CN1913310A - 通过开/关转换操作以较少噪声的方式控制受控变量的装置 - Google Patents

Abstract

一种开关装置，包括开关元件、设置元件、和控制元件。开关元件响应驱动信号开启/关闭，以便控制受控系统的受控变量到预期量。设置装置基于所预期的占空设置驱动信号来控制受控变量，其中通过重复由多个间隔组成的基本模式来设置驱动信号，该间隔被确定用于移除在频谱中，在基于开启操作的开始时间之间的间隔和关闭操作的开始时间之间的间隔产生的切换频率两两之间或之中的重叠。控制元件基于驱动信号可变地控制开关元件。

Description

通过开/关转换操作以较少噪声的方式控制受控变量的装置

相关申请的交叉参考

本申请涉及和结合引用2005年4月1日提交的日本专利申请No.2005-105841。

技术领域

本发明涉及一种配置有控制器的开关装置，该控制器占空控制受控系统的受控变量到预期量，特别地，涉及一种能够执行这样一种控制的开关装置，该控制是由于开关装置的切换操作，通过使开关元件开/关具有较少噪声。

背景技术

通常，车载的电源电气设备被装备有使用供电开关元件的开关装置。这种供电开关元件上能够实施开启/关闭，例如，脉宽调制(PWM)。因此，控制供电开关元件的开启/关闭操作允许如混合汽车上的DC-DC转换器的受控系统具有受控变量的预期量。

特别地，当受控变量指示预期目标量时，那么供电开关元件执行定期的开启/关闭操作。由于开启操作和/或关闭操作的开始时间存在间隔，这种操作可能只增加噪声分量的能量，该噪声分量的频率符合切换频率和其谐波频率。这种较高能量的噪声分量有时重叠在由车载收音机或其它类似收音机装置调制的广播信号上。在这种非期望的情况中，车载收音机的扬声器会输出杂音给使用者。

为了解决这个缺点，日本专利未决申请No.2002-335672和2003-88101公开了一种用于噪声移除的对策。即，在那些文献中，确定切换频率，使得它的谐波通过预定关系与广播频带有关。实际上，该预定关系是该谐波具有不同于调制的广播频率的特定频率。这有助于抑制扬声器输出噪声。

然而，在这种对策中，如果由供电开关元件执行的开/关操作的模式通过PWM控制被改变，切换频率或与调制广播频率一致的谐波不能被拒绝。

发明内容

本发明包括上述观点并且提供能够减少开关控制产生的噪声(尤其是噪声的峰值)的开关装置，其中配置有开关设备的受控系统控制受控变量到目标量。

一个方面，本发明提供一种开关装置，包括：开关元件，响应驱动信号开启/关闭，以便控制受控系统的受控变量到预期量；设置装置，用于基于预期的占空设置驱动信号以控制受控变量，其中通过重复包括多个间隔的基本模式来设置驱动信号，该多个间隔被确定用于移除在频谱中的，基于开启操作的开始时间之间的间隔和关闭操作的开始时间之间的间隔产生的切换频率两两之间或之中的重叠；以及控制装置，用于基于驱动信号可变地控制开关元件。

优选地，多个间隔的每一个都具有定义为开关元件的开启期间或关闭期间与开启操作的开始时间之间的间隔或关闭操作的开始时间之间的间隔的比率。

例如，基本模式包括多个间隔，该多个间隔被确定用来彼此区分开启操作或关闭操作的开始时间之间的间隔。优选地，该控制装置包括依赖于所预期量用于可变地控制各个间隔的占空的占空控制装置。

还优选地，由多个间隔组成的基本模式的时间周期被设置成具有将切换频率扩展到高于给定音频频率的频率，该频率在驱动脉冲的上升沿之间和下降沿之间的间隔上形成。

附图说明

在附图中：

图1示出了根据本发明第一实施方式的混合汽车的包括供电控制单元的基本部分的配置框图；

图2是示出配置在供电控制单元中的DC-DC转换器配置的电路图，该DC-DC转换器具有根据本发明的开关装置；

图3A-3C说明由DC-DC转换器中执行的开关控制产生的缺陷；

图4是示出与由开关控制引起的噪声有关的所执行的试验结果的图表；

图5是示出与由开关控制产生的噪声有关的所执行另一个试验结果的图表；

图6A是根据第一实施方式说明开关控制模式的脉冲波形；

图6B是基于图6A所示的开关控制模式的频谱；

图7A是根据第一实施方式说明开关控制的另一个模式的脉冲波形；

图7B是示出基本模式中从一种驱动脉冲切换到另一种驱动脉冲的图表；

图7C是基于图6C所示的开关控制模式的频谱；

图8A和8B是分别示出由根据第一实施方式的开关控制引起的噪声的测量结果的频谱；

图9A和9B说明在DC-DC转换器中执行的占空控制产生的缺陷；

图10A和10B说明在DC-DC转换器中执行的占空控制产生的缺陷；

图11说明在DC-DC转换器中执行的占空控制产生的缺陷；

图12A-12D说明在第一实施方式中执行的占空控制的模式；

图13说明根据本发明第二实施方式中执行的占空控制的模式；

图14说明根据本发明第三实施方式中执行的占空控制的模式；

图15是示出根据实施方式的变形的DC-DC转换器结构的电路图；

图16A是示出应用到根据本发明的开关装置的反相器的电路图；

图16B说明图16A中的开关装置的操作；以及

图17A和17B是概述第一实施方式中DC-DC转换器的控制器操作的流程图。

具体实施方式

现在参考附图详细描述根据本发明的开关装置的各种实施方式。

(第一实施方式)

