为无线电通信提供降低的噪声干扰程度的电力开关设备.pdf

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摘要
申请专利号:

CN200510137764.6

申请日:

2005.12.28

公开号:

CN1808869A

公开日:

2006.07.26

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效|||公开

IPC分类号:

H02M3/28(2006.01)

主分类号:

H02M3/28

申请人:

株式会社电装; 株式会社日本自动车部品综合研究所

发明人:

后藤真也; 川崎宏治

地址:

日本爱知县

优先权:

2004.12.28 JP 2004-380552

专利代理机构:

中国专利代理(香港)有限公司

代理人:

程天正;梁永

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内容摘要

在电力开关设备中,控制电路产生作为一系列脉冲周期模式的开关控制信号,用于控制连续的电流开关操作,其中每个脉冲周期模式由一个或多个连续的脉冲构成,每个脉冲具有相同的脉冲周期,并且构成所述控制信号的连续脉冲周期模式分别具有不同的脉冲周期。因此,由电流开关所引起的高频成分的噪声功率沿频谱被分散,从而减少所产生的无线电噪声干扰。

权利要求书

1.  一种电力开关设备,包括:开关电路装置,可控制用于执行连续的开关操作以便重复地中断DC电流;和控制电路装置,用于生成控制所述开关操作的开关控制信号,
其中,所述控制电路装置选择多个预先确定的、分别具有不同脉冲周期值的脉冲周期模式中的连续的脉冲周期模式,并根据所述连续被选择的脉冲周期模式产生所述开关控制信号。

2.
  根据权利要求1的电力开关设备,其中,所述脉冲周期模式中的每一个都包括具有预先确定的脉冲周期的单个脉冲。

3.
  根据权利要求1的电力开关设备,其中,所述脉冲周期模式中的每一个都包括多个连续发生的具有预先确定的相同脉冲周期的脉冲。

4.
  根据权利要求1的电力开关设备,其中,所述控制电路装置按周期重复的固定顺序连续地选择所述多个分别不同的脉冲周期模式中的相应的脉冲周期模式。

5.
  根据权利要求1的电力开关设备,其中,所述控制电路装置按随机顺序连续地选择所述多个分别不同的脉冲周期模式中的相应的脉冲周期模式。

6.
  根据权利要求5的电力开关设备,其中,所述控制电路装置禁止连续两次或更多次选择同一脉冲周期模式。

7.
  根据权利要求1的电力开关设备,其中,所述分别不同类型的脉冲周期模式被这样预先确定,以致多个为所述脉冲周期模式的所述脉冲周期的相应倒数值的开关频率中无论哪个都不与预先确定的调幅无线电广播波段中的任何频率共有公倍数。

8.
  根据权利要求1的电力开关设备,其中,所述分别不同类型的脉冲周期模式被这样预先确定,以致多个开关频率的相应谐波不与任何这样的频率相互重合,该频率是为预先确定的调幅无线电广播波段中的调幅无线电广播所分配的载频,其中所述多个开关频率是所述多个分别不同的脉冲周期模式的所述脉冲周期的相应倒数值。

9.
  根据权利要求8的电力开关设备,其中,所述分别不同类型的脉冲周期模式被这样预先确定,以致在所述调幅无线电广播波段中的并与所述开关频率之一的谐波重合的任何频率值位于频率间隙中,该频率间隙建立在分别对应于所述所分配的载频中一对相邻载频的传输频带之间。

10.
  根据权利要求1的电力开关设备,其中,所述分别不同类型的脉冲周期模式被这样预先确定,以致在预先确定的调幅无线电广播波段中的并与开关频率的任何谐波频率重合的每个频率位于相应调幅无线电台的传输频率之间的频率间隙中,其中所述开关频率是所述脉冲周期模式的所述脉冲周期的相应倒数值,所述相应调幅无线电台的传输已被事先确定为当前在所述电力开关设备所处的区域内能被接收。

11.
  根据权利要求1的电力开关设备,其中,所述分别不同类型的脉冲周期模式被这样预先确定,以致为所述脉冲周期模式的所述脉冲周期的相应倒数值的开关频率被划分为:
(a)第一组开关频率,其共有公倍数并且不具有在预先确定的调幅无线电广播波段中的谐波频率,以及
(b)第二组开关频率,其共有公倍数,并且每个开关频率具有至少一个在所述调幅无线电广播波段中的谐波频率,
并且其中,所述开关控制信号按照对应于所述第一组开关频率的脉冲周期模式的序列和对应于所述第二组开关频率的脉冲周期模式的序列的连续交替来产生。

12.
  根据权利要求11的电力开关设备,其中,对应于所述第一组开关频率的脉冲周期模式的所述序列中的每一个直接在具有相互不同的脉冲周期并且对应于所述第二组开关频率的脉冲周期模式之后和之前。

13.
  根据权利要求11的电力开关设备,其中,对应于所述第一组开关频率的脉冲周期模式的每个所述序列中脉冲周期模式的数量大于构成对应于所述第二组开关频率的脉冲周期模式的每个所述序列的、脉冲周期模式的数量。

