DE112015002622T5

DE112015002622T5 - Multiphasen-Gleichspannungswandler und Multiphasen-Gleichspannungswandlersystem

Info

Publication number: DE112015002622T5
Application number: DE112015002622.3T
Authority: DE
Inventors: Yoshiyuki Uno; Hajime SHIJI; Masanari Tago; Yasunobu Morishita
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2014-06-03
Filing date: 2015-03-17
Publication date: 2017-02-23
Also published as: JP6414593B2; CN106416034B; JPWO2015186404A1; CN106416034A; WO2015186404A1

Abstract

Umfassen von mehreren Wandlereinrichtungen (11A, 11B ..., 11F), die Leistungswandlung durchführen, deren Eingangsteile und Ausgangsteile parallel geschaltet sind; einer Ausgangsstromdetektoreinrichtung (5), die einen Ausgangsstrom Io detektiert; und einer Steuereinrichtung (15), die die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N der mehreren Wandlereinrichtungen (11A, 11B ..., 11F) als Funktion des detektierten Ausgangsstroms Io ermittelt und eine Schaltsteuerung der ermittelten Anzahl N von Einrichtungen in Betrieb bei einer Schaltfrequenz F so durchführt, dass sich ihre Phasen voneinander unterscheiden. Das Produkt der Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N und der Schaltfrequenz F fällt aus dem Bereich eines Rundfunkbands heraus. Dies sieht einen Multiphasen-Gleichspannungswandler und ein Multiphasen-Gleichspannungswandlersystem vor, deren durch Schalten erzeugte Geräusche das Rundfunkband nicht beeinflussen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Multiphasen-Gleichspannungswandler und Multiphasen-Gleichspannungswandlersysteme.
Technischer Hintergrund
Multiphasen-Gleichspannungswandler sind auf dem Gebiet bekannt. Bei dem Multiphasen-Gleichspannungswandler werden in einem Versuch, höhere Leistung zu erzielen, mehrere Gleichspannungswandler parallel geschaltet und die Anzahl an Gleichspannungswandlereinrichtungen in Betrieb wird in Echtzeit als Reaktion auf die Größenordnung einer Ausgangslast geändert, wodurch das Erreichen eines maximalen Wirkungsgrads ermöglicht wird. Dieser Multiphasen-Gleichspannungswandler verschiebt die Phase der Schaltsteuerung der Gleichspannungswandlereinrichtungen als Funktion der Anzahl von Einrichtungen in Betrieb bei Zufuhr einer Last (zum Beispiel elektronisches Gerät oder Batterie) (siehe Patentschrift 1).
Liste der Anführungen
Patentschrift

Patentschrift 1: ungeprüfte japanische Patentanmeldung Veröffentlichung Nr. 2012-50207

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Bei dem in Patentschrift 1 beschriebenen Multiphasen-Gleichspannungswandler besteht das Problem, dass Schaltgeräusche von jeweiligen Gleichspannungswandlern miteinander harmonieren. Wenn zum Beispiel die Schaltfrequenz eines Gleichspannungswandlers 200 kHz beträgt, wird Geräusch bei 200 kHz, 400 kHz und 600 kHz erzeugt, wenn die Anzahl an Einrichtungen in Betrieb von eins auf zwei auf drei erhöht wird. Wenn sich der Multiphasen-Gleichspannungswandler in einer Funkempfängeranlage oder deren Peripheriegeräten befindet, besteht somit die Möglichkeit, dass erzeugtes Geräusch ein Rundfunkband (zum Beispiel ein AM-Rundfunkband von 510 kHz bis 1,71 MHz) stört.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Multiphasen-Gleichspannungswandler und ein Multiphasen-Gleichspannungswandlersystem vorzusehen, dessen durch Schalten erzeugte Geräusche ein Rundfunkband nicht beeinflussen.
Lösung des Problems
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: mehrere Wandlereinrichtungen, die eine Leistungsumwandlung durchführen, wobei Eingangsteile und Ausgangsteile derselben parallel geschaltet sind; eine Ausgangsstromdetektoreinrichtung, die einen Ausgangsstrom detektiert; eine in Betrieb befindliche Einrichtungen zählende Ermittlungseinrichtung, die die Anzahl an Einrichtungen in Betrieb N der mehreren Wandlereinrichtungen als Funktion des von der Ausgangsstromdetektoreinrichtung detektierten Ausgangsstroms ermittelt; und eine Schaltsteuereinrichtung, die bei einer Schaltfrequenz F eine Schaltsteuerung einer oder mehrerer Einrichtungen der mehreren Wandlereinrichtungen so durchführt, dass sich Phasen derselben unterscheiden, falls die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N zwei oder mehr beträgt, wobei die Anzahl der einen oder mehreren Einrichtungen gleich der Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N ist, die durch die die in Betrieb befindlichen Einrichtungen zählende Ermittlungseinrichtung ermittelt wird, wobei das Produkt der Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N und der Schaltfrequenz F aus einem Bereich eines Rundfunkbands herausfällt.
Diese Konfiguration ermöglicht das Verhindern, dass Geräusch, das durch Schalten erzeugt wird, das Rundfunkband beeinflusst, indem das Produkt der Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N zum Zeitpunkt von Multiphasensteuerung und der Schaltfrequenz F aus dem Bereichs des Rundfunkbands herausfallen.
Fall die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N kleiner ist, ist das Produkt der Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N und der Schaltfrequenz F bevorzugt niedriger als das Rundfunkband, und falls die die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N größer ist, ist das Produkt der Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N und der Schaltfrequenz F höher als das Rundfunkband.
Diese Konfiguration ermöglicht das Festlegen der Schaltfrequenz innerhalb eines geeigneten Bereichs durch Einstellen der Schaltfrequenz F als Funktion der Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N so, dass sie über den Rundfunkbereich hinausgeht.
Die die in Betrieb befindlichen Einrichtungen zählende Ermittlungseinrichtung vergrößert oder verkleinert bevorzugt die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N so, dass die Schaltfrequenz F in einen geeigneten Bereich fällt.
Diese Konfiguration ermöglicht das Vergrößern oder Verkleinern der Anzahl von Einrichtungen in Betrieb, während vermieden wird, dass die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb, die der Schaltfrequenz F zugeordnet ist, aus dem geeigneten Bereich herausfällt, wo Verlust und dergleichen zunehmen können.
Bevorzugt weist die Schaltsteuereinrichtung eine Frequenzspreizungsfunktionalität auf, die die Schaltfrequenz F innerhalb eines vorab festgelegten Bereichs ändert, und das Produkt der Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N und einer Frequenz in einem Bereich einer Änderung der Schaltfrequenz F fällt aus dem Bereich des Rundfunkbands heraus.
Diese Konfiguration ermöglicht das Erreichen einer Geräuschreduktionswirkung durch Nutzung von Frequenzspreizung.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es zu verhindern, dass das Geräusch, das durch Schalten zum Zeitpunkt von Multiphasensteuerung erzeugt wird, ein Rundfunkband beeinflusst.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Schaltplan eines Gleichspannungswandlers gemäß Ausführungsform 1.
2 ist ein Blockdiagramm, das Funktionen einer Steuereinrichtung zeigt.
3 ist ein Graph, der eine Wirkungsgradkennlinie gegen einen Ausgangsstrom Io zeigt.
4 ist ein Diagramm, das einen Wirkungsgrad pro Wandlereinrichtung in dem Fall zeigt, da die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb erhöht ist, um einem steigenden Ausgangsstrom Io zu folgen.
5 ist eine Darstellung, die zum Beschreiben einer in einer Speichereinrichtung gespeicherten Datentabelle verwendet wird.
