JP5305475B2 - スイッチング制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、スイッチング動作で生じる出力電圧や出力電流を利用する電源装置及びモータ制御装置等の内部において、スイッチング素子を駆動するスイッチング制御装置に関するものであって、詳しくは、スイッチング動作によって生じるスイッチングノイズの周波数スペクトルを広範囲に拡散させると共に特定周波数におけるノイズレベルを低減するための技術に関するものである。
スイッチング方式の電源装置及びモータ制御装置は、直列制御方式に比較し電力損失が少ないといった利点がある。しかし反面、スイッチング動作でスイッチングノイズが発生してそのスイッチングノイズが他の電子装置や電子機器に悪影響を及ぼすといった問題があった。具体的には電子機器として音声や楽曲、メロディを発するラジオ等のオーディオ機器の近くにスイッチング方式の電源装置が設置されている場合、該電源装置から発せられるスイッチングノイズが音声や楽曲、メロディに重畳され、オーディオ機器から発する音の音質が悪くなることがあった。
叙上したスイッチングノイズの問題に対し、従来技術に於いては、電源装置及びモータ制御装置の内部にノイズ対策部品を組み込むと共にスイッチング周波数をラジオ周波数と重畳しない値や可聴周波数領域から逸脱した値に設定するなどして対策していた。しかし、近年の電子機器では多種多様な周波数域の信号が使用されており、他に使用している電子機器の全ての信号に干渉しないようにスイッチング周波数を設定するのは現実としては困難である。そこで最近では、特許文献1、特許文献2に示されているように、スイッチング素子を駆動する駆動パルスの周期や駆動パルスの立ち上がる時点の時間を様々に変化させる。これにより、スイッチングノイズの周波数スペクトルを拡散させて、特定周波数のノイズレベルを低く抑えるといった技術が提案されていた。
図11は、スイッチングノイズの周波数スペクトルを拡散することで特定周波数のノイズレベルを低く抑えるためのスイッチング制御装置と、それを内蔵した電源装置の構成の一例を示している。
図11において、1は検出器でありその出力側にはスイッチング制御装置2を備え、このスイッチング制御装置2の出力側にドライバ3を配置している。このドライバ3と負荷4との間に降圧型DC/DCコンバータ5が介装されている。この降圧型DC/DCコンバータ5は電源ラインVccと負荷4の間に直列に接続したスイッチングトランジスタQ1およびチョークコイルL1と、チョークコイルL1の一端とグランドとの間に接続された整流用トランジスタQ2と、チョークコイルL1の他端とグランドとの間に接続された平滑コンデンサC1とにより構成されている。
図11に示す電源装置では、降圧型DC/DCコンバータ5を動作させるために、検出器1、スイッチング制御装置2およびドライバ3が設置されている。ここで検出器1は、降圧型DC/DCコンバータ5から負荷4に供給される出力電圧を検出し、その出力電圧に応じた帰還信号をスイッチング制御装置2に供給するように動作する。スイッチング制御装置2は、入力された帰還信号に応じたオンデューティサイクル、デューティ比(以下単に「オンデューティサイクル」という。)を持つパルス信号を発生させるように動作する。そしてドライバ3は、パルス信号に応じてスイッチングトランジスタQ1および整流用トランジスタQ2をオンあるいはオフするように動作する。
図11に示すスイッチング制御装置2について更に詳しく説明すると、このスイッチング制御装置2は、その内部においてパルス幅変調処理手段(PWM)2aとパルス周期操作処理手段2bとで構成されている。ここで、パルス幅変調処理手段(PWM)2aは、検出器1から供給される信号に応じてパルス信号のオンデューティサイクルを設定する処理手段のことである。一方、パルス周期操作処理手段2bは、所定数の連続したパルス波形の中に2以上の異なった周期のパルスが混在するように、所定の波形パターンに従ってパルス波形の周期を操作する処理手段を示す。このパルス幅変調処理手段(PWM)2aとパルス周期操作処理手段2bを経て生成されたパルス信号は例えば、図12A、12Bに示す波形となる。
図12Aに示すパルス信号は一連のパルス信号周期T4に於いて、3つパルスT1、T2およびT3の組合せから成っている。この3つパルスT1、T2、T3の各高値期間は、検出器1から供給された帰還信号と各パルスT1、T2、T3の周期に応じた長さを持ち、図12Aでは、それぞれのパルスT1、T2、T3が同一オンデューティサイクル例えば50(%)となる長さになっている。そして、各パルスT1、T2およびT3のそれぞれの周期は、所定の波形パターンに従って操作されており、パルスT1はパルスT2よりも短く、パルスT3はパルスT2と同じ長さになるように設定されている。
一方、図12Bに示すパルス信号も、一連のパルス信号周期T5に於いて3つパルスT6、T7およびT8の組合せから成っており、各パルスT6、T7、T8の高値期間は、図12Aに示す各パルスT1、T2、T3と同様に、検出器1から供給された信号と各パルスT6、T7、T8の周期に応じた長さを持ち、それぞれが同一オンデューティサイクル例えば50(%)となる長さに設定されている。しかし、各パルスT6、T7およびT8の周期については、図12Aに示すものとは別の波形パターンに従って操作されており、パルスT6はパルスT7よりも周期が短く、パルスT8もパルスT7よりも周期が短くなるように設定されている。その結果として、各パターンに従って生成された一連のパルス信号の周期すなわちパターン周期T4とT5については、波形パターン毎に異なった長さになるように設定されている。
ここで、図12Aに示すパルス信号において、各パルスT1、T2、T3のレベルが高値の時にスイッチング素子すなわち図11に示すスイッチングトランジスタQ1がオンとなり、低値の時にオフとなる。
そこで図12Aに示す一連のパルス信号波形すなわち波形パターンを持つパルス信号でスイッチングトランジスタQ1を動作させると、波形パターン内に周期の異なるパルス、例えば図12Aに示すパルスT1とパルスT2が混在しているため、スイッチングトランジスタQ1の動作周期が変動する。つまり、スイッチング周波数のスペクトルが拡散する。これに伴ってスイッチングノイズの周波数スペクトルも拡散し、特定周波数におけるノイズレベルが低減される。
しかし、図12Aに示す波形パターンを持つパルス信号のみでスイッチングトランジスタQ1を駆動すれば、特定のオンデューティサイクルにおいて、前後に連続したパルスのターンオフ時間すなわちパルスの立ち下がり部位の間隔がパターン周期T4の整数分の1になり、特定周波数のスイッチングノイズのノイズレベルが高くなるという可能性がある。そこで、オンデューティサイクルに応じて波形パターンを切り換え、具体的には図12Aから図12Bの波形パターンに切り換えればパターン周期T4とT5の長さが異なり、特定のオンデューティサイクルにおいて特定の周波数のスイッチングノイズのノイズレベルが高くなるのを防止できるようになる。
