JP5802166B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、スイッチング回路と、制御回路とを備えた電力変換装置に関する。

従来、スイッチング回路と、制御回路とを備えた電力変換装置として、例えば特許文献１に開示されている車載ＤＣ−ＤＣコンバータ装置がある。

この車載ＤＣ−ＤＣコンバータ装置は、ＤＣ−ＤＣコンバータと、コントローラとを備えている。ＤＣ−ＤＣコンバータは、ＭＯＳパワートランジスタを有している。コントローラは、周期の異なる複数のパルス信号を所定順序で繰返し、スイッチング信号として出力する。つまり、スイッチング信号のスイッチング周波数を所定パターンで変更する。そして、この所定パターンの変更を繰返し時間毎に繰返す。これにより、スイッチング周波数が分散される。そのため、スイッチング周波数が固定されている場合に比べ、パワースペクトルの最大値を抑えることができる。従って、ラジオに混入するノイズを低減することができる。

特許第４１９８６７７号公報

しかし、前述した車載ＤＣ−ＤＣコンバータ装置では、繰返し時間の逆数である繰返し周波数に対応したパワースペクトルが新たに発生する。この繰返し周波数が、ラジオが音声として復調できる周波数帯にあると、ラジオから異音が発生してしまい、車両の乗員に不快感を与えてしまうという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、スイッチング周波数の所定パターンでの変更を繰返す際にラジオに混入する、繰返し周波数成分のノイズに伴う異音を抑えることができる電力変換装置を提供することを目的とする。

そこで、本発明者らは、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、繰返し周波数を、ラジオが音声として復調できる周波数帯と重ならないように設定することで、ラジオに混入する繰返し周波数成分のノイズに伴う異音を抑えられることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、請求項１に記載の電力変換装置は、スイッチング信号に基づいてスイッチングするスイッチング回路と、時間の経過に伴って前記スイッチング信号のスイッチング周波数を所定パターンで変更するとともに、前記スイッチング周波数の前記所定パターンでの変更を繰返し時間毎に繰返す制御回路とを備えた電力変換装置において、前記繰返し時間の逆数である繰返し周波数が、車両に搭載されたＡＭ放送およびＦＭ放送の少なくとも一方を受信するラジオが音声として復調できる周波数帯と重ならないように、前記繰返し時間が設定されていることを特徴とする。

この構成によれば、繰返し周波数は音声として復調できる周波数帯以外の周波数に設定される。よって、車両に搭載されたＡＭ放送およびＦＭ放送の少なくとも一方を受信するラジオが音声として復調できる周波数帯と重ならない。そのため、繰返し周波数成分のノイズが混入しても、ラジオは当該ノイズを音声として復調することはできない。従って、繰返し周波数成分のノイズに伴う異音を抑えることができる。

請求項２に記載の電力変換装置は、スイッチング信号に基づいてスイッチングするスイッチング回路と、時間の経過に伴って前記スイッチング信号のスイッチング周波数を所定パターンで変更するとともに、前記スイッチング周波数の前記所定パターンでの変更を繰返し時間毎に繰返す制御回路と、を備えた電力変換装置において、前記繰返し時間の逆数である繰返し周波数が、ラジオ放送を受信するラジオが音声として復調できる前記ラジオ放送の音声帯域の最大周波数より高くなるように、前記繰返し時間が設定されていることを特徴とする。この構成によれば、繰返し周波数を、ラジオ放送の音声帯域の最大周波数より高くする。そのため、繰返し周波数成分のノイズが混入しても、ラジオは当該ノイズを音声成分とみなすことはない。従って、繰返し周波数成分のノイズに伴う異音を確実に抑えることができる。

請求項３に記載の電力変換装置は、スイッチング信号に基づいてスイッチングするスイッチング回路と、時間の経過に伴って前記スイッチング信号のスイッチング周波数を所定パターンで変更するとともに、前記スイッチング周波数の前記所定パターンでの変更を繰返し時間毎に繰返す制御回路と、を備えた電力変換装置において、前記繰返し時間の逆数である繰返し周波数が、ラジオ放送を受信するラジオが音声として復調できる前記ラジオ放送の音声帯域の最小周波数より低くなるように、前記繰返し時間が設定されていることを特徴とする。この構成によれば、繰返し周波数を、ラジオ放送の音声帯域の最小周波数より低くする。そのため、繰返し周波数成分のノイズが混入しても、ラジオは当該ノイズを音声成分とみなすことはない。従って、繰返し周波数成分のノイズに伴う異音を確実に抑えることができる。