参考图1-12D，描述第一实施方式。第一实施方式提供了一种安置在混合汽车(也就是气电车，gas-and-electric car)上用于DC-DC转换器的开关装置。

图1概述了这种混合汽车的结构。如其中所示，该混合汽车配置有内燃机2、电动发电机4、供电配电器6、主动轴8、和主动轮10。由内燃机2和电动发电机4产生的驱动力经由供电配电器6和主动轴8被传送给主动轮10。

除提供驱动力给供电配电器6之外，通过使用供电配电器6提供的驱动力，电动发电机4被配置用来产生动力。该电动发电机4电连接提供有下面将描述的DC-DC转换器、反相器、高电压电池的供电控制部件14。供电控制部件14被配置用以将由电动发电机4产生的AC电源转换成DC电源并且存储该转换的DC电源。除此之外，供电控制部件4被配置来逐步降压高电压电源以提供具有逐步降压电源的电池16。

该混合汽车配置有收音机18和扬声器19。该收音机18具有AM接收器和FM接收器。接收通过调制模拟调幅(AM)上的载波产生的已调制波的AM接收器检测并解调已调制波，以便输出音频信号到扬声器19。例如，分配给AM广播的频带是“510到1720KHz”。另一方面，FM接收器接收调频(FM)上产生的已调制波并检测和调制该已调制波，以便输出音频信号给扬声器19。例如，分配给FM广播的频带是“76到108MHz”。

如图2所示，该供电控制部分14被提供有DC-DC转换器20和作为本发明的开关装置的主要部分的控制器30。

DC-DC转换器20由绝缘类型的DC-DC转换器构成。如所示，该DC-DC转换器20被提供有存储通过电动发电机4从AC电源产生的DC电源的高电压电池15、由供电开关元件26和变压器23的线圈23a组成的串行电路、和输出低电压电源到电池16的低电压电路21。该低电压电路21被提供有变压器23的线圈23b、二极管22和27、线圈28、和电容24。二极管27和线圈28都串联地电连接到变压器23的线圈23b。二极管22电插入到二极管27和线圈28之间。电容器24连接到线圈28的输出端并且接地。在这个DC-DC转换器20中，上述结构允许供电开关元件26以可控方式重复地开启和关闭，以便通过开关控制控制来自DC-DC转换器20的输出。

控制器30包括具有CPU(中央处理器)31、存储器32和其他必要元件(未示出)的微计算机。该控制器30被形成来接收DC-DC转换器20的输出并且基于PWM控制(即，开关控制)命令驱动器40来控制供电开关元件26的开启/关闭操作，以便DC-DC转换器20提供预期的输出值。特别地，该驱动器40用作以可控方式输出驱动脉冲给供电开关元件26，由此该驱动脉冲能够使供电开关元件26开启/关闭。

因此，本发明的开关装置提供有供电开关元件26、控制器30和驱动器40。

上述开关控制依赖于其控制模式，使噪声与由接收器18调谐的广播信号混频。由于开关控制产生的噪声不仅包括由于开关控制自身的辐射噪声，还包括通过连接到接收器18的线路L1和L2传送的噪声(参考图1和2)。如图1所示，线路L1电连接接收器18的接地端子和供电控制部分14(实际上是DC-DC转换器20)。另一方面，电连接接收器18和电池16的线路L2还电连接到供电控制部分14(实际上是DC-DC转换器20)。因此，来自DC-DC转换器20的噪声可能经由线路L1和L2进入接收器18。

只有当用于开关控制的驱动信号或驱动信号的谐波在其频率中与接收器18上的已调制广播信号在其频率范围中重叠时，由开关控制产生的噪声将出现并混入接收器18的调制广播信号。参考图3A-3C、4和5，现在将详细说明这种噪声的产生。

图3A说明了用于驱动供电开关元件26的前述驱动脉冲的一个例子。如所示，驱动脉冲呈现出电平抬高状态(开启状态)周期(保持逻辑“H”电平的周期期间)和非抬高状态(关闭状态)周期(保持逻辑“L”电平的周期期间)。在抬高状态或非抬高状态周期期间，使供电开关元件26达到其“开启”状态。例如，在这个例子中供电开关元件26由N沟道MOS晶体管组成，激活驱动脉冲的逻辑“H”电平周期以便开启N沟道MOS晶体管。可选择地，在这个例子中，供电开关元件26由P沟道MOS晶体管组成，使得该元件在驱动脉冲的逻辑“L”电平周期开启。

