DE10229858A1

DE10229858A1 - Gleichstromwandler für Elektrofahrzeug

Info

Publication number: DE10229858A1
Application number: DE10229858A
Authority: DE
Inventors: Koichi Ueki; Shigenori Kinoshita; Kenji Tsurumi; Fumito Takahashi
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2001-07-04
Filing date: 2002-07-03
Publication date: 2003-01-23
Also published as: JP2003088101A; US20030026116A1

Abstract

Ein auf einem Fahrzeug montierter Gleichstromwandler zur Umsetzung der Spannung einer ersten Gleichstromquelle zur Spannung einer zweiten Gleichstromquelle umfaßt eine Frequenzeinstelleinrichtung zur Einstellung der Schaltfrequenz des Gleichstromwandlers auf 135 kHz für den Fall eines Frequenzabstands von 10 kHz bzw. auf 9 È (n + 0,5) kHz für den Fall eines Frequenzabstands von 9 kHz, zwischen benachbarten, von einem im Fahrzeug montierten Autoradio emfpangbaren AM-Rundfunkwellen, wobei n eine natürliche Zahl ist. Hierdurch werden Empfangsstörungen im AM-Bereich durch den Gleichstromwandler vermieden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler (nachfolgend einfach als Gleichstromwandler bezeichnet), der auf einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug montiert ist. Unter einem Hybridfahrzeug ist dabei ein Fahrzeug zu verstehen, das wenigstens zwei verschiedene Antriebsarten aufweist, von denen einer ein Elektroantrieb und der andere beispielsweise ein Verbrennungsmotorantrieb ist.
Soweit im vorliegenden Text der Begriff "Gleichstromwandler" verwendet wird, ist, sofern nichts anderes angegeben ist, ein Gleichstromwandler zur Montage in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug gemeint.
Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm des Antriebssystems eines Elektrofahrzeugs. Es enthält eine Hauptbatterie 1, einen Wechselrichter 2, einen Elektromotor 3 zum Antrieb des Fahrzeugs, ein Untersetzungsgetriebe 4, ein Differential 5, Räder 6, eine Hilfsbatterie 8 und einen Gleichstromwandler 7 zum Laden der Hilfsbatterie 8 aus der Hauptbatterie 1. Erforderlichenfalls kann noch ein Batterielader 9 vorgesehen sein. In Fig. 3 ist mit 10 die Karosserie des Elektrofahrzeugs bezeichnet. Da das in Fig. 3 gezeigte Antriebssystem allgemein bekannt ist, soll von einer detaillierteren Beschreibung abgesehen werden.
Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm des Antriebssystems eines typischen Hybridfahrzeugs mit Parallelantrieb. Gleiche Bezugszahlen in Fig. 4 bezeichnen gleiche Elemente wie in Fig. 3.
Das Antriebssystem in Fig. 4 enthält zusätzlich einen Motor 11, etwa einen Verbrennungsmotor, eine Kupplung 12, ein Schaltgetriebe 13 und einen Leistungskoppler 14. Da auch das Antriebssystem von Fig. 4 allgemein bekannt ist, bedarf es ebenfalls keiner näheren Erläuterung.
Es soll nun das Ladesystem zum Laden der Hilfsbatterie 8, das in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, beschrieben werden.
Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm des Schaltungsaufbaus des in den Fig. 3 und 4 eingesetzten Gleichstromwandlers 7.
Der bei einem Elektro- oder Hybridfahrzeug eingesetzte Gleichstromwandler 7 muß zwischen Eingang und Ausgang potentialgetrennt sein, da die Spannung der Hauptbatterie 50 V oder mehr beträgt. Der Gleichstromwandler 7, dessen Schaltung in Fig. 5 gezeigt ist, ist ein Vorwärtswandler mit zwei Schaltelementen, d. h. eine der Schaltungen mit Potentialtrennung für eine Schaltstromversorgung.
Der Gleichstromwandler 7 von Fig. 5 enthält einen Eingangsanschluß 71 auf Seiten der Hauptbatterie 1, ein Eingangsfilter 72, einen Glättungskondensator 73, Halbleiterschaltelemente 74a und 74b, einen Transformator 75, Dioden 74c und 74d zur Regeneration des Erregerstroms des Transformators 75, einen Gleichrichter 76, eine Stromglättungsdrossel 77, ein Ausgangsfilter 78 und einen Ausgangsanschluß 79 auf Seiten der Hilfsbatterie 8.