14.
  根据权利要求1的电力开关设备,其中,所述控制电路装置由电源提供工作电压,该电源是电力开关设备,以及其中,所述分别不同类型的脉冲周期模式被这样预先确定,以致为所述脉冲周期模式的所述脉冲周期的相应倒数值的开关频率不与所述电源的开关频率并且不与预先确定的调幅无线电广播波段中的任何频率共有公倍数。

15.
  根据权利要求1的电力开关设备,其中,第二电力开关设备固定地位于所述电力开关设备的附近,以及其中,所述分别不同类型的脉冲周期模式被这样预先确定,以致为所述脉冲周期模式的所述脉冲周期的相应倒数值的开关频率不与所述第二电力开关设备的开关频率并且不与预先确定的调幅无线电广播波段中的任何频率共有公倍数。

说明书

为无线电通信提供降低的噪声干扰程度的电力开关设备
相关文献的交叉引用
本申请是基于2004年12月28日提交的日本专利申请No.2004-380552并且在此通过参考该申请而将其引入。
技术领域
本发明涉及一种电力开关设备、例如DC-DC转换器或DC-AC换流器,该电力开关设备以特定的开关频率执行高电平电流的周期性的开关。
背景技术
利用这种电力开关设备,输出功率在高频处包含许多为所述开关频率的相应整数倍的谐波成分。这些谐波频率成分中的一些可能落在无线电通信或无线电广播的频带中,因此引起噪声干扰,所以有必要提供低通滤波器以便从该电力开关设备的输出中除去这些频率成分。
特别是,DC-DC转换器的转换频率可能具有约为100kHz的值,并且当这种DC-DC转换器被安装在车辆中相对接近车辆的无线电的位置处时,已经有必要使用大标度(large-scale)滤波器以便充分降低无线电噪声干扰。但这种滤波器占用大量空间,并且造价昂贵。
在许多国家中,把传输载频的各个值分配给不同的无线电广播电台,同时相邻载频之间有固定量的间隔,以确保将存在特定的频率间隙来隔开具有相邻载频值的无线电台的相应传输频带(每个传输频带在相应载频的任一侧延伸)。
在AM(调幅)无线电广播的情况下,例如在日本设立9kHz的间隔,而在美国该间隔为10kHz。分配给不同无线电台的相应的传输载频在下文中将称为所分配的载频。为减小上述无线电噪声干扰,已经例如在日本专利公开No.2002-335672以及日本专利公开No.2003-88101中提出基于使用各个无线电台的传输频带之间的频率间隙的方法。这些方法尝试尽可能地确保电力开关设备的开关频率的高频成分将不与AM无线电台所使用的任何传输频带重叠。
但是这些方法必须包含开关频率的闭环控制(close control)。频率相邻的无线电台的相应波段之间的间隙越窄,必需的频率控制精度就变得越高。这些频率间隙是狭窄的,例如如上所述的9kHz或10kHz。由于该事实以及由于因周围环境温度变化、生产变化、元件特性的长期变化等而造成的频率确定元件所发生的不可避免的改变,难以在实际的基础上实现这样的方法。
发明内容
本发明的目的在于通过提供一种电力开关设备来克服上述问题,通过该电力开关设备能够充分降低由电力开关设备的操作所产生的无线电噪声干扰的程度,同时放宽对装置的制造要求,并且使该装置的噪声抑制滤波器能够在尺寸上变得更小并且能够更便宜地制造。
为了实现上述目的,根据本发明的第一方面提供一种电力开关设备,该电力开关设备包括:开关电路装置,可控制用于执行连续的开关操作以便间歇地中断DC电流;和控制电路装置,用于生成一系列脉冲作为用于控制开关操作的开关控制信号,该设备的特征在于,所述控制电路装置生成作为一系列相继不同类型的脉冲周期模式的开关控制信号,其中该一系列相继不同类型的脉冲周期模式是从分别具有不同脉冲周期值的多个脉冲周期模式中选出的。
在这里所使用的术语“脉冲周期模式”的意义是一个或多个各自具有相同的脉冲周期的脉冲的序列。具有单个脉冲的脉冲周期模式包括特定持续时间间隔(即:脉冲宽度)和随后的间隔的连续组合,在该特定持续时间间隔内所述开关控制信号被设置为有效电平,而在随后的间隔中所述开关控制信号被设置为无效电平。一个脉冲周期模式的脉冲周期是脉冲宽度和随后地无效间隔持续时间(即:其一直持续到后一个脉冲的上升沿)的总和。在一个脉冲周期由多个连续脉冲组成的情况下,该脉冲周期模式的脉冲周期被定义为从该脉冲周期模式中的任一脉冲的上升沿到直接接连的脉冲的上升沿的间隔。
分别具有不同脉冲周期值的脉冲周期模式将被称为分别不同类型的脉冲周期模式。“脉冲周期模式序列”由固定预先确定数量的、分别为不同类型的一个或多个连续脉冲周期模式组成。
一个脉冲周期模式的脉冲周期的倒数值构成开关频率的瞬时值(以下简称为开关频率值)。
