(57)【要約】【課題】安定した電源出力と、放射ノイズ抑制による電波適合性との両立を図る。【解決手段】半導体スイッチング素子と、電圧を安定化させるコイルおよびコンデンサとを有し、半導体スイッチング素子がオン／オフ制御されることで所望の出力電圧を生成し、給電する電圧変換部と、スイッチング周波数内における半導体スイッチング素子のオン時間またはオフ時間を演算し、半導体スイッチング素子をオン／オフ制御させるための制御信号を出力する電圧制御部と、負荷回路または直流電源の状態の監視結果により、スイッチング周波数の拡散制御の実施要否を判断する周波数拡散制御部とを備え、電圧制御部は、周波数拡散制御部から拡散制御許可信号を受信した場合にはスイッチング周波数の拡散制御を実行する。【選択図】図１
2017093009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源からの給電電圧に対して電圧変換を施すことで所望の出力電圧を生成し、下流に接続された負荷回路へ前記所望の出力電圧を給電するスイッチング電源装置であって、
半導体スイッチング素子と、電圧を安定化させるコイルおよびコンデンサとを有し、制御信号に応じて前記半導体スイッチング素子がオン／オフ制御されることで、前記電圧変換として降圧動作または昇圧動作を行い、前記所望の出力電圧を生成して前記負荷回路に給電する電圧変換部と、
前記直流電源からの前記給電電圧、前記電圧変換部の出力電圧、または前記コイルを流れる電流、の少なくとも１つの情報をもとに、スイッチング周波数内における前記半導体スイッチング素子のオン時間またはオフ時間を演算し、前記半導体スイッチング素子をオン／オフ制御させるための前記制御信号を出力する電圧制御部と、
前記負荷回路または前記直流電源の状態の監視結果により、スイッチング周波数の拡散制御の実施要否を判断し、拡散制御許可信号または拡散制御禁止信号を出力する周波数拡散制御部と
を備え、
前記電圧制御部は、前記周波数拡散制御部から前記拡散制御許可信号を受信した場合には、スイッチング周波数の拡散制御を実行し、拡散制御されたスイッチング周波数に基づいて生成した前記制御信号を出力する
スイッチング電源装置。
【請求項２】
前記周波数拡散制御部は、前記負荷回路が出力するウォッチドッグパルス信号が、あらかじめ決められた周期で出力されている場合には、前記拡散制御許可信号を出力し、その他の場合には、前記拡散制御禁止信号を出力する
請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記周波数拡散制御部は、前記負荷回路に対して出力した照会要求信号の応答として、前記負荷回路から照会応答信号を受信した場合には、前記拡散制御許可信号を出力し、その他の場合には、前記拡散制御禁止信号を出力する
請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】
前記周波数拡散制御部は、前記直流電源の給電電圧が、前記電圧変換部の出力電圧以下の場合には、前記拡散制御禁止信号を出力し、その他の場合には、前記拡散制御許可信号を出力する
請求項２または３に記載のスイッチング電源装置。
【請求項５】
前記周波数拡散制御部は、前記電圧変換部内の前記コイルを流れる電流値を読み取ることで前記負荷回路の状態を監視し、前記直流電源から前記負荷回路へ流れる方向を正と規定し、前記電流値が常に０よりも大きい正の値をとる連続モードである場合には、前記拡散制御許可信号を出力し、その他の場合には、前記拡散制御禁止信号を出力する
請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項６】
パワー半導体スイッチング素子を直列接続して上下アームを構成した相ブリッジ回路が複数個並列接続されるとともに、前記相ブリッジ回路の両端が充放電可能な直流電源に接続され、前記相ブリッジ回路の上下アームの前記パワー半導体スイッチング素子同士の接続点が多相回転電機の電機子巻線の交流端子に接続されたブリッジ回路と、
前記ブリッジ回路をスイッチング制御することで、交流−直流電力変換制御あるいは直流−交流電力変換制御を実行するブリッジ制御部と
を備えた電力変換装置であって、