Fig. 5 zeigt ferner eine Steuerschaltung 70a, die den Ein-Aus-Schaltvorgang der Halbleiterschaltelemente 74a und 74b steuert, eine Frequenzeinstelleinheit 70b zum Einstellen der Schaltfrequenz des Gleichstromwandlers 7 und einen Ausgangsspannungsfühler 70c, der die Ausgangsspannung des Gleichstromwandlers 7 mißt.
Fig. 6 zeigt Signalverläufe zur Erläuterung der Arbeitsweise des Gleichstromwandlers von Fig. 5. In Fig. 5 zeigt (a) die Ein- und Ausschaltzustände der Schaltelemente 74a und 74b; (b) zeigt den Strom durch die Schaltelemente 74a und 74b; (c) zeigt den Strom durch die Stromglättungsdrossel 77; (d) zeigt den Strom der Dioden 74c und 74d; und (e) zeigt den Strom des Spannungsglättungskondensators 73.
Unter Bezugnahme auf Fig. 6 soll nun die Arbeitsweise des Gleichstromwandlers 7 von Fig. 5 beschrieben werden. In Fig. 6 stellt Ton den Zeitabschnitt dar, während dessen die Schaltelemente eingeschaltet sind, Toff den Zeitabschnitt, während dessen die Schaltelemente gesperrt sind, T die Schaltperiode des Gleichstromwandlers 7, und fs seine Schaltfrequenz. Der Gleichstromwandler 7 verändert die Zeitspanne Ton als Stellgröße zur Regelung der Ausgangsspannung.
Der Strom des Glättungskondensators 73 ist ein Wechselstrom, wie aus dem Signalverlauf (e) in Fig. 6 hervorgeht. Der Strom der Glättungsdrossel 77 ist wellig, wie durch den Signalverlauf (c) in Fig. 6 gezeigt. Aus Fig. 6 geht hervor, daß die an der Eingangsseite und der Ausgangsseite des Gleichstromwandlers 7 fließenden Ströme stark oberwellenhaltig sind.
Da somit hochfrequente Spannungen und hochfrequente Ströme an der Eingangsseite und der Ausgangsseite des Gleichstromwandlers 7 auftreten, sind die Filter 72 und 78 eingangsseitig bzw. ausgangsseitig vorgesehen, um entsprechende Störsignale zu unterdrücken. In Elektro- und Hybridfahrzeugen ist nämlich häufig, in gleicher Weise wie bei benzin- oder dieselgetriebenen Fahrzeugen, ein Autoradio eingebaut. Der Gleichstromwandler sollte, ebenso wie andere im Fahrzeug montierte Einrichtungen, keine Empfangsstörungen im Autoradio verursachen. Die oben genannten Filter sind zur Verringerung der Störsignale vorgesehen, damit Funkstörungen durch Gleichstromwandler möglichst vermieden werden.
Der in Fig. 5 gezeigte Gleichstromwandler 7 schaltet bei einer festen Schaltfrequenz im Bereich von 100 kHz, und die Einschaltzeitspanne der Schaltelemente ist nahezu konstant. Die Frequenzen amplitudenmodulierter Radiowellen (Langwelle, Mittelwelle, Kurzwelle), die vom Autoradio empfangen werden, liegen im Bereich (AM-Rundfunkbereich) von 0,5 bis 1,5 MHz, d. h. um die zehnte Harmonische der Schaltfrequenz des Gleichstromwandlers herum.
Die Schaltfrequenz eines Wechselrichters zum Antrieb des Fahrzeugs oder eines Wechselrichters für die Klimaanlage liegt bei etwa 10 kHz, so daß hiervon praktisch keine hörbaren Störungen ausgehen, da die Frequenzen des AM-Rundfunkbereichs die hundertste Harmonische der Schaltfrequenz dieser Wechselrichter übersteigt. Da die Wechselrichter zur Umsetzung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung pulsweitenmoduliert sind, ändert sich die Einschaltdauer ihrer Schaltelemente von Zeit zu Zeit.
Da die am Fahrzeug montierten Leistungs-Schaltwechselrichter, wie oben beschrieben, nicht zu vernachlässigende Schaltstörsignale erzeugen, ist hier der Wechselrichter mit Gegenmaßnahmen gegen solche Schaltstörsignale ausgestattet, um Empfangsstörungen im Autoradio zu vermeiden.