6 ist eine Darstellung, die Ansteuersignale von Schaltelementen von jeweiligen Wandlereinrichtungen bei Arbeiten zeigt, wobei die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb bei sechs festgelegt ist.
7 ist eine Darstellung, die Ströme in dem Fall zeigt, da die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb sechs beträgt und Ansteuersignale zu sechs Wandlereinrichtungen eingegeben werden.
8 ist eine Darstellung, die Ströme in dem Fall zeigt, da die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb drei beträgt und Ansteuersignale zu drei Wandlereinrichtungen eingegeben werden.
9 ist eine Darstellung, die zum Beschreiben einer in einer Speichereinrichtung gespeicherten Datentabelle verwendet wird.
10 ist ein Schaltplan eines Gleichspannungswandlersystems gemäß Ausführungsform 4.
11 ist ein Blockdiagramm, das Funktionen einer Steuereinrichtung zeigt.
Beschreibung von Ausführungsformen
(Ausführungsform 1)
1 ist ein Schaltplan eines Gleichspannungswandlers 101 gemäß Ausführungsform 1.
Der Gleichspannungswandler 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein Multiphasen-Gleichspannungswandler, der durch Durchführen einer Multiphasensteuerung an mehreren parallel geschalteten Abwärtswandlerschaltungen eine Eingangsspannung Vi zu einer Ausgangsspannung Vo heruntertransformiert. Der Gleichspannungswandler 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform verhindert, dass Geräusche, die während seines Betriebs erzeugt werden, ein AM-Rundfunkband (510 kHz bis 1,71 MHz) von Funkgeräten beeinflussen. Dieses Funkgerät kann ein Funkgerät sein, das mithilfe des Ausgangs des Gleichspannungswandlers 101 als Stromquelle arbeitet, oder kann ein Funkgerät sein, das in der Nähe einer Schaltung oder eines Geräts eingebaut ist, die/das mithilfe des Ausgangs des Gleichspannungswandlers 101 als Stromquelle arbeitet.
Der Gleichspannungswandler 101 umfasst mehrere Wandlereinrichtungen 11A, 11B ... und 11F. Auch wenn in 1 nur drei Wandlereinrichtungen 11A, 11B und 11F gezeigt sind, wird in der vorliegenden Ausführungsform angenommen, dass der Gleichspannungswandler 101 sechs Wandlereinrichtungen umfasst. Weiterhin wird von den sechs Wandlereinrichtungen als Reaktion auf einen Ausgangsstrom Io des Gleichspannungswandlers 101 eine Anzahl N von Einrichtungen in Betrieb genommen.
Die Wandlereinrichtung 11A ist eine Abwärtswandlerschaltung, die aus einem Schaltelement Q1, einem Induktor L1 und einer Diode D1 besteht. Das Schaltelement Q1 und der Induktor L1 sind mit einer Stromquelleneingangsleitung in Reihe geschaltet, und die Diode D1 ist zwischen einer Masseleitung und einem Anschlusspunkt des Schaltelements Q1 und des Induktors L1 angeschlossen. Das Schaltelement Q1 ist zum Beispiel ein n-Typ-MOS-FET. Andere Wandlereinrichtungen 11B ... und 11F haben die gleiche Konfiguration wie die Wandlereinrichtung 11A. Die mehreren Wandlereinrichtungen 11A, 1B ... und 11F sind so ausgelegt, dass ihre Eingangsteile und Ausgangsteile parallel zueinander geschaltet sind.
An der Eingangsseite der mehreren Wandlereinrichtungen 11A, 11B ... und 11F ist ein Filterkondensator C1 vorgesehen, und an der Ausgangsseite derselben ist ein Glättungskondensator C2 vorgesehen.
Der Gleichspannungswandler 101 umfasst Stromsteuereinrichtungen 12A, 12B ... und 12F, eine Spannungssteuereinrichtung 13, eine Taktgeneratoreinrichtung 14 und eine Steuereinrichtung 15 zum Durchführen von Schaltsteuerung der mehreren Wandlereinrichtungen 11A, 11B ... und 11F.
Die Spannungssteuereinrichtung 13 umfasst einen Fehlerverstärker 131, eine Phasenausgleichsschaltung bestehend aus einem Kondensator C3 und einem Widerstand R3 und eine Referenzspannungsquelle 132. Teilerwiderstände R1 und R2 sind an der Ausgangsseite des Gleichspannungswandlers 101 angeschlossen. Mit einem Verbindungspunkt der Teilerwiderstände R1 und R2 ist eine invertierende Eingangsklemme (–) des Fehlerverstärkers 131 verbunden und empfängt einen Eingang einer geteilten Spannung der Ausgangsspannung Vo des Gleichspannungswandlers 101. Mit der Referenzspannungsquelle 132 ist eine nicht invertierende Eingangsklemme (+) des Fehlerverstärkers 131 verbunden und empfängt einen Eingang einer Referenzspannung Vref. Der Fehlerverstärker 131 vergleicht die Ausgangsspannung Vo (im Einzelnen ihre geteilte Spannung) des Gleichspannungswandlers 101 mit der Referenzspannung Vref und gibt ein H-Pegel-Signal aus, wenn die Ausgangsspannung Vo höher ist, und gibt ein L-Pegel Signal aus, wenn die Ausgangsspannung Vo niedriger ist. Der Fehlerverstärker 131 gibt zu jeder von mehreren Stromsteuereinrichtungen 12A, 12B ... und 12F ein Fehlersignal aus.
Die Stromsteuereinrichtungen 12A, 12B ... und 12F weisen die gleiche Konfiguration auf und sind jeweils für die mehreren Wandlereinrichtungen 11A, 11B ... und 11F vorgesehen. Die Stromsteuereinrichtungen 12A, 12B ... und 12F umfassen jeweils einen RS-Flip-Flop (RSFF) 121 und einen Komparator 122.
Eine nicht invertierende Eingangsklemme (+) des Komparators 122 empfängt einen Eingang eines Detektionsergebnisses eines Induktorstroms, der in den Induktor L1 fließt. Weiterhin ist eine invertierende Eingangsklemme (–) mit einer Ausgangsklemme des Fehlerverstärkers 131 der Spannungssteuereinrichtung 13 verbunden und empfängt das von dem Fehlerverstärker 131 ausgegebene Fehlersignal. Der Komparator 122 vergleicht den Induktorstrom (im Einzelnen eine Spannung proportional zum Induktorstrom) mit dem zu der invertierenden Eingangsklemme (–) eingegebenen Signal, wobei er das zu der invertierenden Klemme (–) eingegebene Signal als Referenzsignal verwendet. Der Komparator 122 gibt zu einer R(Reset)-Klemme des RSFF 121 ein H-Pegel-Signal aus, wenn der Induktorstrom höher als der Referenzwert ist.
Ausgangsklemmen (Q) der RSFFs 121 der Stromsteuereinrichtungen 12A, 12B ... und 12F sind jeweils mit Gate-Anschlüssen der Schaltelemente Q1 der Wandlereinrichtungen 11A, 11B ... und 11F verbunden. Bei Empfang des H-Pegel-Signals von dem Komparator 122 setzt der RSFF 121 zurück, schaltet also das Schaltelement Q1 aus. Weiterhin sind S(Set)-Klemmen der RSFFs 121 mit der Taktgeneratoreinrichtung 14 verbunden und empfangen jeweils einen Eingang eines von der Taktgeneratoreinrichtung 14 ausgegebenen Taktsignals. Bei Empfang des Taktsignals an der S-Klemme von der Taktgeneratoreinrichtung 14 setzt der RSFF 121 die Ausgangsklemme (Q) beim H-Pegel an der ansteigenden Kante des Taktsignals, wodurch die Schaltelemente Q1 der Wandlereinrichtungen 11A, 11B ... und 11F eingeschaltet werden.