前記ブリッジ回路は、請求項１から５のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置を使用し、スイッチング周波数の拡散制御の実施要否を判断して、前記パワー半導体スイッチング素子のスイッチング制御を実行する
電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体スイッチング素子をオン／オフ制御して、降圧動作または昇圧動作を行い、所望の出力電圧を得るスイッチング電源装置に係り、特に、放射ノイズの抑制を目的としてスイッチング周波数を拡散させるスイッチング電源装置および電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体スイッチング素子の駆動に伴う放射ノイズを抑制するために、スイッチング周波数を拡散させる手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１では、スイッチング制御装置の起動期間および停止期間において、周波数拡散制御をやめることで、放射ノイズの悪化やフィルタコイルの発熱増加などの問題を解決する手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５７７２０２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
スイッチング電源装置の負荷として、他の装置との通信回路を含む、マイコンやＡＳＩＣなどの集積回路を有する場合においては、消費電力低減のために、必要な時のみ、通信を介してマイコンやＡＳＩＣを起動するなどの手法が考えられている。従って、このような場合には、スイッチング電源が起動した後でも、負荷電流が大きく変化する。
【０００５】
また、一般的に、軽負荷時のスイッチング電源は、不安定に陥りやすい。従って、このような不安定なときに周波数拡散制御を実施すれば、スイッチング電源の出力が発振してしまうおそれがある。
【０００６】
さらに、スイッチング電源装置は、降圧動作のみでなく、昇圧動作によっても、所望の出力電圧を得るものもある。一般的に、昇圧動作は、降圧動作よりも電力変換効率が悪く、電源供給能力が低下する。従って、昇圧動作において、周波数拡散制御を行う場合には、出力電圧が不安定になるおそれがある。
【０００７】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、安定した電源出力と、放射ノイズ抑制による電波適合性との両立を図ることのできるスイッチング電源装置電力変換装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るスイッチング電源装置は、直流電源からの給電電圧に対して電圧変換を施すことで所望の出力電圧を生成し、下流に接続された負荷回路へ所望の出力電圧を給電するスイッチング電源装置であって、半導体スイッチング素子と、電圧を安定化させるコイルおよびコンデンサとを有し、制御信号に応じて半導体スイッチング素子がオン／オフ制御されることで、電圧変換として降圧動作または昇圧動作を行い、所望の出力電圧を生成し、給電する電圧変換部と、直流電源からの給電電圧、電圧変換部の出力電圧、またはコイルを流れる電流、の少なくとも１つの情報をもとに、スイッチング周波数内における半導体スイッチング素子のオン時間またはオフ時間を演算し、半導体スイッチング素子をオン／オフ制御させるための制御信号を出力する電圧制御部と、負荷回路または直流電源の状態の監視結果により、スイッチング周波数の拡散制御の実施要否を判断し、拡散制御許可信号または拡散制御禁止信号を出力する周波数拡散制御部とを備え、電圧制御部は、周波数拡散制御部から拡散制御許可信号を受信した場合には、スイッチング周波数の拡散制御を実行し、拡散制御されたスイッチング周波数に基づいて生成した前記制御信号を出力するものである。
【０００９】
