JP2010279111A - Switching apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パワースイッチング素子のオン操作及びオフ操作を繰り返すスイッチング制御を行うスイッチング装置に関する。 The present invention relates to a switching device that performs switching control that repeats an ON operation and an OFF operation of a power switching element.
この種のスイッチング装置としては、例えば下記特許文献１に見られるように、互いに相違する複数のスイッチング周波数からなるパルスパターンに従ってスイッチング制御を行うことで、スイッチング周波数を拡散させるものも提案されている。
As this type of switching device, for example, as shown in
ただし、スイッチング周波数を拡散させたとしても、例えば拡散されたスイッチング周波数の高調波のスペクトルがラジオ周波数帯域における１の占有周波数帯幅内に集中する場合には、特定のラジオ放送局の周波数帯に顕著なノイズが重畳するおそれがある。 However, even if the switching frequency is spread, for example, if the spectrum of the harmonics of the spread switching frequency is concentrated within one occupied frequency bandwidth in the radio frequency band, the frequency band of a specific radio broadcasting station is used. Significant noise may be superimposed.
また、上記態様にてスイッチング周波数を拡散させる場合、拡散される各周波数に隣接する周波数領域における周波数スペクトルが大きくなり、この領域の周波数利用環境が悪化することが発明者らによって見出された。 In addition, when the switching frequency is spread in the above-described manner, the inventors have found that the frequency spectrum in the frequency region adjacent to each spread frequency becomes large, and the frequency use environment in this region is deteriorated.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、パワースイッチング素子のオン操作及びオフ操作を繰り返すスイッチング制御を行うに際し、スイッチング周波数をより適切に拡散させることのできるスイッチング装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and its object is to perform switching capable of spreading the switching frequency more appropriately when performing switching control that repeats ON and OFF operations of the power switching element. To provide an apparatus.
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。 Hereinafter, means for solving the above-described problems and the operation and effects thereof will be described.
請求項１記載の発明は、パワースイッチング素子のオン操作及びオフ操作を繰り返すスイッチング制御を行うスイッチング装置において、前記スイッチング制御を、スイッチング周波数を拡散させつつ行い、前記拡散された各スイッチング周波数について、これに時系列上隣接する少なくとも一方のスイッチング周波数との周波数間隔が、時系列的に隣接しない全スイッチング周波数との周波数間隔以下となるように設定することを特徴とする。
The invention according to
スペクトラム拡散を行う場合、スイッチングに伴って生じる信号は、スペクトラム拡散の中心周波数を搬送波の周波数としてＦＭ変調された周波数信号によって模擬することができる。一方、ＦＭ変調された周波数信号には、側波帯が付随することが知られている。この側波帯は、搬送波の周波数に対し、信号波の周波数の整数倍ずれたものであり、特に信号波の周波数の１倍程度ずれたものが大きくなりやすい。このため、スペクトラム拡散処理によって、中心周波数に対してスペクトラム拡散によって定まる擬似的な信号波の周波数の整数倍程度ずれた周波数信号（擬似側波帯信号）がノイズとなり、特に擬似的な信号波の周波数の１倍程度ずれた周波数信号が大きなノイズとなりやすい。ここで、擬似的な信号波の周波数は、スイッチング周波数の一回の切替における変更幅が小さいほど小さくなる。すなわち、変更幅が小さいほど、上記最も大きくなりやすい擬似側波帯信号が上記中心周波数に近づく傾向がある。上記発明では、この点に鑑み、上記変更幅が小さくなるような拡散を行うことで、拡散されるスイッチング周波数領域に近接する周波数領域において、スイッチング制御に起因するノイズエネルギを極力抑制することができる。 When performing spread spectrum, a signal generated by switching can be simulated by a frequency signal that is FM-modulated with the center frequency of spread spectrum as the frequency of the carrier wave. On the other hand, it is known that a sideband is attached to an FM-modulated frequency signal. This sideband is shifted by an integral multiple of the frequency of the signal wave with respect to the frequency of the carrier wave. Particularly, the sideband is easily shifted by about 1 time of the frequency of the signal wave. For this reason, a frequency signal (pseudo sideband signal) shifted by an integer multiple of the frequency of the pseudo signal wave determined by the spectrum spread from the center frequency by the spread spectrum process becomes noise, and in particular, the pseudo signal wave A frequency signal shifted by about 1 times the frequency tends to be a large noise. Here, the frequency of the pseudo signal wave becomes smaller as the change width in one switching of the switching frequency is smaller. That is, as the change width is smaller, the pseudo sideband signal that is most likely to be larger tends to approach the center frequency. In the above invention, in view of this point, the noise energy resulting from the switching control can be suppressed as much as possible in the frequency region close to the switching frequency region to be diffused by performing diffusion so that the change width becomes small. .
なお、請求項１記載の発明において、前記スイッチング周波数の拡散処理を、同一のスイッチング周波数でのスイッチングを規定の複数回ずつ行いつつ次のスイッチング周波数へと変更するものとしてもよい。ちなみに、「拡散された各スイッチング周波数」とは、周波数が相違する複数のスイッチング周波数のそれぞれのことである。 In the first aspect of the invention, the switching frequency spreading process may be changed to the next switching frequency while switching at the same switching frequency is performed a plurality of prescribed times. Incidentally, “spreading switching frequencies” are each of a plurality of switching frequencies having different frequencies.
