DE69507970T2

DE69507970T2 - Schaltnetzteil

Info

Publication number: DE69507970T2
Application number: DE69507970T
Authority: DE
Inventors: Kenneth Michael Novi Michigan 48374 Hipp
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 1994-02-04
Filing date: 1995-01-03
Publication date: 1999-08-05
Anticipated expiration: 2015-01-04
Also published as: EP0666637B1; US5519889A; DE69507970D1; CA2140066A1; EP0666637A2; EP0666637A3; JPH0851773A

Description

Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf ein Schaltnetzteil und besonders darauf, das RF-Geräusch (Radiofrequenz) zu verhindern, das von einem Schaltnetzteil erzeugt wird, wegen der Interferenz mit dem Empfang eines Radiosignals in einem nahegelegenen Radioempfänger.
Der Betrieb eines Schaltnetzteils erzeugt Geräuschimpulse in Frequenzen, die bis in die Frequenzen von AM- (Amplitudenmodulation) Radioübertragungs-Frequenzen reichen. Wenn das Geräuschsignal von einem Radioempfänger empfangen wird, demoduliert das Geräuschsignal typischerweise in einen unerwünschten Ton im hörbaren Bereich eines menschlichen Ohrs (20 Hz-22 kHz). Eine Methode zur Reduzierung des empfangenen Geräuschs besteht darin, den Radioempfänger von der Geräuschquelle entfernt aufzustellen. Aber im Anwendungsbereich der Automobilindustrie und besonders in einem Automobil-Armaturenbrett ist die Entfernung, in der ein Radioempfänger von einem Schaltnetzteil, das im Armaturenbrett benutzt wird, getrennt sein kann, begrenzt.
In den Anwendungen des früheren Fachwissens wird die Betriebsfrequenz eines Schaltnetzteils durch Zeitschaltungen, wie zum Beispiel RC-Schaltungen gesteuert. Die Betriebsfrequenz derartiger Schaltungen neigt zur Abweichung von Temperaturbereichen, die typischerweise in Fahrzeugen anzutreffen sind. Deshalb kann ein zeitverstellbares RF-Geräuschbauteil von einem AM-Empfänger auf Touren gebracht werden.
Das U. S. -Patent 4 672 S27 beschreibt einen Apparat zur Stromversorgung eines Systems, wie zum Beispiel ein digitales Audiosystem zur Auswahl eines Informationssignals bei einer Auswahlfrequenz fS. Die Stromversorgung enthält ein Schaltnetzteil mit einer Schaltfrequenz, die ein Mehrfaches einer oder mehrerer Zeiten der Hälfte der Auswahlfrequenz fS ist und die mit der Auswahlfrequenz synchronisiert ist. Deshalb werden feststehende Interferenzfrequenzen zwischen der Auswahlfrequenz und der Schaltfrequenz im hörbaren Bereich vermieden.
Das U. S. -Patent 4 606 076 beschreibt ein Kommunikations-Empfangssystem zum Empfang kodierter Signale und das mindestens ein vorbestimmtes Zwischenfrequenzsignal (IF) hat. Der Empfänger verfügt über einen DC/DC (Gleichstrom) Umsetzer, um auf eine Stromversorgung einzuwirken und er funktioniert bei einer Frequenz, die unter der Frequenz des IF-Signals liegt. Eine Frequenz-Trimmschaltung steuert die Betriebsfrequenz des Umsetzers, um eine Interferenz mit dem IF-Signal zu vermeiden.
Es ist wünschenswert, ein Schaltnetzteil zu liefern, das in unmittelbarer Nähe zu einem Radioempfänger funktionieren kann, ohne ein wesentliches, hörbares Geräusch im demodulierten Ausgang des Radioempfängers zu erzeugen.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das Schaltnetzteil in unmittelbarer Nähe zu einem AM-Radio angebracht werden kann, ohne ein Geräusch auf dem demodulierten Signal zu · erzeugen.
Die vorliegende Erfindung liefert ein Schaltnetzteil zur Verwendung in der Nähe eines Radioempfängers, zum Empfang von Radioübertragungen, die bei Trägerfrequenzen übertragen werden, deren Intervalle bei einem vorbestimmten Trägerfrequenzintervall von 10 kHz oder 9 kHz liegen, wobei das Schaltnetzteil enthält:
einen Transformator mit mindestens einem DC-Ausgang und einem Eingang;
eine Päzisionszeitvorrichtung, die ein Steuersignal erzeugt, dessen Betriebsfrequenz innerhalb eines vorbestimmten Bereichs eines Integral-Mehrfachen des besagten Trägerfrequenzintervalls liegt;