Die Taktgeneratoreinrichtung 14 gibt Taktsignale zu jeweiligen RSFFs 121 der Stromsteuereinrichtungen 12A, 12B ... und 12F aus. Gemäß einem Steuersignal von der Steuereinrichtung 15 gibt die Taktgeneratoreinrichtung 14 bei einer Schaltfrequenz F Taktsignale mit unterschiedlichen Phasen zu jeweiligen in Betrieb zu nehmenden Stromsteuereinrichtungen aus den Stromsteuereinrichtungen 12A, 12B ... und 12F aus.
In einem Fall, da zum Beispiel zwei Stromsteuereinrichtungen 12A und 12B in Betrieb genommen werden, gibt die Taktgeneratoreinrichtung 14 zwei Signale jeweils mit einer voneinander unterschiedlichen Phase (nachstehend als ”Zweiphasen-Taktsignale” bezeichnet) zu den zwei Stromsteuereinrichtungen 12A und 12B aus. Bei Empfang der Zweiphasen-Taktsignale geben die Stromsteuereinrichtungen 12A und 12B von ihren Ausgangsklemmen (Q) Ansteuersignale mit unterschiedlichen Phasen aus. Dies schaltet die Schaltelemente Q1 der Wandlereinrichtungen 11A und 11B, die die Ansteuersignale empfangen, abwechselnd ein. Durch abwechselndes Einschalten der Schaltelemente Q1 der Wandlereinrichtungen 11A und 11B geben die Wandlereinrichtungen 11A und 11B demgemäß Ströme aus, deren Phasen sich um 180 Grad unterscheiden. Die Ströme, die von den Wandlereinrichtungen 11A und 11B ausgegeben werden und deren Phasen sich um 180 Grad unterscheiden, werden addiert und von dem Gleichspannungswandler 101 ausgegeben.
2 ist ein Blockdiagramm, das Funktionen der Steuereinrichtung 15 zeigt. Die Steuereinrichtung 15 umfasst eine Stromerfassungseinrichtung 151, eine die in Betrieb befindlichen Einrichtungen zählende Ermittlungseinrichtung 152, eine Frequenzermittlungseinrichtung 153, eine Speichereinrichtung 154 und eine Steuersignalausgabeeinrichtung 155.
Die Stromerfassungseinrichtung 151 erfasst den Ausgangsstrom Io des Gleichspannungswandlers 101. An der Ausgangsseite des Gleichspannungswandlers 101 ist eine Ausgangsstromdetektorschaltung 5 zum Detektieren des Ausgangsstroms Io des Gleichspannungswandlers 101 vorgesehen. Die Stromerfassungseinrichtung 151 erfasst den Wert des Stroms, der von dieser Ausgangsstromdetektorschaltung 5 detektiert wird.
Die die in Betrieb befindlichen Einrichtungen zählende Ermittlungseinrichtung 152 ermittelt N, die Anzahl von Einrichtungen, die von den Wandlereinrichtungen 11A, 11B ... und 11F in Betrieb genommen werden sollen, anhand des von der Stromerfassungseinrichtung 151 erfassten Ausgangsstroms Io. Die die in Betrieb befindlichen Einrichtungen zählende Ermittlungseinrichtung 152 hebt zum Beispiel die Anzahl an Einrichtungen N an, wenn der Ausgangsstrom höher wird, und senkt die Anzahl an Einrichtungen N, wenn der Ausgangsstrom niedriger wird.
3 ist ein Graph, der eine Wirkungsgradkennlinie gegen den Ausgangsstrom Io zeigt. In dem in 3 gezeigten Graph stellt die horizontale Achse den Ausgangsstrom [A] eines Gleichspannungswandlers 101 dar, und die vertikale Achse stellt den Wirkungsgrad (%) dar. In diesem Beispiel wird angenommen, dass der maximale Ausgangsstrom des Gleichspannungswandlers 101 100 A beträgt. Weiterhin erreicht der Wirkungsgrad bei einem Ausgangsstrom von etwa 50 A seinen Maximalwert. In einem Fall, da mehrere Wandlereinrichtungen 11A, 11B ... und 11F parallel in Betrieb genommen werden, ist es demgemäß möglich, durch Ändern der Anzahl an Einrichtungen in Betrieb so, dass der Ausgang pro Wandlereinrichtung bei etwa 50 A (40 A bis 70 A) gehalten wird, einen hohen Wirkungsgrad beizubehalten.
4 ist ein Diagramm, das einen Wirkungsgrad pro Wandlereinrichtung in dem Fall zeigt, da die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb erhöht ist, um einem steigenden Ausgangsstrom Io zu folgen. In 4 ist der Wirkungsgrad zum Vergleich auch für einen Fall gezeigt, in dem die Anzahl von Wandlereinrichtungen in Betrieb unabhängig vom Ausgangsstrom Io bei sechs festgelegt ist.
Wie bei 3 beschrieben kann der Gleichspannungswandler 101 durch Festlegen der Anzahl von Einrichtungen in Betrieb, so dass der Ausgangsstrom jeder der Wandlereinrichtungen 11A, 11B ... und 11F bei etwa 50 A (zum Beispiel 40 A bis 70 A) gehalten wird, einen hohen Wirkungsgrad beibehalten.
In einem Fall, da zum Beispiel der Ausgangsstrom Io bei 40 A festgelegt ist, ermittelt die die in Betrieb befindlichen Einrichtungen zählende Ermittlungseinrichtung 152, dass die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb eins ist. In diesem Fall wird nur die Wandlereinrichtung 11A angetrieben und die verbleibenden Wandlereinrichtungen 11B ... und 11F sind ein einem abgeschalteten Zustand. Wie in 1 gezeigt ist in einem Fall, da nur die Wandlereinrichtung 11A in Betrieb genommen ist, der Wirkungsgrad höher als bei einem Fall, bei dem die Anzahl von Einrichtungen nicht geändert wurde und sich sechs Wandlereinrichtungen in Betrieb befinden.
In einem Fall, da der Ausgangsstrom Io 180 A beträgt, ermittelt die die in Betrieb befindlichen Einrichtungen zählende Ermittlungseinrichtung 152, dass die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb drei ist. In diesem Fall werden drei Wandlereinrichtungen, einschließlich der Wandlereinrichtung 11A, in Betrieb genommen. Wie in 4 gezeigt ist in einem Fall, da drei Wandlereinrichtungen in Betrieb genommen werden, der Wirkungsgrad höher als bei einem Fall, bei dem die Anzahl von Einrichtungen nicht geändert wurde und sich sechs Wandlereinrichtungen in Betrieb befinden.
In einem Fall, da weiterhin der Ausgangsstrom Io 320 A beträgt, ermittelt die die in Betrieb befindlichen Einrichtungen zählende Ermittlungseinrichtung 152, dass die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb sechs ist. In diesem Fall werden alle Wandlereinrichtungen 11A, 11B ... und 11F in Betrieb genommen.
Wie vorstehend beschrieben kann durch Festlegen der Anzahl von Einrichtungen in Betrieb als Funktion des Ausgangsstroms Io der Gleichspannungswandler 101 einen hohen Wirkungsgrad wahren. Die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb kann mit Hysterese geändert werden, um häufige Änderungen der Anzahl von Einrichtungen in Betrieb bei einer bestimmten Last zu vermeiden. In 4 zum Beispiel beträgt in einem Fall, da Schwellenwerte zum Ändern der Anzahl von Einrichtungen in Betrieb bei 200 A und 220 A festgelegt sind, die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb drei, wenn der Strom steigt und die Last 210 A erreicht, wogegen die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb vier ist, wenn der Ausgangsstrom sinkt und die Last 210 A erreicht.