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記スイッチング周波数の拡散を、スイッチング周波数を等間隔ずつ周期的に変化させることで行うことを特徴とする。 According to a second aspect of the invention, in the first aspect of the invention, the switching frequency is spread by periodically changing the switching frequency at regular intervals.
上記発明では、拡散されるスイッチング周波数領域に近接する周波数領域におけるスイッチング制御に起因するノイズエネルギを極力抑制することができる。 In the said invention, the noise energy resulting from the switching control in the frequency area | region close | similar to the switching frequency area | region spread | diffused can be suppressed as much as possible.
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記スイッチング周波数の拡散処理は、所定の無線放送周波数領域内における前記拡散された各スイッチング周波数の高調波であって且つ互いの次数の相違が規定次数以下となるもの同士の周波数間隔が前記無線放送の１の占有周波数帯幅以上となるように設定することで行われることを特徴とする。
The invention according to
上記発明では、特定の無線放送の１の占有周波数帯幅内において、スイッチング周波数の高調波が集中することを好適に抑制することができる。このため、スイッチング制御が特定の放送局の周波数帯に生じさせるノイズを好適に低減することができる。 In the said invention, it can suppress suitably that the harmonic of a switching frequency concentrates within the 1 occupied frequency bandwidth of a specific radio broadcast. For this reason, the noise which switching control produces in the frequency band of a specific broadcasting station can be reduced suitably.
なお、上記規定次数は、「５」以下であることが望ましく、「３」以下又は「２」以下であることがより望ましい。 The prescribed order is preferably “5” or less, and more preferably “3” or less or “2” or less.
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記所定の無線放送周波数領域は、ＡＭラジオ放送の周波数領域を含むことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the invention, in the third aspect of the invention, the predetermined radio broadcast frequency region includes a frequency region of AM radio broadcast.
請求項５記載の発明は、請求項３又は４記載の発明において、前記所定の無線放送周波数領域が、互いに相違する複数の領域からなり、前記拡散された各スイッチング周波数の高調波であって且つ互いの次数の相違が規定次数以下となるもの同士の周波数間隔が前記各無線放送の１の占有周波数帯幅以上となるように設定することを特徴とする。
The invention according to claim 5 is the invention according to
上記発明では、複数の無線放送領域のそれぞれの１の占有周波数帯幅内において、スイッチング周波数の高調波が集中することを好適に抑制することができる。このため、スイッチング制御が無線放送に生じさせるノイズを好適に低減することができる。 In the said invention, it can suppress suitably that the harmonic of a switching frequency concentrates within one occupied frequency bandwidth of each of several radio broadcast area | regions. For this reason, the noise which switching control produces in radio broadcasting can be reduced suitably.
なお、上記規定次数は、「５」以下であることが望ましく、「３」以下又は「２」以下であることがより望ましい。 The prescribed order is preferably “5” or less, and more preferably “3” or less or “2” or less.
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明において、前記スイッチング周波数の拡散を、同一の周波数によるスイッチングを規定の複数回行う毎にスイッチング周波数を変更することで行うことを特徴とする。 A sixth aspect of the present invention is the invention according to any one of the first to fifth aspects, wherein the switching frequency is changed each time the switching of the switching frequency is performed a predetermined number of times. It is characterized by being performed by.
上記発明では、高調波成分の強度が大きくなり易いため、占有周波数帯幅に互いに相違する複数の高調波が入る場合には、特定の放送局の周波数帯のノイズが特に大きくなりやすい。このため、請求項３の発明特定事項の利用価値が特に大きい。
In the above-described invention, the intensity of the harmonic component is likely to increase. Therefore, when a plurality of harmonics different from each other are included in the occupied frequency band width, noise in a specific broadcast station frequency band is particularly likely to increase. For this reason, the utility value of the invention specific matter of
また、スイッチング制御に起因してスイッチング周波数領域に近接する領域にノイズが生じる。そしてこの近接する領域は、上記規定の複数回によって変化する。このため、この規定の複数回の設定は、スイッチング周波数とは相違する領域として別の用途で利用されている領域における利用環境を悪化させる要因ともなり得る。 Further, noise is generated in a region close to the switching frequency region due to the switching control. And this adjacent area | region changes with the said prescription | regulation multiple times. For this reason, this prescribed setting multiple times can also be a factor of deteriorating the use environment in a region used for another purpose as a region different from the switching frequency.
請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発明において、前記パワースイッチング素子は、車載高圧バッテリの電圧を降圧する降圧コンバータを構成するものであることを特徴とする。
The invention according to
（第１の実施形態）
以下、本発明にかかるスイッチング装置を車載ハイブリッド車に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which a switching device according to the present invention is applied to an in-vehicle hybrid vehicle will be described with reference to the drawings.
図１に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。 FIG. 1 shows a system configuration according to the present embodiment.