在以下的描述和所附的权利要求中使用的表述“连续被选择的、分别为不同类型的脉冲周期模式”表示每个被选择的脉冲周期模式具有与直接在前被选择的脉冲周期模式的脉冲周期值不同的脉冲周期值。
根据上述的本发明的第一方面,所述电力开关设备的连续电流开关操作以不规则的周期发生。但由于所述脉冲宽度以及因此每个脉冲周期模式的占空比是根据所述电力开关设备的输出电压来进行控制的,能对脉冲周期固定的常规类型的电力开关设备的脉冲宽度和占空比实现类似的控制。由于这种不规则的周期,由开关操作产生的高频成分将是多个不同开关频率的谐波,而非单一固定开关频率的谐波。更特别的是,电力开关设备中所产生的电流脉冲的连续下降沿将以不规则的周期出现,这些电流脉冲的上升沿也将如此。因此,由于脉冲周期的连续变化,由电流开关操作所产生的高频成分的功率谱实际上将沿频率轴分散。
因此,当开关频率具有落在诸如AM无线电广播波段等无线电通信频带中的谐波频率时,由于噪声功率将不会集中在所述广播波段中的一个或多个特定频率的每一个上,而是将分散在整个波段上,因此影响安装在所述电力开关设备附近的无线电接收器的无线电噪声干扰的程度将被充分降低。
从而,对所述电力开关设备的噪声滤波器的性能要求能被放宽,因此能够使该滤波器在尺寸上变得更小,在重量上更轻,并且能够以更低的成本来制造。
应当注意,虽然这里主要在减少接收LW(长波)或MW(中波)AM(调幅)无线电广播时的噪声干扰方面来描述本发明,但本发明并不限于减少这种无线电噪声干扰的范围,而是也能被应用于降低无线电干扰对各种其它形式的无线电通信、例如两路无线电通信等的影响。
这种开关控制信号可以通过周期选择分别不同类型的脉冲周期模式的固定序列并连续输出所选择的脉冲周期模式来产生。
替代地,根据预先确定算法,脉冲周期模式在周期重复的序列中的顺序能够被周期性地改变,以便因此进一步分散由所述电力开关设备所产生的高频开关成分的功率谱。
作为另一替代方案,所述开关控制信号可以通过随机地选择多个分别不同类型的脉冲周期模式中的连续的一个并且连续输出所选择的脉冲周期模式来产生。这将确保构成所述开关控制信号的依次不同类型的脉冲周期模式以基本上随机的方式出现,因此进一步减少对应于不同类型的脉冲周期模式的、(瞬时)开关频率的谐波将在无线电广播波段中相互重合的可能,并且因此能够更有效地防止无线电噪声干扰。
在后一种情况下,所述控制电路装置能被配置用于禁止连续两次或更多次选择同一脉冲周期模式,以便因此确保构成所述开关控制信号的连续的脉冲周期模式将是分别不同类型的。这将进一步用于确保依次不同类型的脉冲周期模式是随机地选择的。
根据另一方面,多个分别不同类型的脉冲周期模式可以被这样预先确定,以致多个为所述脉冲周期模式的脉冲周期的相应倒数值的开关频率中无论哪个都不将与位于一个或多个预先确定AM无线电广播波段、例如MW(中波)和/或LM(长波)波段中的任何频率共有公倍数。
这用来通过确保源于分别不同类型的脉冲周期模式的、开关频率的谐波将位于预先确定广播波段(多个)之外来防止由于高频成分而导致噪声功率在所述广播波段中的特定频率处升高。
应当注意,这里所使用的两个或两个以上频率“不重合”的表述表示这些频率彼此之间相差超过1%。
根据本发明的另一方面,分别不同类型的脉冲周期模式被这样预先确定,以致多个为所述脉冲周期模式的脉冲周期的相应倒数值的开关频率中无论哪个都不具有谐波频率,该谐波频率与多个被分别分配给AM(调幅)无线电广播载频的预先确定频率中的任何一个共有公倍数。这用来通过防止在无线电广播电台所使用的载频附近的频率处出现由电流开关操作所产生的高频成分引起的噪声而降低这些成分实际将干扰无线电接收的程度。
此外,在该情况中,所述多个分别不同类型的脉冲周期模式被优选地这样来预先确定,以致位于所述广播波段中的每个谐波频率(分别源于不同类型的脉冲周期模式)都处于对应于第一载频的传输频带下边带和对应于第二载频的传输频带上边带之间的频率间隙中,其中第一和第二载频是该广播波段中的相邻的载频值。
对应于两个相邻的所分配的载频的传输频带之间的这种频率间隙的大小被定义为这些载频之间的频差的5%。
这进一步用于通过确保开关频率的谐波将不具有无线电广播电台所使用的传输频带中的值来降低由电流开关高频成分所产生的无线电噪声干扰的程度。
根据另一方面,所述分别不同类型的脉冲周期模式被这样预先确定,以致开关频率的相应谐波频率中的每一个都处于相应AM无线电台的传输频带之间的频率间隙中,其中所述开关频率是所述脉冲周期模式的脉冲周期的相应倒数值并且在AM无线电广播波段中,所述相应AM无线电台是其传输在所述电力开关设备所处的范围内实际能被接收的那些无线电台中的无线电台。