Wenn in der vorliegenden Ausführungsform die die in Betrieb befindlichen Einrichtungen zählende Ermittlungseinrichtung 152 die Anzahl von Einrichtungen N ermittelt, wird die Anzahl von Phasen P bei dem gleichen Wert wie die Anzahl von Einrichtungen N festgelegt. Wenn zum Beispiel die die in Betrieb befindlichen Einrichtungen zählende Ermittlungseinrichtung 152 ermittelt, dass sechs Wandlereinrichtungen 11A, 11B ... und 11F in Betrieb genommen werden, wird die Anzahl von Phasen bei sechs festgelegt. Phasen von Signalen, die von jeweiligen der sechs Wandlereinrichtungen 11A, 11B ... und 11F auszugeben sind, werden mit anderen Worten jeweils um 60 Grad verschoben.
Die Frequenzermittlungseinrichtung 153 ermittelt die Schaltfrequenz F der Schaltelemente Q1 der Wandlereinrichtungen 11A, 11B ... und 11F aus der Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N, die durch die die in Betrieb befindlichen Einrichtungen zählende Ermittlungseinrichtung 152 ermittelt wird. Die Schaltfrequenz F wird durch die Frequenzermittlungseinrichtung 153 so ermittelt, dass das Produkt der Schaltfrequenz F und der Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N aus dem Bereich des AM-Rundfunkbands (510 kHz bis 1,71 MHz) herausfällt. Die Frequenzermittlungseinrichtung 153 ermittelt die Schaltfrequenz F auf der Grundlage einer Datentabelle, die in der Speichereinrichtung 154 gespeichert ist.
5 ist eine Darstellung, die zum Beschreiben einer in der Speichereinrichtung 154 gespeicherten Datentabelle verwendet wird. Diese Datentabelle speichert die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N und die Schaltfrequenz F, die der Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N entspricht. Die in 5 gezeigte Tabelle zeigt auch das Produkt der Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N und der Schaltfrequenz F.
In einem Fall, da zum Beispiel die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N eins oder zwei ist, wird die Schaltfrequenz F bei 200 kHz festgelegt. In diesem Fall wird das Produkt der Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N und der Schaltfrequenz F 200 kHz oder 400 kHz und fällt aus dem Bereich des AM-Rundfunkbands heraus. In einem Fall, da die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N drei oder vier ist, kann, wenn die Schaltfrequenz F bei 200 kHz festgelegt ist, wie in dem Fall, da die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N ein oder zwei ist, das Produkt der Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N und der Schaltfrequenz F in den Bereich des AM-Rundfunkbands fallen. In dem Fall, da die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N drei oder vier ist, wird die Schaltfrequenz F daher bei 150 kHz bzw. 125 kHz festgelegt.
In einem Fall, da weiterhin die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N fünf oder sechs ist, kann, wenn die Schaltfrequenz F bei der gleichen Frequenz festgelegt ist, wie in dem Fall, da die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N drei oder vier ist, das Produkt der Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N und der Schaltfrequenz F in den Bereich des AM-Rundfunkbands fallen. Wenn in diesem Fall die Schaltfrequenz F weiter gesenkt wird, kann der Induktor L1 sättigen und ein Kupferverlust kann steigen. In dem Fall, da die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N fünf oder sechs ist, wird daher die Schaltfrequenz F bei 350 kHz bzw. 300 kHz festgelegt. Daher erreicht das Produkt der Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N und der Schaltfrequenz F 1750 kHz oder 1800 kHz, und jedes Produkt fällt aus dem Bereich des AM-Rundfunkbands heraus.
Lässt man das Produkt der Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N und der Schaltfrequenz F immer aus dem Bereich des AM-Rundfunkbands herausfallen, beeinflusst demgemäß das Geräusch, das während des Betriebs des Gleichspannungswandlers 101 erzeugt wird, nicht das AM-Rundfunkband. Hält man weiterhin das Produkt der Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N und der Schaltfrequenz F niedriger als das AM-Rundfunkband, wenn die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N kleiner ist, und hält man das Produkt der Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N und der Schaltfrequenz F höher als das AM-Rundfunkband, wenn die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N größer ist, ist es möglich, Nachteile wie etwa Sättigung des Induktors L1 und dergleichen zu unterbinden, während verhindert wird, dass das erzeugte Geräusch das AM-Rundfunkband beeinflusst.
Zurück zu 2 gibt die Steuersignalausgabeeinrichtung 155 auf der Grundlage von Parametern, die jeweils durch die die in Betrieb befindlichen Einrichtungen zählende Ermittlungseinrichtung 152 und die Frequenzermittlungseinrichtung 153 festgelegt werden, ein Steuersignal zu der Taktgeneratoreinrichtung 14 aus. Die Taktgeneratoreinrichtung 14 gibt auf der Grundlage des Steuersignals von der Steuersignalausgabeeinrichtung 155 Taktsignale zu den Stromsteuereinrichtungen 12A, 12B ... und 12F aus.
Bezüglich der Frage, welche der Wandlereinrichtungen 11A, 11B ... und 11F in Betrieb zu nehmen ist, sobald die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N ermittelt ist, kann die Auslegung nach Bedarf geändert werden. Die Wandlereinrichtungen können zum Beispiel in der Reihenfolge der Wandlereinrichtungen 11A, 11B oder in der Reihenfolge der Wandlereinrichtungen 11A, 11F, 11B ... nacheinander in Betrieb genommen werden.
6 ist eine Darstellung, die Ansteuersignale von Schaltelementen Q1 der jeweiligen Wandlereinrichtungen 11A bis 11F bei Arbeiten zeigt, wobei die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb bei sechs festgelegt ist. Die in 6 gezeigten Wandlereinrichtungen 11C, 11D und 11E sind die in den sechs Wandlereinrichtungen 11A, 11B ... und 11F enthaltenen Wandlereinrichtungen und sind in der Darstellung von 1 nicht gezeigt.
Das Ansteuersignal ist ein PWM-Signal eines voreingestellten Betriebs, und das Schaltelement Q1 wird eingeschaltet, wenn das Ansteuersignal bei dem H-Pegel liegt, und wird abgeschaltet, wenn das Ansteuersignal bei dem L-Pegel liegt. Zwischen dem zu dem Schaltelement Q1 der Wandlereinrichtung 11A eingegebenen Ansteuersignal und dem zu der Wandlereinrichtung 11B eingegebenen Ansteuersignal liegt eine Phasenverschiebung von 60 Grad vor. Zwischen dem zu dem Schaltelement Q1 der Wandlereinrichtung 11B eingegebenen Ansteuersignal und dem zu dem Schaltelement Q1 der Wandlereinrichtung 11C eingegebenen Ansteuersignal liegt analog eine Phasenverschiebung von 60 Grad vor. Auf diese Weise werden, wie in 6 gezeigt, die Wandlereinrichtungen 11A, 11B, 11C, 11D, 11E und 11F nacheinander in dieser Reihenfolge angetrieben.
7 ist ein Diagramm, das Ströme an Ausgangspunkten der Wandlereinrichtungen 11A, 11B ... und 11F in einem Fall zeigt, da die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb sechs beträgt und die Ansteuersignale zu sechs Wandlereinrichtungen 11A, 11B ... und 11F eingegeben werden. Die horizontale Achse von 7 stellt die Phase [Grad] dar, und die vertikale Achse derselben stellt den normalisierten Induktorstrom dar, der in den Induktor L1 fließt. In 7 bezeichnen weiterhin gestrichelte Linien, eine gepunktete Linie, eine Strich-Punkt-Linie und eine Linie mit Strich und zwei Punkten jeweilige Induktorströme der Wandlereinrichtungen 11A, 11B ... und 11F, und eine durchgehende Linie bezeichnet die Summe dieser Induktorströme. Wie bei 6 beschrieben bewirkt das Eingeben der Ansteuersignale, die jeweils die Verschiebung um 60 Grad aufweisen, zu den Schaltelementen Q1 der Wandlereinrichtungen 11A, 11B ... und 11F, dass jeweilige Induktorströme der Wandlereinrichtungen 11A, 11B ... und 11F voneinander um 60 Grad phasenverschoben werden, wie in 7 gezeigt ist.