図示されるＤＣＤＣコンバータ１０は、例えば組電池等によって構成されることで端子間電圧が高電圧（例えば「２８８Ｖ」）となる高圧バッテリ１２の電圧を、所定圧（例えば「１２Ｖ」）に降圧しつつその電力を低圧バッテリ１４に供給するものである。ＤＣＤＣコンバータ１０は、第１トランスＴ１及び第２トランスＴ２を備える絶縁型コンバータである。ここで、第１トランスＴ１は、１次側コイルＷ１、Ｗ２と２次側コイルＷ３とを備えて構成されており、第２トランスＴ２は、１次側コイルＷ４，Ｗ５と２次側コイルＷ６とを備えて構成されている。図中、丸印は、コイルの巻き初めを示している。
The
上記第２トランスＴ２の１次側コイルＷ５の一方の端子側及び高圧バッテリ１２の負極端子側間は、パワースイッチング素子Ｑ１によって接続されている。また、パワースイッチング素子Ｑ１には、ダイオードＤ１が、そのアノードが高圧バッテリ１２の負極端子側となる態様にて並列接続されている。
A power switching element Q1 connects between one terminal side of the primary coil W5 of the second transformer T2 and the negative terminal side of the
上記第１トランスの１次側コイルＷ２の他方の端子及び第２トランスＴ２の１次側コイルＷ５の一方の端子間には、コンデンサＣ２及びパワースイッチング素子Ｑ２が並列接続されている。また、パワースイッチング素子Ｑ２には、ダイオードＤ２が、ダイオードＤ１のカソード側をアノード側とする態様にて並列接続されている。 A capacitor C2 and a power switching element Q2 are connected in parallel between the other terminal of the primary coil W2 of the first transformer and one terminal of the primary coil W5 of the second transformer T2. A diode D2 is connected in parallel to the power switching element Q2 in such a manner that the cathode side of the diode D1 is the anode side.
上記第１トランスＴ１の２次側コイルＷ３の一方の端子及び第２トランスＴ２の２次側コイルＷ６の一方の端子間は、同期整流用のパワースイッチング素子Ｑ３，Ｑ４によって接続されている。また、第１トランスの２次側コイルＷ３の他方の端子及び第２トランスＴ２の２次側コイルＷ６の他方の端子は、短絡されている。そして、この短絡部と、パワースイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の接続箇所との間の電圧は、ＤＣＤＣコンバータ１０の出力電圧となっている。詳しくは、これらの間には、コンデンサ１６及び低圧バッテリ１４が並列接続されている。更に、低圧バッテリ１４の正極側には、ＤＣＤＣコンバータ１０の出力電流を検出する電流センサ１８が接続され、また、コンデンサ１６に、その電圧を検出する電圧センサ２０が並列接続されている。
The one terminal of the secondary coil W3 of the first transformer T1 and the one terminal of the secondary coil W6 of the second transformer T2 are connected by power switching elements Q3 and Q4 for synchronous rectification. The other terminal of the secondary coil W3 of the first transformer and the other terminal of the secondary coil W6 of the second transformer T2 are short-circuited. And the voltage between this short circuit part and the connection location of power switching element Q3, Q4 is the output voltage of the
制御装置３０は、ＤＣＤＣコンバータ１０を制御対象とし、上記パワースイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３，Ｑ４を操作する。詳しくは、電流センサ１８によって検出されるＤＣＤＣコンバータ１０の出力電流と、電圧センサ２０によって検出されるＤＣＤＣコンバータ１０の出力電圧とに基づき、上記操作を行うことで出力電圧等を所望に制御する。
The
本実施形態にかかるシステムは、更に、ラジオ受信機３２と、無線通信装置３４とを備えている。ここで、無線通信装置３４は、携帯ユニット３６とともに無線通信システムを構成するものである。無線通信システムは、携帯ユニット３６と無線通信装置３４との間で無線信号Ｓｍの授受を行う。
The system according to the present embodiment further includes a radio receiver 32 and a
なお、上記無線信号Ｓｍの周波数領域とパワースイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３，Ｑ４の操作信号ＭＱ１，ＭＱ２，ＭＱ３，ＭＱ４の周波数（スイッチング周波数）とは、互いに近接している。詳しくは、本実施形態では、これら一対の領域間の間隔が「１０ｋＨｚ」以下であると想定している。 The frequency region of the radio signal Sm and the frequencies (switching frequencies) of the operation signals MQ1, MQ2, MQ3, MQ4 of the power switching elements Q1, Q2, Q3, Q4 are close to each other. Specifically, in the present embodiment, it is assumed that the interval between the pair of regions is “10 kHz” or less.
次に、上記パワースイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３，Ｑ４の操作（スイッチング制御）について説明する。 Next, the operation (switching control) of the power switching elements Q1, Q2, Q3, and Q4 will be described.
本実施形態では、スイッチング制御によるノイズが特定の周波数に集中することを回避すべく、スペクトラム拡散制御を行う。ただし、一回のスイッチング毎にスイッチング周波数を変更することは制御装置３０の動作周波数を高速にする要求が生じることに鑑み、図２に示す態様にてスイッチング周波数を変更することで、制御装置３０に対する要求を低減する。図２では、同一のスイッチング周波数でのスイッチングを規定の複数回（ここでは、「４回」）行う毎に、スイッチング周波数を変更する例を示している。
In the present embodiment, spread spectrum control is performed in order to avoid that noise due to switching control is concentrated on a specific frequency. However, in view of the fact that changing the switching frequency for each switching operation requires a higher operating frequency of the
ただし、上記スペクトラム拡散を行うことで、無線通信システムの利用する周波数帯域での周波数利用環境が悪化するおそれがあることが発明者らによって見出された。その要因は、スイッチング周波数が上記無線信号Ｓｍの周波数帯域に近接することによると考えられる。以下、これについて詳述する。 However, the inventors have found that performing the above spectrum spreading may deteriorate the frequency use environment in the frequency band used by the wireless communication system. The cause is considered that the switching frequency is close to the frequency band of the radio signal Sm. This will be described in detail below.