其传输实际能被接收的那些AM无线电台能例如通过以下方式来事先确定,即监视特定区域内执行的操作,该区域可以例如是这样的区域,在该区域中将操作配备有所述电力开关设备的车辆。这可以针对多个不同区域来完成,并且例如来自车辆导航系统的信息随后能被用于选择所述电力开关设备所处的当前区域,因此能够确定其传输在特定区域内实际能被接收的那些无线电台。这种系统也可以被用于检测状态,在该状态中在当前位置不存在用于接收的无线电台具有足够级别的接收信号强度。
这种方法具有的优点是:通常在其传输实际能被接收的那些AM无线电台的传输频带之间将存在大的频率间隙。因此,由于降低了由电流开关的高频成分所引起的无线电噪声干扰将实际干扰所接收的广播的程度,所以对噪声滤波器电路元件的性能要求例如能被进一步放宽。
根据另一方面,所述分别不同类型的脉冲周期模式能够被这样预先确定,以致为所述脉冲周期模式的脉冲周期的相应倒数值的开关频率被划分为:
(a)第一组开关频率,其共有公倍数,并且不具有在预先确定的AM无线电广播波段中的谐波频率,以及
(b)第二组开关频率,其共有公倍数,并且每个开关频率都具有在该AM无线电广播波段中的谐波频率。
在这种情况下,所述开关控制信号作为一系列周期重复的以下项而产生:
(1)由导致上述第一组中的谐波频率的脉冲周期模式构成的脉冲周期模式序列,以及
(2)由导致上述第二组中的谐波频率的脉冲周期模式构成的脉冲周期模式序列。
优选地,对应于第一组的每个脉冲周期模式序列直接在对应于第二组并且具有分别不同的脉冲周期的相应脉冲周期模式之后和之前。
在上述序列中每个序列中的脉冲周期模式以及这些脉冲周期模式在序列中的顺序都不是必须固定的,而是可根据预先确定算法连续地被改变。
那样,可能在所述AM广播波段中导致无线电噪声干扰的那些脉冲周期模式能够沿时间轴被分散,因此作为结果而产生的噪声谱沿频率轴分散。
优选地,使对应于上述第一组开关频率(即:其在所述AM广播波段中不产生无线电噪声干扰)的每个序列中的脉冲周期模式的数量大于对应于第二组开关频率(即:其产生无线电噪声干扰)的每个序列中的脉冲周期模式的数量。
根据本发明的另一方面,当所述控制电路装置被供给来自本身就是电力开关设备的电源的工作电压时,所述分别不同类型的脉冲周期模式被优选地这样预先确定,以致为所述脉冲周期模式的脉冲周期的相应倒数值的开关频率中无论哪个都不与该电源的开关频率和预先确定AM无线电广播波段中的任何频率共有公倍数。
那样便能确保:由于由两个电力开关设备的电流开关操作所产生的相应高频成分(在位于所述AM波段中的谐波频率处)相互加强,在特定AM无线电广播波段中的频率处得到的无线电噪声干扰将不会在该波段中的频率处达到高噪声功率电平。
类似地,如果(常规类型的并且具有单个开关频率的)第二电力开关设备固定地位于根据本发明被控制的电力开关设备的附近,所述分别不同类型的脉冲周期模式优选地被这样预先确定,以致作为结果而产生的开关频率中无论哪个都不与所述第二电力开关设备的开关频率和预先确定AM无线电广播波段中的任何频率共有公倍数。
附图说明
图1是DC-DC转换器的一个实施方案的电路图;
图2是该实施方案中控制器的操作的一个实例的流程图,用于软件实现控制器的情况;
图3是该实施方案的控制器的一个实例的电路图,用于硬件实现控制器的情况;
图4是示出由该实施方案的控制器所生成的开关控制信号的一个实例的图;
图5是对应于图4的图,示出所述开关控制信号的谐波频率成分的功率谱的一个实例;
图6是根据该实施方案的一种修改形式示出与所述开关控制信号的谐波频率成分有关的相应无线电广播电台传输波段的功率谱实例的图;
图7是根据该实施方案的另一修改形式示出构成所述开关控制信号的周期重复的脉冲周期模式序列;
图8是图2中处理程序的内容的一个实例的流程图;以及
图9是控制器的数字式硬件配置的一个实例的系统框图。
具体实施方式
第一实施方案
基于DC-DC转换器的电力开关设备的一个实施方案将首先参照图1的常规系统框图进行描述。这里,数字1表示DC-DC转换器,它执行电流开关,以便将DC输入电压V1转换成输出DC电压V2。门驱动电路2向用作该DC-DC转换器1中的开关元件的场效应晶体管(例如MOSFETs)的门电极提供作为开关控制信号的门驱动信号。响应于由控制器3所生成的开关控制信号,产生所述门驱动信号,同时所述开关控制信号(以及因此来自门驱动电路2的开关控制信号)的占空比由控制器3根据该DC-DC转换器1的输出电压V2进行控制。