請求項４に記載の電力変換装置は、前記繰返し周波数が、ラジオ放送を受信するラジオが音声として復調できる最大周波数より高くなるように、前記繰返し時間が設定されていることを特徴とする。この構成によれば、繰返し周波数を、ラジオ放送を受信するラジオが音声として復調できる最大周波数より高くする。そのため、繰返し周波数成分のノイズが混入しても、ラジオは当該ノイズを音声として復調することはできない。従って、繰返し周波数成分のノイズに伴う異音を抑えることができる。

請求項５記載の電力変換装置は、前記繰返し周波数が、ラジオ放送を受信するラジオが音声として復調できる最小周波数より低くなるように、前記繰返し時間が設定されていることを特徴とする。この構成によれば、繰返し周波数を、ラジオ放送を受信するラジオが音声として復調できる最小周波数より低くする。そのため、繰返し周波数成分のノイズが混入しても、ラジオは当該ノイズを音声として復調することはできない。従って、繰返し周波数成分のノイズに伴う異音を抑えることができる。

請求項６に記載の電力変換装置は、ラジオ放送は、ＡＭ放送及びＦＭ放送の少なくとも一方であることを特徴とする。この構成によれば、ＡＭ放送及びＦＭ放送の少なくとも一方を受信するラジオにおいて、繰返し周波数成分のノイズに伴う異音を抑えることができる。なお、ＡＭ放送やＦＭ放送は、いずれもアナログ放送であるとデジタル放送であるとを問わない。

請求項７に記載の電力変換装置は、ラジオとともに車両に搭載されていることを特徴とする。この構成によれば、車両に搭載されたラジオにおいて、繰返し周波数成分のノイズに伴う異音を抑えることができる。

本実施形態におけるコンバータ装置の回路図である。 制御回路が出力するスイッチング信号の波形図である。

次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る電力変換装置を、ＡＭ放送及びＦＭ放送を受信するラジオとともに車両に搭載され、同じく車両に搭載された負荷に昇圧された直流電圧を供給するコンバータ装置に適用した例を示す。なお、「ラジオが音声として復調できる周波数帯」を以下では単に「放送周波数帯」と呼び、放送周波数帯以外の周波数帯を「非放送周波数帯」と呼ぶことにする。放送周波数帯は「音声領域」に相当し、ＡＭ放送における放送局ごとの搬送波周波数（中心周波数とも呼ぶ）や、ＦＭ放送における放送局ごとの占有周波数帯（すなわち搬送波周波数と信号波周波数とによって占有される周波数帯）を含む。

まず、図１及び図２を参照して本実施形態のコンバータ装置の構成について説明する。ここで、図１は、本実施形態におけるコンバータ装置の回路図である。図２は、制御回路が出力するスイッチング信号の波形図である。

図１に示すコンバータ装置１は、ＡＭ放送及びＦＭ放送を受信するラジオとともに車両に搭載され、同じく車両に搭載されたバッテリＢ１の出力する直流電圧を絶縁して降圧し、負荷Ｌ１に供給する装置である。コンバータ装置１は、スイッチング回路１０と、トランス１１と、整流回路１２と、平滑回路１３と、制御回路１４とを備えている。

スイッチング回路１０は、スイッチング信号に基づいてスイッチングすることで、バッテリＢ１の直流電圧を交流電圧に変換する回路である。スイッチング回路１０は、スイッチング素子１００と、駆動回路１０１とを備えている。

スイッチング素子１００は、スイッチングすることでバッテリＢ１の直流電圧を交流電圧に変換するための素子である。スイッチング素子１００の一端はバッテリＢ１の正極端子に、他端はトランス１１にそれぞれ接続されている。また、スイッチング素子１００の制御端子は駆動回路１０１に接続されている。

駆動回路１０１は、スイッチング信号に基づいてスイッチング素子１００をスイッチングするための回路である。駆動回路１０１は、スイッチング素子１００の制御端子に接続されている。また、駆動回路１０１のスイッチング信号入力端子は、制御回路１４に接続されている。

トランス１１は、スイッチング回路１０によって変換された交流電圧を絶縁して降圧する素子である。トランス１１は、１次巻線１１０と、２次巻線１１１とを備えている。１次巻線１１０の一端はスイッチング素子１００の他端に、他端はバッテリＢ１の負極端子にそれぞれに接続されている。２次巻線１１１の一端及び他端は整流回路１２にそれぞれ接続されている。

