特開 2022-169317 電力増幅装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022169317

(43)【公開日】2022-11-09

(54)【発明の名称】電力増幅装置

(51)【国際特許分類】

   H03F 1/52 20060101AFI20221101BHJP

   H03F 3/24 20060101ALI20221101BHJP

【ＦＩ】

H03F1/52

H03F3/24

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021075282

(22)【出願日】2021-04-27

(71)【出願人】

【識別番号】000232483

【氏名又は名称】日本電波工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002756

【氏名又は名称】弁理士法人弥生特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】柳澤 祐希

【テーマコード（参考）】

5J500

【Ｆターム（参考）】

5J500AA01

5J500AA21

5J500AA41

5J500AC56

5J500AC58

5J500AF18

5J500AF20

5J500AK17

5J500AK48

5J500AK65

5J500AK67

5J500AS14

5J500AT01

5J500PF02

5J500PF05

5J500PF06

5J500PF08

5J500PG06

5J500PG07

5J500PG08

5J500WU05

(57)【要約】

【課題】出力する電力が大きくても安全性が高い電力増幅装置を提供すること。
【解決手段】入力電力を増幅して後段へ出力する電力増幅部と、当該電力増幅部へ駆動用の電力を供給する第１の電源と、を備える電力増幅装置において、前記電力増幅装置を冷却するための冷却機構を含む付帯設備と、前記付帯設備または前記電力増幅部の異常について検出するための異常検出部と、前記異常検出部による検出結果に基づいて、少なくとも前記第１の電源からの出力が低下するように当該第１の電源に制御信号を送信する制御部と、前記制御部及び前記付帯設備に前記第１の電源とは独立して駆動用の電力を供給する第２の電源と、を備えるように電力増幅装置を構成する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力電力を増幅して後段へ出力する電力増幅部と、当該電力増幅部へ駆動用の電力を供給する第１の電源と、を備える電力増幅装置において、
前記電力増幅装置を冷却するための冷却機構を含む付帯設備と、
前記付帯設備または前記電力増幅部の異常について検出するための異常検出部と、
前記異常検出部による検出結果に基づいて、少なくとも前記第１の電源からの出力が低下するように当該第１の電源に制御信号を送信する制御部と、
前記制御部及び前記付帯設備に前記第１の電源とは独立して駆動用の電力を供給する第２の電源と、
を備える電力増幅装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記異常検出部による検出結果に基づいて、前記第１の電源、前記第２の電源の順に出力が停止するように、当該第１の電源及び第２の電源に各々制御信号を送信する請求項１記載の電力増幅装置。

【請求項3】

前記付帯設備には、異常を報知するための報知部が含まれる請求項２記載の電力増幅装置。

【請求項4】

前記電力増幅部、前記電源部、前記異常検出部及び前記制御部を囲む筐体が設けられ、
前記異常検出部は、前記筐体内における温度、前記電力増幅部からの出力、及び前記冷却機構の動作状態のうちのいずれかの異常を検出する請求項１ないし３のいずれか一つに記載の電力増幅装置。

【請求項5】

前記第２の電源からの出力を検出する出力検出部が設けられ、
当該出力検出部の検出結果に基づいて前記第１の電源からの出力が停止する請求項１ないし４のいずれか一つに記載の電力増幅装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力増幅装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電力増幅装置は、例えば各種の通信システムに搭載される。具体例を挙げると、航空機に搭載される無線通信システムに電力増幅装置が搭載され、当該電力増幅装置により増幅された信号が当該無線通信システムを構成するアンテナから送信される。航空機に搭載されるもの以外の例を示すと、特許文献１には地上デジタルテレビ放送用の送信機に含まれる電力増幅装置について記載されている。この電力増幅装置は、複数の電源モジュールを含んだ電源部を備え、故障した電源モジュールの数に応じて出力電力が変化する。

【0003】

また、特許文献２にはＨＦ帯の送信機に搭載される電力増幅器（電力増幅装置）について示されており、電力増幅器に含まれる電力増幅部については出力端の反射電力及び消費電流の監視が行われ、当該電力増幅部への入力電力が制御されることが記載されている。特許文献３には、多数の電力増幅器（電力増幅装置）を含み、各電力増幅器からの出力が合成器により合成されて出力される送信システムについて示されており、各電力増幅器は故障時に交換可能であるようにユニット化されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６７１１９０２号公報