eine Schaltvorrichtung, die elektrisch mit dem besagten Transformator verbunden ist, um den besagten Eingang des besagten Transformators zu steuern; und
eine Steuervorrichtung, die elektrisch mit dem besagten DC-Ausgang, der besagten Präzisionszeit- und der besagten Schaltvorrichtung verbunden ist;
wobei die besagte Steuervorrichtung zur Impulsbreiten-Modulation der besagten Schaltvorrichtung bei der besagten Betriebsfrequenz des besagten Steuersignals ausgelegt ist, um den besagten DC-Ausgang des besagten Transformators zu steuern, wobei der besagte vorbestimmte Bereich derartig ausgelegt ist, dass die Impulsbreiten-Modulation innerhalb von 20 Hz des besagten Integral-Mehrfachen des besagten Trägerfrequenzintervalls liegt.
Die vorliegende Erfindung liefert ausserdem ein Armaturenbrett, das enthält:
eine Radioempfangsvorrichtung zum Empfang von Radiofrequenzen mit einem Trägerfrequenz-Zuordnungsintervall von 10 kHz oder 9 kHz;
ein Schaltnetzteil mit einer Betriebsfrequenz; und
eine Oszillatorvorrichtung, die an die besagte Stromversorgung angeschlossen ist und die die Betriebsfrequenz der besagten Stromversorgung innerhalb von 20 Hz eines Integral-Mehrfachen des besagten Trägerfrequenz-Zuordnungsintervalls steuert.
Die vorliegende Erfindung liefert auch eine Methode für den Betrieb eines Schaltnetzteils zur Beseitigung von Geräusch in einem Radioempfänger, wobei die besagte Methode folgende Schritte enthält:
Empfang von Radiofrequenzen mit dem Radioempfänger, der ein Trägerfrequenz-Zuordnungsintervall hat;
Erzeugung eines Steuersignals mit einer Frequenz innerhalb von 20 Hz eines Integral-Mehrfachen des besagten Trägerfrequenz-Zuordnungsintervalls; und
Steuerung der Schaltfrequenz der besagten Stromversorgung mit dem besagten Steuersignal.
Die Erfindung wird jetzt als Beispiel unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben, von denen:
Fig. 1 ein Armaturenbrett eines Fahrzeugs darstellt;
Fig. 2 ein Blockschaltplan einer bevorzugten Auslegung der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 3A eine Kurve eines Abschnitts der Trägerfrequenzintervalle ist;
Fig. 3B eine Kurve ist, die die harmonische RF-Sendung von einer RCgesteuerten Stromversorgung des früheren Fachwissens darstellt; und
Fig. 3C eine Kurve ist, die die harmonische RF-Sendung von der quarzgesteuerten Stromversorgung der Erfindung darstellt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 besteht ein Armaturenbrett 10 in einem Kraftfahrzeug typischerweise aus mehreren Bauteilen, darunter eine Instrumentengruppe 12 und ein Radioempfänger 14. Eine Stromversorgung 20, die vorzugsweise ein impulsbreitenmoduliertes Schaltnetzteil ist, versorgt die Instrumentengruppe 12 mit Strom. Das Schaltnetzteil kann vom Verstärkungsregeltyp (d. h. Überspannung) oder vom Ausgleichtyp sein. Der Radioempfänger 14 hat ein AM-Band, das Trägerfrequenz-Zuordnungsintervalle von 10 kHz in Nordamerika und 9 kHz in Europa hat. Wegen seiner Schalteigenschaften erzeugt die Stromversorgung 20 typischerweise ein RF-Geräusch, das potential mit dem AM-Empfang im Radioempfänger 14 interferiert.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird ein ausführlicher Blockschaltplan des Schaltnetzteils 20 dargestellt. Die Stromversorgung 20 verfügt über einen Transformator 22 mit einer primären Wicklung 24 und einer sekundären Wicklung 26. Ein Batterieeingang 28 ist mit einer primären Windung 24 über eine Serienkombination verbunden, die aus einem elektromagnetischen Interferenzfilter 30 und einer Umsteuersicherungsbatterie 32 besteht, die beide auf dem Gebiet der Stromversorgung bekannt sind. Der elektromagnetische Interferenzfilter 30 filtert elektrisches Geräusch, das vom Batterieeingang 28 in die primäre Wicklung 24 und umgekehrt kommt. Die Umsteuersicherungsbatterie 32 verhindert Schaden am elektrischen System, wenn die Batterieanschlüsse nicht korrekt ausgeführt sind.