図12Aに示す前後に連続したパルス波形のターンオフ時間の間隔がパターン周期T4の整数分の1になり、特定周波数におけるノイズのレベルが高くなるのを防止するには、波形パターンを切り換えなくとも、図13(a)(b)に示すように、パターン周期T17、T17に於ける各パルス波形T9ないしT16間でのターンオン時間にそれぞれ異なったシフト時間φ0〜φ2を設けるようにしてもよい。なお、図13(a)に示すものは、シフト時間φ0〜φ2を設ける前の波形パターンである。このように、パルスのターンオン時間に複数種類のシフト時間を設ける処理手段は、ここではパルス位置変調処理手段(Pulse Position Modulation)と称する。
図13(b)に示す波形パターンは、パルス波形の種類を2つに設定し、シフト時間の種類を3つ、つまりφ0、φ1、φ2を設定する。そして、同一パルス波形とシフト時間の組合せの発生頻度を低くすることで、スイッチングノイズの周波数スペクトルの拡散が効果的に行われるようにしている。このような波形パターンのパルス信号を得るには、図14に示すようにパルス周期操作処理手段2bを駆動した後にパルス位置変調処理手段(PPM)2cを駆動する。例えば、パルス位置変調処理手段(PPM)2cをパルス周期操作処理手段2bと共に構成する場合には、図14に示すように、スイッチング制御装置2の中にパルス位置変調処理手段(PPM)2cに必要な構成を設けておく。しかし、遅延回路などで代用してパルス位置変調処理手段(PPM)2cと同一機能を確保する場合には、該遅延回路等は、スイッチング制御装置2の出力側又はドライバ3の前段若しくはドライバ3内に配置することもある。
パルス幅変調処理手段(PWM)2a、パルス周期操作処理手段2b、およびパルス位置変調処理手段(PPM)2cは、マイクロコンピュータのような演算処理機能を有するもので構成される。その際の具体的なスイッチング制御装置2のハードウェアとしての構成を図15に示す。図15に示すスイッチング制御装置2は、その内部にA/D変換部2A、演算部2B、メモリ2Cを備えたものとなっている。
図15に示すスイッチング制御装置2において、メモリ2Cは、波形パターンの形成に必要なデータやシフト時間を設定するためのデータを予め記憶している。A/D変換部2Aは、検出器1から供給されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、出力している。このような状態において、演算部2Bは、メモリ2Cに記憶されたデータを適時読み込み、そのデータに従って所定の波形パターンのパルス信号を生成する。その際、演算部2Bは、A/D変換部2Aで生成されたデジタル信号を適時取り込み、各パルスの高値期間をデジタル信号に応じた長さにするといった動作も同時に行う。これら各部の動作の結果、スイッチング制御装置2からドライバ3に対し、図13に示すような波形パターンを持つパルス信号が入力されることになる。
一方、図14に示すパルス周期操作処理手段2bは、所定数の連続したパルス波形の中に異なった周期のパルス波形が混在するように、所定のパターンに従ってパルス波形の周期を操作するものである。このパルス周期操作処理手段2bの目的は、スイッチング素子の動作周期を変動させ、スイッチング周波数およびスイッチングノイズの周波数スペクトルを拡散させることにある。この目的を達成するためには、所定数の連続したパルス波形の中に異なった周期のパルス波形が混在していれば良く、波形パターンに従わずにランダムにパルス波形の周期を操作してもよい。パルス波形の周期をランダムに操作する処理手段を非同期変調処理手段(Asynchronous Modulation)といい、この非同期変調処理手段(ASM)については、非特許文献1において研究結果が報告されている。
図13(a)(b)に示す一連のパルス信号周期T17では、波形パターンを切り換える代わりにパルス位置変調処理手段(PPM)2cを適用している。前記パルス幅変調処理手段(PWM)2aの直後にパルス位置変調処理手段(PPM)2cのみを適用した場合も、パルス周期操作処理手段2bや非同期変調処理手段(ASM)を適用した場合と同様に、スイッチング周波数およびスイッチングノイズの周波数スペクトルが拡散する。このため、パルス周期操作処理手段2bとパルス位置変調処理手段(PPM)2cの両方を適用した図13(b)の波形パターンのパルス信号によれば、パルス周期操作処理手段2bとパルス位置変調処理手段(PPM)2cの各作用の相乗効果で、スイッチングノイズの周波数スペクトルの拡散を効果的に行わせることもできる。しかし、単純にパルス位置変調処理手段(PPM)2cを適用すると、以下のようにオンデューティサイクルがシフト時間によって制限されるという問題を生じる。
例えば、図13(b)に示す波形図において、各パルスT9ないしT16のターンオン時間に於けるシフト時間φ0〜φ2の中で最も長いものはシフト時間φ2である。スイッチングノイズの周波数スペクトルを充分に拡散させ、特定周波数におけるノイズレベルを低減するには、シフト時間φ2を長くすると共に、シフト時間の設定種類数を多くすることが望ましい。ところで、シフト時間φ2をパルスT9の1/2の時間に設定したとすると、この時のパルス信号のオンデューティサイクルは50(%)以下でなければならない。オンデューティサイクルがそれを越えると、前のパルスT9と後ろのパルスT10の高値期間が重なってしまい、パルスT9、T10およびパターン周期T17におけるオンデューティサイクルが本来の値からズレてしまうためである。
このように、パルス位置変調処理手段(PPM)2cを適用した場合、オンデューティサイクルとシフト時間φ0ないしφ2のそれぞれの最大値はトレードオフの関係となり、シフト時間φ0ないしφ2を長く設定すると、その分、オンデューティサイクルが制限されてしまっていた。
そこで本発明は、パルス位置変調処理手段(PPM)2cを適用してもシフト時間φ0ないしφ2によってオンデューティサイクルが制限されることなく、具体的に、最長のシフト時間をパルス波形の周期の1/2に設定した場合にも50(%)以上のオンデューティサイクルのパルス信号を得ることが可能なスイッチング制御装置を提供することを目的とする。
特開2006−288103号公報 特開2006−288104号公報 田中哲郎、他2名、「ランダム・スイッチング方式DC−DCコンバータの低周波出力雑音について」、電子情報通信学会論文誌B、2000年9月、Vol.J38−B、No.9、p.1335−1341
このような目的を達成するために、本発明の第1の態様は、スイッチング素子からの出力に応じて前記スイッチング素子に対するパルス信号のデューティ比を決定するパルス幅変調処理手段を備えるスイッチング制御装置において、前記パルス幅変調処理手段と接続され、第1の符号または第2の符号を設定する切替手段と、前記切替手段が前記第1の符号を設定した場合に動作する非同期変調処理手段と、前記切替手段が前記第2の符号を設定した場合に動作する第1および第2のパルス位置変調処理手段とを備え、前記非同期変調処理手段は、基準周期と異なる第1の動作周期を設定して、前記第1の動作周期および前記パルス幅変調処理手段が決定した前記デューティ比に基づいて前記パルス信号の第1のターンオフ時間を設定し、前記第1のパルス位置変調処理手段は、前記デューティ比が0%以上50%以下のときに、前記基準周期と同一の第2の動作周期および前記パルス信号のオン期間の第1のシフト時間を設定して、前記動作周期、前記デューティ比、および前記第1のシフト時間に基づいて前記パルス信号の第2のターンオン時間および第2のターンオフ時間を設定し、前記第2のパルス位置変調処理手段は、前記デューティ比が50%を超え100%以下のときに、前記基準周期と同一の前記第2の動作周期および前記パルス信号のオフ期間の第2のシフト時間を設定して、前記動作周期、前記デューティ比、および前記第2のシフト時間に基づいて前記パルス信号の第3のターンオン時間および第3のターンオフ時間を設定することを特徴とする。
