(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線受信機の近傍に配置される電力変換装置であって、
電力変換を行うための複数のスイッチング素子と、
前記スイッチング素子を駆動する駆動手段と、
前記無線受信機の受信状態に応じて前記駆動手段を制御することにより前記スイッチング素子のスイッチング周波数を制御する制御手段であって、前記無線受信機が動作中であって受信電波強度が所定のしきい強度よりも小さく弱い場合に、そうでない場合に比べて前記スイッチング素子のスイッチング周波数及びスイッチング速度を低下制御させ、かつ、前記スイッチング周波数及び前記スイッチング速度を低下させる場合の低下度合いを同一とすることでスイッチング時の電力損失を一定に維持する制御手段と、
を有することを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力変換装置に関し、特にラジオ等の無線受信機の近傍に配置される電力変換装置のノイズ抑制に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置ではスイッチング素子の開閉動作時に電磁波ノイズが生じることが知られており、ラジオ等の無線受信機が近傍に存在する場合に問題となり得る。このため、ラジオ等の無線受信機を搭載したハイブリッド車両等において、無線受信機での受信状態を改善する技術が提案されている。
【０００３】
例えば、下記に示す特許文献１では、スイッチング素子の開閉速度を遅くすることでスイッチング時のサージ電圧を抑制してノイズレベルを低減することが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１６８１７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、スイッチング速度を遅くすることでサージ電圧は抑制できるものの、スイッチング電流及びスイッチング電圧の積に相当するスイッチング時の電力損失が増大してしまう問題がある。図５及び図６に、スイッチング時の電力損失を示す。図５はスイッチング速度が通常時の電力損失であり、図６はスイッチング速度を遅くした時の電力損失である。両図において、横軸は時間、縦軸はスイッチング素子のゲートに印加されるゲート制御信号ＧＳ、スイッチング電流Ｉｓｗ、スイッチング電圧Ｖｓｗ、損失電力をそれぞれ示す。時刻ｔ１においてゲート制御信号ＧＳがＬｏｗからＨｉに切り替わってスイッチング素子がＯＮし、時刻ｔ２においてゲート制御信号ＧＳがＨｉからＬｏｗに切り替わってスイッチング素子がＯＦＦする場合である。図５と図６とを比較すると、スイッチング素子の速度が遅い方が、電力損失が増大していることがわかる。
【０００６】
スイッチング素子には使用可能な上限温度に制約がある。車載の電力変換装置において、例えば全開加速のように、スイッチング素子に印加される電圧、電流が高い走行状態では、もともとスイッチング素子で発生する損失が多く熱的に厳しい状態にあるため、このような状態においてスイッチング速度を低下させて電力損失を増大させると、スイッチング素子の上限温度に達する事態も想定され得る。
【０００７】
本発明の目的は、電力損失を抑制しつつ、無線受信機に与えるノイズを低減できる電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、無線受信機の近傍に配置される電力変換装置であって、電力変換を行うための複数のスイッチング素子と、前記スイッチング素子を駆動する駆動手段と、前記無線受信機の受信状態に応じて前記駆動手段を制御することにより前記スイッチング素子のスイッチング周波数を制御する制御手段であって、前記無線受信機が動作中であって受信電波強度が所定のしきい強度よりも小さく弱い場合に、そうでない場合に比べて前記スイッチング素子のスイッチング周波数及びスイッチング速度を低下制御させ、かつ、前記スイッチング周波数及び前記スイッチング速度を低下させる場合の低下度合いを同一とすることでスイッチング時の電力損失を一定に維持する制御手段とを有する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電力損失を抑制しつつ、無線受信機に与えるノイズを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について、ラジオ等の無線受信機を有する車両に搭載される電力変換装置を例にとり説明する。
【００１６】
図１に、本実施形態における電力変換装置の構成図を示す。上記した特開２００５−１６８１７１号公報に記載されたパワーコントロールユニットＰＣＵの構成と略同一である。