假设本实施方案被设计用于安装在机动车上,其中输入电压V2是该车的电池电压。该DC-DC转换器1包括:变压器(未在附图中示出),其通过所述输入电压V1的连续的开关而执行所得到的AC电源的升压;整流电路(未在附图中示出),用于对来自该变压器的次级线圈的输出电压进行整流;以及低通滤波器(噪声滤波器),用于阻断包含在整流后的DC输出电压V2中的高频成分。由于DC-DC转换器的这种类型的开关电路部分是熟知的,所以将省去详细的描述。应当注意,本发明不限于具有任何特定类型的开关电路部分的DC-DC转换器,因此正如以下澄清的那样本发明的主要特征在于由所述控制器3产生开关控制信号的方式。
所述门驱动电路2用于放大来自所述控制器3的开关控制信号,以产生用于驱动所述DC-DC转换器1的开关元件的门电极的门驱动信号。由于这种类型的门驱动电路是熟知的,所以省去详细的描述。
由所述制器3产生的开关控制信号是一系列脉冲,这一系列脉冲的相应脉冲宽度根据监控所述输出电压V2的电平来确定,以便实现V2的PWM(脉冲宽度调制)反馈控制。DC-DC转换器的输出电压的这种控制是熟知的,所以省去详细的描述。
无线电噪声降低控制
下面将描述通过这个实施方案的控制器3实现无线电噪声干扰降低的方式。假设所述无线电噪声干扰发生在预先确定的AM(调幅)无线电广播波段中,如当无线电接收器与DC-DC转换器一起被安装在车辆中时可能发生的那样(其中术语“AM无线电广播波段”在下文中被用来表示预先确定的LW和/或MW AM无线电广播波段)。基本上,所述无线电噪声降低控制是基于产生作为一系列具有接连不同的脉冲周期的脉冲周期模式的开关控制信号。如上文所述,术语“脉冲周期模式”表示一系列一个或多个脉冲,每个脉冲都具有相同的脉冲周期。具有单个脉冲的脉冲周期模式构成所述开关控制信号被设置为有效电平(例如以一个脉冲的上升沿开始的高电平)的间隔和之后开关控制信号处于无效电平(例如以该脉冲的下降沿开始的低电平)的间隔的连续组合。该脉冲周期模式的脉冲周期是ON和OFF持续时间的总和,即所述脉冲宽度和从该脉冲的下降沿直到随后的脉冲的上升沿的持续时间的总和。脉冲周期模式的占空比是所述脉冲宽度与脉冲周期之比。
控制器3通过从多个分别具有不同脉冲周期的脉冲周期模式中连续地选择脉冲周期模式来产生所述开关控制信号,即沿时间轴排列所选择的脉冲周期模式以便构成所述开关控制信号。所述脉冲周期模式可以通过软件控制来产生,即控制器3的操作是基于适当编程的微计算机,该微计算机按周期重复的顺序连续地读出所存储的、表示多个不同脉冲周期值的数据。
这通过图2的流程图来说明,图2示出能由微计算机周期地执行以便实现控制器3的功能的处理程序。基本上,在图2的步骤S100中,决定是否应生成一个新的脉冲周期模式作为所述开关控制信号的一部分(即:决定是否已到达脉冲周期的末尾),并且如果是,就读出新的脉冲周期值作为分别不同的脉冲周期值的固定序列的一部分,并开始产生具有适当持续时间的脉冲,即:将来自控制器3的输出设置为有效电平。图8是图2的步骤S100的内容的特定实例的流程图,用于从所述控制器3产生依次不同类型的脉冲周期模式形式的开关控制信号。由于用于根据输出电压与目标值的偏差来调整电流开关的占空比的技术是熟知的,所以省去占空比控制的详细描述。
替代地,如通过图3的电路图针对简单的模拟电路配置的情况所说明的,所述控制器3还能以硬件形式实现。该控制器包括一组三个并行的一致检测电路5-7和一组三个分别具有固定地存储在其中的不同值的寄存器8-10,其中每个一致检测电路都接收计数器4的计数值。所述计数电路4执行对时钟信号φ的计数,并且所述并行的一致检测电路5-7分别将当前计数值与保存在寄存器8-10中的值进行比较。当一个并行的一致检测电路检测到一致时,它便向多路复用器11输出相应的一致信号。当一致信号由所述并行的一致检测电路5-7之一生成并被所述多路复用器11选中时,这个一致信号就被提供给锯齿波形信号发生电路12的复位输入端子R。因此,由该锯齿波形信号发生电路12产生的锯齿波形输出电压被复位为低电位。锯齿波形信号发生电路12的输出电压被施加到比较器13的非反相输入端子上,而模拟门限电压Vs被施加到该比较器13的反相输入端子上。
因此,所述比较器13产生作为一系列脉冲的输出信号,该一系列脉冲的相应持续时间由所述模拟门限电压Vs的电平决定,同时该输出信号构成由控制器3产生的开关控制信号。
每次从所述多路复用器11输出一个一致信号,该一致信号被施加用来使计数器电路4复位。