また、本発明の第2の態様は、第1の態様において、前記デューティ比、前記切替手段の前記設定、および、前記第1または第2の動作周期と、前記第1のターンオフ時間、前記第2のターンオン時間およびターンオフ時間、ならびに前記第3のターンオン時間およびターンオフ時間のいずれかとをデータとして周期毎に保持するレジスタ部と、前記レジスタ部に保持された前記データを周期毎に読み込んで、前記データに基づくパルス波形を生成すると共に前記パルス波形に基づくパルス信号を出力するパルス生成部とをさらに備えることを特徴とする。
本発明に係るスイッチング制御装置は、非同期変調処理手段(ASM)によるパルス信号とパルス位置変調処理手段(PPM)によるパルス信号が混在したパルス信号を生成することができ、当該スイッチング制御装置の内部で機能するパルス位置変調処理手段は2系統を有し、第1のパルス位置変調処理手段でオン期間をシフトさせるようにターンオン時間を変化させ、次いで第2のパルス位置変調処理手段でオフ期間をシフトさせるようにターンオフ時間を変化させるように構成し、オンデューティサイクル(デューティ比)が50(%)以下のときには第1のパルス位置変調処理手段を機能させ、オンデューティサイクル(デューティ比)が50(%)を越えるときには第2のパルス位置変調処理手段を機能させることで、オンデューティサイクル(デューティ比)がシフト時間によって制限されないようにすることができるという効果がある。
図1は本発明に係るスイッチング制御装置及びそれを内蔵した電源装置を示す回路構成図である。 図2Aは図1に示す構成に備えた非同期変調処理手段(ASM)を機能することで得られるパルス波形図である。 図2Bは図1に示す構成に備えた第1のパルス位置変調処理手段(PPM1)を機能することで得られるパルス波形図である。 図2Cは図1に示す構成に備えた第2のパルス位置変調処理手段(PPM2)を機能することで得られるパルス波形図である。 図3は本発明に係るスイッチング制御装置の構成の一例を示すブロック図である。 図4は図3に示す各構成部に於ける動作タイミングチャートである。 図5は図3に示す演算部において動作する演算およびデータ処理の流れを示すフローチャートである。 図6は図5に示す演算部の動作に於いて帰還信号VFBとデューティ比Dの関係を示す特性図である。 図7Aは本発明に係る非同期変調処理手段(ASM)に於ける動作であって、ASM処理ルーチンの具体的な処理の流れを示すフローチャートである。 図7Bは本発明に係る非同期変調処理手段(ASM)に於ける動作であって、それにより得られるパルスの波形図である。 図8Aは第1のパルス位置変調処理手段(PPM1)に於ける動作であって、PPM1処理ルーチンの具体的な処理の流れを示すフローチャートである。 図8Bは第1のパルス位置変調処理手段(PPM1)に於ける動作であって、それにより得られるパルスの波形図である。 図9Aは第2のパルス位置変調処理手段(PPM2)に於ける動作であって、PPM2処理ルーチンの具体的な処理の流れを示すフローチャートである。 図9Bは第2のパルス位置変調処理手段(PPM2)に於ける動作であって、それにより得られるパルスの波形図である。 図10は本発明に係るスイッチング制御装置に於けるパルス生成部で行われる具体的な処理の流れを示すフローチャートである。 図11は従来の技術に於けるスイッチング制御装置及びそれを内蔵した電源装置を示す回路構成図である。 図12Aは従来のスイッチング制御装置に於けるパルス周期操作処理によって形成された波形パターンの一例を示す波形図である。 図12Bは従来のスイッチング制御装置に於けるパルス周期操作処理によって形成された波形パターンの一例を示す波形図である。 図13は従来の技術に於ける各パルス波形のターンオン時間にシフト時間を設けた場合の波形パターンの一例を示す波形図である。 図14は従来の技術に於けるスイッチング制御装置であって、シフト時間を設けるためにパルス位置変調(PPM)処理動作の構成を追加した構成を示す回路構成図である。 図15は従来の技術に於けるスイッチング制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
以下に、本発明に係るスイッチング制御装置の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明に係るスイッチング制御装置6Aと、それを内蔵した電源装置の構成を示している。該スイッチング制御装置6Aの部分を除けば、本発明に係るものと従来の技術に係る電源装置は同一構成となっており、ここで電源装置6は検出器1と、スイッチング制御装置6Aと、ドライバ3とで構成され、該ドライバ3の出力側には従来の技術と同様に降圧型DC/DCコンバータ5及び負荷4を備えている。
図1に示すスイッチング制御装置6Aは、その内部に図3に示すように演算処理機能を有する演算部8を有し、その演算部8における演算処理を通して次のような各処理手段の機能を実現する。
先ず、検出器1からの出力に応じた帰還信号を受信してパルス信号のオンデューティサイクルを決定する図1に示すパルス幅変調処理手段(PWM)2aによりパルス幅変調処理を行う。次にパルス幅変調処理手段(PWM)2aで得られた信号やデータに周波数スペクトルを拡散させるための更なる変調処理をするため、スイッチ切替手段2dにより非同期変調処理手段(ASM)2eとパルス位置変調処理手段(PPM)をランダムに選択して分岐処理し、パルス位置変調処理手段(PPM)が選択されたときには、更に第1のパルス位置変調処理手段(PPM1)2fと第2のパルス位置変調処理手段(PPM2)2gをオンデューティサイクルに応じて選択する分岐処理を行う。
そして前述したスイッチ切替手段2dによる分岐処理で非同期変調処理手段(ASM)2eを選択された場合には、動作周期を基準周期と異なる期間に設定し、その動作周期とオンデューティサイクルに応じたターンオフ時間を設定するように非同期変調処理手段(ASM)2eが機能する。また、前述したスイッチ切替手段2dによる分岐処理で第1のパルス位置変調処理手段(PPM1)2fが選択された場合には、動作周期を基準周期と同一期間に設定し、オン期間のシフト時間を設定し、これら動作周期、シフト時間およびオンデューティサイクルに応じてターンオン時間とターンオフ時間を設定する第1のパルス位置変調処理手段(PPM1)2fが機能する。
そして前述したスイッチ切替手段2dによる分岐処理で第2のパルス位置変調処理手段(PPM2)2gが選択された場合には、動作周期を基準周期と同一期間に設定し、オフ期間のシフト時間を設定し、これら動作周期、シフト時間およびオンデューティサイクルに応じてターンオフ時間とターンオン時間を設定する第2のパルス位置変調処理手段(PPM2)2gが機能する。このように、非同期変調処理手段(ASM)2e、第1のパルス位置変調処理手段(PPM1)2f、あるいは第2のパルス位置変調処理手段(PPM2)2gを経て形成されたパルス波形がパルス信号としてドライバ3に供給される。