【００１７】
ＰＣＵ２０は、平滑コンデンサ２０５と、昇圧用コンバータ２１０と、インバータ２２０とを備える。
【００１８】
平滑コンデンサ２０５は、バッテリ１０からの電源ライン２０１および２０２の間に接続される。
【００１９】
昇圧用コンバータ２１０は、リアクトル２１５と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、電源ライン２０３および２０２の間に直列に接続される。リアクトル２１５は、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２の接続ノードと、電源ライン２０１との間に接続される。本実施形態におけるスイッチング素子としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor）が適用可能である。
【００２０】
インバータ２２０は、モータＭＴに対応して設けられたインバータユニット２２１と、ジェネレータＧＴに対応して設けられたインバータユニット２２２と、平滑コンデンサ２２５とを含む。
【００２１】
平滑コンデンサ２２５は、電源ライン２０３および２０２の間に接続され、昇圧コンバータ２１０の出力電圧すなわちインバータユニット２２１，２２２の入力電圧を平滑する。
【００２２】
インバータユニット２２１は、一般的な３相インバータの構成を有し、Ｕ相アームを構成するスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４と、Ｖ相アームを構成するスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６と、Ｗ相アームを構成するスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８とを含む。スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のそれぞれに対応して、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すように逆並列ダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。インバータユニット２２１の各相アームは、モータＭＴの対応相と接続される。
【００２３】
インバータユニット２２２の構成は、インバータユニット２２１と同様である。インバータユニット２２２の各相アームは、ジェネレータＧＴの対応相と接続される。
【００２４】
コントローラ２５０は、モータＭＴでモータ指令値に応じたトルク・回転数等が生じるように、各種センサからの出力値に応じて、昇圧コンバータ２１０の動作を制御するコンバータ制御信号ＣＶＳおよびインバータユニット２２１の動作を制御するインバータ制御信号ＩＶＳ１を生成する。具体的には、コンバータ制御信号ＣＶＳは、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン・オフ制御信号であり、インバータ制御信号ＩＶＳ１は、インバータユニット２２１中のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のオン・オフ制御信号である。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８は、ゲート駆動回路ＧＤ１〜ＧＤ８によって、これらのオン・オフ制御信号に応答して、 開閉される。各種センサからの出力値には、たとえば、モータジェネレータの位置センサ・速度センサからの出力値、電流センサ２２７からの出力値、平滑コンデンサ２２５の保持電圧検出センサからの出力が含まれる。
【００２５】
コントローラ２５０は、さらに、ジェネレータＧＴで発電された交流電圧が直流電圧に変換されるように、各種センサからの出力に応じてインバータユニット２２２の動作を制御するインバータ制御信号ＩＶＳ２を生成する。具体的には、インバータ制御信号ＩＶＳ２は、インバータユニット２２２中のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のオン・オフ制御信号である。
【００２６】
昇圧コンバータ２１０は、電源ライン２０１および２０２の間にバッテリ１０から供給された直流電圧を受けて、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング動作によって、入力電圧を昇圧してコンデンサ２２５に供給する。コンバータ２１０での昇圧比は、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２のオン期間比（デュ−ティ比）に応じて決まる。