所述多路复用器11由脉冲周期转换电路14所产生的选择控制信号S来控制,该脉冲周期转换电路接收从多路复用器11输出的每个一致信号。所述脉冲周期转换电路14的功能是控制多路复用器11以便以固定地预先确定的周期重复的顺序连续地选择所述一致检测电路5、6、7的相应输出。因此,基本上只需使所述脉冲周期转换电路14产生选择控制信号S,该选择控制信号响应于连续的一致信号而连续地得到三个不同值(以周期重复的顺序)。因此,所述脉冲周期转换电路14能作为移位寄存器和解码器、计数器和解码器的组合容易地被实现,所以省去详细的描述。
由于在所述寄存器8、9和10中保存分别不同的数据值,所以所述比较器13以周期重复的固定顺序连续地输出分别不同类型的脉冲周期模式,以构成所述开关控制信号,其中所述分别不同类型的脉冲周期模式的脉冲周期由存储在寄存器8、9、10中的值来决定。
根据图3的电路,固定顺序的连续脉冲周期模式的相应占空比的平均值根据模拟门限电压Vs来进行调整。但是,同样可以使用一个电路,由此连续产生的脉冲周期模式具有相同的占空比(即:由门限电压决定)。
优选地,用于实现控制器3的专用硬件配置将是数字式的,例如利用PID(比例-积分-微分)控制。这种配置的一个实例在图9中示出。
因此可以理解,该实施方案的控制器3能够被配置成通过软件(即编程的微计算机)或专用硬件操作来起作用,以产生由依次不同类型的脉冲周期模式构成的开关控制信号,用于控制所述DC-DC转换器1。
显然,能容易地设想出各种不同的其它装置来基于软件或硬件(或这些软件和硬件的组合)产生这种开关控制信号。
在图4中示出了从控制器3提供给门驱动电路2的开关控制信号的一个实例。这个实例由周期重复的脉冲周期模式序列组成,这些脉冲周期模式被分别标为A、B和C,分别具有不同的脉冲周期。作为使用这种开关控制信号的结果,由所述DC-DC转换器1的操作所产生的高频信号成分沿着频谱分散。也就是说,这些高频信号成分中的每一个都有一个频率,该频率是这样的频率的第n阶谐波(其中,n是整数值2或更大),该频率的值作为所述脉冲周期模式的各种不同脉冲周期中的特定一个的倒数得出(其中,“脉冲周期模式的脉冲周期”具有在上文中所定义的意义)。因此,这些谐波频率成分的噪声功率分散在整个频谱上。
这在图5中被说明,其中图5示出了是所述脉冲周期模式A、B和C的脉冲周期的相应倒数的频率值f1、f2和f3以及f1、f2和f3的相应谐波频率、例如第M阶谐波(M×f1)、(M×f2)和(M×f3)。
因此能确保:这些谐波频率成分的噪声功率不会变成集中于AM无线电广播波段中的一个或多个特定频率。因此,由所述开关频率的这些高频成分所引起的无线电噪声干扰的程度能得到充分降低。因此,对所述DC-DC转换器1的噪声滤波器(低通滤波器)的性能要求能够得以放宽,所以该滤波器能够具有更小的尺寸并且造价更便宜。
在上文中已假设每个脉冲周期模式只包含单个脉冲。但是,同样可以生成作为多个具有相同脉冲周期的连续脉冲的脉冲周期模式。例如,利用图3的电路,这能通过以下方式来实现,即将所述脉冲周期转换电路14配置用于控制多路复用器11以便连续多次地选择所述一致检测电路5、6、7的相应输出中的每一个。
上面已经针对以下情况进行了描述,即用于构成所述开关控制信号的、分别不同类型的脉冲周期模式的周期重复序列是固定的序列。但是,同样可以将控制器3配置用于周期性地改变脉冲周期模式在该序列中的顺序,以便更有效地沿频率轴分配高频开关成分的功率谱。
第二实施方案
根据上述第一实施方案,所述分别不同类型的脉冲周期模式以周期重复的固定顺序生成。根据第二实施方案,其操作和配置可以类似于针对第一实施方案所述的操作和配置,所述脉冲周期模式被接连随机地从多个分别不同的值中选出,以构成所述开关控制信号,其中多个分别不同的值例如可以被保持存储在存储器中,在软件操作的情况下该存储器由微计算机进行访问。在这种情况下,所述微计算机将被控制以便随机地访问连续的存储单元,从而读出连续的脉冲周期值,并使用这些值来生成作为一系列分别不同类型的脉冲周期模式的开关控制信号。
类似地,在硬件配置、例如图3的硬件配置的情况下,能够根据来自随机数发生器的输出来控制所述多路复用器11,以便按照随机确定的顺序选择来自所述一致检测电路5、6、7的输出,从而从比较器13产生具有随机变化的脉冲周期的连续脉冲周期模式。显然,这通过简单地修改图3的电路就能容易地实现。
作为本实施方案的一种修改形式,随机选择脉冲周期模式的操作能够被这样控制,以致在产生所述开关控制信号时将不会连续两次或更多次使用同一个脉冲周期模式。也就是说,如果同一脉冲周期模式连续两次被选择,那么将重复该随机选择,以便获得不同的脉冲周期模式。