具体的には、スイッチング制御装置6Aの内部で機能する非同期変調処理手段(ASM)2eは、図2Aに示すようなパルス波形を成形する。なお、図2A〜2Cの破線で示すパルス波形は、パルス幅変調処理手段(PWM)2aで成形した後、非同期変調処理手段(ASM)2e、第1のパルス位置変調処理手段(PPM1)2f、あるいは第2のパルス位置変調処理手段(PPM2)2gを機能させることなしにドライバ3に直接入力した場合のパルスつまり基準パルスの形状を示している。T0は基準周期であり、前記基準周期に相当する。一方、図2Aの実線で示すパルス波形は、非同期変調処理手段(ASM)2eが機能した後にドライバ3に入力されるパルス波形の形状を示している。
非同期変調処理手段(ASM)2eを機能させた実線で示すパルス波形は、基準周期T0とは異なる期間の動作周期T18を持ち、その周期の終了する時点が基準周期T0と動作周期T18の差分だけ早くなっている。そして、パルス波形が低値から高値に立ち上がるターンオン時間は同一であるが、高値から低値に立ち下がるターンオフ時間は、動作周期T1と基準周期T0の比率に応じて短くなっている。この実線で示すパルス波形においては、動作周期T18が変化させることでパルス自体の周波数スペクトルが拡散される。また、ターンオフ時間が動作周期T18と基準周期T0の比率に応じて短くすることで、非同期変調処理手段(ASM)2eが機能した後にも機能する前に設定されたオンデューティサイクルが保存されるようになっている。
ここで非同期変調処理手段(ASM)2eを機能させ、図2Aの実線で示すパルス波形を生成する場合、先ず、その動作周期T18を基準周期T0とは異なる期間に設定する。そして、この動作周期T18とオンデューティサイクルに応じてターンオフ時間を設定する。この2つの設定値に基づき、周期の開始時点でパルス波形が高値になり、周期の開始からターンオフ時間の経過時点でパルス波形が低値となり、動作周期T18の経過時点で周期が終了するようにパルス波形を成形すれば、図2Aの実線で示すパルス波形を得ることができる。
一方、スイッチング制御装置6Aの内部で機能する第1のパルス位置変調処理手段(PPM1)2fは図2Bに示すようなパルス波形を成形する。図2Bに示す破線は基準パルスT0のパルス波形を示し、実線は第1のパルス位置変調処理手段(PPM1)2fを働かせた後にドライバ3に入力されるパルス波形を示している。
第1のパルス位置変調処理手段(PPM1)2fを機能させた後の実線で示すパルス波形は、動作周期T19が基準周期T0と同一で、オン期間も基準パルスと同一である。しかし、パルス波形が低値から高値に立ち上がるターンオン時間と高値から低値に立ち下がるターンオン時間がシフトしている点で異なる。この実線で示すパルス波形においては、動作周期T19とオン期間が基準パルスと同一であることにより、第1のパルス位置変調処理手段(PPM1)2fが機能した後も機能する前に設定されたオンデューティサイクルが保存される。
また、この実線で示すパルス波形においては、ターンオン時間のシフト量つまりシフト時間に応じて、その前後のパルス波形とターンオン時間の間隔が変化する。これはそのパルス波形とその前後のパルス波形を合わせた3つのパルス波形が、全体周期が基準周期T0の3倍の長さを持つ一つの波形パターンを形成していると考えたとき、等価的に各パルス波形毎に周期が変化したのと同じ状態になっている。例えば、3つの連続したパルス波形の中央のパルス波形のターンオン時間が図2Bに示すように変化し、その前後のパルス波形のターンオン時間が変化しなかった場合、後のパルス波形の周期は基準周期T0と同一であるが、前のパルス波形の周期はそれよりも長くなり、中央のパルス波形の周期はそれよりも短くなる。その結果、パルス波形の周波数スペクトルが拡散されることになる。
ここで第1のパルス位置変調処理手段(PPM1)2fを機能させ、図2Bの実線で示すパルス波形を生成する場合、先ず動作周期T19を基準周期T0と同一の期間に設定し、オン期間のシフト時間をランダム、あるいは定められたパターンに従って設定する。そして、このシフト時間に応じてターンオン時間およびターンオフ時間を設定する。これらの設定値に基づき、周期の開始時点で低値になり、ターンオン時間の経過時点で高値となり、ターンオフ時間の経過時点で低値となり、動作周期T19の経過時点で周期が終了するようにパルス波形を成形すれば、図2Bの実線で示すパルス波形を得ることができる。
最後に、スイッチング制御装置6Aの内部で機能する第2のパルス位置変調処理手段(PPM2)2gは、図2Cに示すようなパルス波形を成形する。図2Cの破線は基準パルスの形状を示し、実線は第2のパルス位置変調処理手段(PPM2)2gが機能した後にドライバ3に入力するパルス波形の形状を示している。なお、第2のパルス位置変調処理手段(PPM2)2gはオンデューティサイクルの高い範囲で選択されるため、図2Cに示すパルス波形は図2Bのそれとはオン期間とオフ期間の長短の関係が逆となっている。
第2のパルス位置変調処理手段(PPM2)2gが機能した後の実線で示すパルス波形は、動作周期T20が基準周期T0と同一で、オフ期間又はオン期間も基準パルスと同一である。しかし、パルス波形が高値から低値に立ち下がるターンオフ時間をシフトさせ、基準パルスと同一のオフ期間が経過した時点で改めてパルス波形を低値から高値に立ち上げることすなわちターンオンさせる点で異なる。この実線で示すパルス波形においては、動作周期T20とオフ期間が基準パルスと同一であるので、第2のパルス位置変調処理手段(PPM2)2gが機能した後も機能する前に設定されたオンデューティサイクルが保存される。
また、この実線で示すパルス波形においては、ターンオフ時間のシフト時間に応じてその前後のパルス波形のターンオフ時間との間隔が変化する。これは、第1のパルス位置変調処理手段(PPM1)2fの場合と同様に、等価的に各パルス毎に周期が変化したのと同一状態となる。その結果、パルスの周波数スペクトルが拡散することになる。
第2のパルス位置変調処理手段(PPM2)2gが機能し、図2Cの実線で示すパルス波形を生成する場合、先ず動作周期T20を基準周期T0と同一の期間に設定し、オフ期間のシフト時間を設定する。そして、このシフト時間に応じてターンオフ時間およびターンオン時間を設定する。これら設定値に基づき、周期の開始時点でパルス波形が高値になり、ターンオフ時間の経過時点で低値となり、ターンオン時間の経過時点で再び高値となり、動作周期T20の経過時点で周期が終了するようにパルス波形を成形すれば、図2Bの実線で示すパルス波形を得ることができる。
第1のパルス位置変調処理手段(PPM1)2fが機能することで得られる図2Bのパルス波形は、例えば、ターンオン時間のシフト時間の最大値をT19(基準周期T0)の1/2に設定したとき、パルス波形のオンデューティサイクルを0〜50(%)の範囲内で変化させることが可能である。一方、第2のパルス位置変調処理手段(PPM2)2gが機能して得られる図2Cのパルス波形は、ターンオフ時間のシフト時間の最大値をT20(基準周期T0)の1/2に設定したとき、パルス波形のオンデューティサイクルを50〜100(%)の範囲内で変化させることが可能である。本発明に係るスイッチング制御装置6Aは、この2つの第1、及び第2のパルス位置変調処理手段(PPM1)(PPM2)2f及び2gの機能を利用し、オンデューティサイクルに応じてこの2つの処理手段を切替えることで、シフト時間によってオンデューティサイクルが制限されない制御装置を実現することができる。