在本实施方式中，现在将说明在驱动脉冲的每个逻辑“H”电平期间使供电开关元件26开启的开关控制。

在图3A所示的实施方式中，驱动脉冲的上升沿(即，分别为“开启”操作开始的时刻)之间的间隔(时间周期)Th和驱动脉冲的下降沿(即，分别为“关闭”操作开始的时刻)之间的间隔(时间周期)Tl被确定为彼此相等。因此，如图3B所示，分别是间隔Th和Tl的倒数的“开启”和“关闭”操作的切换频率也是彼此相等的。因此，切换频率fh和fl上信号(也就是，噪声)的能级变大。为了易于理解，切换频率fh和fl在图3B中彼此扩展(或筛选)。因此，如图3C所示，切换频率fh(或fl)和其谐波“fh×2，fh×3，fh×4，fh×5，……(fl×2，fl×3，fl×4，fl×5，……)”的频率上的噪声具有强级。

图4包括示出使用图3A所示的驱动脉冲由开关控制引起的噪声能级(试验值)的图表。在图中，实线“PEAK”表示峰值噪声级而虚线“AVE”表示平均噪声级，它们都是强I级。

为了减少基于切换频率由开关控制产生的噪声的能级，可进行下述方法。一种可行方法是在各自的驱动脉冲的占空周期中PWM控制是任意的。另一种可行方法是使用多个频率的PWM控制。另一种可行方法是在使用驱动脉冲的上升沿和下降沿中的脉冲图形的开关控制在时刻上彼此是分散的，以便上升沿河下降沿能够相隔一定的间隔不被重复。

图5示出了涉及上述方法的开关控制通常导致的噪声的能级(试验值)。从图5可理解到，和图4相比较，使用上述方法能够使噪声的平均能级很大程度上降低。

尽管噪声的能级降低了，在切换频率以及其谐波频率和接收器18调制的广播频率重叠的情况中，背景噪声将从扬声器19中输出。当然，如果切换频率以及其谐波频率被设置成不同于扬声器19调制的广播频率的值时，背景噪声将消除。然而，如所描述的这种设置是很困难的。

在本实施方式中，为了克服上述困难，驱动脉冲模式被设置成包括多个驱动脉冲的模式，该多个驱动脉冲不仅在开启操作开始时刻(即，各自驱动脉冲的上升沿)之间存在彼此不同的间隔，而且在关闭操作开始时刻(即，各自脉冲的下降沿)之间存在彼此不同的间隔。这种设置方式允许切换频率散布(或分散)在驱动模式中。通过循环地重复这种驱动脉冲，计算作为这个模式的重复周期T的反数的扩展频率能够被设置成高于音频频率的值。

图6A示例了包括三个驱动脉冲的驱动脉冲模式，该三个驱动脉冲在它们的上升沿之间具有彼此不同的间隔并且在它们的下降沿之间具有彼此不同的间隔。在这个例子中，所有上升沿之间的间隔Th1-Th3和下降沿之间的间隔Tl1-Tl3彼此是不同的。因此，基于间隔Th1-Th3计算出的切换频率fh1-fh3和基于间隔Tl1-T13计算出的切换频率fl1-fl3彼此是不同的，如图6B所示，这导致了所有的切换频率fh1-fh3和fl1-fl3彼此是散布的(即分散或区分的)。因此，由于那些切换频率产生的噪声级的平均值降低。

然而，尽管上述间隔设置有效地减少噪声级，在任何一种切换频率fh1-fh3和fl1-fl3以及任何一种其谐波频率和接收器18调制的AM广播频率重叠的情况中，噪声仍将从扬声器19中输出。考虑到这种情况，本实施方式使用其重复周期T提供作为其反数的驱动脉冲模式，扩展频率覆盖该音频频率。因此，即使产生上述频率重叠，一个重叠到下一个重叠之间的间隔的反数也高于音频频率。因此，由于从扬声器19输出的噪声的频率偏离音频频带的事实，能够肯定的并很好地抑止与来自扬声器19的广播音频信号重叠的音频噪声。

附带地，上述覆盖音频频率的频率可以定义为“20kHz或更高”，因为音频频率通常为“20到20kHz”。这种设置仅仅是一个例子，并不是用于限定的。每个个人都具有不同于别人的听力，但是能够听到例如“20kHz”的音频信号的人很少。因此该扩展频率可以被设置成“15kHz或更高”，仍然能够很好地提供类似于前述的噪声抑止。

图7A示例了另一种包括两个驱动脉冲的驱动脉冲模式，该两个驱动脉冲的上升沿之间具有不同的间隔并且它们的下降沿之间也具有不同的间隔。在这个例子中，所有上升沿之间的间隔Th1-Th2和下降沿之间的间隔Tl1-Tl2彼此是不同的。另外，是扩展频率(即，重复频率)的由两个驱动脉冲形成的重复周期T的反数被设置成高于音频频率的值。如图7B所示，这使得基本模式中的两个不同的驱动脉冲以高于给定音频频率的速度相互切换。

在这种方式中，如图7C所示，例如，即使当符合间隔Th2的切换频率fh2和广播站广播的AM无线电广播的频率(例如，“600kHz”)一致，通过切换快于音频频率的驱动脉冲，扬声器19能够输出一个音频信号，该音频信号不具有混入该输出的音频频率范围内的切换控制导向噪声。

然而，应当指出，如图7C所示，切换频率在AM无线电广播频带的范围内的情况中，扩展(分散的)的切换频率之间的差分大于每一AM无线电广播的频带。更具体的，例如，在日本，每个AM无线电广播的频带分配为“9kHz”。类似于这种情况，通常，预先确定指定给每个广播的频带。从而切换频率能够彼此扩展以便切换频率之间的差分大于频带。因此，即使当接收器18接收的广播频率符合其中一种切换频率时，也能够避免所有切换频率适合一个特定广播频率，从而导致频率中的重叠局限(或限制)在该频带。