Es soll nun das AM-Rundfunkband betrachtet werden. Im allgemeinen ist die Amplitude der n-ten Harmonischen einer kammzahnartigen Welle das 1/n-fache der Amplitude der Grundwelle. Wie erwähnt, entspricht das Frequenzband des AM-Rundfunkbereichs etwa der hundertsten oder höheren Harmonischen der Schaltfrequenz der Wechselrichter. Da die Amplitude dieser Harmonischen 1/100 oder weniger der Amplitude der Grundwelle beträgt, verursacht die Harmonische der Schaltfrequenz der Wechselrichter praktisch keine Empfangsstörungen im AM-Rundfunkbereich.
Harmonische im Bereich der zehnten Harmonischen des im Bereich von 100 kHz arbeitenden Gleichstromwandlers, die in den Frequenzbereich des AM-Rundfunks fallen, verursachen dagegen manchmal Empfangsstörungen in diesem Bereich.
Zur Vermeidung solcher Empfangsstörungen im AM-Rundfunkbereich durch den Gleichstromwandler, hat man die Funktionen des Eingangsfilters und des Ausgangsfilters verbessert, um von der Eingangsleitung bzw. der Ausgangsleitung ausgehende Störsignale zu verringern.
Es sollen nun Funkstörungen betrachtet werden, die durch hochfrequente Leckströme hervorgerufen werden, die über die Halbleiterschaltelemente des Gleichstromwandlers durch dessen Gehäuse fließen. Wenn die Halbleiterschaltelemente bei hoher Frequenz schalten, wirken Isolationsfolien zwischen den Schaltelementen und dem Gehäuse des Gleichstromwandlers bzw. Isolatoren in den Schaltelementen selbst als Dielektrikum entsprechender Kondensatoren.
Fig. 7 zeigt ein Ersatzschaltbild des Aufbaus um die Schaltelemente des Gleichstromwandlers 7 herum, wobei die Isolatoren zwischen dem Gleichstromwandler und dem Gehäuse, das potentialmäßig mit der Fahrzeugkarosserie 10 gleichgesetzt werden kann, durch Kondensatoren dargestellt sind.
In Fig. 7 bezeichnen die Bezugszahlen 741a und 741b schematische Darstellungen der Halbleiterschaltelemente 74a und 74b. Die Bezugszahlen 743a und 743b bezeichnen Isolierfolien zwischen dem Gehäuse 10 und den Halbleiterschaltelementen 741a und 741b, soweit es sich bei diesen um nicht isolierte Elemente handelt. Andernfalls bezeichnen 743a und 743b in den Halbleiterschaltelementen 741a und 741b angeordnete Isolatoren, soweit es sich bei den Halbleiterschaltelementen um isolierte Elemente handelt.
In Fig. 7 sind die Primärwicklung 744 des Transformators 75, ein Isolationsabschnitt 745 der Primärwicklung 744 und der Kern 746 des Transformators 75 gezeigt. Da die Primärwicklung 744 um den Kern 746 gewickelt ist, ist der Isolationsabschnitt 745 relativ zum Kern 746 gezeigt, welcher auf dem Potential des Gehäuses 10 liegt.
Ein Isolator 700a, der den positiven Pol der Hauptzuleitung gegenüber dem Gehäuse isoliert und ein Isolator 700b, der den negativen Pol dieser Leitung gegenüber dem Gehäuse isoliert, sind ebenfalls in Fig. 7 gezeigt.
Fig. 8 zeigt schematisch die Änderungen der Potentiale der einzelnen Elemente in Fig. 7, die durch das Ein- und Ausschalten der Schaltelemente 741a und 741b hervorgerufen werden.
In Fig. 8 bezeichnet Ed die Spannung zwischen dem positiven Pol P und dem negativen Pol N in Fig. 7. Der Signalverlauf (a) in Fig. 8 stellt die Ein- und Ausschaltzustände der Schaltelemente 741a und 741b dar; (b) zeigt das Potential an einem Punkt (1) in Fig. 7 relativ zum Gehäusepotential; (c) zeigt das Potential am Punkt (5) in Fig. 7; (d) das Potential am Punkt (2) in Fig. 7 relativ zum Gehäusepotential; (e) das Potential am Punkt (4) in Fig. 7 relativ zum Gehäusepotential; und (f) das Potential am Punkt (3) in Fig. 7. Die Linie (f) stellt das Potential des mittleren Teils der Primärwicklung 744 dar, das sich gegenüber dem Gehäusepotential nicht ändert.