【特許文献2】特開２０１７－１６９１００号公報

【特許文献3】特開平１１－４１１１７号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで電力増幅装置のうち、例えば既述した航空機の無線通信システムに含まれる電力増幅装置のように、比較的大きな電力を取り扱うものがある。そのような電力増幅装置については各部の異常が監視されると共に、異常の発生が認められた場合においては、火災防止などの観点から電力の出力を停止する他に、ユーザーに異常を報知したり、装置を冷却したりするなどの適切な対応がなされることが求められる。しかし既述した各特許文献１～３の技術については、そのような対応が可能な構成とされていない。

【0006】

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、出力する電力が大きくても安全性が高い電力増幅装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の電力増幅装置は、入力電力を増幅して後段へ出力する電力増幅部と、当該電力増幅部へ駆動用の電力を供給する第１の電源と、を備える電力増幅装置において、
前記電力増幅装置を冷却するための冷却機構を含む付帯設備と、
前記付帯設備または前記電力増幅部の異常について検出するための異常検出部と、
前記異常検出部による検出結果に基づいて、少なくとも前記第１の電源からの出力が低下するように当該第１の電源に制御信号を送信する制御部と、
前記制御部及び前記付帯設備に前記第１の電源とは独立して駆動用の電力を供給する第２の電源と、
を備える。

【発明の効果】

【0008】

本発明の電力増幅装置によれば、冷却機構を含む付帯設備と電力増幅部とに対して独立して電力が供給され、異常の検出により電力増幅部への供給電力を低下させても、それに影響されずに付帯設備を運用することができる。従って、出力する電力が大きくても電力増幅装置の安全性を十分に担保することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る電力増幅装置のブロック図である。

【図2】前記第２の実施形態に係る電力増幅装置のブロック図である。

【図3】前記電力増幅装置の電源部の構成をより詳細に示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

（第１の実施形態）
本発明の電力増幅装置についての第１の実施形態について、図１を参照しながら説明する。この実施形態における電力増幅装置は電力増幅モジュール１として、例えば背景技術の項目で述べた航空機に搭載される無線通信システムに組み込まれている。従って、電力増幅モジュール１で増幅された電力は当該システムを構成するアンテナ１０に供給され、当該アンテナ１０から無線信号としてシステムの外部に送信される。電力増幅モジュール１からアンテナ１０に供給される電力は、例えば１００Ｗ以上である。

【0011】

電力増幅モジュール１は、筐体１１、電源部２、電力増幅部３、制御部４、報知部５及びファン５１を備えている。筐体１１内に電源部２、電力増幅部３及び制御部４が格納されている。そして、冷却機構であるファン５１が筐体１１に設けられており、電力増幅モジュール１の動作中はファン５１の回転によって筐体１１外の空気が筐体１１内へ取込まれ、筐体１１内に設けられる上記の各部が冷却される。ファン５１には図示しない回転数検出部が設けられており、ファン５１の回転数（即ち、冷却機構の動作状態）に対応する検出信号を、制御部４に送信する。

【0012】

また、筐体１１には報知部５が設けられており、当該報知部５はＬＥＤ５２及びブザー５３を含む。後述するように電力増幅モジュール１において異常有りと判定された際に、ＬＥＤ５２が点灯すると共にブザー５３から警告音が発することで、無線通信システムのユーザーに異常が報知される。つまり異常有りと判定されていないときには、ＬＥＤ５２は消灯しており、ブザー５３は警告音を発していない。この報知部５及び上記のファン５１は、電力増幅モジュール１の付帯設備をなす。

【0013】

電源部２は、互いに独立して電力を供給可能な第１の電源２１、第２の電源２２により構成されており、第１の電源２１は電力増幅部３に、当該電力増幅部３が駆動するための電力を供給する。つまり第１の電源２１から電力増幅部３に供給される電力は、増幅されることを目的として電力増幅部３に供給される電力とは異なる。第２の電源２２は、制御部４、ファン５１及び報知部５にこれらの各部が駆動するための電力を供給する。なお、図中のハッチングを付した矢印は第１の電源２１、第２の電源２２の各々による電力の供給ラインを示している。第１の電源２１から電力増幅部３への供給電力は、第２の電源２２から制御部４、ファン５１、ブザー５３の各々への供給される電力の合計よりも大きい。