在扩展频率设置在音频频率范围内外的两种情况中测定AM无线广播播放的音频信号的FET特性。图8A和8B示出了评估结果。

由使用例如图7A所示的两种不同的驱动脉冲产生图8A和8B的图表，通过转换两种驱动脉冲之间的切换频率生成图8A和8B的图表，并且随后在来自扬声器19(也就是，AM接收器)的音频信号上执行FFT分析。在图8A中，扩展频率在音频频率范围内，而在图8B中，扩展频率高于音频频率。

在图8A所示的FFT分析结果中，音频信号上频率为“2.8kHz”的噪声被抑止，借此扬声器19输出“唧唧”的噪声。另外，音频信号上频率为“9.1kHz”的噪声被抑止，借此扬声器19输出“吱吱”的尖叫噪声。相反，图8B示出的FET分析结果在音频频带范围内不提供噪声峰值。

在这种方式中，通过基于图6A或图7A所示的驱动脉冲模式执行开关控制，能够避免扬声器19输出存在于音频频带中的噪声，即，听得见的噪声。

顺便提及，为了控制DC-DC转换器20的输出到预期量，该驱动脉冲不应当被固定，而是要被改变。用于改变驱动脉冲的方式包括前述上升沿之间的间隔和下降沿之间的间隔之间的上述关系不能满足的情况。如果切换频率彼此重叠，会产生诸如响应于开关控制的辐射噪声的能级增大的困难。此后将更详细地说明。

在本实施方式中，用于将驱动脉冲的上升沿之间的间隔设置成某一差分量(即，间隔)的基本模式预先存储在图2所示的控制器30的存储器32中。上升沿受到占空控制以便确定用于控制DC-DC转换器的输出到预期量所需的占空(或占空比，占空周期)。

图9A和9B说明了符合由两个驱动脉冲的下降沿之间形成的间隔和占空控制的切换频率之间的关系，以便两个驱动脉冲的上升沿之间的间隔被扩展(分散)成两个量的情况。如图9A所示，由彼此不同的两个间隔Th1和Th2组成的基本模式(即，基本的驱动脉冲模式)被重复用于设置上升沿之间的间隔。在这个例子中，间隔Tl1和Tl2提供的切换频率fl1和fl2在占空变化期间如图9B所示进行变化。在图8B中，当占空是X％时，各自脉冲的两个下降沿之间形成的两个间隔的两个切换频率彼此相同。

图10A和10B说明了符合由三个驱动脉冲中的两个下降沿之间形成的间隔和占空控制的切换频率之间的关系，以便三个驱动脉冲中的两个上升沿之间的间隔被扩展(分散)成两个量的情况。如图10A所示，由彼此不同的三个间隔Th1’-Th3’组成的基本模型(即，基本的驱动脉冲模型)被重复用于设置上升沿之间的间隔。在这个例子中，间隔Th1’-Th3’提供的切换频率fl1’-fl3’在占空变化期间如图10B所示进行变化。在图10B中，当占空分别是α％、β％和γ％时，各自脉冲的两个下降沿或两个上升沿之间形成的两个间隔的两个切换频率彼此相同。因此，即使切换频率以图6B所描述的方式扩展，占空的变化会在切换频率中产生一个重叠，如图11所示。

此外，当驱动脉冲的上升沿之间的间隔被扩展为4个量时，允许切换频率彼此相同的占空最大为9点。基本模式中移位的间隔的数量越多，切换频率彼此相同的占空越多。

在这种方式中，在执行占空控制时，某些占空会使切换频率之间或其中产生重叠。为了消除这种重叠，本实施方式采取具有多种彼此不同的基本模式(基本驱动脉冲模式)和依赖于所要求的占空执行多个基本模式之中转换的方式。在本实施方式中，示例了两种基本模式。

参考图12A-12D，现在将描述如何执行占空控制。图12A示出了基本模式1，而图12B示出了基本模式2。表示这些基本模式1和2的信息预先存储在控制器30中的存储器32中。关于存储在存储器32中基本模型1的信息包括示出图12A中上升沿之间的间隔Th1和Th2和这些间隔Th1和Th2的顺序的多条信息。在基本模式1的重复周期T(＝Th1+Th2)上获得的频率被设置成高于给定音频频率的值。

其间，关于存储在存储器32中基本模型2的信息包括示出图12B中上升沿之间的间隔Th1’、Th2’和Th3’以及这些间隔Th1’到Th3’的顺序的多条信息。在基本模式2的重复周期T’(＝Th1’+Th2’+Th3’)上获得的频率被设置成高于给定音频频率的值。

此外，在本发明中，图12C所示的表示基本模式1的可用占空范围1a和1b的信息以及图12D所示的表示可用占空范围2的信息被预先存储在控制器30的存储器32中。这使得能够响应所需的占空值有选择地切换基本模式1和2。执行基本模式1和2之间的切换允许占空在上升沿和下降沿之间各自的间隔产生的切换频率在频率轴上彼此不重叠的情况中以可控的方式变化。