Wie in Fig. 8 gezeigt, ändern die sich Potentiale an den Punkten (2) und (4), die durch die Signalverläufe (d) und (e) repräsentiert werden, abrupt gegenüber dem Gehäusepotential beim Ein- und Ausschalten der Schaltelemente 741a und 741b. Das Verhalten der Leckströme, die über die Isolatoren (Kondensatoren 743a und 743b in Fig. 7) fließen, wird unter Bezugnahme auf Fig. 9 beschrieben. Fig. 9 zeigt ein anderes Ersatzschaltbild des Aufbaus um die Schaltelemente des Gleichstromwandlers von Fig. 7 zur Erläuterung des Verhaltens der Leckströme durch die als Kondensatoren in Fig. 7 dargestellten Isolatoren.
Da sich das Potential an den Punkten (2) und (4) in der durch die Signalverläufe (d) und (e) in Fig. 8 gezeigten Weise ändert, fließen Ströme durch die Isolatoren (über die Kondensatoren 743a und 743b).
Der in Fig. 9 gezeigte Strom i_a ist der durch das Ein- und Ausschalten des Schaltelements 741a bedingte Leckstrom über den Kondensator 743a. Entsprechend ist der Strom i_b der Leckstrom über den Kondensator 743b als Folge des Ein- und Ausschaltens des Schaltelements 741b. Da die Leckströme zum Gehäuse 10 fließen, wie durch den Strom i_c in Fig. 9 dargestellt, tritt eine Potentialdifferenz am Gehäuse 10 auf. Diese Potentialdifferenz führt zu Funkstörungen des AM-Rundfunks.
Dies sei näher untersucht. Der AM-Rundfunk ist Rundfunk, der die Amplitude eines bestimmten Hochfrequenzsignals (Trägerwelle) mit einem Audiofrequenzsignal (Modulationssignal) moduliert, um eine Rundfunkwelle zu erhalten, wobei im Empfänger das Audiosignal durch Demodulation der empfangenen Rundfunkwelle reproduziert wird. Das der Trägerwelle überlagerte Audiosignal weist bestimmte Frequenzeigenschaften auf, die an das menschliche Hörsystem angepaßt sind.
Fig. 10 zeigt das Frequenzband des der Trägerwelle überlagerten Audiosignals. In Fig. 10 ist F_L die untere Grenze dieses Frequenzbandes, üblicherweise etwa 70 Hz, während F_H die obere Grenze darstellt, üblicherweise etwa 5 kHz.
Da Audiosignale mit einer Frequenz unterhalb von F_L oder oberhalb von F_H nicht demoduliert werden, stellen Störsignale außerhalb des Frequenzbereichs zwischen F_L und F_H aufgrund der Schaltvorgänge und dergleichen kein Problem dar.
Fig. 11 illustriert die Feldstärken der AM-Rundfunkfrequenzen und die Stärken der Störsignale, die vom Schaltvorgang des Gleichstromwandlers im selben Bereich hervorgerufen werden.
In Fig. 11 bezeichnen F₀, F₊₁, F₊₂, . . . F_+n, F_-1, F_-2, . . ., F_-n, benachbarte AM-Rundfunkfrequenzen. Das Frequenzintervall zwischen F₀ und F₊₁, F₊₁ und F₊₂ und so weiter ist festgelegt. Dieses Frequenzintervall, der sogenannte Trägerabstand, beträgt in Japan 9 kHz und in Nordamerika 10 kHz.
Die benachbarten Rundfunkfrequenzen, die praktisch im selben Bereich verwendet werden, sind weit genug voneinander beabstandet, um keine Interferenzen zu verursachen. Wenn mit der Frequenz F₀ gesendet wird, werden die Frequenz F₊₁, F₊₂, . . ., F_-1, F_-2, . . . nicht im selben Bereich benutzt, sondern die Frequenzen F_+n, und F_-n.
Die Feldstärken der Rundfunkfrequenzen F₀, F_+n und F_-n sind in Fig. 11 mit P₀, P_-n, und P_-n dargestellt.
Die Frequenz F_N beträgt das n-fache der Schaltfrequenz des Gleichstromwandlers, wobei n eine ganze Zahl ist. Wenn die Frequenz F_N innerhalb der Frequenzbereichs zwischen F_L und F_H liegt, stört sie den AM-Rundfunk. Die Störfeldstärke ist durch P_N dargestellt.
Das Störsignal der Frequenz F_N wird vom Schalten des Gleichstromwandlers und durch die hochfrequenten Leckströme durch die Isolatoren um die Halbleiterschaltelemente herum verursacht.