また、本発明に係る電力変換装置は、パワー半導体スイッチング素子を直列接続して上下アームを構成した相ブリッジ回路が複数個並列接続されるとともに、相ブリッジ回路の両端が充放電可能な直流電源に接続され、相ブリッジ回路の上下アームのパワー半導体スイッチング素子同士の接続点が多相回転電機の電機子巻線の交流端子に接続されたブリッジ回路と、ブリッジ回路をスイッチング制御することで、交流−直流電力変換制御あるいは直流−交流電力変換制御を実行するブリッジ制御部とを備えた電力変換装置であって、ブリッジ回路は、本発明のスイッチング電源装置を使用し、スイッチング周波数の拡散制御の実施要否を判断して、パワー半導体スイッチング素子のスイッチング制御を実行するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、半導体スイッチング素子をＰＷＭ制御するスイッチング周波数に対して、直流電源または負荷回路の状態をもとに、このスイッチング周波数の拡散制御を許可または禁止する構成を備えている。従って、電源出力が不安定な状態にて周波数拡散を防止する、あるいは周波数拡散による電源出力の不安定化を防止することができ、負荷回路へ安定した給電ができる。さらに、周波数拡散制御の実施によって、放射ノイズを抑制できる。この結果、安定した電源出力と、放射ノイズ抑制による電波適合性との両立を図ることのできるスイッチング電源装置および電力変換装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係るスイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るスイッチング電源装置における電圧変換部の具体的な構成例を示した図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るスイッチング電源装置における電圧制御部の三角波生成回路の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係るスイッチング電源装置における周波数拡散制御部７の一例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係るスイッチング電源装置における周波数拡散制御部７のタイミングチャートである。
【図６】本発明の実施の形態１に係るスイッチング電源装置における周波数拡散制御部７の別の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２におけるスイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態３におけるスイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態４における車両用の電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を、図面とともに詳述する。なお、各図における同一の番号は、同一の構成を示すものとする。また、各図における矢印は、信号の流れる方向を表すものとする。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るスイッチング電源装置１の構成を示すブロック図である。スイッチング電源装置１の入力側に相当する１次側は、直流電源２に接続され、出力側に相当する２次側は、負荷回路３に接続されている。
【００１４】
ここで、直流電源２としては、例えば、鉛バッテリやリチウムイオン電池、あるいは電気二重層コンデンサなどが考えられる。
【００１５】
また、負荷回路３内には、図示していない他の装置との通信を行う通信回路８ａ、および通信内容を取得し、各種の制御を実施するように演算を行うマイコンまたはＡＳＩＣなどを含む集積回路９が備えられている。
【００１６】
そして、スイッチング電源装置１内では、直流電源２からの給電を所望の電圧に変換する電圧変換部４が、直流電源２と負荷回路３との間に設けられている。また、スイッチング電源装置１は、電圧変換部４が有する半導体スイッチング素子５のオン時間またはオフ時間を演算する電圧制御部６と、半導体スイッチング素子５のスイッチング周波数を拡散制御する周波数拡散制御部７とを備えている。
【００１７】
図２は、本発明の実施の形態１に係るスイッチング電源装置１における電圧変換部４の具体的な構成例を示した図である。電圧変換部４の具体的な構成としては、例えば、図２（ａ）のように、半導体スイッチング素子５と還流素子１０、および、コイル１１とコンデンサ１２による平滑回路を構成した、いわゆる一般的に知られている降圧型の回路構成が考えられる。ここで、還流素子１０は、ダイオードのほか、半導体スイッチング素子５であってもよい。また、半導体スイッチング素子５としては、例えば、ＭＯＳＦＥＴが考えられる。