整流回路１２は、トランス１１によって降圧された交流電圧を整流し、直流電圧に変換する回路である。整流回路１２は、ダイオード１２０、１２１を備えている。ダイオード１２０のアノードは２次巻線１１１の一端に、カソードは平滑回路１３にそれぞれ接続されている。ダイオード１２１のアノードは２次巻線１１１の他端に、カソードは平滑回路１３にそれぞれ接続されている。

平滑回路１３は、整流回路１２によって変換された直流電圧を平滑化し負荷Ｌ１に供給する回路である。平滑回路１３は、コイル１３０と、コンデンサ１３１とを備えている。コイル１３０の一端はダイオード１２０、１２１のカソードに、他端は負荷Ｌ１の正極端子にそれぞれ接続されている。コンデンサ１３１の一端はコイル１３０の他端に、他端はダイオード１２１のアノードと負荷Ｌ１の負極端子にそれぞれ接続されている。

制御回路１４は、コンバータ装置１の出力電圧が指令された所定電圧になるように、スイッチング素子１００をスイッチングするためのデューティ比の調整されたスイッチング信号を出力する回路である。制御回路１４の出力電圧検出端子は、コイル１３０の他端に接続されている。また、制御回路１４のスイッチング信号出力端子は、駆動回路１０１のスイッチング信号入力端子に接続されている。

上記制御回路１４は、時間の経過に伴ってスイッチング信号のスイッチング周波数を繰返しパターン（所定パターン）で変更するとともに、スイッチング周波数の繰返しパターンでの変更を繰返し時間毎に繰返す。具体的には、図２に示すように、時間の経過に伴ってスイッチング周波数をｆ１からｆ２（≠ｆ１）に変更する。そして、このｆ１からｆ２への変更を繰返し時間Ｔ毎に繰返す。ここで、繰返し時間Ｔの逆数である繰返し周波数Ｆが、車両に搭載されたＡＭ放送及びＦＭ放送を受信するラジオが音声として復調できる最大周波数１５ｋＨｚより高くなるように、繰返し時間Ｔが設定されている。

具体的には、繰返し周波数Ｆが、放送周波数帯（音声領域）と重ならないように、ｆ１のスイッチング周波数において出力するスイッチング信号のパルス数と、ｆ２のスイッチング周波数において出力するスイッチング信号のパルス数がそれぞれｎ１、ｎ２に設定されている。周波数を高くする場合は、ＡＭ放送では１０ｋＨｚより高くなるように設定し、ＦＭ放送では１５ｋＨｚより高くなるように設定する。周波数を高くする場合の上限周波数は、一般的に２０ｋＨｚである。ただし、放送周波数帯と重ならなければ２０ｋＨｚ以上であってもよい。同様に周波数を低くする場合は、ＡＭ放送およびＦＭ放送の双方とも２００Ｈｚより低くなるように設定する。このように設定すれば、繰返し周波数Ｆは非放送周波数帯になり、放送周波数帯と重ならない。

ＡＭ放送やＦＭ放送に対しては、下記の繰返し周波数Ｆのうちで一以上を任意に選択して設定する。下記周波数の具体的な数値は日本国の例であり、国や地域によって異なる。
（ａ）長波（主に５３０ｋＨｚ以下の周波数帯；Long Wave）でラジオ放送されている最小の放送周波数帯よりも低い繰返し周波数Ｆ
（ｂ）長波でラジオ放送されている最大の放送周波数帯よりも高い周波数から中波（主に５３０〜１６２０ｋＨｚあたりの周波数帯；Medium Wave）でラジオ放送されている最小の放送周波数帯よりも低い周波数までの間に入るように設定する繰返し周波数Ｆ
（ｃ）中波でラジオ放送されている最大の放送周波数帯よりも高い周波数から短波（主に１．６〜３０ＭＨｚの周波数帯；Short Wave）でラジオ放送されている最小の放送周波数帯よりも低い周波数までの間に入るように設定する繰返し周波数Ｆ
（ｄ）短波でラジオ放送されている最大の放送周波数帯よりも高い周波数から超短波（主に３０〜３００ＭＨｚの周波数帯；Very High Frequency）でラジオ放送されている最小の放送周波数帯よりも低い周波数までの間に入るように設定する繰返し周波数Ｆ
（ｅ）超短波帯域では、ラジオ放送されている最大の放送周波数帯よりも高い周波数からテレビ放送されている最小の放送周波数帯よりも低い周波数までの間に入るように設定する繰返し周波数Ｆ
要するに、繰返し周波数Ｆと、ＡＭ放送やＦＭ放送を行う各放送局に割り当てられる放送周波数帯とが重ならないように設定すればよい。なお、放送周波数帯は国や地域ごとに応じて割り当てられる周波数帯は異なる。