図３に、スペクトラム拡散を用いたスイッチング制御による周波数スペクトルを示す。ここでは、中心周波数を「１６０ｋＨｚ」として、「１５０〜１７０ｋＨｚ」の範囲でスイッチング周波数を拡散させた場合の周波数スペクトルを示している。詳しくは、「１６０、１５０、１６１、１５１、１６２、１５２、…１７０」というように周波数を変化させた場合の周波数スペクトルを示している。図示されるように、この場合、中心周波数付近においてノイズレベルが大きくなる領域Ａ，Ｂが存在する。このため、上記無線信号Ｓｍの周波数領域が領域Ａと重複することで、無線通信システムの周波数利用環境が悪化したと考えられる。 FIG. 3 shows a frequency spectrum by switching control using spread spectrum. Here, the frequency spectrum when the switching frequency is spread in the range of “150 to 170 kHz” with the center frequency being “160 kHz” is shown. Specifically, the frequency spectrum is shown when the frequency is changed such as “160, 150, 161, 151, 162, 152,... 170”. As illustrated, in this case, there are regions A and B in which the noise level increases near the center frequency. For this reason, it is considered that the frequency use environment of the wireless communication system has deteriorated because the frequency region of the wireless signal Sm overlaps with the region A.
以下、領域Ａ，Ｂにおけるノイズレベルの増大要因について考察する。 Hereinafter, the increase factor of the noise level in the regions A and B will be considered.
上記スペクトラム拡散がなされる場合、これらによって生成される周波数信号は、ＦＭ変調がなされた信号に近似する。詳しくは、スイッチング周波数ｆ１＞ｆ２＞…＞ｆ１０によってスペクトラム拡散を行う場合、中心周波数ｆｃ≒ｆ５、最大周波数遷移ΔＦ＝（ｆ１−ｆ１０）／２のＦＭ変調がなされた信号に近似する。ここで、ＦＭ変調がなされた信号の周波数ｆＦＭは、以下の式（ｃ１）にて表現される。
ｆＦＭ＝ｆｃ＋ΔＦｃｏｓ（２πｘｔ） …（ｃ１）
ただし、信号の周波数ｘを用いた。
When the spectrum spread is performed, the frequency signal generated by these approximates a signal subjected to FM modulation. Specifically, when spectrum spreading is performed with the switching frequency f1>f2>. Here, the frequency fFM of the signal subjected to FM modulation is expressed by the following equation (c1).
fFM = fc + ΔFcos (2πxt) (c1)
However, the frequency x of the signal was used.
したがって、「２πｆＦＭ」によって表現される角速度ωＦＭの時間積分値によって、上記被変調信号の瞬時位相角θＦＭは、以下の式（ｃ２）となる。
θＦＭ＝２πｆｃｔ＋（ΔＦ／ｘ）ｓｉｎ（２πｘｔ） …（ｃ２）
ここで、周波数変調指数ｍｆ（＝ΔＦ／ｘ）を用いて上記の式（ｃ２）を書き換えると、被変調信号ｖＦＭは、以下の式（ｃ３）となる。
ｖＦＭ
＝εｓｉｎ｛ωｔ＋ｍｆｓｉｎ（２πｘｔ）｝ …（ｃ３）
ω＝２πｆｃ
上記の式（ｃ３）を、第１種ベッセル関数にて展開すると以下の式（ｃ４）を得る。
ｖＦＭ＝Ｊ０（ｍｆ）εｓｉｎωｔ
＋Ｊ１（ｍｆ）ε｛ｓｉｎ（ω＋２πｘ）ｔ−ｓｉｎ（ω−２πｘ）ｔ｝
… …（ｃ４）
ここで、Ｊ０，Ｊ１，…は、図４に示すベッセル関数値である。
Therefore, the instantaneous phase angle θFM of the modulated signal is expressed by the following equation (c2) based on the time integral value of the angular velocity ωFM expressed by “2πfFM”.
θFM = 2πfct + (ΔF / x) sin (2πxt) (c2)
Here, when the above equation (c2) is rewritten using the frequency modulation index mf (= ΔF / x), the modulated signal vFM becomes the following equation (c3).
vFM
= Εsin {ωt + mfsin (2πxt)} (c3)
ω = 2πfc
When the above equation (c3) is expanded by the first type Bessel function, the following equation (c4) is obtained.
vFM = J0 (mf) εsinωt
+ J1 (mf) ε {sin (ω + 2πx) t−sin (ω−2πx) t}
... (c4)
Here, J0, J1,... Are Bessel function values shown in FIG.
上記の式（ｃ４）からわかるように、被変調信号ｖＦＭは、角速度ωを有する周波数信号（中心周波数ｆｃを有する信号）に加えて、これから上記周波数ｘの整数倍だけ上下にずれた周波数信号である側波帯を有する。そして、これら側波帯こそが先の図３に示した領域Ａ，Ｂでのノイズを強めた要因であると考えられる。 As can be seen from the above equation (c4), the modulated signal vFM is a frequency signal shifted up and down by an integral multiple of the frequency x in addition to the frequency signal having the angular velocity ω (the signal having the center frequency fc). It has a certain sideband. These sidebands are considered to be the factors that strengthened the noise in the regions A and B shown in FIG.