本発明に係るスイッチング制御装置6Aは、具体的には図3に示す構成で成立する。図3において、スイッチング制御装置6Aは、その内部にA/D変換部7、演算部8、レジスタ部9、およびパルス生成部10より構成されている。当該スイッチング制御装置6Aは、次のように動作する。
先ず、A/D変換部7は、検出器1からスイッチング制御装置6Aに入力された帰還信号をアナログ値からデジタル値に変換する。演算部8は、図1に示すようにパルス幅変調処理手段(PWM)2a、スイッチ切替手段2d、非同期変調処理手段(ASM)2e、第1のパルス位置変調処理手段(PPM1)2f及び第2のパルス位置変調処理手段(PPM2)2gをソフトウェア的あるいはハードウェア的に備えており、A/D変換部7からデジタル化された帰還信号を受信し、パルス幅変調処理手段(PWM)2a、非同期変調処理手段(ASM)2e、第1のパルス位置変調処理手段(PPM1)2f、および第2のパルス位置変調処理手段(PPM2)2gで演算およびデータ処理の機能を司る。そしてレジスタ部9は、演算部8からの演算およびデータ処理機能で得られたデータを受信し、これを保持する。
また、パルス生成部10は、パルス波形の周期が開始する直前に、換言すれば、1つのパルス波形の生成動作の開始直前にレジスタ部9に保持されているデータを読み込み、そのデータに応じてパルス波形を高値あるいは低値とし、所望のパルス波形すなわちパルス幅変調処理手段(PWM)2aが機能した後に非同期変調処理手段(ASM)2e、第1のパルス位置変調処理手段(PPM1)2f、あるいは第2のパルス位置変調処理手段(PPM2)2gが機能したパルスを生成する。このパルス生成部10におけるパルス生成動作は連続して行われ、数種のパルス波形が連なってできたパルス信号がスイッチング制御装置6Aからドライバ3に入力される。
近年では、電源等の各種装置の小型化のために、スイッチング素子の動作周波数つまりスイッチング周波数は高周波化しており、これに伴いパルス波形の周期は短期化している。周期の短期化により演算処理時間がパルス波形の周期に比べて無視できない長さになる場合は、演算部8とパルス生成部10の動作を平行して機能させる。
図4(a)(b)(c)はそれぞれ前記演算部8、前記レジスタ部9、前記パルス生成部10の各動作を示すものである。
例えば、図4(c)に於いて、所定の時間ts1においてパルス生成部10がパルス生成動作を開始したとする。動作開始後、パルス生成部10はレジスタ部9からデータを読み込み、当該データに従ってパルス波形を生成する。ここで、演算処理時間がパルス波形の周期に比べて無視できない長さになる場合、演算部8も時間ts1以後に動作を開始させるように構成する。
演算部8で行われる具体的な演算およびデータ処理機能は後述するが、要するに演算部8は、A/D変換部7からデジタル形式の帰還信号を受信し、パルス幅変調処理手段(PWM)2a、非同期変調処理手段(ASM)2e、第1のパルス位置変調処理手段(PPM1)2f、および第2のパルス位置変調処理手段(PPM2)2gで演算およびデータ処理に機能を司る。そしてレジスタ部9は、演算部8からの演算およびデータ処理機能で得られたデータを受信し、これを保持する。
ちなみに、ここで得られたデータは、演算およびデータ処理の機能が終わると、レジスタ部9に入力される。その後、演算部8は図4(a)に示すように次のパルス生成動作が開始される時間ts2まで待機状態となる。このようにして演算部8とパルス生成部10を同時に平行して動作させれば、演算処理時間が長くなっても、パルス信号の生成に影響が及ばない。
なお、パルス生成部10がデータを読み込んでパルス生成動作を開始し、その結果生成されたパルス波形が出力されるまでに多少の時間を要する。しかしその時間は、演算部8における演算処理時間に比較すると短いので、無視してよい。ちなみにその時間は、スイッチ切替手段2dの選択結果に応じて非同期変調処理手段(ASM)2e、第1のパルス位置変調処理手段(PPM1)2f、あるいは第2のパルス位置変調処理手段(PPM2)2gが択一的に行われる演算処理時間とは相異し、毎回ほぼ一定にすることが容易にできる。そして、その時間のみ予めパルス波形の周期を補正すれば無視することも可能になる。
図5は、演算部8の動作を示す動作ルーチンであって具体的な演算およびデータ処理動作(以下、単に「処理動作」という)の流れを示している。
ステップ1で演算処理動作が開始されると、ステップ2でA/D変換部7からデジタル化した帰還信号VFBを取り込むVFB入力処理動作を行い、ステップ3で帰還信号の値の大きさに応じてデューティ比Dを決めるデューティ比設定の処理動作が順次行われる。ここで、デューティ比設定の処理動作においては、例えば、図6に示すような帰還信号VFBとデューティ比Dの関係に基づき、帰還信号に応じてデューティ比を設定する。
デューティ比設定の処理動作に続いて、ステップ4でランダム変数設定の処理動作とステップ5で変調方式選択処理動作が順次行われる。このランダム変数設定の処理動作1において設定されるランダム変数Aは“0”か“1”のいずれかの符号を取り、変調方式選択処理動作はランダム変数Aの符号に応じて処理動作の流れを分ける。例えば、ランダム変数Aが“0”のときにはステップ6に示す非同期変調処理手段(ASM)2eによるASM処理ルーチンの方向に処理動作を進行させ、ランダム変数Aが“1”のときには第1、第2のパルス位置変調処理手段(PPM1)(PPM2)2f、2gによるPPM選択処理動作の方向に処理動作を進行させる。
ここで、ステップ7でPPM選択処理動作の方向に処理動作が進行した場合、PPM選択処理動作はデューティ比Dに応じて処理動作の流れを更に分ける。具体的には、デューティ比Dが50(%)以下のときにはステップ8の第1のパルス位置変調処理手段(PPM1)2fによるPPM1処理ルーチンの方向に処理動作を進行させ、デューティ比Dが50(%)を越えるときにはステップ9の第2のパルス位置変調処理手段(PPM2)2gによるPPM2処理ルーチンの方向に処理動作を進行させる。以上の二つのステップ5、ステップ7の選択処理動作によって、択一的にステップ6のASM処理ルーチン、ステップ8のPPM1処理ルーチン、あるいはステップ9のPPM2処理ルーチンが動作した後に、ステップ10で一つの演算処理は終了となる。
図5に示す処理動作の流れの中でステップ6のASM処理ルーチンは、図7Aに示す処理動作の流れとなる。ASM処理ルーチンが開始されると、図7Aに示すステップ11で非同期変調処理動作が開始する。ステップ12、ステップ13でランダム変数設定処理動作と動作周期設定処理動作が順次行われる。このランダム変数設定処理動作は、ランダム変数Bを複数の値の中からランダムかつ択一的に選択された値に設定するものであり、動作周期設定処理動作は、ランダム変数Bの値に応じて動作周期を変化させるものである。例えば、ランダム変数Bは“0”、“1”、“2”、“3”のいずれかの値に設定される。一方、動作周期は、基準周期T0に1/8とランダム変数Bを乗じて得られた期間、すなわちT0・1/8・Bだけ基準周期T0より短くした期間に設定される。