Die andere Seite der primären Wicklung 24 ist über eine Schaltvorrichtung 36 (zum Beispiel ein JFET-Transistor) und einen Widerstand 37 geerdet. Ein Kontroller 34 ist mit der Schaltklemme des JFET 36 verbunden, zur Impulsbreiten-Modulation des Stroms über die primäre Wicklung 24 und um dadurch die Spannung über den Ausgang der sekundären Wicklung 26 zu steuern. Dadurch betätigt der Kontroller 34 den Schalter 36 bei einer vorbestimmten Betriebsfrequenz in einer variablen Impulsbreite, die als Ansprechen auf die Rückführung der Ausgangsspannung der sekundären Wicklung 26 bestimmt wird. Die Betriebsfrequenz des Kontrollers 34 wird durch einen Präzisions- Zeitschalter 38 gesteuert, der elektrisch mit dem Kontroller 34 verbunden ist.
Der Zeitschalter 38 besteht vorzugsweise aus einem Quarz 40 und eine Teilerschaltung 42 wird verwendet, um ein Steuersignal zu erzeugen. Der Quarz 40 kann irgendein Präzisionsquarz sein, der über eine gewünschte Betriebsfrequenz und Genauigkeit verfügt. Zum Beispiel wurde ein Quarz mit einer Betriebsfrequenz von 3,84 MHz erfolgreich verwendet. Die Frequenz des Steuersignals ist ein Integral-Mehrfaches von 9 kHz oder 10 kHz, je nachdem ob die Schaltung jeweils in Europa oder Nordamerika benutzt werden soll. Zum Beispiel kann eine Teilerschaltung 42 benutzt werden, um die Frequenz des 3,84 MHz- Quarzes um 128 zu teilen, um eine Ausgangsfrequenz von 30 kHz zu erreichen.
Die sekundäre Wicklung 26 hat eine Anzahl von DC-Ausgängen, die an Gleichricht- und Filter-Schaltungen 44 angeschlossen sind, um eine saubere DC-Spannung zu liefern. Der Ausgang der sekundären Wicklung 26 liefert die Rückführung des Kontrollers 34, so dass der Kontroller 34 die gewünschte Ausgangsspannung beibehält. Zum Beispiel wenn die Rückführspannung unter ein vorbestimmtes Niveau fällt, wird die Impulsbreite durch den besagten Kontroller 34 erhöht. Wenn die besagte Rückführung über ein vorbestimmtes Niveau ansteigt, dann reduziert der Kontroller 34 die besagte Impulsbreite.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3A beträgt das AM-Radiofrequenz- Bandintervall in Nordamerika 10 kHz, wovon ein Teil mit dem Informationssignal 50 dargestellt ist. Fig. 3B stellt einen typischen, RC- gesteuerten Stromversorgungsimpuls dar, der bei 32 kHz schaltet. Die 31ste Harmonische, 992 kHz, befindet sich innerhalb des AM-Bands. Fig. 3C stellt einen Stromversorgungsimpuls dar, der von einer Stromversorgung geliefert wird, die durch einen Präzisionszeitschalter nach der vorliegenden Erfindung gesteuert wird.
Im Betrieb strahlt der Schalter 36 ein RF-Signal in Form von Stromimpulsen an die Grundbetriebsfrequenz und deren dazugehörende harmonische Frequenzen aus, die sich typischerweise in das AM-Band erstrecken und dann, wenn sie demoduliert sind, eventuell ein Geräusch im hörbaren Bereich des menschlichen Ohrs hervorrufen. Wenn ein AM- Signal demoduliert wird, wird ein Informationssignal innerhalb von 20 Hz der zentralen Frequenz in einen Bereich unter dem hörbaren Bereich des menschlichen Ohrs demoduliert. Im früheren Fachwissen wenn eine RC-Zeitschaltung verwendet wird, ist eine äusserst genaue Schaltzeit über eine breite Palette von Betriebstemperaturen nicht möglich. Der auf Fig. 3B dargestellte Impuls beträgt 2000 Hz von der zentralen Frequenz und wird in einen hörbaren Ton demodulieren. Jedoch wenn ein Quarz 40 verwendet wird, um eine derartige Schaltung zu steuern, kann die Genauigkeit leicht innerhalb von 20 Hz der bei unterschiedlichen Betriebstemperaturen, die in Kraftfahrzeugen auftreten, gesteuert werden, so dass ein RF-Geräusch, das von der Stromversorgung erzeugt wurde, auf eine Frequenz unter dem hörbaren Bereich demoduliert wird.