另外，可用占空范围1a和1b以及2设置在可用占空在基本模式1和2之间不重叠并且可用占空范围2的边沿分别延续到可用占空范围1a和1b的情况中，以便占空能够被确定为不间断。

使用图17A和17B，现在概述CPU31执行的所有操作。

CPU31形成来对至少两种类型的定时中断起作用。图17A所示的一个定时中断是基于分钟间隔Δt1并且以反馈方式控制占空到预期值，而图17B所示的定时中断是基于另一个间隔Δt2(＞Δt1)并且定期地选择设置一种基本模式(即，在基本模式1和2之间定期转换)。

在图17A所示的定时中断处理中，CPU31确定间隔Δt1是否过去(步骤S1)。当间隔Δt1过去时，CPU31检测DC-DC转换器20的当前输出电压(步骤S2)。这种检测包括取样线路L2上的电势。于是，使用PID(比例、积分、微分)动作技术，CPU31计算更新的用于控制DC-DC转换器20的输出电压到预期目标值的占空的值(步骤S3)。关于计算的新占空的信息从CPU31提供，也就是，从微计算机30提供到驱动器41，以便驱动器40对新的脉冲输出进行操作以提供新的开启/关闭定时给供电开关元件26(步骤S4)。

其间，在图17B所示的定时中断处理中，CPU31确定间隔Δt2是否过去(步骤S11)。当间隔Δt1过去时，CPU31检测当前占空的读取值(步骤S12)。于是，取决于当前占空的值，CPU31选择基本模式1或2，如上所示(步骤S13；参考图12C和12D)。描述选择的基本模式1或2的信息作为表示当前选择的基本模式的信息存储在CPU31的工作区域(步骤S14)。

选择地设置基本模式并且如上所述控制供电开关元件26的占空，扩展(分散)切换频率。因此能够避免开关控制产生的噪声能量在给定频率上变大的情况。而且，作为给定基本模式的重复周期的反数的扩展频率确定为高于给定的音频频率范围。因此，即使扩展频率和/或它们的谐波频率与接收器18调制的广播信号的频率重叠，来自扬声器19的噪声也能够偏离音频频率范围。

因此，在本实施方式中，即使切换频率设置在长波(LW)带宽，其中它的谐波具有相对低的度数，可以与AM广播带宽重叠，或设置在用于AM广播的中波(MW)带宽中，该AM广播在较好的条件中能够听到。另外，以相对高的频率设置的切换频率允许DC-DC转换器20变得更紧凑。

总之，本实施方式能够提供下述优点。

首先，基本模型提供两个相邻开启操作开始时刻之间的间隔和两个相邻关闭操作开始时刻之间的间隔，该基本模式重复切换供电开关元件26，为这种基本模式的充足时间的反数的扩展频率被设置成高于给定的音频频率。因此扩展(即，分散)用于开关控制的频率，以便能够减少开关控制产生的噪声的平均能级。而且，该扩展频率高于给定的音频频率，借此包括在扬声器19最终输出中的噪声被阻止进入音频频率范围。这有效地消除来自声音信息传送的噪声影响。

其次，通过重复由多个彼此不同脉冲的间隔组成的基本模式设置两个驱动脉冲的上升沿之间的间隔。那些具有彼此不同间隔的每个脉冲中的占空在基于驱动脉冲的边缘时刻的切换频率之中不存在重叠的情况中可变地受控。因此能够避免增加驱动脉冲的边缘之间的间隔两两之间或之中的重叠产生的噪声能级。

第三，提供多种彼此不同的基本模式作为基本模式，导致响应用于开启/关闭控制供电开关元件26所需的占空量产生多个基本模式之间的所需转换。因此，如果当使用多种基本模式的一种设置所需的占空时，迫使切换频率彼此重叠，转换能够成为另一种基本模式。这种转换允许切换频率彼此分开。在这种方式中，能够稳定地避免切换频率之间或切换频率之中彼此重叠(即，驱动脉冲的上升沿和下降沿时刻计算的频率)，同时所需的占空能够被设置用于开启/关闭控制供电开关元件26。

(第二实施方式)

参考图12A和13，现在将说明根据本发明的开关装置的第二实施方式。顺便提及，在第二实施方式中，为了简化说明，和第一实施方式中相同或类似的元件用相同的参考标记来表示。这种方式也适用于第二实施方式之后的实施方式。

虽然，在第一实施方式中，取决于所需的占空提供多种彼此不同的基本模式来选择地转换基本模式，在第二实施方式中执行另一种可变的占空控制。具体地，在其中定义为“开启”间隔(逻辑“H”的间隔)或“关闭”间隔(逻辑“OFF”的间隔)的总时间与预定时间周期比率的平均占空被设置成所需的占空值，该占空可变地受控，在此期间“开启”和“关闭”操作的某些周期的占空值彼此不同。这种处理同样由微计算机31执行。

更具体的，第二实施方式仅仅使用图12A所示的基本模式1，未使用基本模式2。在这个例子中，占空为“X％”时，在下降沿上计算出的两个切换频率fl1和fl2彼此相同。因此，当所需占空是“X％”时，如图13所示，该占空被控制，基本模式1的两个周期指定为预定的时间周期“2×T”，作为控制周期Tc，并且在这个控制周期Tc期间的占空被平均地设置(调整)成“X％”。如实际的例子，在每个控制周期Tc期间基本模式的第一个重复周期T的占空被设置成“X+α％”，同时基本模式的第二个重复周期T的占空被设置成“X-α％”。在基本模式的每个自身周期期间在控制周期Tc上设置占空的方式除去了占空“X％”，同时仍然允许平均占空为“X％”。