第三实施方案
根据第三实施方案,其操作和配置可以基本上类似于针对第一实施方案所描述的操作和配置,构成由控制器3产生的开关控制信号的分别不同的连续脉冲周期模式可以如根据第一实施方案那样以周期重复的固定顺序来产生,或如根据第二实施方案那样以随机顺序来产生。但是,根据第三实施方案,只使用具有相应的特定脉冲周期值的脉冲周期模式,例如如图4所示的脉冲周期模式A、B、C。这些特定脉冲周期值被这样预先确定,以致由DC-DC转换器1所产生的开关频率谐波成分中无论哪个(每一个开关频率谐波成分都有一个频率,该频率是这样的频率值的谐波,该频率值是脉冲周期模式的脉冲周期的倒数)都不会落在所述AM无线电广播波段中(也就是说,以致开关频率谐波成分中无论哪个都不会落在预先确定的AM无线电广播波段中)。
因此能够进一步降低所述开关频率谐波成分产生无线电噪声干扰的程度。
第四实施方案
根据第四实施方案,其操作和配置可以基本上类似于针对第一实施方案所描述的操作和配置,构成由控制器3产生的开关控制信号的分别不同的连续脉冲周期模式可以如根据第一实施方案那样以周期重复的固定顺序来产生,或如根据第二实施方案那样以随机顺序来产生。但是,根据第三实施方案,只使用具有相应的特定脉冲周期值的脉冲周期模式,例如如图4所示的脉冲周期模式A、B、C。这些特定脉冲周期值被这样预先确定,以致在由DC-DC转换器1所产生的开关频率谐波成分(每一个开关频率谐波成分都有一个频率,该频率是这样的频率值的谐波,该频率值是脉冲周期模式的脉冲周期的倒数)中,两个或更多的这些谐波成分在频率上将不会在位于所述AM无线电广播波段中的频率上重合。
因此,能确保落在所述AM无线电广播波段中的开关频率的任何高频成分将不会变成相互重叠。因此,干扰噪声沿噪声功率谱分散能够被更容易地实现,这导致由无线电接收器所产生的可听噪声的电平的降低。
第五实施方案
根据第五实施方案,其操作和配置可以基本上类似于针对第一实施方案所描述的操作和配置,构成由控制器3产生的开关控制信号的分别不同的连续脉冲周期模式可以如根据第一实施方案那样以周期重复的固定顺序来产生,或如根据第二实施方案那样以随机顺序产生。但是,根据第五实施方案,只使用具有相应的特定脉冲周期值的脉冲周期模式,例如如图4所示的脉冲周期模式A、B、C。这些特定脉冲周期值被这样预先确定,以致由DC-DC转换器1所产生的开关频率谐波成分中无论哪个(每一个都有一个频率,该频率是这样的频率值的谐波,该频率值是脉冲周期模式的脉冲周期的倒数)将都不与预先确定AM广播无线电台组中任何一个的被分配的载频重合。例如,这些无线电台可以与那些其广播在应使用所述电力开关设备的区域内能被接收的无线电台一样被预先确定。
这样,能确保由DC-DC转换器1产生的谐波频率成分中无论哪个都不会接近于AM无线电台的载频(即这些所分配的载频之间的最小间隔为9kHz或10kHz),其中在该DC-DC转换器的附近将接收该AM无线电台的广播,因此能够降低在接近于这些广播载频的频率处的无线电噪声功率的电平。
第六实施方案
除了具有相应的所分配的载频值之外,每个AM无线电台所使用的传输频带的宽度也是指定的,以便至少确保相应的传输频带之间的最小的频率间隙值。这在图6中被举例说明,其中图6示出AM广播频谱的一部分,其中相应无线电台的连续相邻分配的载频被表示为N1、N2、N3,每对相邻传送频带的上边带部分和下边带部分、例如图6中的边带部分Sd1、Su1之间具有频率间隙Gd。
根据第六实施方案,其操作和配置可以基本上类似于针对第一实施方案所描述的操作和配置,构成由控制器3产生的开关控制信号的分别不同类型的脉冲周期模式可以如根据第一实施方案那样以周期重复的固定顺序来产生,或如根据第二实施方案那样以随机顺序产生。根据第六实施方案,只使用具有相应的特定脉冲周期值的脉冲周期模式,例如如图4所示的脉冲周期模式A、B、C。这些特定脉冲周期值被这样预先确定,以致由DC-DC转换器1所产生的并且落在所述AM无线电广播波段中的所有开关频率谐波成分(其中的每一个都有一个频率,该频率是这样的频率值的谐波,该频率值是脉冲周期模式的脉冲周期的倒数)都将落在无线电台所使用的具有相邻的载频值的传输频带之间的频率间隙Gd之一中,也即将位于一个无线电台的频带的上边带部分Su1和另一个(频率相邻的)无线电台的频带的下边带部分Sd1之间。
这样,通过减小由DC-DC转换器1的操作所产生的高频谐波成分的范围,便能实际影响所接收的任何AM无线电广播,便能实现有效地降低无线电噪声干扰。
第七实施方案