Claims

1. Ein Schaltnetzteil (20) zur Benutzung nahe eines Radioempfängers (14), zum Empfang von Radioübertragungen, die bei Trägerfrequenzen übertragen werden, deren Intervalle einem vorbestimmten Trägerfrequenzintervall von 10 kHz oder 9 kHZ entsprechen, wobei das Schaltnetzteil (20) enthält:

einen Transformator (22) mit mindestens einem DC-Ausgang und einem Eingang;

eine Präzisionszeitschalt-Vorrichtung (38), die ein Steuersignal erzeugt, das eine Betriebsfrequenz innerhalb eines vorbestimmten Bereichs eines Integral-Mehrfachen des besagten Trägerfrequenzintervalls hat;

eine Schaltvorrichtung (36), die elektrisch an den besagten Transformator angeschlossen ist, um den besagten Eingang des besagten Transformators zu steuern; und

eine Steuervorrichtung (34), die elektrisch mit dem besagten DC- Ausgang, der besagten Präzisionszeitschalt-Vorrichtung (38) und der besagten Schaltvorrichtung (36) verbunden ist;

wobei die besagte Steuervorrichtung (34) derartig ausgelegt ist, dass sie die besagte Schaltvorrichtung bei der besagten Betriebsfrequenz des besagten Steuersignals impulbreitenmoduliert, um den besagten DC- Ausgang des besagten Transformators (22) zu regulieren, wobei der besagte vorbestimmte Bereich derartig ausgelegt ist, dass die Impulsbreitenmodulation innerhalb von 20 Hz des besagten Integral- Mehrfachen des besagten Trägerfrequenzintervalls liegt.

2. Ein Schaltnetzteil nach Anspruch 1, in dem die besagte Präzisionszeitschalt-Vorrichtung (38) einen Quarz (40) enthält, der bei einer vorbestimmten Frequenz schwingt.

3. Ein Schaltnetzteil nach Anspruch 2, in dem die besagte Präzisionszeitschalt-Vorrichtung (38) ausserdem eine Teilerschaltung (42) zur Teilung der besagten vorbestimmten Frequenz auf eine niedrigere vorbestimmte Frequenz enthält.

4. Ein Armaturenbrett, das enthält:

eine Radioempfangsvorrichtung (14) zum Empfang von Radiofrequenzen mit einem Trägerfrequenz-Zuordnungsintervall von 10 kHz oder 9 kHz;

ein Schaltnetzteil (26) mit einer Betriebsfrequenz; und

eine Oszillatorvorrichtung (38), die an die besagte Stromversorgung (26) angeschlossen ist und die die Betriebsfrequenz der besagten Stromversorgung innerhalb von 20 Hz eines Integral-Mehrfachen des besagten Trägerfrequenz-Zuordnungsintervalls steuert.

5. Ein Armaturenbrett nach Anspruch 4, in dem die besagte Oszillatorvorrichtung (38) einen Quarz (40) enthält, der eine vorbestimmte Frequenz erzeugt und eine Teilerschaltung (42) zur · Teilung der besagten vorbestimmten Frequenz auf eine niedrigere vorbestimmte Frequenz.

6. Ein Armaturenbrett nach Anspruch 4, in dem die besagte Oszillatorvorrichtung (38) einen Quarz (40) enthält, der eine vorbestimmte Frequenz erzeugt und einen Frequenzteiler (42), um die besagte Frequenz des besagten Quarzes auf ein Integral-Mehrfaches des besagten Trägerfrequenz-Zuordnungsintervalls zu teilen.

7. Eine Methode zum Betrieb eines Schaltnetzteils zur Beseitigung von Geräusch in einem Radioempfänger, wobei die besagte Methode folgende Schritte enthält:

Empfang von Radiofrequenzen mit dem Radioempfänger mit einem Trägerfrequenz-Zuordnungsintervall;

Erzeugung eines Steuersignals mit einer Frequenz innerhalb von 20 Hz eines Integral-Mehrfachen des besagten Trägerfrequenz- Zuordnungsintervalls; und

Steuern der Schaltfrequenz der besagten Stromversorgung mit dem besagten Steuersignal.

8. Eine Methode zum Betrieb eines Schaltnetzteils nach Anspruch 7, in dem das besagte Intervall 10 kHz oder 9 kHz beträgt.