【００１８】
また、電圧変換部４は、直流電源２から負荷回路３への電流の向きを正とする電流センサ１３を、コイル１１の近傍に備えている。電流センサ１３としては、例えば、ホール素子を用いた非接触型のセンサが考えられる。あるいは、電流センサ１３としては、電流経路にシャント抵抗を設け、シャント抵抗の両端電圧を差動入力とする差動増幅器を用いた電流検出回路が考えられる。
【００１９】
電圧変換部４の他の構成としては、例えば、図２（ｂ）のように、各素子の組み付けを変更した昇圧型の構成、あるいは図２（ｃ）のように、図２（ａ）と図２（ｂ）を組み合わせた昇降圧型の構成、も考えられる。
【００２０】
電圧制御部６としては、たとえば、電圧変換部４が出力する所望の電圧を入力電圧としてフィードバックし、所望の電圧と入力電圧との偏差を制御量として、スイッチング周波数内における半導体スイッチング素子５のオン時間またはオフ時間を演算し、半導体スイッチング素子５の制御信号であるゲート駆動信号を出力する、いわゆる一般的に知られているパルス幅変調回路（ＰＷＭ制御回路）、およびゲート駆動回路が考えられる。
【００２１】
図３は、本発明の実施の形態１に係るスイッチング電源装置１における電圧制御部６の三角波生成回路の一例を示す図である。本実施の形態１において、パルス幅変調回路に相当する三角波生成回路は、例えば、この図３に示すような、スイッチング周波数が拡散できる構成を有している。
【００２２】
図３において、アナログあるいはデジタルのタイマ回路（図示せず）を利用したパルスジェネレータ１４が、パルス列を出力する。出力パルスは、カウンタ回路１５に入力され、カウントアップされるとともに、ＤＡコンバータ１６を介してスイッチング周波数に合致した三角波が出力される。
【００２３】
ここで、周波数拡散としては、パルスジェネレータ１４内のタイマ回路におけるタイマ時間を連続的、あるいは離散的に変化させる方法が考えられる。また、周波数拡散を実施する上での周波数の変動幅の制約として、拡散周波数（変動幅）は、スイッチング周波数よりも小さく、かつ放射ノイズ測定時のレゾリューションバンド幅（たとえば、１０ｋＨｚ）よりも大きくなければならない。
【００２４】
周波数拡散制御部７は、負荷回路３または直流電源２の状態を入力として、周波数拡散制御の実施要否を判断する。図４は、本発明の実施の形態１に係るスイッチング電源装置１における周波数拡散制御部７の一例を示す図である。周波数拡散制御部７の構成としては、たとえば、図４に示すように、コンパレータ１７ａとアナログタイマ回路１８を用いる方法が考えられる。
【００２５】
図５は、本発明の実施の形態１に係るスイッチング電源装置１における周波数拡散制御部７のタイミングチャートである。より具体的には、先の図４における回路構成を有する周波数拡散制御部７の動作を説明するタイミングチャートである。以下、図４の回路動作について、図５のタイミングチャートを用いて説明する。
【００２６】
図５の時間Ｔ０において、コンパレータ１７ａのプラス側入力端子には、定電圧源１９から、しきい値となる定電圧が印加されている。また、コンパレータ１７ａのマイナス側入力端子には、アナログタイマ回路１８内のコンデンサの電圧値が印加されている。
【００２７】
コンデンサの電荷がない状態なので、コンパレータ１７ａの出力としては、Ｈｉ信号となっている。なお、このとき、ウォッチドッグパルス信号は、Ｌｏ信号の状態である。時間Ｔ０から時間Ｔ１の期間は、アナログタイマ回路１８内の定電流源によって、コンデンサが充電されて、電位が上昇する。
【００２８】
そして、時間Ｔ１において、ウォッチドッグパルス信号がＨｉ信号に変化するので、トランジスタ２１がオンし、アナログタイマ回路１８内のコンデンサの電荷が放電される。従って、コンパレータ１７ａのマイナス側入力端子は、時間Ｔ０の状態の電圧値になる。
【００２９】
そして、時間Ｔ２において、ウォッチドッグパルス信号が再びＬｏ信号に変化する。この結果、アナログタイマ回路１８内の定電流源によって、コンデンサが充電されて、コンパレータ１７ａのマイナス側入力端子に印加される電圧が上昇する。