次に、図１及び図２を参照してコンバータ装置の動作について説明する。図１に示す制御回路１４は、コンバータ装置１の出力電圧が指令された所定電圧になるように、スイッチング素子１００をスイッチングするためのデューティ比の調整されたスイッチング信号を出力する。駆動回路１０１は、制御回路１４の出力するスイッチング信号に基づいてスイッチング素子１００を所定のタイミングでオン、オフする。スイッチング素子１００がオン、オフすると、バッテリＢ１の直流電圧が交流電圧に変換される。トランス１１は、スイッチング回路１０によって変換された交流電圧を絶縁して降圧する。整流回路１２は、トランス１１によって降圧された交流電圧を整流し、直流電圧に変換する。平滑回路１３は、整流回路１２によって変換された直流電圧を平滑化し負荷Ｌ１に供給する。これにより、バッテリＢ１の出力する直流電圧が絶縁して降圧され、負荷Ｌ１に供給される。

ところで、制御回路１４は、図２に示すように、時間の経過に伴ってスイッチング周波数をｆ１からｆ２に変更する。そして、このｆ１からｆ２への変更を繰返し時間Ｔ毎に繰返す。これにより、スイッチング周波数が分散される。そのため、スイッチング周波数が固定されている場合に比べ、パワースペクトルの最大値を抑えることができる。従って、ラジオに混入するノイズを低減することができる。しかも、繰返し周波数Ｆが、車両に搭載されたラジオが音声として復調できる最大周波数１５ｋＨｚより高い周波数に設定されている。そのため、繰返し周波数成分のノイズが混入しても、ラジオは、それを音声として復調することはできない。従って、繰返し周波数成分のノイズに伴う異音を抑えることができる。

次に、効果について説明する。本実施形態によれば、前述したように、スイッチング周波数の所定パターンでの変更を繰返す際に、車両に搭載されたＡＭ放送及びＦＭ放送を受信するラジオに混入する、繰返し周波数成分のノイズに伴う異音を抑えることができる。所定パターンは、スイッチング周波数をｆ１とｆ２とで説明したが、３以上のスイッチング周波数からなるパターン（周波数の繰り返し順序は一定であると順不同であるとを問わない）でもよく、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本実施形態では、ラジオが音声として復調できる最大周波数が１０ｋＨｚまたは１５ｋＨｚであり、繰返し周波数Ｆが１０ｋＨｚまたは１５ｋＨｚより高くなるように、繰返し時間Ｔが設定されている例を挙げている。同様に、ラジオが音声として復調できる最小周波数が２００Ｈｚであり、繰返し周波数Ｆが２００Ｈｚより低くなるように、繰返し時間Ｔが設定されている例を挙げている。これらの繰返し周波数Ｆや繰返し時間Ｔに限られるものではない。音声として復調できる最大周波数や最小周波数を異ならせてもよい。ラジオが音声として復調できる最大周波数が８ｋＨｚ以上１５ｋＨｚ未満であれば、それぞれ順番に繰返し周波数Ｆが８ｋＨｚ以上１５ｋＨｚ未満より高くなるように繰返し時間Ｔが設定されていればよい。同様に、ラジオが音声として復調できる最小周波数が２０Ｈｚ以上〜２００Ｈｚ未満であれば、それぞれ順番に繰返し周波数Ｆが２０Ｈｚ以上〜２００Ｈｚ未満より低くなるように繰返し時間Ｔが設定されていればよい。いずれの繰返し時間Ｔで設定するにせよ、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態では、本発明をコンバータ装置に適用している例を挙げているが、これに限られるものではない。スイッチング回路を有し、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ装置に適用してもよい。

さらに、本実施形態では、ＡＭ放送及びＦＭ放送を受信するラジオとともに車両に搭載されている例を挙げているが、これに限られるものではない。ＡＭ放送だけを受信するラジオ、又は、ＦＭ放送だけを受信するラジオとともに車両に搭載されている場合であっても、同様の効果を得ることができる。