8 ist eine Darstellung, die Ströme in dem Fall zeigt, da die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb drei beträgt und die Ansteuersignale zu drei Wandlereinrichtungen eingegeben werden. In 6 und 7 erfolgt die Beschreibung für den Fall, bei dem die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb sechs beträgt. Das gleiche gilt für Fälle, bei denen die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb größer als sechs ist. In dem Fall, da zum Beispiel die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb drei beträgt, werden Ansteuersignale, deren Phasen sich um 120 Grad voneinander unterscheiden, zu den Wandlereinrichtungen 11A, 11B und 11C eingegeben. Wie in 8 gezeigt sind die Phasen der Induktorströme der drei Wandlereinrichtungen jeweils um 120 Grad verschoben.
Wie vorstehend beschrieben ermöglicht die vorliegende Ausführungsform die Multiphasensteuerung des Gleichspannungswandlers 101, während verhindert wird, dass das erzeugte Geräusch das AM-Rundfunkband beeinflusst.
In der vorliegenden Ausführungsform wird angenommen, dass das Rundfunkband ein AM-Rundfunkband von 510 kHz bis 1,71 MHz ist. Das Rundfunkband kann aber von Region zu Region unterschiedlich sein. Daher kann das Band, das außerhalb des Produkts der Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N und der Schaltfrequenz F kommt, für alle Regionen festgelegt werden, in die Produkte, bei denen die vorliegende Erfindung Anwendung findet, zu liefern sind, oder das Band kann abhängig von der Region, in die die Produkte zu liefern sind, angepasst werden. Das Verfahren der Anpassung kann in Form von gespeicherten Daten zum Zeitpunkt des Versands geschrieben werden, oder die Anpassung kann nach dem Versand bei Empfang von Daten mittels Kommunikation oder dergleichen vorgenommen werden. Hier wird angenommen, dass der Gleichspannungswandler 101 sechs Wandlereinrichtungen 11A, 11B ... und 11F umfasst. Die Anzahl von Wandlereinrichtungen kann aber bei Bedarf geändert werden. Weiterhin wird die Anzahl von Phasen P bei dem gleichen Wert wie die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N festgelegt, die von der die in Betrieb befindlichen Einrichtungen zählenden Ermittlungseinrichtung 152 ermittelt wird. Die Anzahl von Phasen P ist aber nicht darauf beschränkt und kann jede Anzahl sein, solange die folgende Beziehung erfüllt ist: die Anzahl von Phasen P ≤ der Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N. Wenn zum Beispiel ermittelt wird, dass die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb sechs beträgt, kann die Anzahl an Phase bei drei festgelegt werden, und jedes Paar von Wandlereinrichtungen kann bei der gleichen Phase gesteuert werden.
In diesem Fall wird das Festlegen so ausgeführt, dass das Produkt der Anzahl von Phasen P und der Schaltfrequenz F immer aus dem Bereich des AM-Rundfunkbands herausfällt.
Die Frequenzermittlungseinrichtung 153 ermittelt weiterhin in der vorliegenden Ausführungsform die Schaltfrequenz F auf der Grundlage der Datentabelle, die in der Speichereinrichtung 154 gespeichert ist. Alternativ kann der Gleichspannungswandler 101 ausgelegt sein, um die Schaltfrequenz F numerisch so zu berechnen, dass das Produkt der Schaltfrequenz F und der Anzahl von Einrichtung in Betrieb N, die durch die die in Betrieb befindlichen Einrichtungen zählende Ermittlungseinrichtung 152 ermittelt wird, aus dem Bereich des AM-Rundfunkbands herausfällt.
In der vorliegenden Ausführungsform dient der Abwärtswandler als Beispiel. Das Beispiel ist aber nicht darauf beschränkt und kann ein Booster-Wandler und ein isolierter Wandler etwa ein Flusswandler oder dergleichen sein.
(Ausführungsform 2)
Als Nächstes wird ein Gleichspannungswandler gemäß Ausführungsform 2 beschrieben. Der Gleichspannungswandler gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist die gleiche Konfiguration wie die von Ausführungsform 1 auf. In Ausführungsform 1 hebt die die in Betrieb befindlichen Einrichtungen zählende Ermittlungseinheit 152 die Anzahl an Einrichtungen in Betrieb N von eins auf zwei auf drei ... kontinuierlich an. Wogegen in der vorliegenden Ausführungsform die die in Betrieb befindlichen Einrichtungen zählende Ermittlungseinrichtung 152 die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N diskontinuierlich anhebt. In dem Fall zum Beispiel, da die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb drei beträgt, kann, wenn der Ausgangsstrom Io steigt, die die in Betrieb befindlichen Einrichtungen zählende Ermittlungseinrichtung 152 die Anzahl an Einrichtungen in Betrieb von drei auf sechs anheben, aber nicht die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb diskontinuierlich von drei auf vier auf fünf anheben. In diesem Fall ermittelt die die in Betrieb befindlichen Einrichtungen zählende Ermittlungseinrichtung 152 die Anzahl an Einrichtungen in Betrieb N im Hinblick auf die Schaltfrequenz F.
Die Wandlereinrichtungen 11A, 11B ..., 11F weisen jeweils einen geeigneten Bereich für die Schalfrequenz F auf, und wenn die Schaltfrequenz F aus diesen Bereich herausfällt, kann es zu Problemen kommen. Wenn zum Beispiel die Schaltfrequenz F niedriger ist, kann ein anomaler Betrieb oder eine Verschlechterung von Eigenschaften wie etwa Sättigung des Induktors L1, eine Zunahme von Kupferverlust und dergleichen auftreten. Wenn die Schaltfrequenz F höher ist, kann ein Schaltverlust zunehmen und der Wirkungsgrad kann sinken.
Demgemäß wird in der vorliegenden Ausführungsform der geeignete Bereich der Schaltfrequenz F von 150 bis 300 kHz festgelegt. In diesem Fall ermittelt die die in Betrieb befindlichen Einrichtungen zählende Ermittlungseinrichtung 152 die Anzahl an Einrichtungen in Betrieb N so, dass die Schaltfrequenz F in den Bereich von 150 bis 300 kHz fällt, wenn die Anzahl an Einrichtungen in Betrieb N angehoben werden soll. Wie zum Beispiel in 5 gezeigt wird, wenn die Anzahl an Einrichtungen in Betrieb N vier oder fünf beträgt, die Schaltfrequenz F bei 125 bzw. 350 kHz festgelegt. In dem Fall, da die Anzahl an Einrichtungen in Betrieb N drei beträgt und der Ausgangsstrom Io steigt, ermittelt die die in Betrieb befindlichen Einrichtungen zählende Ermittlungseinrichtung 152, dass die Anzahl an Einrichtungen in Betrieb N sechs, nicht vier oder fünf ist. Demgemäß kann ein Anstieg des Schaltverlusts und eine Abnahme des Wirkungsgrads verhindert werden, indem vermieden wird, dass die Schaltfrequenz F aus dem geeigneten Bereich herausfällt.
Das Gleiche trifft auf den Fall zu, in dem die Anzahl an Einrichtungen in Betrieb N reduziert werden soll.