すなわち、先の図３においては、「１６０、１５０、１６１、１５１、…」というようにスイッチング周波数を変更していたため、スイッチング周波数が「１６０ｋＨｚ」となってから「１５０ｋＨｚ」へ変更した後「１６１ｋＨｚ」に戻る時点までの期間において、周波数が「１０」変化した。このため、この期間の逆数である先の図２に示した周波数Ｆを用いてこの期間の周波数信号をＦＭ変調された信号にて模擬する場合、信号の周波数ｘは、「１０＝ΔＦｃｏｓ２πｘ／Ｆ＝１０ｃｏｓ２πｘ／Ｆ」より、周波数Ｆとみなせる。このため、こうした態様にてスペクトラム拡散を行うと、拡散周波数領域の中心周波数ｆｃから上記周波数Ｆの整数倍だけずれた側波帯が中心周波数の両側に生じると考えられる。特に、周波数Ｆが「十数ｋＨｘ」であることに鑑みれば、これら側波帯のうち、上記周波数Ｆだけずれた信号こそが先の図３に示した領域Ａ，Ｂでのノイズを強めた要因であると考えられる。換言すれば、中心周波数ｆｃに対してスイッチング周波数の更新周波数の２倍程度ずれた側波帯が上記領域Ａ，Ｂでのノイズを強めた要因であると考えられる。 That is, in FIG. 3, since the switching frequency is changed to “160, 150, 161, 151,...”, The switching frequency is changed to “150 kHz” after changing the switching frequency from “160 kHz” to “161 kHz. In the period up to the point of returning to “”, the frequency changed by “10”. For this reason, when the frequency signal of this period is simulated with an FM-modulated signal using the frequency F shown in FIG. 2 which is the reciprocal of this period, the frequency x of the signal is “10 = ΔFcos 2πx / F = 10 cos 2πx / F ”, it can be regarded as the frequency F. For this reason, when spectrum spreading is performed in this manner, it is considered that sidebands shifted from the center frequency fc in the spread frequency region by an integral multiple of the frequency F are generated on both sides of the center frequency. In particular, in view of the fact that the frequency F is “ten or more kHx”, a signal shifted by the frequency F out of these sidebands intensifies the noise in the regions A and B shown in FIG. This is considered to be a factor. In other words, it can be considered that the sidebands shifted by about twice the update frequency of the switching frequency with respect to the center frequency fc are the factors that strengthened the noise in the regions A and B.
ここで、上記の式（ｃ４）において、ベッセル関数値Ｊ２、Ｊ３…は、概してベッセル関数値Ｊ１と比較して小さい。このため、スイッチング周波数の更新周波数の２倍程度の期間における周波数信号をＦＭ変調された信号にて模擬した際の側波帯のうち中心周波数ｆｃから信号の周波数ｘだけずれた周波数を無線信号Ｓｍの周波数領域と離間させることができるなら、無線信号Ｓｍの周波数領域における周波数利用環境の悪化を抑制することができると考えられる。これを実現すべく、側波帯の周波数と無線信号Ｓｍの周波数領域とを離間させるため、スイッチング周波数を低周波数化することが考えられるが、この場合、ＤＣＤＣコンバータ１０の磁気部品が大型化する。これに対し、無線信号Ｓｍの周波数領域とスイッチング周波数領域とを離間させるべく、スイッチング周波数を高周波数化することも考えられるが、この場合、スイッチング損失の増加に伴う発熱が問題となる。
Here, in the above formula (c4), the Bessel function values J2, J3,... Are generally smaller than the Bessel function value J1. For this reason, the frequency shifted by the frequency x of the signal from the center frequency fc in the sideband when the frequency signal in a period of about twice the update frequency of the switching frequency is simulated by the FM-modulated signal is set as the radio signal Sm. If it can be separated from the frequency region, it is considered that the deterioration of the frequency use environment in the frequency region of the radio signal Sm can be suppressed. In order to realize this, it is conceivable to reduce the switching frequency in order to separate the frequency of the sideband and the frequency region of the radio signal Sm. In this case, however, the magnetic component of the
また、中心周波数ｆｃの上下に周波数ｘだけずれた側波帯を無線信号Ｓｍの周波数領域と離間させるべく、上記周波数Ｆを低下させることも考えられる。これにより、スペクトラム拡散の中心周波数と側波帯の周波数との周波数間隔を拡大することができるからである。ただし、これを実現すべく、各スイッチング周波数の変更周期を伸張させる場合には、スペクトラム拡散効果が低下する。 It is also conceivable to reduce the frequency F so that the sidebands shifted by the frequency x above and below the center frequency fc are separated from the frequency region of the radio signal Sm. This is because the frequency interval between the center frequency of the spread spectrum and the frequency of the sideband can be expanded. However, in order to realize this, when the change period of each switching frequency is extended, the spread spectrum effect is lowered.
そこで本実施形態では、予め定められた複数のスイッチング周波数を用いてスペクトラム拡散を行うに際し、スイッチング周波数の１回の変化幅が最小となるようにして周波数を変更する。この場合、上記の信号の周波数ｘとスイッチング周波数の変化幅Δとの関係「Δ＝１０ｃｏｓ２πｘ／Ｆ」に鑑み、信号の周波数ｘを低周波化することができる。具体的には、本実施形態では、図５に示すスイッチングパターンのように、与えられたスイッチング周波数を低いものから高いものへ順に変化させた後高いものから低いものへと順に変化させる。こうしたスイッチングパターンによるスイッチング制御によって生成されるスイッチング周波数をＦＭ変調された信号で近似するとすれば、それは、信号の周波数を十分に小さくしたものとなると考えられる。このため、ベッセル関数値Ｊ１に対応する側波帯の周波数をスイッチング周波数領域に近づけることができ、ひいては、無線信号Ｓｍの周波数領域にかかることを好適に回避することができる。 Therefore, in the present embodiment, when performing spread spectrum using a plurality of switching frequencies determined in advance, the frequency is changed so that a single change width of the switching frequency is minimized. In this case, in view of the relationship “Δ = 10 cos 2πx / F” between the frequency x of the signal and the change width Δ of the switching frequency, the frequency x of the signal can be lowered. Specifically, in the present embodiment, as in the switching pattern shown in FIG. 5, the given switching frequency is changed in order from low to high, and then changed from high to low. If the switching frequency generated by the switching control based on such a switching pattern is approximated by an FM-modulated signal, it is considered that the frequency of the signal is sufficiently reduced. For this reason, the frequency of the sideband corresponding to the Bessel function value J1 can be brought close to the switching frequency region, and accordingly, the frequency region of the radio signal Sm can be suitably avoided.