【００２７】
インバータユニット２２１は、インバータ制御信号ＩＶＳ１に応答したスイッチング動作によって、コンデンサ２２５によって平滑された昇圧コンバータ２１０からの直流電圧を交流電圧に変換してモータＭＴを駆動する。
【００２８】
また、インバータユニット２２２は、ジェネレータＧＴが発電した交流電圧を直流電圧に変換してコンデンサ２２５に供給する。コンデンサ２２５は、インバータユニット２２２からの直流電圧を平滑化して昇圧コンバータ２１０へ供給する。昇圧コンバータ２１０は、コンデンサ２２５からの直流電圧を降圧して、電源ライン２０１へ供給する。
【００２９】
このような構成において、コントローラ２５０は、無線受信機の受信状態を監視し、無線受信機の受信状態に応じてインバータ制御信号ＩＶＳ１（及びＩＳＶ２）を設定し、ゲート駆動回路ＧＤ３〜ＧＤ８によるスイッチング素子Ｇ３〜Ｑ８のスイッチング周波数を変化させる。インバータから生じるノイズは、スイッチング周波数の整数倍に発生し、倍数が高くなるほどノイズレベルは小さくなる。したがって、スイッチングのキャリア周波数を低くすることでラジオ周波数との倍数を高くし、ラジオ周波数におけるノイズレベルを小さくすることができる。図２に、スイッチング周波数が相対的に高い場合（図中ａ）と相対的に低い場合（図中ｂ）のノイズレベルを示す。スイッチング周波数が低いほど、ラジオ周波数におけるノイズレベルが低減する。
【００３０】
図３に、本実施形態の処理フローチャートを示す。コントローラ２５０におけるスイッチング周波数を制御する処理である。まず、車両のユーザがチューナ（ラジオ受信機）を起動して受信局を選局したとする（Ｓ１０１）。コントローラ２５０は、選局周波数の受信電波強度Ｐｉｎを検出する（Ｓ１０２）。受信電波強度は、電界強度システムを車両に搭載して実測してもよいし、ナビゲーションシステムにおいて各地点に対応して予め設定された受信強度のマップデータに基づいて検出してもよい。そして、受信電波強度Ｐｉｎが所定のしきい強度よりも小さいため弱いか、あるいは車室内の騒音レベルがしきいレベル以下であるため許容できるレベルであるか否かを判定する（Ｓ１０３）。受信電波強度Ｐｉｎが弱い場合には、電磁波ノイズを抑制する必要があるため、スイッチング周波数を低下させる（Ｓ１０４）。また、車室内の騒音レベルが許容できる場合にもスイッチング周波数を低下させる（Ｓ１０４）。スイッチング周波数を低下させることで電力損失も低下するため、ハイブリッド車両においては燃費も向上することになる。一方、スイッチング周波数を低下させることでラジオ周波数におけるノイズは低減するものの、モータ等の電磁音による騒音は増大することになるが、騒音が許容レベルであれば多少モータ等の電磁音が付加されても問題はない。また、ラジオ受信機が動作中であれば、多少モータ等の電磁音が増大しても問題はない。
【００３１】
一方、受信電波強度がしきいレベル以上と強い場合には、電磁波ノイズを抑制する必要がないためスイッチング周波数をそのまま維持する。また、騒音レベルが許容できない場合にも、スイッチング周波数低下に伴うモータの電磁音増大を防止すべくスイッチング周波数をそのまま維持する。
【００３２】
なお、図３において、受信電波強度Ｐｉｎが弱い場合ではなく、受信電波強度が所定の範囲内にある場合（受信電波強度Ｐｉｎが極めて弱い場合や極めて強い場合を除く趣旨）においてスイッチング周波数を低下させる処理を実行してもよい。
【００３３】
また、図３において、Ｓ１０３にて受信電波強度が弱いか、あるいは騒音レベルが許容できるか否かを判定しているが、Ｓ１０３では単に受信電波強度が弱いか否かを判定し、受信電波強度が弱い場合にさらに騒音レベルが許容できるか否かを判定し、受信電波強度が弱い場合であって、さらに騒音レベルが許容できるレベルである場合にスイッチング周波数の低下処理を実行し、受信電波強度が弱い場合であっても騒音レベルが許容できるレベルではない場合にはスイッチング周波数の低下処理を実行しないことも好適である。
【００３４】
図４に、他の実施形態における処理フローチャートを示す。コントローラ２５０におけるスイッチング周波数を制御する処理である。まず、車両のユーザがチューナ（ラジオ受信機）を起動して受信局を選局したとする（Ｓ２０１）。コントローラ２５０は、選局周波数の受信電波強度Ｐｉｎを検出する（Ｓ２０２）。受信電波強度は、電界強度システムを車両に搭載して実測してもよいし、ナビゲーションシステムにおいて各地点に対応して予め設定された受信強度のマップデータに基づいて検出してもよい。そして、受信電波強度Ｐｉｎが上限値Ｐｍａｘを超えたか、あるいは下限値Ｐｍｉｎを下回るか否かを判定する（Ｓ２０３）。上限値Ｐｍａｘ、下限値Ｐｍｉｎは、固定値でもよいが、車両の走行状態に応じて設定することもできる。より特定的には車両の走行状態に応じて変化する素子電流、素子電圧及び素子温度に応じて設定する。一例として、車両の全開加速時にはそうでない場合に比べて上限値Ｐｍａｘを大きく設定するとともに下限値Ｐｍｉｎを小さく設定してＰｍａｘとＰｍｉｎとの間の範囲を拡大する（これにより、後述するようにスイッチング周波数及びスイッチング速度の低下制御が実行され易くなる）。