【0014】

続いて、電力増幅部３について説明すると、例えば電力増幅部３は、複数の電力増幅器３１と、各電力増幅器３１の後段に設けられる合成器３２と、を含む。なお、図中では電力増幅器３１を３つ示しているが、その数は任意であり３つには限られない。無線通信システムを構成している外部機器から電力が各電力増幅器３１に供給されて増幅され、合成器３２で合成されることにより、上記のアンテナ１０に供給される。また電力増幅部３は、例えば電圧監視用のＩＣにより構成される電圧検出部３３を含み、アンテナ１０へ供給される電圧レベルに対応する検出信号が当該電圧検出部３３から制御部４に出力される。

【0015】

電力増幅部３は、合成器３２の近傍に位置する温度センサ５４を備えている。合成器３２における電力の合成の損失が大きい場合に、当該合成器３２における発熱量が比較的大きくなる。温度センサ５４はその異常を検出するために設けられており、検出温度に対応する検出信号を制御部４に送信する。

【0016】

制御部４は、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）あるいはマイクロコントローラにより構成されており、電力増幅モジュール１の各部の動作の制御、状態の監視、異常の判定を行う。上記の状態の監視及び異常の判定として、具体的にはファン５１、温度センサ５４、電圧検出部３３から各々送信される検出信号のモニターと、当該検出信号に基づいたファン５１の回転数、電力増幅部３の温度、出力電力の電圧レベルについての異常の有無の判定と、が行われる。検出信号を出力する上記の各部は異常検出部に相当し、各検出信号の信号ラインについて図中では白抜きの矢印で示している。

【0017】

そして制御部４は、第１の電源２１、第２の電源２２、報知部５の各々に接続されている。上記した制御部４が行う各部の動作の制御としては、既述した各判定事項のいずれかに異常有りと判定されたときに、第１の電源２１、第２の電源２２を順番に落とすこと、及び第２の電源２２を落とす前に報知部５を動作させることが含まれる。これらの各動作を行うために制御部４から出力される制御信号のラインについて多数のドットを付して示している。また各ラインの近傍に示した数字は、異常時における上記の各動作を行うための制御信号が出力される順番を示している。

【0018】

電力増幅モジュール１の動作中において、ファン５１の回転数が閾値よりも低いか、温度センサ５４による検出温度が閾値よりも高いか、あるいは電圧検出部３３による検出電圧が閾値よりも高いときに、制御部４は異常有りと判定する。そのように判定されると、先ず制御部４により第１の電源２１が落とされ、電力増幅部３への電力供給が停止する。従って、電力増幅モジュール１よるアンテナ１０への電力供給が停止する。続いて、ＬＥＤ５２が点灯すると共にブザー５３により警告音が鳴る。なお、このときアンテナ１０への電力供給時と同様にファン５１の回転は続けられ、筐体１１内の各部の冷却が行われている。そして、ＬＥＤ５２の点灯及び警告音の発生開始から所定の時間が経過すると、第２の電源２２が落とされ、ファン５１、ＬＥＤ５２、ブザー５３への電力供給が停止する。従ってファン５１の回転及びＬＥＤ５１の点灯が停止し、ブザー５３も消音する。

【0019】

このように電力増幅モジュール１については、電力増幅部３についての電力系統と、制御部４及びファン５１を含む付帯設備についての電力系統とが分かれており、電力増幅部３と、制御部４及び付帯設備とに個別に電力が供給される。このような構成により、電力増幅モジュール１にて異常が検出された際に、電力増幅部３の動作状態によらず、制御部４及びファン５１を動作させて筐体１１内を冷却することができるため、電力増幅モジュール１について高い安全性が担保される。また、当該電力増幅モジュール１においては、電力増幅部３への電力供給を停止した後、自動で制御部４及び付帯設備への電力供給も停止される。従って余計な電力消費を防止することができ、そのように不要な電力供給を行わないことで、より確実に安全性を担保することができる。