また本実施形態では、上記スイッチングパターンにおいて、１回のスイッチング周波数の変更幅を固定値としている。これは、スペクトラム拡散に用いるスイッチング周波数領域内において、各スイッチング周波数同士の間隔の最大値を最小化するためのものである。特に本実施形態では、１回のスイッチング周波数の変更幅を、「２ｋＨｚ」とする。これは、ラジオ受信機３２によって受信されるＡＭ無線放送の受信に際してのノイズを低減するための設定である。次に、これについて図６に基づき詳述する。 In the present embodiment, the change width of one switching frequency in the switching pattern is a fixed value. This is for minimizing the maximum value of the interval between the switching frequencies in the switching frequency region used for spread spectrum. In particular, in this embodiment, the change width of one switching frequency is “2 kHz”. This is a setting for reducing noise when receiving the AM radio broadcast received by the radio receiver 32. Next, this will be described in detail with reference to FIG.
上記スイッチング周波数は、ＤＣＤＣコンバータ１０の磁気部品を小型化する等の目的から、比較的高周波（百数十ｋＨｚ）とされている。このため、比較的低次の高調波がＡＭ無線放送周波数帯域に入ることとなる。この場合、拡散された各周波数の高調波がＡＭ帯域内で重なる場合には、特定のＡＭ放送に対する周波数利用環境が特に悪化するおそれがある。
The switching frequency is set to a relatively high frequency (hundreds of tens of kHz) for the purpose of reducing the size of the magnetic component of the
そこで本実施形態では、図６に示すように、ＡＭ周波数帯域内における同一次数の高調波同士の周波数間隔Δｆを、ＡＭ放送の占有周波数帯幅以上とする。これにより、特定の放送局の周波数帯域に同一次数の高調波が複数重畳される事態を回避することができる。ちなみに、図６では、３つの互いに相違するスイッチング周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３のＮ次の高調波がＡＭ周波数帯域に入る例を示している。なお、上記占有周波数帯幅として、本実施形態では、「４．５ｋＨｚ」を想定している。これは、ＡＭ放送として、ＵＳＢ及びＬＳＢのいずれか一方のみが復調に用いられるものを想定しているためである。 Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, the frequency interval Δf between harmonics of the same order in the AM frequency band is set to be equal to or greater than the occupied frequency bandwidth of AM broadcasting. Thereby, the situation where multiple harmonics of the same order are superimposed on the frequency band of a specific broadcasting station can be avoided. Incidentally, FIG. 6 shows an example in which N-order harmonics of three different switching frequencies f1, f2, and f3 are in the AM frequency band. In the present embodiment, “4.5 kHz” is assumed as the occupied frequency bandwidth. This is because it is assumed that only one of USB and LSB is used for demodulation as AM broadcasting.
上記設定を実現するためには、拡散周波数の最大周波数ｆＭＡＸ（先の図５のスイッチング周波数ｆ１０）を用いて、「ｆＭＡＸ×Ｎ≧ＡＭ周波数帯の最低周波数」となる最小の自然数Ｎに対し、「周波数変更幅×Ｎ≧占有周波数帯幅」となるように、周波数変更幅を設定すればよい。この関係を満たす周波数変更幅のうち極力小さい幅として、本実施形態では、「２ｋＨｚ」を設定した。ここで、変更幅を極力小さくするのは、限られたスペクトラム拡散領域でのスイッチング周波数の数を最大化するためである。 In order to realize the above setting, using the maximum frequency fMAX of the spreading frequency (the switching frequency f10 in FIG. 5 above), for the minimum natural number N that satisfies “fMAX × N ≧ AM frequency band minimum frequency”, The frequency change width may be set so that “frequency change width × N ≧ occupied frequency bandwidth”. In the present embodiment, “2 kHz” is set as the smallest possible frequency change width that satisfies this relationship. Here, the reason why the change width is made as small as possible is to maximize the number of switching frequencies in a limited spread spectrum region.
図７に、本実施形態にかかるスイッチング制御による周波数スペクトルを示す。図示されるように、スペクトラム拡散における中心周波数の直近におけるノイズレベルは上昇しているものの、少しはなれた周波数領域におけるノイズレベルを十分に低下させることができた。これにより、無線通信システムの周波数利用環境の悪化を好適に抑制することができる。 FIG. 7 shows a frequency spectrum by switching control according to the present embodiment. As shown in the figure, although the noise level in the immediate vicinity of the center frequency in the spread spectrum has increased, the noise level in the frequency region slightly separated can be sufficiently reduced. Thereby, the deterioration of the frequency use environment of a radio | wireless communications system can be suppressed suitably.
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。 According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.