其间，所需的占空不是“X％”时，可以设置基本劳模式各自周期共有的占空。然而，在这个例子中，为了避免所需占空是“X％”时占空之间不连续的转换，优选的是占空在控制周期Tc期间可以在第一重复周期T和第二重复周期T之间被区分。例如，当假定所需的占空是DT时，基本模式的第一重复周期T的占空可以被设置成“DT+α{1-|DT-X|/100}”，而基本模式的第二重复周期T的占空可以被设置成“DT-α{1-|DT-X|/100}”。

如所描述的，根据第二实施方式的开关装置提供了另一个优点以及在第一实施方式中获得的第一和第二优点。

基本模式的第一和第二重复周期T的占空是有区别的，假设平均占空在预先确定的控制周期Tc期间被指定成所需占空。这能够从供电开关元件26的占空控制中移除位于彼此重叠的切换频率上的占空(例如，如所示范的“X％”)。此外，通过使用平均占空作为所需的占空，所需占空仍然是可靠的，以可控的稳定方式避免切换频率的彼此重叠。

(第三实施方式)

参考图14，现在将说明根据本发明的开关装置的第三个实施方式。

在本实施方式中，除了避免驱动脉冲的边沿时刻产生的切换频率(基本频率)两两之间(之中)的彼此重叠，占空控制包括避免在AM无线电广播频带中切换频率的多个谐波频率之间的彼此重叠。

在本实施方式中，术语“谐波的重叠”定义为存在于指定给AM广播频带中的每个AM广播站的一个频带范围内的多个谐波的频率之间的差分，从频带中移除切换频率产生的噪声。在日本，如果谐波频率之间的差分是在“9kHz”内，就认为该频率是彼此重叠的。

特别的，表示多个(N幅)基本模式和图14所示的映射表的信息位预先存储在控制器30的存储器32中。

形成图14所示的映射表以便写入每一个基本模式的占空。在该映射表中，设置写入的占空，使得在AM广播的频带中移除由每个基本模式定义的切换频率的谐波和在受到基于基本模式的占空控制的驱动脉冲的下降沿之间的间隔上计算的切换频率的谐波两两之间或之中的重叠。

在图14所示的映射表中，实线和虚线圆圈都表示能够移除上述切换频率的谐波之间的重叠的占空比。然而，只有用实线圆圈示出的占空才被设置成用于实际的应用。这种设置允许控制器30唯一的确定哪一个基本模式被使用，在存在多个基本模式的情况中，多个基本模式提供能够在AM无线电广播频带中移除切换频率的多个谐波两两之间或之中的重叠。

另外，这种设置也认为是其中为了避免基本模式之中的频率转换位于同一基本模式上存在相邻并且可用的占空值的一种情况。在这种情况中，采用同一基本模式，即使存在其他可用于确定期望占空的基本模式。例如，能够在基本模式1或基本模式N上确定“2％的占空”，但是“1％占空”基于基本模式1被确定，该基本模式1还可以选择地确定为“2％”占空。

结果，第三实施方式能够提供另一个优点以及在第一实施方式中获得的第一和第二优点。

即，供电开关元件26以能够阻止多个切换频率的谐波两两之间或之中的重叠的占空比被可控地改变，以便位于谐波上的频率的噪声能级彼此重叠。

(变形)

前述各种实施方式可以发展成各种类型的变形，下文将说明。

在第二实施方式中，控制周期Tc被设置成时间周期，该时间周期是基本模式重复周期T的两倍。但是并不限于此，控制周期Tc能够被设置成重复周期T的三倍或三倍以上。

此外，作为一种模式，执行占空的可变控制，使得在平均占空被设置成所需占空的条件下，用于允许供电开关元件26开启/关闭的间隔的某些占空如上所述彼此是有区别的。在这种占空可变控制中，使用基本模式确定相同占空，但不限于这种方式。例如，在图13中，基于第一基本模式的间隔Th1的占空和基于第二基本模式的间隔Th2的占空都可以被设置成“X+α％”，基于第一基本模式的间隔Th2的占空和基于第二基本模式的间隔Th1的占空都可以被设置成“X-α％”。

此外，移除驱动脉冲上升沿和下降沿产生的切换频率两两之间或之中的重叠的占空控制不限于前述实施方式和变形中所描述的模式。例如，关于图12A所示的基本模式的信息和关于图12C所示的可用占空范围“1b”的信息可以被单独存储在存储器32中，以便只有可用占空范围“1b”中的占空能够受到占空控制。

另一个的变形是关于如何确定驱动脉冲边沿之间的间隔类型。即，本发明不限于其中间隔被确定在驱动脉冲上升沿之间的模式。可选择地，该间隔可以被确定在驱动脉冲下降沿之间。另一个变形是可以使驱动脉冲的逻辑“L”电平符合供电开关元件26的开启操作，同时使驱动脉冲的逻辑“H”电平符合供电开关元件26的关闭操作。