Um Funkstörungen des AM-Rundfunks bei der in Fig. 11 gezeigten Frequenzzuordnung zu vermeiden, müssen (1) die Feldstärke P_N soweit wie möglich verringert werden und (2) die Frequenzdifferenz Δ_F zwischen der AM-Rundfunkfrequenz F₀ und Störfrequenz F_N so eingestellt werden, daß die Störfrequenz F_N außerhalb des Frequenzbereichs zwischen F_L und F_H liegt.
Zur Verringerung der Störfeldstärke P_N können Eingangsfilter und Ausgangsfilter sowie die elektrische Isolation zwischen den Halbleiterschaftelementen und dem Gehäuse verbessert werden. Diese Maßnahmen erhöhen jedoch die Kosten, die Abmessungen und das Gewicht des Gleichstromwandlers. Daher wird von der Einstellung der Frequenzdifferenz ΔF zusätzlich zur Verringerung der Störfeldstärke P_N Gebrauch gemacht.
Die Oszillatorschaltung in der Frequenzeinstellschaltung 70b des in Fig. 5 gezeigten herkömmlichen Gleichstromwandlers 7 enthält einen Widerstand (R) und einen Kondensator (C). Da die Zeitkonstante der RC-Schaltung sich mit Änderungen der Umgebungstemperatur des Gleichstromwandlers 7 ändert, ändert sich auch die Schwingungsfrequenz, was zu einer Änderung der Schaltfrequenz führt.
Die Fig. 12(a) und 12(b) illustrieren Funkstörungen des AM-Rundfunks, die durch Temperaturänderungen hervorgerufen werden. In Fig. 12(a) tritt bei der Temperatur T₁ keinerlei Funkstörung des AM-Rundfunks auf, da hier die Frequenzdifferenz ΔF₁ groß genug ist und die Frequenz F_N1, die ein ganzzahliges Vielfaches n der Schaltfrequenz beträgt, gut außerhalb des Bereichs F_L und F_H liegt. In Fig. 12(b) tritt dagegen bei der Temperatur T₂ eine Funkstörung des AM-Rundfunks auf, da die Frequenzdifferenz ΔF₂ kleiner als die Frequenzdifferenz ΔF₁ ist und die Frequenz F_N2 innerhalb des Frequenzbereichs zwischen F_L und F_H liegt.
Aufgrund des Voranstehenden besteht ein Bedürfnis nach einem Gleichstromwandler, der keine Funkstörungen des AM-Rundfunks verursacht.
Ferner ist es nötig, einen geeigneten mit Gegenmaßnahmen gegen Funkstörungen ausgestatteten Gleichstromwandler für den Trägerabstand von 9 kHz oder 10 kHz, je nach Land, auszuwählen, in welchem der Gleichstromwandler zusammen mit einem Autoradio in einem Fahrzeug eingesetzt werden soll. Die entsprechende Handhabung wenigstens zweier Arten von Gleichstromwandler und die Auswahl einer von ihnen abhängig vom Land ist kompliziert und mühsam.
Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Fahrzeug-Gleichstromwandler zu schaffen, der frei von den oben beschriebenen Problemen ist und die Vermeidung von Funkstörungen des AM-Rundfunks zu vermeiden erleichtert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Gleichstromwandler gemäß Patentanspruch 1 bzw. Patentanspruch 2 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die beanspruchte Lösung beruht auf der Annahme, daß (1) der AM-Rundfunk eine mit einem Audiosignal amplitudenmodulierte Trägerwelle einer Frequenz im Bereich von 1 MHz verwendet, daß (2) die obere und untere Grenze des Frequenzbandes des zur Modulation verwendeten Audiosignals festgelegt sind, und (3) der Empfänger die Rundfunkwelle gleichrichtet und das Audiosignal reproduziert.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Gleichstromwandlers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2(a) eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen den Frequenzen des AM- Rundfunks und den Harmonischen der Schaltfrequenz des Gleichstromwandlers für den Fall eines Trägerabstands von 10 kHz,
Fig. 2(b) graphisch den Zusammenhang zwischen den Frequenzen des AM-Rundfunks und den Harmonischen der Schaltfrequenz des Gleichstromwandlers für den Fall eines Trägerabstands von 9 kHz,
Fig. 3 ein Blockdiagramm des Antriebssystems eines Elektrofahrzeugs,
Fig. 4 ein Blockdiagramm des Antriebssystems eines typischen Hybridfahrzeugs mit Parallelantrieb,
Fig. 5 ein Blockdiagramm eines Gleichstromwandlers, wie er in den Fig. 3 and 4 gezeigt ist,
Fig. 6 Signalverläufe zur Erläuterung der Arbeitsweise des Gleichstromwandlers von Fig. 5,
Fig. 7 ein Ersatzschaltbild des Aufbaus um die Schaltelemente des Gleichstromwandlers von Fig. 7,
Fig. 8 schematisch Potentialänderungen an Elementen in Fig. 7, die vom Ein- und Ausschalten der Schaltelemente hervorgerufen werden,
Fig. 9 ein Ersatzschaltbild des Aufbaus um die Schaltelemente des Gleichstromwandlers von Fig. 7 zur Erläuterung von Leckströmen,
Fig. 10 den Frequenzbereich des dem Hochfrequenzsignal überlagerten Audiosignals,
Fig. 11 die Feldstärken von AM-Rundfunkfrequenzen und die Feldstärken von Störsignalen, die vom Schaltbetrieb des Gleichstromwandlers im gleichen Gebiet verursacht werden, und
Fig. 12(a) und (b) graphische Darstellungen zur Illustration von Funkstörungen des AM-Rundfunks, die bei Temperaturänderungen auftreten.