(Ausführungsform 3)
Als Nächstes wird ein Gleichspannungswandler gemäß Ausführungsform 3 beschrieben. Der Gleichspannungswandler gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist die gleiche Konfiguration wie die von Ausführungsform 1 und 2 auf. In der vorliegenden Ausführungsform wird bei Durchführen einer Schaltsteuerung des Schaltelements Q1 in jeder der Wandlereinrichtungen 11A, 11B ... und 11F ein Frequenzspreizungsschema angewendet. Bei diesem Frequenzspreizungsschema wird die Schaltfrequenz F innerhalb eines vorab festgelegten Bereichs (zum Beispiel ±5%) variiert.
Wenn in diesem Beispiel die Schaltfrequenz F geändert wird, ermittelt die Frequenzermittlungseinrichtung 153 eine Schaltfrequenz (F ± Δf) so, dass das Produkt der Anzahl an Einrichtungen in Betrieb N und einer Frequenz in einem Änderungsbereich der Schaltfrequenz F aus dem AM-Rundfunkband herausfällt. Die Schaltfrequenz (F ± Δf) wird auf der Grundlage einer in der Speichereinrichtung 154 gespeicherten Datentabelle ermittelt.
9 ist eine Darstellung, die zum Beschreiben der in der Speichereinrichtung 154 gespeicherten Datentabelle zu verwenden ist. Diese Datentabelle speichert die Anzahl von Einrichtungen N in Betrieb und die Schaltfrequenz (F ± Δf), die der Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N entspricht. Die in 7 gezeigte Tabelle gibt auch das Produkt der Anzahl an Einrichtungen in Betrieb N und des Maximalwerts und des Minimalwerts der Schaltfrequenz (F ± Δf) an.
In dem Fall zum Beispiel, da die Anzahl an Einrichtungen in Betrieb N eins beträgt, wird die Schaltfrequenz F bei (200 ± 10) kHz festgelegt. In diesem Fall betragen die Produkte der Anzahl an Einrichtungen in Betrieb N und des Maximalwerts und des Minimalwerts der Schaltfrequenz (F ± Δf) 210 kHz bzw. 190 kHz, und diese fallen aus dem Bereich des AM-Rundfunkbands heraus. In dem Fall, da weiterhin die Anzahl an Einrichtungen in Betrieb N fünf beträgt, kann die Schaltfrequenz F bei (375 ± 18,75) kHz festgelegt werden. In diesem Fall betragen die Produkte der Anzahl an Einrichtungen in Betrieb N und des Maximalwerts und des Minimalwerts der Schaltfrequenz (F ± Δf) 1968,75 kHz und 1781,25 kHz, und diese fallen aus dem Bereich des AM-Rundfunkbands heraus.
In dem Fall, da die Schaltfrequenz F geändert wird, indem dafür gesorgt wird, dass das Produkt der Anzahl an Einrichtungen in Betrieb N und einer Frequenz einer variierenden Schaltfrequenz F immer aus dem Bereich des AM-Rundfunkbands herausfällt, beeinflusst demgemäß das während des Betriebs des Gleichspannungswandlers 101 erzeugte Geräusch nicht das AM-Rundfunkband. Weiterhin ermöglicht die Verwendung des Frequenzspreizungsschemas die Abnahme des Geräusches, das durch die Schaltsteuerung des Schaltelements Q1 hervorgerufen wird.
In der vorliegenden Ausführungsform wird das Beispiel beschrieben, bei dem die Schaltfrequenz F in einem Bereich von ±5% geändert wird. Alternativ kann der Änderungsbereich der Schaltfrequenz F als Funktion der Anzahl an Einrichtungen in Betrieb N geändert werden.
(Ausführungsform 4)
In Ausführungsform 4 wird ein Beispiel eines Gleichspannungswandlersystems beschrieben. Das Gleichspannungswandlersystem ist durch Parallelschalten von mehreren Gleichspannungswandlermodulen an ihren Eingangsteilen und Ausgangsteilen konfiguriert, wobei jedes Gleichspannungswandlermodul mehrere parallel geschaltete Wandlereinrichtungen umfasst.
10 ist ein Schaltplan eines Gleichspannungswandlersystems gemäß Ausführungsform 4.
Ein Gleichspannungswandlersystem (nachstehend als ”Wandlersystem” bezeichnet) 201 umfasst zwei Module 20 und 30. Die Module 20 und 30 sind an ihren Eingangsteilen und Ausgangsteilen parallel geschaltet, kommunizieren über einen Seriellen Bus 6 und synchronisieren Schalten mittels einer Synchronisationspuls-Busleitung 7. Da die Module 20 und 30 im Wesentlichen die gleiche Konfiguration aufweisen, wird nachstehend hauptsächlich das Modul 20 beschrieben. In der nachstehenden Beschreibung werden Abschnitte des Moduls 30, die die gleichen wie Abschnitte des Moduls 20 sind, durch entsprechende Bezugszeichen in Klammern gekennzeichnet.
Das Modul 20 (30) umfasst drei Wandlereinrichtungen 21A, 21B und 21C (31A, 31B und 31C). Die Wandlereinrichtungen 21A, 21B und 21C (31A, 31B und 31C) sind Abwärtswandlerschaltungen, die aus einem Schaltelement, einem Induktor und einer Diode bestehen, wie in Ausführungsform 1 beschrieben wird. Das Schaltelement und der Induktor sind mit einer Stromquelleneingangsleitung in Reihe geschaltet, und die Diode ist zwischen einer Masseleitung und einem Anschlusspunkt des Schaltelements und des Induktors angeschlossen. Mehrere Wandlereinrichtungen 21A, 21B und 21C (31A, 31B und 31C) sind durch Parallelschalten dieser Wandlereinrichtungen an ihren Eingangsteilen und Ausgangsteilen konfiguriert.
An der Eingangsseite der mehreren Wandlereinrichtungen 21A, 21B und 21C (31A, 31B und 31C) ist ein Filterkondensator C21 (C31) vorgesehen, und an der Ausgangsseite derselben ist ein Glättungskondensator C22 (C32) vorgesehen.
Das Modul 20 (30) umfasst eine Schaltsteuereinrichtung 22 (32) und eine Steuereinrichtung 23 (33). Die Schaltsteuereinrichtung 22 (32) empfängt eine Ausgangsspannung Vo, die durch Teilerwiderstände R21 und R22 (R31 und R32) geteilt ist, und umfasst eine Stromsteuereinrichtung, eine Spannungssteuereinrichtung und eine Taktgeneratoreinrichtung, die in Ausführungsform 1 beschrieben sind. Die Stromsteuereinrichtung ist für jede der mehreren Wandlereinrichtungen 21A, 21B und 21C (31A, 31B und 31C) vorgesehen. Diese Schaltsteuereinrichtung 22 (32) führt gemäß einem Steuersignal von der Steuereinrichtung 23 (33) eine Schaltsteuerung von Schaltelementen der Wandlereinrichtungen 21A, 21B und 21C (31A, 31B und 31C) bei unterschiedlichen Phasen durch, wodurch die Wandlereinrichtungen 21A, 21B und 21C (31A, 31B und 31C) veranlasst werden, Signale mit unterschiedlichen Phasen auszugeben. Die Ströme, die von den Wandlereinrichtungen 21A, 21B und 21C (31A, 31B und 31C) ausgegeben werden und deren Phasen jeweils verschoben sind, werden von dem Wandlersystem 201 addiert und ausgegeben.
11 ist ein Blockdiagramm, das Funktionen der Steuereinrichtungen 23 und 33 zeigt.