另一个变形是关于如何设置基本模式。这种设置方式不限于前述实施方式和变形中所示的方式，也可以发展成其它各种方式。在进行这种设置的情况中，可以使扩展频率或它的谐波频率和切换频率不重叠，该切换频率由所需频带中的基本模式或其谐波频率来确定，在所需频带中应当使用开关装置免受噪声。如果那样的话，开关控制的频率产生的噪声能够被消除。

而且，期望减小前述噪声的频率范围并不限于如上所述的所有无线电频率范围(例如，在日本所有的AM无线电频率范围“510-1710kHz”)，但这不是确定的。例如，期望减少噪声的频率范围可以是所有无线电频率范围的一部分，诸如“510-1000kHz”范围或“1000-1710kHz”范围，取决于哪一个范围包括用户的调制广播频率。

开关控制模式根据所选择的频率范围改变。例如，在频率低于AM频率范围的LW带中进行开关控制的情况中，很难移除所有AM频率范围中谐波的彼此重叠。然而在这种例子中，能够很好的可变地设置开关控制的模式(即，基本模型和占空控制)，借此这种重叠很容易被移除。

前述基本模型和占空控制的设置能够发展成其中消除了从各自的广播站广播的载波频率和切换频率以及其谐波频率之间的重叠的另一种配置。

此外，如果汽车配置有诸如GPS传感器的位置传感器，该开关控制模式以可控模式变化。例如，要调制的广播信号的频率基于来自位置传感器的汽车位置信息被检测，并且移除所检测的广播频率和切换频率以及其谐波频率之间的重叠。即使在可变控制中，能够很好地使扩展频率超过给定的音频频带，考虑到DC-DC转换器20的特性变化，由于这种变化，驱动器40和其它元件在温度上会发生变化，从而产生前述的频率重叠。

要减少前述噪声的无线信号并不限于来自广播站的广播无线信号。例如，这种噪声减少能够使用在其中如CD(压缩盘)重现设备和MD(小型盘)重现设备、和DVD(数字化视频光盘)设备这样的音频设备被安置在已经装货的汽车上的情况。在这种情况中，某些设备具有其中存储有要被重现的音频信息，该音频信息作为具有无线频带内的频率的信号被传送。这种音频信息的传送方式允许无线电接收器18调制扬声器19的输出。在这种情况中，前述所描述的关于转换技术的缺点是真实的。即，当切换频率和/或其谐波与使用在重现音频信息的频率重叠时，还存在扬声器18会输出音频噪声的担忧。因此，本发明也能够应用于这种音频重现设备。此外，在这种情况中，前述用于避免每个无线电广播站的带宽内的多个切换频率和它们的多个谐波之间的重叠的设置是有效的，该带宽接近音频重现设备使用的频率。因此，即使当只有音频重现设备使用的频率预期噪声减少时，所有的无线电频带(例如，AM广播的所有频带)也受到噪声减少的可能，如前述实施方式。

另一个变形是关于安装有根据本发明的开关装置的物体。这种物体包括图2所示的DC-DC转换器20，但是这种DC-DC转换器20并不是必选的。这种物体可以是如图15所示的绝缘类型的DC-DC转换器50，该DC-DC转换器50结构上不同于图2所示的结构。

在这种DC-DC转换器50中，提供有高电压电池51，该高电压电池51并联连接由供电开关元件52和53串联的电路以及由供电开关元件54和55组成的另一个串联电路。这些元件52-55分别接收开启/关闭操作的开关控制信号SC。连接元件52和53的电线路和连接元件54和55的电线与电容器56和变压器58的线圈58a组成的串联电路相连接。变压器58具有一个线圈58b，线圈58b的两端分别连接到二极管59和60，它们的阴极彼此连接并且还连接到线圈61的一端。线圈61的另一端经由另一个电容器61接地的。变压器58的线圈58b具有节点N，节点N也接地。电容器62的两端提供转换器50的输出。

另一个可应用的物体是反相器，如图16A所示的。图16A中的反相器70电连接到动力转向电动机80。该反相器70具有三个串联电路，每个电路由供电开关元件71和72(73和74，以及75和76)组成，并且安置在电源电压和地之间。这些元件71-76分别接收开启/关闭操作的开关控制信号SC。反相器的输出U，V和W由分别连接每对供电开关元件的电线路提供。元件71-76的开关控制允许位于U输出路线上的电压如图16B所示的进行变化。

切换频率可以是落入FM播放频率带的频率，不限于在AM无线频带或LW频带中的频率。

根据本发明的开关元件(例如，供电开关元件)的开启/关闭操作也可以变形成其它可变配置。这种开启/关闭操作能够基于彼此相邻的“开启”操作的开始时间之间的间隔、彼此相邻的“关闭”操作的开始时间之间的间隔、定义为开启期间(开启操作期间)或关闭期间(关闭操作期间)和彼此相邻的“开启”操作或彼此相邻的“关闭”操作的开始时间之间的间隔中的任何一种因素被可变地控制。按照上述任何一种因素控制开启/关闭操作能够扩展开关开启/关闭操作产生的切换频率，如上所述。