第七实施方案是上述第六实施方案的修改形式。根据第七实施方案,构成DC-DC转换器1的开关控制信号的、分别不同类型的脉冲周期模式的脉冲周期被这样预先确定,以致由DC-DC转换器1所产生的并且落在所述AM无线电广播波段中的开关频率谐波成分中的每一个将位于由无线电接收器实际可接收的无线电台所使用的相应传输频带之间的频率间隙中,其中所述无线电台例如能被安装在车辆中并接近于所述DC-DC转换器1的AM无线电接收器接收。
例如,可根据监测某一区域中无线电接收状态来确定其传输实际能被接收的无线电台,其中在该区域中所述DC-DC转换器1应在所述电力开关设备的操作之前被操作。
在这种情况下,通常,所述谐波频率能够被插入的频率间隙基本上将大于上述具有相邻载频值的传输频带之间的频率间隙。因此,能够由此实现很大程度的无线电噪声干扰降低,以便能实现有效地防止可听地干扰那些实际能被位于DC-DC转换器1附近的接收器接收的AM无线电广播,并且即使由于滤波器元件部分的特征变化而降低了所述DC-DC转换器1的噪声滤波器的噪声抑制有效性,也无需对所述脉冲周期模式的脉冲周期值要求高精度。
第八实施方案
根据第八实施方案,假设使用九个不同类型的分别被表示为A、B、C、D、E、F、G的脉冲周期模式,这些脉冲周期模式被这样确定,以致为这些脉冲周期模式的相应脉冲周期的倒数值的频率值包括:
(1)对应于脉冲周期模式D、E、F和G并且被表示为fd、fe、ff、fg的频率,它们相互共有公倍数,并且与预先确定的AM无线电广播波段中的一个或多个频率共有公倍数(并且因此在该波段中具有谐波),其中这种脉冲周期模式以下被称为“公倍数”脉冲周期模式,以及
(2)对应于脉冲周期模式A、B、C并且被表示为fa、fb、fc的频率,它们相互共有公倍数,但与预先确定的AM无线电广播波段中的任何频率不共有公倍数(并且因此在该波段中没有谐波),其中这种脉冲周期模式以下被称为“非公倍数”脉冲周期模式。
“非公倍数”脉冲周期模式A、B、C的每个序列将被称为小周期。根据该实施方案,一个或多个“公倍数”脉冲周期模式D、E、F、G的序列被插入到每对连续出现的小周期之间,以构成由所述控制器3所产生的开关控制信号。
这些序列中的每一个的内容和脉冲周期模式出现在序列中的顺序可以被固定,或者可以根据预先确定算法来改变。但是,优选地,每个这样的一个或多个“公倍数”脉冲周期模式D、E、F、G的序列由与所述小周期相比更少数量的脉冲周期模式组成。这在图7的实例中被说明,其中脉冲周期模式A、B、C在每个小周期中的顺序是固定的,并且所述“公倍数”脉冲周期模式D、E、F、G被连续地、以一次一个的方式插入在每对连续出现的小周期之间,以便构成所述开关控制信号。这样能够有效地降低被引入到AM无线电广播波段中的噪声的电平。
还应理解,本实施方案不限于使用脉冲周期模式的上述总数或相应序列中脉冲周期模式的数量。
第九实施方案
第九实施方案的操作和配置可以基本上类似于针对第一实施方案所描述的操作和配置,该第九实施方案适用于这样的情况,在该情况中不同于DC-DC转换器1的电力开关设备被固定地安装在DC-DC转换器1的附近,例如,被安装在同一车辆中。根据第九实施方案,构成由控制器3所产生的开关控制信号的分别不同类型的脉冲周期模式被这样预先确定,以致对应于脉冲周期模式的开关频率中无论哪个都不会与其它电力开关设备的开关频率以及预先确定AM无线电广播波段中的频率共有公倍数。
因此能够确保:分别由所述DC-DC转换器1和其它电力开关设备的开关操作所产生的谐波成分将不会变成在所述AM无线电广播波段中相互重叠,所以能够降低所述AM无线电接收噪声电平。
作为上述实施方案的替代形式,当本身是电力开关设备的电源为控制器3提供DC工作功率时,构成由所述控制器3所产生的开关控制信号的分别不同类型的脉冲周期模式被这样预先确定,以致所述DC-DC转换器1的开关频率中无论哪个都不会与该电源的开关频率以及所述AM无线电广播波段中的频率共有公倍数。

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在电力开关设备中,控制电路产生作为一系列脉冲周期模式的开关控制信号,用于控制连续的电流开关操作,其中每个脉冲周期模式由一个或多个连续的脉冲构成,每个脉冲具有相同的脉冲周期,并且构成所述控制信号的连续脉冲周期模式分别具有不同的脉冲周期。因此,由电流开关所引起的高频成分的噪声功率沿频谱被分散,从而减少所产生的无线电噪声干扰。 。

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