【００３５】
受信電波強度Ｐｉｎが上限値Ｐｍａｘを超える場合、あるいは下限値Ｐｍｉｎを下回る場合には、電磁波ノイズを抑制しても改善効果が小さいためスイッチング周波数及びスイッチング速度はそのまま維持する。受信電波強度ＰｉｎがＰｍａｘを超える場合には十分受信電波強度が大きいため電磁波ノイズを抑制する必要性に乏しく、受信電波強度がＰｍｉｎを下回る場合には受信電波強度が弱すぎるため、たとえ電磁波ノイズを抑制したとしても元々の信号レベルが小さいためあまり効果がないからである。一方、受信電波強度Ｐｉｎが上限値Ｐｍａｘと下限値Ｐｍｉｎの間にある場合には、電磁波ノイズの抑制により改善効果が期待できるためスイッチング周波数及びスイッチング速度を低下させる（Ｓ２０４）。スイッチング周波数とスイッチング速度との関係は、スイッチング速度を変化させた分と同じ割合だけスイッチング周波数を変化させるように規定する。これにより、スイッチング損失をほぼ一定に維持することができる。例えば、スイッチング速度を１／２と遅くした場合、スイッチング周波数も１／２に低下させる等である。スイッチング速度を低下させることで電磁波ノイズを抑制できるのは従来技術と同様であるが、本実施形態ではスイッチング速度とともにスイッチング周波数を低下させることで電力損失を抑制することができる。スイッチング周波数の低下は、スイッチング信号（インバータ制御信号）を生成するためのキャリア信号の周波数を低下させればよく、スイッチング速度を低下させるには上記公報に記載されているように各スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のゲート抵抗を切り替えればよい。ゲート電位の変化速度はゲート抵抗値に依存し、ゲート抵抗が大きくなるほどスイッチング速度は低下する。
【００３６】
図４において、図３と同様に騒音レベルを検出し、騒音レベルの大小に応じてスイッチング周波数及びスイッチング速度を低下させる処理の実行／非実行を決定してもよい。
【００３７】
なお、図３、図４においてチューナが起動していない場合には、電磁波ノイズを抑制する必要がないのでスイッチング周波数及びスイッチング速度ともにそのまま維持することは言うまでもない。
【００３８】
また、図３，図４においては受信電波強度Ｐｉｎに応じてスイッチング周波数を低下させる処理の実行／非実行を切り替えているが、スイッチング周波数を低下させる場合においても、さらにスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８の素子温度に応じてスイッチング周波数の低下の度合いを調整してもよい。具体的には、素子温度が高い場合には、これ以上の温度上昇を抑制すべく、スイッチング周波数の低下度合いを増大させればよい。スイッチング周波数が小さいほど、スイッチング損失は小さくなるからである。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態では無線受信機の作動／非作動、及び作動時における受信電波強度の大小に応じてスイッチング周波数、あるいはスイッチング周波数とスイッチング速度をともに低下させる処理を実行することで、電力損失を抑制しつつ効果的に電磁波ノイズを抑制し、無線受信状態を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施形態の構成図である。
【図２】ノイズレベルの周波数依存性を示すグラフ図である。
【図３】実施形態の処理フローチャートである。
【図４】他の実施形態の処理フローチャートである。
【図５】スイッチング速度が早い場合（通常時）の電力損失説明図である。
【図６】スイッチング速度が遅い場合の電力損失説明図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  バッテリ、２１０  昇圧用コンバータ、２２１，２２２  インバータユニット、２５０  コントローラ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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