【0020】

なお、上記の異常が発生した場合には制御部４は図示しない上位のコントローラに対して異常が発生した旨の情報を送信することができる。このように通信によりユーザーに異常が報知されるので、ＬＥＤ５２及びブザー５３については設けられなくてもよい。また、ファン５１について既述の例では異常有りの判定後、回転を続けた後に自動で停止するものとしたが、そのような停止がなされず、ユーザーがシステムに対して所定の操作を行うまで回転が続けられてもよい。

【0021】

ところで温度センサ５４については、既述した位置に設けることには限られない。電力増幅器３１は電力増幅用のトランジスタを備えている。このトランジスタに異常が発生し、それにより電力増幅器３１の発熱が大きくなることが考えられる。従って、このトランジスタの近傍、具体的には例えば当該トランジスタが搭載される基板に温度センサ５４も搭載し、検出温度に基づいて異常の判定を行ってもよい。なお、上記の例では第１の電源２１、第２の電源２２を各々オフにする、即ち各電源からの供給電力を０Ｗになるように低下させているが、０Ｗではない値となるように低下させてもよい。また、電圧検出部３３については合成器３２の後段の電圧を検出するように設けたが、電力増幅器３１と合成器３２間の電圧を検出し、その検出結果に基づいて異常について判定してもよい。

【0022】

（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る電力増幅モジュール１Ａについて図２を参照しながら、電力増幅モジュール１との差異点を中心に説明する。電力増幅モジュール１Ａの第１の電源２１は第１の実施形態で述べた各事項の異常時に落とされる他に、第２の電源２２の出力が異常となった場合も落とされる。図２では模式的に第２の電源２２から第１の電源２１に直接検出信号が送信されるように示しているが、実際には図３に示すように、例えばＩＣにより構成される電圧検出部３５から第１の電源２１に検出信号が出力される。

【0023】

出力検出部である電圧検出部３５は、第２の電源２２から既述した制御部４、ファン５１、報知部５の各々への電力を供給するラインにおける電圧レベルを検出し、検出される電圧に応じて、第１の電源２１のＥＮＡＢＬＥ端子にＨ信号またはＬ信号を出力する。検出される電圧レベルが閾値以上であれば、電圧検出部３５はＨ信号を出力し、このＨ信号が入力される間、第１の電源２１は電力増幅部３への電力供給を続ける。検出されるレベルが閾値より小さくなると、電圧検出部３５はＬ信号を出力する。このＬ信号が入力されると第１の電源２１については落ちるように構成されており、従って電力増幅部３への電力供給が停止する。

【0024】

このように第２の実施形態の電力増幅モジュール１Ａによれば、第２の電源２２からの出力が低下することで当該第２の電源２２から電力が供給されている各部の動作に異常が発生する見込みとなった場合においても電力増幅部３の動作が停止する。従って、さらに確実にモジュールの安全性が担保される。

【0025】

なお第２の実施形態において、第２の電源２２からの出力として検出するパラメータは、電圧であることに限られず、電流であってもよい。具体的には例えば電圧検出部３５の代わりに電流検出部を設け、電流値に基づいてＨ信号またはＬ信号が電流検出部から第１の電源２１に出力される構成であってもよい。また、第１の実施形態において電力増幅部３からの出力として検出するパラメータとしても電圧の代わりに電流であってもよい。またこのように第２の電源２２からの出力、電力増幅部３からの出力として検出するパラメータは電力であってもよい。そして、第１の電源２１、第２の電源２２は既述のように個別に電力を供給できればよく、同じ筐体内に含まれていてもよいし、別々の筐体を備えていてもよい。

【0026】

なお、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更、組み合わせが行われてもよい。

【符号の説明】

【0027】

１ 電力増幅モジュール
２１ 第１の電源
２２ 第２の電源
３ 電力増幅部
４ 制御部
３３ 電圧検出部
５１ ファン
５４ 温度センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【手続補正書】

【提出日】2021-05-06

【手続補正1】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正の内容】

【図1】

【図2】

【図3】