューティ比制御回路と、
該デューティ比制御回路により調整されたデューティ比を有する前記矩形信号を入力とするスイッチング型電力増幅器と、
該スイッチング型電力増幅器の出力信号のレベルを検出し、該出力信号のレベルに応じた検出電圧を出力する検波器と、
該検波器からの前記検出電圧と基準電圧とを入力とし、その差分の信号を前記制御電圧として出力する差動増幅器と
を備えていることを特徴とする電力増幅回路。
【請求項２】
前記デューティ比制御回路が、前記入力信号のＤＣ成分を除去するために、該入力信号に対して直列に接続されている容量素子と、該容量素子に接続されている駆動バッファとを備え、前記制御電圧により前記入力信号のＤＣ成分を制御することにより、後段に接続されている前記駆動バッファの閾値電圧と比較してデューティ比を有する前記矩形信号に変換することを特徴とする請求項１に記載の電力増幅回路。
【請求項３】
検波器が、前記スイッチング型電力増幅器からの被検波信号を入力信号とし、該スイッチング型電力増幅器に直列に接続され、前記被検波信号のレベルに１対１に対応するようなＤＣ電圧を出力するダイオードと、該ダイオードに直列に接続され、該ダイオードの出力を受ける抵抗器とコンデンサの並列回路とを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力増幅回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力増幅回路に関し、より詳細には、主に無線周波（ＲＦ）信号を増幅する高効率の電力増幅回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、多くの自動車において、ドアの施錠開錠などを遠隔操作にて実施するキーレスエントリーシステムが採用されている。遠隔操作を実行するためには、ユーザーが所有する電子キーと、自動車側に搭載される受信機との間で通信を行う必要がある。この電子キーには、ドアの施錠開錠などのためのコマンドを、無線周波信号にのせて受信機へ向けて送信する無線周波用送信器が搭載されている。
この種の電子キーに搭載される送信器の電源は、通常、ボタン電池により供給される。そのため、送信器の消費電流は、このボタン電池の許容電流以下に制限する必要がある。また、受信機との通信距離を伸ばすためには、送信パワーが大きいことも求められる。以上のことから、消費電流が少なくてかつ送信パワーが大きい、すなわち、電力効率の高い送信器が一般的に求められている。
この送信器に用いられる電力増幅器としては、高効率を実現するためにスイッチング型電力増幅器が用いられている。例えば、特許文献１及び２に記載のものは、無線周波（ＲＦ）電力増幅器に関するもので、スイッチ素子を備えてＥ級モードで動作するスイッチング型電力増幅器が開示されている。
【０００３】
図１は、特許文献１及び２に開示されているスイッチング型電力増幅器の回路構成図である。このスイッチング型電力増幅器は、信号増幅部２１と同調回路２２とを備え、出力負荷に結合されて回路網電流ループが構成されている。信号増幅部２１は、スイッチング素子とインダクタＬとコンデンサＣとで構成され、同調回路２２は、インダクタＬ０とコンデンサＣ０とで構成されている。
このような構成を用いて、インダクタＬ，Ｌ０やコンデンサＣ，Ｃ０の値を適切に設計することによりＥ級アンプとして動作し、電力効率の高い電力増幅器を実現することが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第１９９２／０１４３００号（特許第３１３００３９号）
【特許文献２】特表平６−５０５８４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したようなＥ級アンプのようなスイッチング型電力増幅器では、その出力信号レベルは、電源電圧の減少に伴い単調に減少する。電子キーに搭載される送信器の電源電圧は、ボタン電池により供給されるため、経年劣化によりその電源電圧は低下する。そのため、増幅器の出力信号レベルは、ボタン電池の経年劣化とともに低下してしまう。その結果、自動車内部に搭載される受信機との通信距離が短くなるという問題が生じている。
このような問題に対する対策として、電源とインダクタの間にレギュレータを挿入するものや、スイッチ素子の下段に電流源を挿入するものなどがある。
【０００６】
図２は、従来の電源電圧依存抑制型の電力増幅器の回路構成図で、電源とインダクタの間にレギュレータ２３が挿入されている。図３は、従来の電源電圧依存抑制型の他の電力増幅器の回路構成図で、スイッチ素子の下段に電流源２４が挿入されている。