Gleiche Bezugszahlen in Fig. 1 bezeichnen gleiche Elemente wie in Fig. 5.
Der in Fig. 1 gezeigt Gleichstromwandler enthält eine Gatetreiberschaltung 701a zur Ansteuerung des Halbleiterschaltelements 74a, eine Gatetreiberschaltung 701b zur Ansteuerung des Halbleiterschaltelements 74b, eine Gatesteuerschaltung 702, die die Perioden der Schaltelemente 74a und 74b steuert, und einen Ausgangsspannungsregler 703, dem ein Sollspannungswert von einer Spannungseinstelleinrichtung 704 und die Ist-Ausgangsspannung vom Spannungsfühler 70c geliefert wird. Der Ausgangsspannungsregler 703 steuert die Gatesteuerschaltung 702 so, daß die Ist- Ausgangsspannung mit der Soll-Ausgangsspannung übereinstimmt.
Die Steuereinheit 70a in Fig. 1 hat den gleichen Aufbau wie diejenige in Fig. 5.
Eine Frequenzeinstelleinheit 70d ist mit der Steuereinheit 70a verbunden. Die Frequenzeinstelleinheit 70d entspricht der Frequenzeinstelleinheit 70b in Fig. 5. Die Frequenzeinstelleinheit 70d enthält einen Quarzschwinger 705, eine mit ihm verbundene Oszillatorschaltung 706 und einen an diese angeschlossenen Frequenzteiler 707.
Wenn der Trägerabstand zwischen benachbarten AM-Rundfunkwellen 10 kHz beträgt, teilt der Frequenzteiler 707 in der Frequenzeinstelleinheit 70d die Schwingungsfrequenz der Oszillatorschaltung 706 so, daß die Schwingungsfrequenz des Quarzschwingers 705 zu einer Frequenz von 135 kHz umgewandelt wird. Die Frequenzeinstelleinheit 70d liefert die reduzierte Frequenz von 135 kHz an die Gatesteuerschaltung 702 als Schaltfrequenz für den Gleichstromwandler.
Anders ausgedrückt, der Frequenzteiler 707 teilt die sehr präzise, vom Quarzschwinger 705 vorgegebene hohe Frequenz der Oszillatorschaltung 706 zum Erhalt einer ebenfalls sehr präzisen hohen Frequenz als Schaltfrequenz für den Gleichstromwandler, d. h. die 135 kHz.
Fig. 2(a) illustriert den Zusammenhang zwischen den AM-Rundfunkfrequenzen (in der Figur durch dünne Linien repräsentiert) und den Harmonischen (in der Figur durch dicke Linien repräsentiert) der Schaltfrequenz des Gleichstromwandlers für den Fall des Trägerabstands von 10 kHz.
Wenn die Schaltfrequenz des Gleichstromwandlers auf 135 kHz eingestellt ist, fallen die Frequenzen der geradzahligen Harmonischen der Schaltfrequenz mit AM-Rundfunkfrequenzen zusammen. Wie in Fig. 2(a) dargestellt, hat die Harmonische (1) 810 kHz, d. h. es handelt sich um die sechste Harmonische der Schaltfrequenz von 135 kHz; sie fällt mit einer AM-Rundfunkfrequenz zusammen. Die Harmonische (3) hat eine Frequenz von 1080 kHz, d. h. es handelt sich um die achte Harmonische der Schaltfrequenz, die ebenfalls mit einer AM-Rundfunkfrequenz zusammenfällt.