Die Steuereinrichtung 23 umfasst eine Stromerfassungseinrichtung 231, eine die in Betrieb befindlichen Einrichtungen zählende Ermittlungseinrichtung 232, eine Frequenzermittlungseinrichtung 233, eine Speichereinrichtung 234, eine Steuersignalausgabeeinrichtung 235 und eine Kommunikationseinrichtung 236. Die Steuereinrichtung 33 umfasst eine Stromerfassungseinrichtung 331, eine Steuersignalausgabeeinrichtung 332 und eine Kommunikationseinrichtung 333. Die Steuereinrichtungen 23 und 33 kommunizieren miteinander mittels eines seriellen Busses 6 mit den Kommunikationseinrichtungen 236 und 333. Die Steuersignalausgabeeinrichtungen 235 und 332 synchronisieren Schaltsteuerungen mittels einer Synchronisationspuls-Busleitung 7.
Die Stromerfassungseinrichtungen 231 und 331 der Steuereinrichtungen 23 und 33 erfassen Ausgangsströme Io1 und Io2 der Module 20 bzw. 30. An den Ausgangsseiten der Module 20 und 30 sind Ausgangsstromdetektorschaltungen 24 und 34 zum Detektieren der Ausgangsströme Io1 bzw. Io2 vorgesehen. Die Stromerfassungseinrichtungen 231 und 331 erfassen die Werte von Strom, die von diesen Ausgangsstromdetektorschaltungen 24 bzw. 34 detektiert werden. Weiterhin erfasst die Stromerfassungseinrichtung 231 der Steuereinrichtung 23 den Ausgangsstrom Io2, der von der Stromerfassungseinrichtung 331 der Steuereinrichtung 33 erfasst wird, mittels des seriellen Busses 6.
Wie in Ausführungsform 1 ermittelt die in Betrieb befindlichen Einrichtungen zählende Ermittlungseinrichtung 232 der Steuereinrichtung 23 N, die Anzahl an Einrichtungen, die von den Wandlereinrichtungen 21A, 21B, 21C, 31A, 31B und 31C in Betrieb genommen sind, aus der Summe der Ausgangsströme Io1 und Io2, die von der Stromerfassungseinrichtung 231 erfasst werden. Die die in Betrieb befindlichen Einrichtungen zählende Ermittlungseinrichtung 232 hebt zum Beispiel die Anzahl an Einrichtungen N an, wenn der Ausgangsstrom höher wird, und senkt die Anzahl an Einrichtungen N, wenn der Ausgangsstrom niedriger wird. Die Anzahl von Phasen P wird bei dem gleichen Wert wie die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N festgelegt, die von der die in Betrieb befindlichen Einrichtungen zählenden Ermittlungseinrichtung 232 ermittelt wird.
Die Frequenzermittlungseinrichtung 233 ermittelt eine Schaltfrequenz F des Schaltelements der Wandlereinrichtung aus der Anzahl an Einrichtungen in Betrieb N, die von der die in Betrieb befindlichen Einrichtungen zählenden Ermittlungseinrichtung 232 ermittelt wird. Die Schaltfrequenz F wird durch die Frequenzermittlungseinrichtung 233 so ermittelt, dass das Produkt der Schaltfrequenz und die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N aus dem Bereich des AM-Rundfunkbands (510 kHz bis 1,71 MHz) herausfällt. Die Frequenzermittlungseinrichtung 233 ermittelt die Schaltfrequenz F auf der Grundlage einer Datentabelle, die in der Speichereinrichtung 234 gespeichert ist.
Die Steuersignalausgabeeinrichtung 235 gibt auf der Grundlage von Parametern, die jeweils durch die die in Betrieb befindlichen Einrichtungen zählende Ermittlungseinrichtung 232 und die Frequenzermittlungseinrichtung 233 festgelegt werden, ein Steuersignal zu der Taktgeneratoreinrichtung aus. Die Taktgeneratoreinrichtung gibt auf der Grundlage des Steuersignals von der Steuersignalausgabeeinrichtung 235 Taktsignale zu den Stromsteuereinrichtungen aus, und diese Stromsteuereinrichtungen geben Ansteuersignale zu jeweiligen Schaltelementen der Wandlereinrichtungen 21A, 21B und 21C aus.
In dem Fall, da die Anzahl an Einrichtungen in Betrieb N, die von der die in Betrieb befindlichen Einrichtungen zählenden Ermittlungseinrichtung 232 ermittelt wird, drei oder mehr beträgt, d. h. in einem Fall, da die Wandlereinrichtungen 31A, 31B und 31C des Moduls 30 in Betrieb genommen werden müssen, geben die die in Betrieb befindlichen Einrichtungen zählende Ermittlungseinrichtung 232 und die Frequenzermittlungseinrichtung 233 die Anzahl an Einrichtungen in Betrieb und die Frequenz von der Kommunikationseinrichtung 236 mittels des seriellen Busses 6 zu der Steuereinrichtung 33 aus. Um Schalten zwischen dem Modul 20 und dem Modul 30 zu synchronisieren, gibt die Steuersignalausgabeeinrichtung 235 weiterhin ein Synchronisationssignal mittels der Synchronisationspuls-Busleitung 7 zu der Steuersignalausgabeeinrichtung 332 aus. Die Steuersignalausgabeeinrichtung 332 der Steuereinrichtung 33, zu der diese Steuersignale eingegeben werden, gibt Steuersignale zu den Wandlereinrichtungen 31A, 31B und 31C so aus, dass die Wandlereinrichtungen 31A, 31B und 31C sowie die Wandlereinrichtungen 21A, 21B und 21C bei unterschiedlichen Phasen arbeiten.
In dem Fall, da zum Beispiel sechs Wandlereinrichtungen in Betrieb genommen werden, gibt in dem Modul 20 die Steuersignalausgabeeinrichtung 235 Steuersignale so aus, dass die Wandlereinrichtungen 21A, 21B und 21C in dieser Reihenfolge nacheinander in Betrieb genommen werden und ihre Phasen jeweils um 120 Grad verschoben sind. In dem Modul 30 gibt weiterhin die Steuersignalausgabeeinrichtung 332 Steuersignale so aus, dass die Wandlereinrichtungen 31A, 31B und 31C in dieser Reihenfolge nacheinander in Betrieb genommen werden und ihre Phasen jeweils um 120 Grad verschoben sind. Des Weiteren werden die Wandlereinrichtung 21A und die Wandlereinrichtung 31A synchronisiert, so dass sie dazwischen eine Verschiebung von 60 Grad aufweisen. Somit sind die Phasen der Wandlereinrichtungen 21A, 31A, 21B, 31B, 21C und 31C jeweils in dieser Reihenfolge um 60 Grad voneinander verschoben. Das Durchführen einer solchen Multiphasensteuerung ermöglicht es zu verhindern, dass das erzeugte Geräusch das AM-Rundfunkband beeinflusst.
In der vorliegenden Ausführungsform umfasst das Wandlersystem 201 zwei Module 20 und 30. Das Wandlersystem 201 kann aber nach Bedarf drei oder mehr Module umfassen. D. h. bei dem Wandlersystem 201 kann die Anzahl an Modulen als Reaktion auf Last geändert werden, wodurch die Individualisierungsmöglichkeit verbessert wird. Weiterhin kann auch die Anzahl an Wandlereinrichtungen, die in jedem der Module 20 und 30 enthalten ist, nach Bedarf geändert werden.