ステップ13の動作周期設定の処理動作が終わった後、ステップ14で標準ターンオフ時間設定の処理動作が行われる。ここでは、動作周期設定の処理動作で設定された動作周期とデューティ比設定の処理動作で設定されたデューティ比Dから標準ターンオフ時間t1を求め、設定している。そして、標準ターンオフ時間設定の処理動作が行われた後、ステップ15で演算データ出力の処理動作が行われる。この演算データ出力の処理動作は、演算処理動作が開始してから図5と図7Aの処理動作の中で設定された全ての設定値、例えば、デューティ比D、ランダム変数A、動作周期、および標準ターンオフ時間t1をデータとして図3に示すレジスタ部9に送信するものである。ステップ15のこの演算データ出力の処理動作を行った後、ステップ16でASM処理ルーチンが終了となる。
演算処理開始から演算処理終了までのステップ11からステップ16の流れの中で、図5に示すステップ1からステップ5の各処理動作および図7Aに示すステップ11からステップ16の各処理動作が連続して行われた場合、それらの処理動作で設定された各データに基づいてパルス波形を生成すると図7Bに示すようになる。図7Bに示す各パルス波形は、ランダム変数Bが、それぞれ“0”、“1”、“2”、“3”に設定された場合を示している。これに従って動作周期及び標準ターンオフ時間t1の長さも変化する。
次に、図5の処理動作の流れの中でステップ8に示すPPM1処理ルーチンは、図8Aに示す処理動作の流れとなる。ステップ17でPPM1処理ルーチンが開始されると、ステップ18で動作周期設定の処理動作とステップ19で標準ターンオフ時間設定の処理動作とが順次行われる。この動作周期設定の処理動作は動作周期を基準周期T0に設定するものであり、標準ターンオフ時間設定の処理動作は、先に得られた動作周期とデューティ比Dから標準ターンオフ時間t1を求め、設定するものである。
ステップ19で標準ターンオフ時間設定の処理動作が行われた後、ステップ20でランダム変数設定処理動作とステップ21でシフト時間設定の処理動作とが順次行われる。このランダム変数設定の処理動作は、ランダム変数Bを複数の値の中からランダムかつ択一的に選択された値に設定するものであり、シフト時間設定の処理動作は、ステップ21でランダム変数Bの値に応じてパルス波形のオン期間のシフト時間tsを設定するものである。例えば、ランダム変数Bは“0”、“1”、“2”、“3”のいずれかの値に設定される。一方、シフト時間tsは、基準周期T0に1/8とランダム変数Bを乗じた大きさの期間すなわちT0・1/8・Bに設定される。
ステップ21でシフト時間設定の処理動作が行われた後、ステップ22で修正ターンオン時間設定の処理動作とステップ23で修正ターンオフ時間設定の処理動作とが順次行われる。この修正ターンオン時間設定の処理動作と修正ターンオフ時間設定の処理動作は、パルス波形のオン期間をシフト時間tsだけシフトさせるように、それぞれ修正ターンオン時間t2をシフト時間tsに設定し、修正ターンオフ時間t3を標準ターンオフ時間t1からシフト時間tsだけ増加させた値に設定するものとなっている。ここで、修正ターンオン時間t2については、図8Bのパルス波形で示すように最上段から最下段に向って0から所定時間のシフト時間tsだけ増加させた値に設定する。
そして、修正ターンオフ時間設定の処理動作が行われた後、ステップ24で演算データ出力の処理動作が行われる。この演算データ出力の処理動作は、演算処理動作が開始してから図5ないし図8Aの処理動作で設定された全ての設定値、具体的には、デューティ比D、ランダム変数A、動作周期、修正ターンオン時間t2、および修正ターンオフ時間t3をデータとしてレジスタ部9に送信する。この演算データ出力の処理動作が行われた後、ステップ25でPPM1処理ルーチンが終了となる。
演算処理動作開始から演算処理動作終了までの流れの中で図5のステップ1からステップ5およびステップ7の各処理動作および図8Aのステップ17からステップ25の各処理動作が連続して行われた場合、それらの処理動作で設定された各データに基づいてパルス波形を生成すると図8Bに示すようになる。図8Bの各パルス波形は、最上段から最下段まで、ランダム変数Bが、それぞれ“0”、“1”、“2”、“3” のいずれかの値に設定された場合を示している。
そして、図5のステップ9に示す処理動作でPPM2処理ルーチンは、図9Aに示すような処理動作の流れとなる。
ステップ26でPPM2処理ルーチンが開始されると、ステップ27の動作周期設定の処理動作とステップ28の標準ターンオフ時間設定の処理動作とが順次行われる。この動作周期設定の処理動作は動作周期を基準周期T0に設定するものであり、標準ターンオフ時間設定の処理動作は、先に得られた動作周期とデューティ比Dから標準ターンオフ時間t1を求め、設定するものである。
ステップ28で標準ターンオフ時間設定の処理動作が行われた後、ステップ29のランダム変数設定の処理動作とステップ30のシフト時間設定の処理動作とが順次行われる。このランダム変数設定の処理動作は、ランダム変数Bを複数の値の中からランダムかつ択一的に選択された値に設定するものであり、シフト時間設定の処理動作は、ランダム変数Bの値に応じてパルスのオフ期間のシフト時間tsすなわちシフト量を設定するものである。例えば、ランダム変数Bは“0”、“1”、“2”、“3”のいずれかの値に設定される。一方、シフト時間tsは、基準周期T0に1/8とランダム変数Bを乗じた大きさの期間に設定される。
ステップ30のシフト時間設定の処理動作が行われた後、ステップ31の修正ターンオフ時間設定の処理動作とステップ32の修正ターンオン時間設定の処理動作とが順次行われる。この修正ターンオフ時間設定の処理動作と修正ターンオン時間設定の処理動作は、パルス波形のオフ期間をシフト時間tsだけシフトさせるように、それぞれ修正ターンオフ時間t4を標準ターンオン時間t1からシフト時間tsだけ減じた値に設定し、修正ターンオン時間t5を動作周期からシフト時間tsだけ減じた値に設定するものとなっている。図9Bの最上段に示す動作周期は修正ターンオン時間t5と同一となる。
そして、ステップ32の修正ターンオン時間設定の処理動作が行われた後、ステップ33の演算データ出力の処理動作が行われる。この演算データ出力の処理動作は、演算処理が開始してから図5から図9Aの処理動作で設定された全ての設定値、すなわち、デューティ比D、ランダム変数A、動作周期、修正ターンオフ時間t4、および修正ターンオン時間t5をデータとしてレジスタ部9に送信する。ステップ24の演算データ出力の処理動作が行われた後、ステップ34でPPM2処理ルーチンが終了となる。
演算処理動作開始から演算処理動作終了までの流れの中で、図5のステップ1からステップ5およびステップ7の各処理動作および図9Aのステップ26からステップ34の各処理動作が連続して行われた場合、それらの処理動作で設定された各データに基づいてパルス波形を生成すると図9Bに示すようになる。図9Bの各パルス波形は、最上段から最下段までランダム変数Bが、それぞれ“0”、“1”、“2”、“3” のいずれかの値に設定された場合を示している。
そして、スイッチング制御装置6A内に構成されたパルス生成部10は、演算部8での演算処理動作で得られ、その後レジスタ部9に保持された各データに基づいてパルス波形を生成する。