図２及び図３に記載の電力増幅器のいずれも出力段の電流パスに抵抗成分が挿入されて不要な電力損失が発生するため、電力増幅器の電力効率が低下することになる。そのため、送信パワーの電源電圧依存性を抑えつつも、電力効率の高い送信器の開発は困難であった。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、無線周波数帯で動作する、高効率なスイッチング型増幅器において電源電圧の変動に対して出力電力の変動を抑制しつつも高い電力効率を併せ持つ電力増幅回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、入力信号（Ｐｉｎ）と制御電圧（ａ）とを入力し、出力する矩形信号（ｂ）のデューティ比を前記制御電圧（ａ）により制御するデューティ比制御回路（１）と、該デューティ比制御回路（１）により調整されたデューティ比を有する前記矩形信号（ｂ）を入力とするスイッチング型電力増幅器（２）と、該スイッチング型電力増幅器（２）の出力信号（Ｐｏｕｔ）のレベルを検出し、該出力信号（Ｐｏｕｔ）のレベルに応じた検出電圧（ｄ）を出力する検波器（３）と、該検波器（３）からの前記検出電圧（ｄ）と基準電圧（ｅ）とを入力とし、その差分の信号を前記制御電圧（ａ）として出力する差動増幅器（４）とを備えていることを特徴とする電力増幅回路である。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記デューティ比制御回路（１）が、前記入力信号（Ｐｉｎ）のＤＣ成分を除去するために、該入力信号（Ｐｉｎ）に対して直列に接続されている容量素子（Ｃ）と、該容量素子（Ｃ）に接続されている駆動バッファ（１１）とを備え、前記制御電圧（ａ）により前記入力信号（Ｐｉｎ）のＤＣ成分を制御することにより、後段に接続されている前記駆動バッファ（１１）の閾値電圧と比較してデューティ比を有する前記矩形信号（ｂ）に変換することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、検波器（３）が、前記スイッチング型電力増幅器（２）からの被検波信号（ｃ）を入力信号とし、該スイッチング型電力増幅器（２）に直列に接続され、前記被検波信号（ｃ）のレベルに１対１に対応するようなＤＣ電圧を出力するダイオード（３１）と、該ダイオード（３１）に直列に接続され、該ダイオード（３１）の出力を受ける抵抗器（Ｒ）とコンデンサ（Ｃ）の並列回路とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電力増幅器の出力信号のレベルをスイッチング型電力増幅器に入力される矩形信号のデューティ比により制御することにより、従来技術のように出力段の電流パスに不要な抵抗成分を見せることなく出力信号のレベルを制御することができるため、高い電力効率を維持したまま電源電圧変動を抑制することが可能となる。
また、温度変動や各素子の製造ばらつきによる出力信号のレベルの変動も抑制することが可能となる。さらに、スイッチング型電力増幅器の信号増幅部の出力信号のレベルを検出器に入力することにより、スイッチング素子の耐圧を保護することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】特許文献１及び２に開示されているスイッチング型電力増幅器の回路構成図である。
【図２】従来の電源電圧依存抑制型の電力増幅器の回路構成図である。
【図３】従来の電源電圧依存抑制型の他の電力増幅器の回路構成図である。
【図４】本発明に係る電力増幅回路の実施形態を説明するための回路構成図である。
【図５】図４に示したデューティ比制御回路の具体的な回路構成図である。
【図６】図４に示した検波器の具体的な回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態（実施形態）について説明する。  
図４は、本発明に係る電力増幅回路の実施形態を説明するための回路構成図である。図中符号１はデューティ比制御回路、２はスイッチング型電力増幅器、３は検波器、４は差動増幅器を示している。
本実施形態の電力増幅回路は、デューティ比制御回路１とスイッチング型電力増幅器２と検波器３と差動増幅器４とを備えている。
デューティ比制御回路１は、入力信号Ｐｉｎと制御電圧ａとを入力し、出力する矩形信号ｂのデューティ比を制御電圧ａにより制御する。また、スイッチング型電力増幅器２は、デューティ比制御回路１により調整されたデューティ比を有する矩形信号ｂを入力とする。