Bezugszeichenliste

5: Ausgangsstromdetektorschaltung
6: serieller Bus
7: Synchronisationsimpuls-Busleitung
11A: Wandlereinrichtung
11A, 11B: Wandlereinrichtung
11A, 11B ..., 11F: Wandlereinrichtung
12A, 12B ..., 12F: Stromsteuereinrichtung
13: Spannungssteuereinrichtung
14: Taktgeneratoreinrichtung
15: Steuereinrichtung
20: Modul
20, 30: Modul
21A, 21B, 21C: Wandlereinrichtung
21A, 21B, 21C, 31A, 31B, 31C: Wandlereinrichtung
21A, 31A, 21B, 31B, 21C, 31C: Wandlereinrichtung
22: Schaltsteuereinrichtung
23, 33: Steuereinrichtung
24, 34: Ausgangsstromdetektorschaltung (Ausgangsstromdetektoreinrichtung)
30: Modul
31A, 31B, 31C: Wandlereinrichtung
33: Steuereinrichtung
50A: Ausgangsstrom
101: Gleichspannungswandler
121: RSFF
122: Komparator
131: Fehlerverstärker
132: Referenzspannungsquelle
151: Stromerfassungseinrichtung
152: in Betrieb befindliche Einrichtungen zählende Ermittlungseinrichtung
153: Frequenzermittlungseinrichtung
154: Speichereinrichtung
155: Steuersignalausgangseinrichtung
201: Wandlersystem
231: Stromerfassungseinrichtung
231, 331: Stromerfassungseinrichtung
232: in Betrieb befindliche Einrichtungen zählende Ermittlungseinrichtung
233: Frequenzermittlungseinrichtung
234: Speichereinrichtung
235: Steuersignalausgabeeinrichtung
235, 332: Steuersignalausgabeeinrichtung
236: Kommunikationseinrichtung
236, 333: Kommunikationseinrichtung
331: Stromerfassungseinrichtung
332: Steuersignalausgabeeinrichtung
333: Kommunikationseinrichtung
C1: Filterkondensator
C2: Glättungskondensator
C21, C31: Filterkondensator
C22, C32: Glättungskondensator
C3: Kondensator
D1: Diode
L1: Induktor
Q1: Schaltelement
R1, R2, R21, R22, R31, R32: Teilerwiderstand
R3: Widerstand
Vi: Eingangsspannung
Vo: Ausgangsspannung

Claims

Multiphasen-Gleichspannungswandler, umfassend: mehrere Wandlereinrichtungen, die eine Leistungsumwandlung durchführen, wobei Eingangsteile und Ausgangsteile derselben parallel geschaltet sind; eine Ausgangsstromdetektoreinrichtung, die einen Ausgangsstrom detektiert; eine in Betrieb befindliche Einrichtungen zählende Ermittlungseinrichtung, die die Anzahl an Einrichtungen in Betrieb N der mehreren Wandlereinrichtungen als Funktion des von der Ausgangsstromdetektoreinrichtung detektierten Ausgangsstroms ermittelt; und eine Schaltsteuereinrichtung, die bei einer Schaltfrequenz Feine Schaltsteuerung einer oder mehrerer Einrichtungen der mehreren Wandlereinrichtungen so durchführt, dass sich Phasen derselben unterscheiden, falls die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N zwei oder mehr beträgt, wobei die Anzahl der einen oder mehreren Einrichtungen gleich der Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N ist, die durch die die in Betrieb befindlichen Einrichtungen zählende Ermittlungseinrichtung ermittelt wird, wobei das Produkt der Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N und der Schaltfrequenz F aus einem Bereich eines Rundfunkbands herausfällt
Multiphasen-Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, wobei in einem Fall, da die Anzahl an Einrichtungen in Betrieb N kleiner ist, das Produkt der Anzahl an Einrichtungen in Betrieb N und der Schaltfrequenz F niedriger als das Rundfunkband ist und in einem Fall, da die Anzahl an Einrichtungen in Betrieb N größer ist, das Produkt der Anzahl an Einrichtungen in Betrieb N und der Schaltfrequenz F höher als das Rundfunkband ist.
Multiphasen-Gleichspannungswandler nach Anspruch 1 oder 2, wobei die die in Betrieb befindlichen Einrichtungen zählende Ermittlungseinrichtung die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N diskontinuierlich so vergrößert oder verkleinert, dass die Schaltfrequenz F in einen geeigneten Bereich fällt.
Multiphasen-Gleichspannungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schaltsteuereinrichtung eine Frequenzspreizungsfunktionalität aufweist, die die Schaltfrequenz F innerhalb eines vorab festgelegten Bereichs verändert und das Produkt der Anzahl an Einrichtungen in Betrieb N und einer Frequenz in einem Änderungsbereich der Schaltfrequenz F aus dem Bereich eines Rundfunkbands herausfällt.
Multiphasen-Gleichspannungswandlersystem mit mehreren Wandlermodulen, die an Eingangsteilen und Ausgangsteilen derselben parallel geschaltet sind, wobei jedes Wandlermodul mehrere Wandlereinrichtungen umfasst, die eine Leistungswandlung durchführen, wobei die mehreren Wandlereinrichtungen an Eingangsteilen und Ausgangsteilen derselben parallel geschaltet sind, wobei das Wandlermodul der Multiphasen-Gleichspannungswandler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 ist.
Multiphasen-Gleichspannungswandlersystem mit mehreren Wandlermodulen, die an Eingangsteilen und Ausgangsteilen derselben parallel geschaltet sind, wobei jedes Wandlermodul mehrere Wandlereinrichtungen umfasst, die eine Leistungswandlung durchführen, wobei die mehreren Wandlereinrichtungen an Eingangsteilen und Ausgangsteilen derselben parallel geschaltet sind, wobei das Multiphasen-Gleichspannungswandlersystem umfasst: eine Ausgangsstromdetektoreinrichtung, die einen Ausgangsstrom detektiert; eine die in Betrieb befindlichen Einrichtungen zählende Ermittlungseinrichtung, die die Anzahl an Einrichtungen in Betrieb N der mehreren Wandlereinrichtungen als Funktion des von der Ausgangsstromdetektoreinrichtung detektierten Ausgangsstroms ermittelt; und eine Schaltsteuereinrichtung, die bei einer Schaltfrequenz F eine Schaltsteuerung einer oder mehrerer Einrichtungen der mehreren Wandlereinrichtungen so durchführt, dass sich Phasen derselben unterscheiden, falls die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N zwei oder mehr beträgt, wobei die Anzahl der einen oder mehreren Einrichtungen gleich der Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N ist, die durch die die in Betrieb befindlichen Einrichtungen zählende Ermittlungseinrichtung ermittelt wird, wobei das Produkt der Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N und der Schaltfrequenz F aus einem Bereich eines Rundfunkbands herausfällt
Multiphasen-Gleichspannungswandler nach Anspruch 6, wobei in einem Fall, da die Anzahl an Einrichtungen in Betrieb N kleiner ist, das Produkt der Anzahl an Einrichtungen in Betrieb N und der Schaltfrequenz F niedriger als das Rundfunkband ist und in einem Fall, da die Anzahl an Einrichtungen in Betrieb N größer ist, das Produkt der Anzahl an Einrichtungen in Betrieb N und der Schaltfrequenz F höher als das Rundfunkband ist.
Multiphasen-Gleichspannungswandler nach Anspruch 6 oder 7, wobei die die in Betrieb befindlichen Einrichtungen zählende Ermittlungseinrichtung die Anzahl von Einrichtungen in Betrieb N diskontinuierlich so vergrößert oder verkleinert, dass die Schaltfrequenz F in einen geeigneten Bereich fällt.
Multiphasen-Gleichspannungswandlersystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Schaltsteuereinrichtung eine Frequenzspreizungsfunktionalität aufweist, die die Schaltfrequenz F innerhalb eines vorab festgelegten Bereichs verändert und das Produkt der Anzahl an Einrichtungen in Betrieb N und einer Frequenz in einem Änderungsbereich der Schaltfrequenz F aus dem Bereich eines Rundfunkbands herausfällt.