（１）ＡＭ周波数領域内における拡散された各スイッチング周波数の同次数の高調波同士の周波数間隔がＡＭ放送の１の占有周波数帯幅以上となるように設定した。これにより、スイッチング制御がラジオ受信機３２によるＡＭ放送の受信に与えるノイズを好適に低減することができる。 (1) The frequency interval between the harmonics of the same order of each of the spread switching frequencies in the AM frequency region is set to be equal to or greater than one occupied frequency bandwidth of AM broadcasting. Thereby, the noise which switching control gives to reception of AM broadcast by the radio receiver 32 can be reduced suitably.
（２）スイッチング周波数の拡散を、スイッチング周波数を等間隔ずつ周期的に変化させることで行った。これにより、拡散されるスイッチング周波数領域に近接する周波数領域におけるスイッチング制御に起因するノイズエネルギを極力抑制することができる。 (2) The switching frequency was spread by periodically changing the switching frequency at regular intervals. Thereby, the noise energy resulting from the switching control in the frequency region close to the switching frequency region to be diffused can be suppressed as much as possible.
（３）同一の周波数によるスイッチングを規定の複数回行う毎にスイッチング周波数を変更した。これにより、高調波成分の強度が大きくなり易いため、占有周波数帯幅に互いに相違する複数の高調波が入る場合には、特定のＡＭ放送周波数のノイズが特に大きくなりやすい。このため、上記態様でのスイッチング制御の利用価値が特に大きい。 (3) The switching frequency was changed every time switching at the same frequency was performed a plurality of times. As a result, the intensity of the harmonic component is likely to increase, and therefore when a plurality of harmonics different from each other are included in the occupied frequency bandwidth, noise of a specific AM broadcast frequency is particularly likely to increase. For this reason, the utility value of the switching control in the said aspect is especially large.
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.
図８に、本実施形態にかかるスペクトラム拡散手法を示す。図示されるように、本実施形態では、ＡＭ帯のみならずＳＷ帯においても、互いに相違するスイッチング周波数の同次数の高調波間の間隔が占有周波数帯幅以上となるようにする。これにより、ラジオ受信機３２においてＳＷ帯を受信する際のノイズをも抑制することができる。 FIG. 8 shows a spread spectrum technique according to this embodiment. As shown in the figure, in this embodiment, not only in the AM band but also in the SW band, the interval between harmonics of the same order of different switching frequencies is set to be equal to or greater than the occupied frequency bandwidth. Thereby, the noise at the time of receiving SW band in the radio receiver 32 can also be suppressed.
以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）〜（３）の各効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。 According to this embodiment described above, the following effects can be obtained in addition to the effects (1) to (3) of the first embodiment.
（４）拡散された各スイッチング周波数の同次数の高調波の周波数間隔がＡＭ帯及びＳＷ帯のそれぞれにおいて、１の占有周波数帯幅以上となるように設定した。これにより、ＡＭ帯のみならずＳＷ帯のラジオ放送の受信に際してのノイズの影響をも好適に抑制することができる。 (4) The frequency intervals of the harmonics of the same order of the spread switching frequencies are set to be equal to or greater than one occupied frequency bandwidth in each of the AM band and the SW band. As a result, it is possible to suitably suppress the influence of noise when receiving radio broadcasts not only in the AM band but also in the SW band.
（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
(Other embodiments)
Each of the above embodiments may be modified as follows.
・上記各実施形態では、同一のスイッチング周波数でのスイッチングを互いに同一回ずつ行うパターンを想定したがこれに限らない。例えば、先の図５において、スイッチング周波数ｆ１のスイッチング回数を連続３回、スイッチング周波数ｆ２のスイッチングを連続５回というように、各スイッチング周波数での連続スイッチング回数が互いに相違するようにしてもよい。 In each of the above embodiments, a pattern in which switching at the same switching frequency is performed the same number of times is assumed, but the present invention is not limited to this. For example, in FIG. 5, the number of continuous switching at each switching frequency may be different from each other such that the number of times of switching at the switching frequency f1 is three consecutive times and the number of times of switching at the switching frequency f2 is five times.
・上記各実施形態では、同一のスイッチング周波数でのスイッチングを複数回ずつ行うパターンを想定したがこれに限らない。例えば、時系列的に隣接するスイッチングが、互いに相違するスイッチング周波数によってなされるパターンであってもよい。 In each of the above embodiments, a pattern in which switching at the same switching frequency is performed a plurality of times is assumed, but this is not a limitation. For example, a pattern in which switching adjacent in time series is performed with different switching frequencies may be used.