【００３０】
もし、ウォッチドッグパルス信号が、あらかじめ決められた時間内に入力されなければ、図５の時間Ｔ３のように、コンパレータ１７ａのマイナス側入力電圧がプラス側入力電圧を上回り、コンパレータ１７ａは、Ｌｏ信号を出力する。
【００３１】
このように、負荷回路３が出力するウォッチドッグパルス信号が、あらかじめ決められた時間内に入力された場合には、負荷回路３が所定の動作状態であるため、コンパレータ１７ａの出力は、Ｈｉ信号のままとなる。
【００３２】
そして、このようにＨｉ信号が周波数拡散制御部７から出力されている状態では、電圧制御部６は、周波数拡散制御を実施するように、先の図３に示したパルスジェネレータ１４内のタイマ回路におけるタイマ時間を連続的、あるいは離散的に変化させる。すなわち、コンパレータ１７ａから出力されるＨｉ信号は、拡散制御許可信号に相当し、Ｌｏ信号は、拡散制御禁止信号に相当する。
【００３３】
一方、負荷回路３が出力するウォッチドッグパルス信号が、あらかじめ決められた時間内に入力されなかった場合には、負荷回路３が所定の動作状態でないので、コンパレータ１７ａの出力は、Ｌｏ信号に変化する。そして、このようにＬｏ信号が周波数拡散制御部７から出力されている状態では、電圧制御部６は、周波数拡散制御を禁止する。
【００３４】
なお、周波数拡散制御部７の構成として、ウォッチドッグパルス信号の立ち上がりエッジの周期性を監視する回路構成を、図４に一例として挙げた。しかしながら、本発明は、このような回路構成に限定されるものではない。例えば、ウォッチドッグパルス信号の立ち上がりエッジ、および立下りエッジの周期性を判断するウィンドウ方式の監視回路を用いることが考えられ、このような監視回路を用いることで、より好適に負荷回路３の動作状態を判定することができる。
【００３５】
あるいは、さらに詳細に負荷回路３の動作状態を知る方法として、照会応答方式を用いることが考えられる。図６は、本発明の実施の形態１に係るスイッチング電源装置１における周波数拡散制御部７の別の構成例を示す図である。図６に示す周波数拡散制御部７は、内部に通信回路８ｂを備えており、通信回路８ｂを介して、照会要求を負荷回路３内の通信回路８ａに送信する。
【００３６】
これに対して、負荷回路３は、通信回路８ａを介してマイコンまたはＡＳＩＣを含む集積回路９が紹介要求を受け取るとともに、照会応答を出力する。周波数拡散制御部７は、集積回路９からの照会応答が正しければ、周波数拡散制御を実施することとなる。
【００３７】
以上のように、実施の形態１によれば、負荷回路内のマイコンやＡＳＩＣが出力するウォッチドッグパルス信号の周期性、あるいは負荷回路との照会応答が、あらかじめ決められた要件を満たしている場合には、負荷回路が所定の動作状態であると判断して、周波数拡散制御を実施する構成を備えている。この結果、負荷回路が動作していない軽負荷時に周波数拡散を実施してしまうことにより、電源出力が不安定になってしまうことを、未然に防止することができる。
【００３８】
さらに、負荷回路の消費電流が大きい状態において、周波数拡散制御を実施することができる。この結果、放射ノイズを抑制し、電波適合性との両立を図ることができる。
【００３９】
実施の形態２．
本実施の形態２では、先の実施の形態１に加え、直流電源の状態も監視することで、より好適に周波数拡散制御の実施要否を判断する方法について説明する。なお、本実施の形態２では、電圧変換部４として、昇降圧動作ができる先の図２（ｃ）の構成を対象として、説明する。
【００４０】
図７は、本発明の実施の形態２におけるスイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態２における周波数拡散制御部７は、先の実施の形態１の構成に加え、直流電源２の給電電圧、およびスイッチング電源装置１の出力電圧を入力とするコンパレータ１７ｂをさらに有している。
【００４１】
そして、コンパレータ１７ｂは、直流電源２からの給電電圧が、スイッチング電源装置１の出力電圧よりも低ければ、Ｌｏ信号を出力して、周波数拡散制御を禁止することができる。
【００４２】