図10は、パルス生成部10において行われる具体的な処理動作の流れを示している。ステップ35でパルスの生成処理動作が開始されると、ステップ36のデータ入力処理動作において、レジスタ部9に保持されているデータの読み込みが行われる。データ入力の処理動作が行われた後、ステップ37で変調方式確認の処理動作が行われる。この変調方式確認の処理動作では、読み込まれたデータ中のランダム変数Aの符号に応じて処理動作の流れを分ける。例えば、ランダム変数Aが“0”のときにはステップ38で出力信号設定の処理動作の方向に処理動作を進行させ、ランダム変数Aが“1”のときにはステップ39でPPM確認の処理動作の方向に処理動作を進行させる。
ここで、PPM確認の処理動作の方向に処理動作が進行した場合、PPM確認の処理動作は、デューティ比Dに応じて処理動作の流れを更に分ける。デューティ比Dが50(%)以下のときにはステップ40の出力信号設定の処理動作の方向に処理動作を進行させ、デューティ比Dが50(%)を越えるときにはステップ41の出力信号設定の処理動作の方向に処理動作を進行させる。
ランダム変数Aの符号に応じてステップ38の出力信号設定の処理動作の方向に処理が進行した場合、先ず、ステップ38の出力信号設定の処理動作が行われると共に、出力信号DRVが“1”に設定される。ここで、出力信号DRVが“1”の場合にはパルス波形が高値にあり、“0”の場合にはパルス波形が低値にある。出力信号設定の処理動作が行われた後、ステップ42でタイムカウント処理動作が行われる。このタイムカウント処理動作は、時間tが0から標準ターンオフ時間t1に到達するまでの間、次の処理動作への移行を停止させる。
ステップ42のタイムカウント処理動作で時間tが標準ターンオフ時間t1に到達すると、ステップ43で続いて出力信号設定の処理動作が行われ、出力信号DRVが“0”に設定される。ステップ43の出力信号設定の処理動作が行われた後、タイムカウントの処理動作が行われる。このタイムカウントの処理動作は、時間tが標準ターンオフ時間t1から動作周期に到達するまでの間、次の処理動作への移行を停止させる。ステップ44のタイムカウント処理動作で時間tが動作周期に到達するとステップ45で一つのパルス波形の生成処理が終了する。
図10のステップ37で示す変調方式確認の処理動作は図5に示すステップ5の変調方式選択の処理動作に対応し、図10に示すステップ39のPPM確認の処理動作は図5に示すステップ7のPPM選択の処理動作に対応している。このため、読み込まれたデータが図5に示すステップ6のASM処理ルーチンを実行して得られたものである場合、上述した各ステップ38ないしステップ44の処理動作が行われる。そこで、この各処理動作が行われることによってパルス生成部10から出力されるパルスは、その波形の形状が図7Bに示すようになる。
一方、図10において、ランダム変数Aの符号とデューティ比Dの値に応じてステップ40の出力信号設定の処理動作の方向に処理動作が進行した場合、先ずステップ40の出力信号設定の処理動作が行われ、出力信号DRVが“0”に設定される。このステップ40の出力信号設定の処理動作が行われた後、ステップ46でタイムカウントの処理動作が行われ、時間tが0から修正ターンオン時間t2に到達するまでの間、次の処理動作への移行が停止される。ステップ46のタイムカウントの処理動作で時間tが修正ターンオン時間t2に到達すると、続いてステップ47で出力信号設定の処理動作が行われ、出力信号DRVが“1”に設定される。ステップ47の出力信号設定の処理動作が行われた後、ステップ48でタイムカウントの処理動作が行われ、時間tが修正ターンオン時間t2から修正ターンオフ時間t3に到達するまでの間次の処理動作への移行が停止される。
ステップ48のタイムカウントの処理動作で時間tが修正ターンオフ時間t3に到達すると、続いてステップ49で出力信号設定の処理動作が行われ、出力信号DRVが再び“0”に設定される。出力信号設定の処理動作が行われた後、ステップ50でタイムカウントの処理動作が行われ、時間tが修正ターンオフ時間t3から動作周期に到達するまでの間、次の処理動作への移行が停止される。ステップ50のタイムカウントの処理動作で時間tが動作周期に到達するとステップ45で一つのパルス波形の生成処理が終了する。
前述したように、図10のステップ37で示す変調方式確認の処理動作は図5に示すステップ5の変調方式選択の処理動作に対応し、図10に示すステップ39のPPM確認の処理動作は図5に示すステップ7のPPM選択の処理動作に対応している。このため、読み込まれたデータが図8Aに示すPPM1処理ルーチンを実行して得られたものである場合、上述した各ステップ40ないしステップ50の処理動作が行われる。そこで、この各処理動作が行われることによってパルス生成部10から出力されるパルス波形は、その形状が図8Bのようになる。
また、図10において、ランダム変数Aの符号とデューティ比Dの値に応じてステップ41の出力信号設定の処理動作の方向に処理動作が進行した場合、先ず、ステップ41の出力信号設定の処理動作が行われ、その出力信号DRVが“1”に設定される。出力信号設定の処理動作が行われた後、ステップ51でタイムカウントの処理動作が行われ、時間tが0から修正ターンオフ時間t4に到達するまでの間、次の処理動作への移行が停止される。ステップ51のタイムカウントの処理動作で時間tが修正ターンオフ時間t4に到達すると、続いてステップ52で出力信号設定の処理動作が行われ、出力信号DRVが“0”に設定される。ステップ52で出力信号設定の処理動作が行われた後、ステップ53でタイムカウントの処理動作が行われ、時間tが修正ターンオフ時間t4から修正ターンオン時間t5に到達するまでの間、次の処理動作への移行が停止される。
ステップ53のタイムカウントの処理動作で時間tが修正ターンオン時間t5に到達すると続いてステップ54の出力信号設定の処理動作が行われ、出力信号DRVが再び“1”に設定される。その出力信号設定の処理動作が行われた後、ステップ55でタイムカウントの処理動作が行われ、時間tが修正ターンオン時間t5から動作周期に到達するまでの間、次の処理動作への移行が停止される。ステップ55のタイムカウントの処理動作で時間tが動作周期に到達するとステップ45で一つのパルス波形の生成処理が終了する。ちなみに、読み込まれたデータが図5に示すPPM2処理ルーチンを実行して得られたものである場合、上述した図10のステップ41ないしステップ55に示す各処理動作が行われる。そこで、この各処理動作が行われることによってパルス生成部10から出力されるパルス波形は、その形状が図9Bのようになる。
なお、パルス信号を連続して発生させるためには一つのパルス波形の生成処理が終了すると直ちに次のパルス波形の生成処理に移行させる必要がある。このため図10においてステップ45の生成処理終了に各処理動作の流れが到達するとスイッチング制御装置6Aが正常に動作している限りそこからステップ35の生成処理開始に無条件に回帰することになる。
上述したパルス生成部10の処理動作の流れの中でパルス波形の生成処理が開始してからステップ38、ステップ40及びステップ41で出力信号DRVを設定する各処理動作が行われるまでに所定の時間を要することが見込まれる。ここで、ステップ35の生成処理開始からステップ38の出力信号設定の処理動作に進行した場合、ステップ39のPPM確認処理動作の分だけ、ステップ40の出力信号設定の処理動作あるいはステップ46のタイムカウントに処理動作が進行した場合よりも所要時間が短くなる。そこで、3つのどの方向に処理が進行した場合にも所要時間を同一にする必要がある場合には、ステップ37の変調方式確認の処理動作とステップ38の出力信号設定の処理動作の間にダミーの判定処理手段を挿入しておけばよい。