・上記各実施形態では、スイッチング周波数を等間隔ずつ変化させることでスイッチング周波数を拡散させたがこれに限らない。例えば拡散された各スイッチング周波数について、これに時系列上隣接する少なくとも一方のスイッチング周波数との周波数間隔が、時系列的に隣接しない全スイッチング周波数との周波数間隔以下となるものであってもよい。更に、拡散された各スイッチング周波数について、これに時系列上隣接しない全スイッチング周波数の中に、時系列的に隣接する一対のスイッチング周波数とは相違して且つ前記一対のスイッチング周波数よりも当該スイッチング周波数に近似するものを有しないようにしてもよい。更に、こうした場合において、スイッチング周波数を周期的に変化させて且つ、その１周期においてスイッチング周波数が増加する期間と減少する期間とがともに１回となるようにしてもよい。更に、例えば「１５０、１５２、１５０、１５２、１５４、１５２、１５４、１５６、…」というように、スペクトラム拡散を行ってもよい。この場合、上記１周期においてスイッチング周波数が増加する期間と減少する期間とがともに１回となる場合と比較して特定の周波数の出現密度が大きい期間が生じるものの、上記信号の周波数ｘを小さくすることができることなどから、スペクトラム拡散によってその中心周波数の付近に生じるノイズ領域を中心周波数に近づけることができる。 In each of the above embodiments, the switching frequency is spread by changing the switching frequency at regular intervals, but the present invention is not limited to this. For example, for each of the spread switching frequencies, the frequency interval with at least one switching frequency adjacent in time series may be equal to or less than the frequency interval with all switching frequencies not adjacent in time series. Further, for each of the spread switching frequencies, among all the switching frequencies that are not adjacent in time series, the pair of switching frequencies adjacent to each other in time series is different from the pair of switching frequencies and the switching frequency is more than the pair of switching frequencies. You may not have what approximates. Further, in such a case, the switching frequency may be periodically changed, and the period during which the switching frequency increases and the period during which the switching frequency decreases in one period may be set once. Furthermore, spectrum spreading may be performed, for example, “150, 152, 150, 152, 154, 152, 154, 156,...”. In this case, the frequency x of the signal is reduced, although a period in which the appearance frequency of a specific frequency is higher than that in the case where both the period during which the switching frequency increases and the period during which the switching frequency decreases in one period is one. Therefore, a noise region generated near the center frequency by spectrum spreading can be brought close to the center frequency.
・上記各実施形態では、スイッチング周波数の「同一次数の」高調波同士の周波数間隔がＡＭ放送の占有周波数帯幅以上となるようにするとの条件設定をしたがこれに限らない。例えばスイッチング周波数の高調波同士の周波数間隔がＡＭ放送領域において占有周波数帯幅以上となるようにするとの条件設定をしてもよい。ただし、次数が大きくなるほど高調波のスペクトルが小さくなることに鑑みれば、次数の相違が所定次数以下（例えば５以下又は３以下）の高調波同士の周波数間隔がＡＭ放送の占有周波数帯幅以上となるようにするとの条件設定をすることが望ましい。 In each of the above embodiments, the condition setting is made such that the frequency interval between the “same order” harmonics of the switching frequency is equal to or greater than the occupied frequency bandwidth of the AM broadcast, but is not limited thereto. For example, the condition may be set such that the frequency interval between harmonics of the switching frequency is equal to or greater than the occupied frequency bandwidth in the AM broadcast region. However, in view of the fact that the harmonic spectrum becomes smaller as the order increases, the frequency interval between the harmonics whose order difference is not more than a predetermined order (for example, 5 or less or 3 or less) is greater than or equal to the occupied frequency bandwidth of the AM broadcast. It is desirable to set the conditions to be
・ＡＭ放送の占有周波数帯幅としては、「４．５ｋＨｚ」に限らない。例えばＡＭステレオ放送であれば、「９ｋＨｚ」とすることもできる。 -The occupied frequency bandwidth of AM broadcasting is not limited to "4.5 kHz". For example, in the case of AM stereo broadcasting, “9 kHz” can be set.
・ノイズ対策の所望される所定の無線放送周波数領域としては、ＡＭ帯やＳＷ帯に限らない。例えばＦＭ帯や長波帯であってもよい。また、スイッチング周波数帯域としても、上記各実施形態で例示したものに限らない。更に、スイッチング周波数帯域に近接する周波数領域としては、無線通信システムによって利用される領域にも限らない。 The predetermined radio broadcast frequency region for which noise countermeasures are desired is not limited to the AM band or the SW band. For example, an FM band or a long wave band may be used. Also, the switching frequency band is not limited to those exemplified in the above embodiments. Furthermore, the frequency region close to the switching frequency band is not limited to the region used by the wireless communication system.
・ＤＣＤＣコンバータ１０としては、図１に例示したものに限らない。また、パワースイッチング素子としては、ＤＣＤＣコンバータを構成するものに限らず、例えば車載主機に接続されるインバータを構成するものであってもよい。
The
１０…ＤＣＤＣコンバータ、３０…制御装置（スイッチング装置の一実施形態）、３２…ラジオ受信機、３４…無線通信装置。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記スイッチング制御を、スイッチング周波数を拡散させつつ行い、
前記拡散された各スイッチング周波数について、これに時系列上隣接する少なくとも一方のスイッチング周波数との周波数間隔が、時系列的に隣接しない全スイッチング周波数との周波数間隔以下となるように設定することを特徴とするスイッチング装置。 In a switching device that performs switching control that repeats ON and OFF operations of a power switching element,
The switching control is performed while spreading the switching frequency,
About each of the spread switching frequencies, the frequency interval with at least one switching frequency adjacent in time series is set to be equal to or less than the frequency interval with all switching frequencies not adjacent in time series. Switching device.
前記拡散された各スイッチング周波数の高調波であって且つ互いの次数の相違が規定次数以下となるもの同士の周波数間隔が前記各無線放送の１の占有周波数帯幅以上となるように設定することを特徴とする請求項３又は４記載のスイッチング装置。 The predetermined radio broadcast frequency region is composed of a plurality of regions different from each other,
Setting so that the frequency interval between the spread harmonics of each switching frequency and the difference in order of each other being equal to or less than a specified order is equal to or greater than one occupied frequency bandwidth of each wireless broadcast. The switching device according to claim 3 or 4, wherein
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