以上のように、実施の形態２によれば、負荷回路内のマイコンやＡＳＩＣが出力するウォッチドッグパルス信号の周期性、あるいは負荷回路との照会応答が、あらかじめ決められた要件を満たしている場合には、負荷回路が所定の動作状態であると判断して、周波数拡散制御を実施する構成を備えている。この結果、負荷回路が動作していない軽負荷時に周波数拡散を実施してしまうことにより、電源出力が不安定になってしまうことを、未然に防止することができる。
【００４３】
さらに、負荷回路の消費電流が大きい状態において、周波数拡散制御を実施することができる。この結果、放射ノイズを抑制し、電波適合性との両立を図ることができる。
【００４４】
加えて、実施の形態２によれば、直流電源から給電される電圧を監視し、スイッチング電源装置が昇圧動作を行う場合には、直流電源が所定の状態ではないと判断して、周波数拡散制御を禁止する構成を備えている。この結果、電力変換効率が悪く、電源としての余力が少ない昇圧動作時においても、安定して負荷回路に給電ができるというさらなる効果を実現できる。
【００４５】
実施の形態３．
本実施の形態３では、先の実施の形態２の構成と比較して、より簡潔に負荷回路３の状態を監視し、周波数拡散制御の実施要否を判断する方法について説明する。
【００４６】
図８は、本発明の実施の形態３におけるスイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。すなわち、本実施の形態３における図８の構成は、先の実施の形態２における図７の構成と比較すると、電流センサ１３を有するとともに、コンパレータ１７ｂの代わりに、コンパレータ１７ｃを備えており、コンパレータ１７ｃに接続されている入力信号が異なっている。
【００４７】
電流センサ１３は、電圧変換部４内のコイル１１を流れる電流を検出する。そして、コンパレータ１７ｃは、コイル１１を流れる電流が０よりも大きく、正の値であれば、Ｈｉ信号を出力して、周波数拡散制御を実施する。逆に、コンパレータ１７ｃは、コイル１１を流れる電流が０、または負の値であれば、Ｌｏ信号を出力して、周波数拡散制御を禁止する。
【００４８】
以上のように、実施の形態３によれば、電圧変換部内のコイルを流れる電流が常に０よりも大きい場合、すなわち、スイッチング電源装置が連続モードで動作している場合には、負荷回路が所定の動作状態であると判断して、周波数拡散制御を実施する構成を備えている。この結果、負荷回路が動作していない軽負荷時に周波数拡散制御を実施することにより、電源出力が不安定になってしまうことを、未然に防止することができる。
【００４９】
さらに、負荷回路の消費電流が大きい状態において、周波数拡散を実施することができる。この結果、放射ノイズを抑制し、電波適合性との両立を図ることができる。
【００５０】
実施の形態４．
本実施の形態４では、実施の形態１〜３で説明した本発明に係るスイッチング電源装置を、電力変換装置に適用する具体例について説明する。
【００５１】
図９は、本発明の実施の形態４における車両用の電力変換装置の構成を示すブロック図である。なお、本実施の形態４では、車両用の電力変換装置を一例として説明するが、本発明に係るスイッチング電源装置の適用対象となる電力変換装置は、車両用に限定されるものではない。
【００５２】
電力変換装置１００は、三相ブリッジ回路６０と、ブリッジ制御部７０とを備えて構成されている。三相ブリッジ回路６０は、パワー半導体スイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴを２個直列接続した相ブリッジ回路（直列体）を、３個並列に接続して構成されている。そして、各ＭＯＳＦＥＴのゲートは、ブリッジ制御部７０で駆動制御される。
【００５３】
各相ブリッジ回路のＭＯＳＦＥＴ間の接続点より上部のＭＯＳＦＥＴ６１ａ、６１ｂ、６１ｃは、上アームを構成し、下部のＭＯＳＦＥＴ６１ｂ、６２ｂ、６３ｂは、下アームを構成している。
【００５４】
なお、ＭＯＳＦＥＴを直列接続した直列体を２個並列に接続して１相のブリッジ回路を構成してもよい。また、ブリッジ回路は、交流回転電機２０の相数に応じて、相ブリッジ回路の並列数が決まるものであり、３相以外に、２相や６相等の他相ブリッジ回路であってもよい。
【００５５】
ブリッジ回路６０の一方の端子である高電位側の直流端Ｐは、電気配線１１０を介して、充放電可能な直流電源２（バッテリ）の高電位側端に接続されている。また、ブリッジ回路６０の他方の端子である低電位側の直流端Ｎは、車両のボディーアースおよび電気配線（共に図示省略）を介して、直流電源２の低電位側端に接続されている。