また、検波器３は、スイッチング型電力増幅器２の出力信号Ｐｏｕｔのレベルを検出し、この出力信号Ｐｏｕｔのレベルに応じた検出電圧ｄを出力する。また、差動増幅器４は、検波器３からの検出電圧ｄと基準電圧ｅとを入力とし、その差分の信号を制御電圧ａとして出力する。なお、スイッチング型電力増幅器２は、上述した図１の回路構成と同様である。
【００１４】
本実施形態の電力増幅回路によれば、まず、入力信号Ｐｉｎは、デューティ比制御回路１により制御電圧ａに応じたあらゆるデューティ比を取りうる矩形信号ｂに変換される。また、入力信号Ｐｉｎは、スイッチング信号と同じ周期の正弦波状又は三角波状の信号であり、デューティ比制御回路１に含まれるスイッチング素子を駆動する駆動バッファ１１の利得により十分矩形波信号が生成できる以上の振幅を有している。
変換された矩形信号ｂは、スイッチング型電力増幅器２にて増幅され、出力端子より出力される。この出力信号Ｐｏｕｔは、検波器３へと送られ、出力信号Ｐｏｕｔのレベルに応じた検出電圧ｄに変換されて差動増幅器４へと入力される。この差動増幅器４のもう一方の入力である基準電圧ｅは、あらかじめ、所定の出力信号Ｐｏｕｔのレベルに対応する検出電圧ｄと同じ電圧に設定しておく。差動増幅器４では、検出電圧ｄと基準電圧ｅとの差分を制御電圧ａとして出力する。
【００１５】
図５は、図４に示したデューティ比制御回路の具体的な回路構成図である。このデューティ比制御回路１は、入力信号ＰｉｎのＤＣ成分を除去するために、この入力信号Ｐｉｎに対して直列に接続されている容量素子Ｃと、この容量素子Ｃに接続されている駆動バッファ１１とを備え、制御電圧ａにより入力信号ＰｉｎのＤＣ成分を制御することにより、後段に接続されている駆動バッファ１１の閾値電圧と比較してデューティ比を有する矩形信号ｂに変換する。
つまり、デューティ比制御回路１は、入力信号ＰｉｎのＤＣ成分を除去するためのフィルタ又は容量が入力信号Ｐｉｎと直列に接続され、制御電圧ａにより入力信号のＤＣ成分を制御することにより、後段に接続される駆動バッファ１１の閾値電圧と比較して、入力信号が高い場合は“Ｈ”を、低い場合には“Ｌ”を出力する。これにより、あらゆるデューティ比を取りうる矩形信号に変換する。
【００１６】
図６は、図４に示した検波器の具体的な回路構成図である。この検波器３は、スイッチング型電力増幅器２からの被検波信号ｃを入力信号とし、このスイッチング型電力増幅器２に直列に接続され、被検波信号ｃのレベルに１対１に対応するようなＤＣ電圧を出力するダイオード３１と、このダイオード３１に直列に接続され、このダイオード３１の出力を受ける抵抗器ＲとコンデンサＣの並列回路とを備えている。
つまり、検波器３は、スイッチング型電力増幅器２の出力信号Ｐｏｕｔを入力とし、その出力信号Ｐｏｕｔのレベルに１対１に対応するようなＤＣ電圧を出力する回路であれば良い。例えば、ダイオード３１を検波器３の入力信号に直列に接続し、その出力を抵抗器ＲとコンデンサＣの並列回路で受けるようなダイオード検波器が挙げられる。
【００１７】
このような構成により、負帰還構成のため、検出電圧が基準電圧よりも低くなると、出力信号レベルを大きくするよう制御電圧が自動的に調整される。また、逆に検出電圧が基準電圧よりも高くなると出力信号レベルを小さくするよう制御電圧が自動的に調整される。最終的に負帰還ループの時定数によって決定される時間を経た後、基準電圧により設定された検出電圧に相当する出力レベルの出力信号が出力端子から出力される。
これにより、出力レベルは、電源電圧に関係なく一定に保たれる。また、スイッチング型電力増幅器に入力される矩形信号のデューティ比を制御することにより出力信号レベルを制御するため、不要な電力損失を生じることなく、高効率を維持したまま電源電圧に依存しない出力信号を得ることが可能となる。
【符号の説明】
【００１８】
１  デューティ比制御回路
２  スイッチング型電力増幅器
３  検波器
４  差動増幅器
１１  駆動バッファ
２１  信号増幅部
２２  同調回路
２３  レギュレータ
２４  電流源
３１  ダイオード
【図１】
2015211393.tif 000003
【図２】
2015211393.tif 000004
【図３】
2015211393.tif 000005
【図４】
2015211393.tif 000006
【図５】
2015211393.tif 000007
【図６】
2015211393.tif 000008