図3に示す本発明に係るスイッチング制御装置6Aにおいて、その内部に構成された演算部8およびパルス生成部10で機能する処理動作の流れは、図5及び図10に示す通りである。ここで、図1に示すスイッチング制御装置6Aは、パルス幅変調処理手段(PWM)2aを有し、このパルス幅変調処理手段(PWM)2aで図5に示すステップ2のVFB入力処理動作とステップ3のデューティ比設定処理動作を行う。また、図1に於いて点線で囲まれた部分2dは2段のスイッチ切替手段であり、図5に示すステップ4のランダム変数設定の処理動作、ステップ5の変調方式選択の処理動作およびステップ7のPPM選択の処理動作と、図10に示すステップ37の変調方式確認の処理動作およびステップ39のPPM確認の処理動作を行う。
そして、図1に示す非同期変調処理手段(ASM)2eでは、図5のステップ6のASM処理ルーチンと図10のステップ38およびステップ42からステップ44の各処理動作を行う。図1に示す第1のパルス位置変調処理手段(PPM1)2fでは、図5のステップ8のPPM1処理ルーチンと図10のステップ40およびステップ46からステップ50の各処理動作を行う。図1に示す第2のパルス位置変調処理手段(PPM2)2gでは図5のステップ9のPPM2処理ルーチンと図10のステップ41およびステップ51からステップ55の各処理動作を行う。
図3に示すスイッチング制御装置6Aは、非同期変調処理動作やパルス位置変調処理動作のための演算時間がパルス波形の周期に比べて無視できない長さになるので、演算部8とパルス生成部10を個別に構成し、演算部8とパルス生成部10が同時に処理動作を実行できるように構成してある。もし、非同期変調処理動作やパルス位置変調処理動作のための演算時間がパルス波形の周期に比べて無視できる長さである場合には、演算部8とパルス生成部10を個別に構成することはない。その場合には、パルス生成部10は省略され、図5のステップ6でASM処理ルーチンの最後に図10のステップ38およびステップ42からステップ44の各処理動作が行われ、図8Aで示すPPM1処理ルーチンの最後に図10のステップ40およびステップ46からステップ50の各処理動作が行われ、図9Aに示すPPM2処理ルーチンの最後に図10のステップ41およびステップ51からステップ55の各処理動作が行われるように処理の流れが修正される。
本発明に係るスイッチング制御装置6Aで得られるパルス波形は、パルス波形毎に非同期変調動作が行われたパルス波形かあるいはパルス位置変調動作が行われたパルス波形が出現する。本発明技術で得られるパルス波形は、従来技術のパルス波形よりも最大のシフト時間を長くでき該シフト時間の設定種類数を多くできる。このため、本発明で得られるパルス波形のノイズの周波数スペクトルの拡散効果は、図13(b)の従来のパルス波形に比べ遜色ない程度にすることができる。当然のことながら、本発明技術で得られるパルス波形のオンデューティサイクルは、第1のパルス位置変調処理手段(PPM1)と第2のパルス位置変調処理手段(PPM2)2gを切り換えて選択するため、従来技術のパルス波形のようにシフト時間によって制限されることはない。

Claims (5)

  1. スイッチング素子からの出力に応じて前記スイッチング素子に対するパルス信号のデューティ比を決定するパルス幅変調処理手段を備えるスイッチング制御装置において、
    前記パルス幅変調処理手段と接続され、第1の符号または第2の符号を設定する切替手段と、
    前記切替手段が前記第1の符号を設定した場合に動作する非同期変調処理手段と、
    前記切替手段が前記第2の符号を設定した場合に動作する第1および第2のパルス位置変調処理手段と
    を備え、
    前記非同期変調処理手段は、基準周期と異なる第1の動作周期を設定して、前記第1の動作周期および前記パルス幅変調処理手段が決定した前記デューティ比に基づいて前記パルス信号の第1のターンオフ時間を設定し、
    前記第1のパルス位置変調処理手段は、前記デューティ比が0%以上50%以下のときに、前記基準周期と同一の第2の動作周期および前記パルス信号のオン期間の第1のシフト時間を設定して、前記動作周期、前記デューティ比、および前記第1のシフト時間に基づいて前記パルス信号の第2のターンオン時間および第2のターンオフ時間を設定し、
    前記第2のパルス位置変調処理手段は、前記デューティ比が50%を超え100%以下のときに、前記基準周期と同一の前記第2の動作周期および前記パルス信号のオフ期間の第2のシフト時間を設定して、前記動作周期、前記デューティ比、および前記第2のシフト時間に基づいて前記パルス信号の第3のターンオン時間および第3のターンオフ時間を設定することを特徴とするスイッチング制御装置。
  2. 前記デューティ比、前記切替手段の前記設定、および、前記第1または第2の動作周期と、前記第1のターンオフ時間、前記第2のターンオン時間およびターンオフ時間、ならびに前記第3のターンオン時間およびターンオフ時間のいずれかとをデータとして周期毎に保持するレジスタ部と、
    前記レジスタ部に保持された前記データを周期毎に読み込んで、前記データに基づくパルス波形を生成すると共に前記パルス波形に基づくパルス信号を出力するパルス生成部とをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のスイッチング制御装置。
  3. 前記パルス生成部は、読み込んだ前記データ中の前記切替手段の前記設定が前記第1の符号である場合に、周期の開始時に前記パルス波形の信号レベルを高値にし、前記第1のターンオフ時間のデータに応じて前記信号レベルを低値にし、前記第1の動作周期のデータに応じて周期を終了させるように動作し、
    前記パルス生成部は、前記切替手段の前記設定が前記第2の符号である場合に、前記デューティ比が50%以下であるとき、周期の開始時に前記パルス波形の信号レベルを低値にし、前記第2のターンオン時間のデータに応じて前記信号レベルを高値にし、前記第2のターンオフ時間のデータに応じて前記信号レベルを低値にし、前記第2の動作周期のデータに応じて周期を終了させるように動作し、
    前記パルス生成部は、前記切替手段の前記設定が前記第2の符号である場合に、前記デューティ比が50%を超えるであるとき、周期の開始時に前記パルス波形の信号レベルを高値にし、前記第3のターンオフ時間のデータに応じて前記信号レベルを低値にし、前記第3のターンオン時間のデータに応じて前記信号レベルを高値にし、前記第2の動作周期のデータに応じて周期を終了させることを特徴とする請求項2に記載したスイッチング制御装置。
  4. 前記第1のパルス位置変調処理手段は、前記オン期間の前記第1のシフト時間をランダムかつ択一的に設定することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載したスイッチング制御装置。
  5. 前記第2のパルス位置変調処理手段は、前記オフ期間の前記第2のシフト時間をランダムかつ択一的に設定することを特徴とする、請求項1から4のいずれかに記載したスイッチング制御装置。
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