Wenn die AM-Rundfunkfrequenzen mit den geradzahligen Harmonischen, wie den Harmonischen (1) und (3) der Schaltfrequenz des Gleichstromwandlers zusammenfallen, dann ist die anhand von Fig. 11 erläuterte Frequenzdifferenz ΔF null. Da die Störfrequenz F_N außerhalb des Frequenzbereichs zwischen F_L und F_H liegt (siehe Fig. 10), wenn die Frequenzdifferenz ΔF null ist, werden keine AM- Funkstörungen verursacht.
Die ungeradzahligen Harmonischen der Schaltfrequenz von 135 kHz liegen in der Mitte zwischen den benachbarten AM-Rundfunkfrequenzen.
In Fig. 2(a) beträgt die Frequenz der Harmonischen (2) 945 kHz, d. h. es handelt sich um die siebte Harmonische, die zwischen den benachbarten AM-Rundfunkfrequenzen 940 kHz und 950 kHz liegt.
Die Frequenz der Harmonischen (4) 1215 kHz, d. h. es handelt sich um die neunte Harmonische der Schaltfrequenz von 135 kHz, und um eine Frequenz zwischen den benachbarten AM-Rundfunkfrequenzen von 1210 kHz und 1220 kHz.
Wenn die ungeradzahligen Harmonischen, wie die Harmonischen (2) und (4), der Schaltfrequenz des Gleichstromwandlers in der Mitte zwischen benachbarten AM-Rundfunkfrequenzen liegen, beträgt die Frequenzdifferenz ΔF (siehe Fig. 11) 5 kHz. Da diese Frequenzdifferenz nahezu mit der oberen Grenzfrequenz des den AM-Rundfunkwellen überlagerten Audiosignals zusammenfällt, werden keine Funkstörungen verursacht.
Indem die Schaltfrequenz des Gleichstromwandlers in oben beschriebener Weise auf 135 kHz eingestellt wird, verursachen die geradzahligen und die ungeradzahligen Harmonischen der Schaltfrequenz keinerlei Funkstörungen des AM-Rundfunks, wenn dessen Trägerabstand 10 kHz beträgt.
Nachfolgend wird ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, dessen Aufbau mit dem des Gleichstromwandlers des ersten Ausführungsbeispiels übereinstimmt, bei dem jedoch mit der Frequenzeinstelleinheit 70d eine andere Frequenz als bei dem Gleichstromwandler des ersten Ausführungsbeispiels eingestellt wird.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel wird die Schaltfrequenz des Gleichstromwandlers 7 auf das (n+0,5)-fache des Trägerabstands von 9 kHz, d. h. 9.(n+0,5) kHz eingestellt, wobei n eine positive ganze Zahl ist.
Der Gleichstromwandler des zweiten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend für den Fall von n = 15 beschrieben, d. h. die Schaltfrequenz des Gleichstromwandlers 7 wird auf 139,5 kHz eingestellt.
Wenn der Trägerabstand zwischen benachbarten AM-Rundfunkwellen 9 kHz beträgt, teilt der Frequenzteiler 707 in der Frequenzeinstelleinheit 70d die Schwingungsfrequenz der Oszillatorschaltung 706 auf eine Frequenz von 139,5 kHz. Diese Frequenz wird der Gatesteuerschaltung 702 als Schaltfrequenz für den Gleichstromwandler geliefert. Wiederum teilt als der Frequenzteiler 707 die sehr präzise hohe Frequenz vom Quarzschwinger 705 und Oszillator 706 auf eine ebenfalls sehr präzise hohe Frequenz von 139,5 kHz.
Fig. 2(b) illustriert den Zusammenhang zwischen den AM-Rundfunkfrequenzen und den Harmonischen der Schaltfrequenz des Gleichstromwandlers für den Fall eines Trägerabstands von 9 kHz.
Wenn die Schaltfrequenz der Gleichstromwandlers 139,5 kHz beträgt, fallen die Frequenzen der geradzahligen Harmonischen der Schaltfrequenz mit den AM-Rundfunkfrequenzen zusammen.
Wie in Fig. 2(b) gezeigt, beträgt die Frequenz der Harmonischen (1)' 837 kHz, d. h. es handelt sich um die sechste Harmonische der Schaltfrequenz (139,5 kHz), die mit einer AM-Rundfunkfrequenz zusammenfällt. Die Frequenz der Harmonischen (3)' beträgt 1116 kHz, d. h. es handelt sich um die achte Harmonische der Schaltfrequenz, die mit einer anderen AM-Rundfunkfrequenz zusammenfällt.