另外，根据本发明的开关设备不限于使用于混合汽车，任何其它类型的汽车都能够采用这种开关设备，其中混入汽车音频设备的音频信号的噪声能够稳定地被抑制。

本发明可以以不脱离本发明精神范围的其它各种形式来体现。因此所描述的实施方式仅仅是示例的，不是限制性的，因此本发明的范围由所附权利要求来定义而不是由前述说明书来定义。因此落入权利要求的边界和范围内的所有变化或这种边界和范围的等效物都意味着被权利要求所涵盖。

Claims (20)

1、一种开关装置，包括：

开关元件，响应驱动信号开启/关闭，以便控制受控系统的受控变量到预期量；

设置装置，用于基于预期的占空设置驱动信号以控制受控变量，其中通过重复包括多个间隔的基本模式来设置驱动信号，该多个间隔被确定用于移除在频谱中的，基于开启操作的开始时间之间的间隔和关闭操作的开始时间之间的间隔产生的切换频率两两之间或之中的重叠；以及

控制装置，用于基于驱动信号可变地控制开关元件。

2、根据权利要求1所述的开关装置，其中多个间隔的每一个都具有定义为开关元件的开启期间或关闭期间与开启操作的开始时间之间的间隔或关闭操作的开始时间之间的间隔的比率。

3、根据权利要求2所述的开关装置，其中基本模式包括多个间隔，该多个间隔被确定用来彼此区分开启操作或关闭操作的开始时间之间的间隔。

4、根据权利要求3所述的开关装置，其中控制装置包括依赖于所预期量用于可变地控制各个间隔的占空的占空控制装置。

5、根据权利要求4所述的开关装置，其中占空控制装置具有预先存储表示占空信息的存储器，该占空信息移除开关频率两两之间或之中的重叠并且被配置用于对关于存储在存储器中的占空的信息执行可变控制。

6、根据权利要求3所述的开关装置，其中基本模式包括多个间隔彼此不同的基本模式，及

其中该设置装置包括响应所需的占空用于选择多个基本模式中的一个基本模式并且指定所选择的基本模式给控制装置的选择装置。

7、根据权利要求3所述的开关装置，其中该设置装置包括用于彼此区分开启操作的开始时间之间的间隔和关闭操作的开始时间之间的间隔之间分组的多个间隔的占空的装置，条件是平均占空被定义成开启期间或关闭期间的总时间与被设置成所需占空的预定控制周期的比率。

8、根据权利要求7所述的开关装置，其中区分装置被配置成区分开启操作的开始时间之间和关闭操作的开始时间之间的间隔之中分组的两个相邻的间隔。

9、根据权利要求8所述的开关装置，其中两个相邻间隔中的一个具有大于所需占空预定量的占空，另一个具有小于所需占空该预定量的占空。

10、根据权利要求3所述的开关装置，其中设置装置包括用于设置占空的装置，该占空移除在所需的频率范围内，基于开启操作的开始时间之间的间隔和关闭操作的开始时间之间的间隔产生的切换频率的多个谐波的频率两两之间或之中的重叠。

11、根据权利要求10所述的开关装置，其中所需的频率范围是AM无线广播的频率范围。

12、根据权利要求1所述的开关装置，其中组成基本模式的多个间隔包括由两个驱动脉冲的上升沿或下降沿形成的两个间隔，这两个驱动脉冲在每个间隔中提供占空。

13、根据权利要求1所述的开关装置，其中组成基本模式的多个间隔包括由三个驱动脉冲的上升沿或下降沿形成的三个间隔，这三个驱动脉冲在每个间隔中提供占空。

14、根据权利要求1所述的开关装置，其中由多个间隔组成的基本模式的时间周期被设置成具有将切换频率扩展到高于给定音频频率的频率，该频率在驱动脉冲的上升沿之间和下降沿之间的间隔上形成。

15、根据权利要求1所述的开关装置，其中受控系统是安置在混合汽车中的DC-DC转换器，DC-DC转换器给包括AM无线接收器的无线接收器提供电力，并且受控变量是DC-DC转换器的输出DC电压。

16、根据权利要求1所述的开关装置，其中开关元件是受到由DC-DC转换器执行的DC-DC转换的开启/关闭操作的电子电力开关元件。

17、一种开关装置，包括：

开关元件，响应驱动信号开启/关闭，以便控制受控系统的受控变量到预期量；和

控制单元，i)基于所需占空设置驱动信号来控制该受控变量，其中该驱动信号通过重复由多个间隔组成的基本模式被设置，该多个间隔被确定用来移除在频谱中基于开启操作的开始时间之间的间隔和关闭操作的开始时间之间的间隔产生的切换频率两两之间或之中的重叠，和ii)基于驱动信号可变地控制开关元件。

18、根据权利要求17所述的开关装置，其中多个间隔的每一个都具有定义为开关元件的开启期间或关闭期间与开启操作的开始时间之间的间隔或关闭操作的开始时间之间的间隔的比率。

19、根据权利要求18所述的开关装置，其中基本模式由多个间隔组成，该间隔被确定用来彼此区分开启操作或关闭操作的开始时间之间的间隔。

20、根据权利要求19所述的开关装置，其中由多个间隔组成的基本模式的时间周期被设置成具有将切换频率扩展到高于给定音频频率的频率，该频率在驱动脉冲的上升沿之间和下降沿之间的间隔上形成。

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