加えて、本実施形態では、繰返し周波数Ｆが、ラジオが音声として復調できる最大周波数より高くなるように、繰返し時間Ｔが設定されている例を挙げているが、これに限られるものではない。繰返し周波数Ｆが、ラジオ放送の音声帯域の最大周波数より高くなるように、繰返し時間Ｔが設定されていてもよい。この場合、繰返し周波数Ｆを、ラジオ放送の音声帯域の最大周波数より高くすることができる。同様に繰返し周波数Ｆが、ラジオ放送の音声帯域の最小周波数より低くなるように、繰返し時間Ｔが設定されていてもよい。この場合、繰返し周波数Ｆを、ラジオ放送の音声帯域の最小周波数より低くすることができる。いずれにせよ、繰返し周波数成分のノイズが混入しても、ラジオは、それを音声成分とみなすことはない。従って、繰返し周波数成分のノイズに伴う異音を確実に抑えることができる。

本実施形態では、予め繰返し周波数Ｆや繰返し時間Ｔを制御回路１４に含まれる記録媒体（特にＲＯＭ等のような不揮発性メモリ）に記録しておく例を挙げているが、これに限られるものではない。上述したように、放送周波数帯は国や地域ごとに応じて割り当てられる周波数帯は異なる。そこで、コンバータ装置１（あるいは車両）が位置する国や地域で割り当てられている放送周波数帯と重ならないように、繰返し周波数Ｆや繰返し時間Ｔを選択する構成としてもよい。一国（あるいは隣国）で割り当てられている全ての放送周波数帯と重ならないように選択してもよく、地域ごとに割り当てられている放送周波数帯と重ならないように選択してもよい。いずれの選択により繰返し周波数Ｆや繰返し時間Ｔを設定するにせよ、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

１・・・コンバータ装置（電力変換装置）、１０・・・スイッチング回路、１００・・・スイッチング素子、１０１・・・駆動回路、１１・・・トランス、１１０・・・１次巻線、１１１・・・２次巻線、１２・・・整流回路、１２０、１２１・・・ダイオード、１３・・・平滑回路、１３０・・・コイル、１３１・・・コンデンサ、１４・・・制御回路、Ｂ１・・・バッテリ

Claims (7)

1. スイッチング信号に基づいてスイッチングするスイッチング回路と、
   時間の経過に伴って前記スイッチング信号のスイッチング周波数を所定パターンで変更するとともに、前記スイッチング周波数の前記所定パターンでの変更を繰返し時間毎に繰返す制御回路と、
   を備えた電力変換装置において、
   前記繰返し時間の逆数である繰返し周波数が、車両に搭載されたＡＭ放送およびＦＭ放送の少なくとも一方を受信するラジオが音声として復調できる周波数帯と重ならないように、前記繰返し時間が設定されていることを特徴とする電力変換装置。
2. スイッチング信号に基づいてスイッチングするスイッチング回路と、
   時間の経過に伴って前記スイッチング信号のスイッチング周波数を所定パターンで変更するとともに、前記スイッチング周波数の前記所定パターンでの変更を繰返し時間毎に繰返す制御回路と、
   を備えた電力変換装置において、
   前記繰返し時間の逆数である繰返し周波数が、ラジオ放送を受信するラジオが音声として復調できる前記ラジオ放送の音声帯域の最大周波数より高くなるように、前記繰返し時間が設定されていることを特徴とする電力変換装置。
3. スイッチング信号に基づいてスイッチングするスイッチング回路と、
   時間の経過に伴って前記スイッチング信号のスイッチング周波数を所定パターンで変更するとともに、前記スイッチング周波数の前記所定パターンでの変更を繰返し時間毎に繰返す制御回路と、
   を備えた電力変換装置において、
   前記繰返し時間の逆数である繰返し周波数が、ラジオ放送を受信するラジオが音声として復調できる前記ラジオ放送の音声帯域の最小周波数より低くなるように、前記繰返し時間が設定されていることを特徴とする電力変換装置。
4. 前記繰返し周波数が、ラジオ放送を受信するラジオが音声として復調できる最大周波数より高くなるように、前記繰返し時間が設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
5. 前記繰返し周波数が、ラジオ放送を受信するラジオが音声として復調できる最小周波数より低くなるように、前記繰返し時間が設定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
6. 前記ラジオ放送は、ＡＭ放送及びＦＭ放送の少なくとも一方であることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
7. 前記ラジオとともに車両に搭載されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力変換装置。

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