Aus den oben anhand von Fig. 2(a) bereits beschriebenen Gründe, die hier in gleicher Weise zutreffen und nicht wiederholt zu werden brauchen, ergibt sich für den Fall der geradzahligen Harmonischen eine Differenzfrequenz von ΔF gleich Null, und es treten keine AM-Rundfunkstörungen auf.
Die Frequenz der Harmonischen (2)' in Fig. 2(b) beträgt 976,5 kHz, d. h. es handelt sich um die siebte Harmonische der Schaltfrequenz, die in der Mitte zwischen den benachbarten AM-Rundfunkfrequenzen von 972 kHz und 981 kHz liegt. Ähnliches gilt für die Harmonische (4)', deren Frequenz 1255,5 kHz beträgt, wobei es sich um die neunte Harmonische der Schaltfrequenz handelt, die ebenfalls in der Mitte zwischen benachbarten AM-Rundfunkfrequenzen, nämlich den Frequenzen 1251 kHz und 1260 kHz liegt.
Für die ungeradzahligen Harmonischen der Schaltfrequenz, etwa die Harmonischen (2)' und (4)', gilt ähnliches wie im Fall des ersten Ausführungsbeispiels bereits erläutert, nur daß hier die Differenzfrequenz ΔF = 4,5 kHz beträgt. Da diese Differenzfrequenz nahezu mit der oberen Grenzfrequenz des Audiosignals zusammenfällt, das den AM-Rundfunkwellen überlagert ist, treten auch hier keine Funkstörungen auf.
Indem die Schaltfrequenz des Gleichstromwandlers in oben beschriebener Weise auf 139,5 kHz eingestellt wird, verursachen weder die geradzahligen noch die ungeradzahligen Harmonischen der Schaltfrequenz irgendwelche Funkstörungen des AM-Rundfunks, wenn dessen Trägerabstand 9 kHz beträgt.
Obwohl der Gleichstromwandler des zweiten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit einer Schaltfrequenz von 139,5 kHz, also 15,5 Mal so hoch wie der Trägerabstand von 9 kHz, beschrieben wurde, kann diese Schaltfrequenz alternativ beispielsweise auch auf 148,5 kHz, also auf das 16,5- fache des Trägerabstands eingestellt werden.
Der Gleichstromwandler gemäß der Erfindung ermöglicht es, Funkstörungen des AM-Rundfunks zu verhindern oder stark einzuschränken. Das Eingangsfilter und das Ausgangsfilter herkömmlicher Gleichstromwandler können vereinfacht werden, was die Kosten des Gleichstromwandlers verringert. Die Erfindung ist nicht nur auf Gleichstromwandler mit Potentialtrennung, sondern gleichermaßen auf solche ohne Potentialtrennung anwendbar. Schließlich trägt der Gleichstromwandler, der bei verschiedensten Fahrzeugen, wie einem Elektrofahrzeug und einem Hybridfahrzeug einsetzbar ist, erheblich zur größeren Verbreitung und Entwicklung solcher Fahrzeuge bei.

Claims

1. Auf einem Fahrzeug montierter Gleichstromwandler zur Umsetzung der Spannung einer ersten Gleichstromquelle (1) zur Spannung einer zweiten Gleichstromquelle (8), umfassend eine Frequenzeinstelleinrichtung (70d) zur Einstellung der Schaltfrequenz des Gleichstromwandlers auf 135 kHz für den Fall eines Frequenzabstands von 10 kHz zwischen benachbarten, von einem im Fahrzeug montierten Autoradio empfangbaren AM-Rundfunkwellen.

2. Auf einem Fahrzeug montierter Gleichstromwandler zur Umsetzung der Spannung einer ersten Gleichstromquelle (1) zur Spannung einer zweiten Gleichstromquelle (8), umfassend eine Frequenzeinstelleinrichtung (70d) zur Einstellung der Schaltfrequenz des Gleichstromwandlers auf das (n+0,5)-fache des Frequenzabstands zwischen benachbarten, von einem im Fahrzeug montierten Autoradio empfangbaren AM-Rundfunkwellen, wenn dieser Frequenzabstand 9 kHz beträgt, wobei n eine natürliche Zahl ist.

3. Gleichstromwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltfrequenz auf 139,5 kHz eingestellt ist.

4. Gleichstromwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzeinstelleinrichtung eine Quarzoszillatorschaltung (706) mit einem Quarzschwinger (705) und einer Einrichtung (707) zur Verringerung der Schwingungsfrequenz der Quarzoszillatorschaltung zum Erhalt der Schaltfrequenz des Gleichstromwandlers umfaßt.