【００５６】
また、ブリッジ回路６０の三相出力端子、すなわち、２個のＭＯＳＦＥＴを直列接続した直列体の接続点Ｕ、Ｖ、Ｗは、交流回転電機２０の３つの電機子巻線の巻線間のそれぞれに、個別に接続されている。
【００５７】
なお、交流回転電機２０の運転方法や、電力変換装置１００の具体的な交流−直流電力変換方法、あるいは直流−交流電力変換方法については、従来から提案および実現されている種々の方法を適用できる。そこで、ここでは、これらの詳細な説明は、省略する。
【００５８】
先の実施の形態１〜３で説明した本発明に係るスイッチング電源装置１は、ブリッジ制御部７０内に設けられている。また、前述の負荷回路３としては、プリドライバＩＣ３０を用いたブリッジ制御回路、通信回路８ａ、および所望の電力変換を行うマイコンまたはＡＳＩＣを含む集積回路９が設けられている。
【００５９】
そして、先の実施の形態１、３と同様に、スイッチング電源装置１は、マイコンやＡＳＩＣから出力されるウォッチドッグパルス信号、あるいは電圧変換部４内のコイルを流れる電流の検出結果をもとに、負荷回路３の状態を判断する。そして、スイッチング電源装置１は、負荷回路３の消費電流が大きい状態において周波数拡散制御を実施する。この結果、放射ノイズを抑制し、電波適合性との両立を図ることができる。
【００６０】
また、先の実施の形態２と同様に、直流電源２から給電される電圧を監視し、スイッチング電源装置１が昇圧動作を行う場合には、直流電源２が所定の状態ではないと判断する。そして、スイッチング電源装置１は、直流電源２が所定の状態ではないと判断した場合には、周波数拡散制御を禁止する。この結果、エンジン始動時のスタータ駆動による過渡的な直流電源２の電圧低下が生じても、周波数拡散制御を禁止することができ、安定して負荷回路３への給電を実行できることとなる。
【符号の説明】
【００６１】
１  スイッチング電源装置、２  直流電源、３  負荷回路、４  電圧変換部、５  半導体スイッチング素子、６  電圧制御部、７  周波数拡散制御部、８ａ、８ｂ  通信回路、９  集積回路、１０  還流素子または整流素子、１１  コイル、１２  コンデンサ、１３  電流センサ、１４  パルスジェネレータ、１５  カウンタ回路、１６  ＤＡコンバータ、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ  コンパレータ、１８  アナログタイマ回路、１９  定電圧源、２０  交流回転電機、２１  トランジスタ、３０  プリドライバＩＣ、５０  内部電源電圧、６０  ブリッジ回路、６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ、６３ａ、６３ｂ  パワー半導体スイッチング素子、７０  ブリッジ制御部、１００  電力変換装置、１１０  電気配線。
【図１】
2017093009.tif 000003
【図２】
2017093009.tif 000004
【図３】
2017093009.tif 000005
【図４】
2017093009.tif 000006
【図５】
2017093009.tif 000007
【図６】
2017093009.tif 000008
【図７】
2017093009.tif 000009
【図８】
2017093009.tif 000010
【図９】
2017093009.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成29年2月9日(2017.2.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源からの給電電圧に対して電圧変換を施すことで所望の出力電圧を生成し、下流に接続された負荷回路へ前記所望の出力電圧を給電するスイッチング電源装置であって、
半導体スイッチング素子と、電圧を安定化させるコイルおよびコンデンサとを有し、制御信号に応じて前記半導体スイッチング素子がオン／オフ制御されることで、前記電圧変換として降圧動作または昇圧動作を行い、前記所望の出力電圧を生成して前記負荷回路に給電する電圧変換部と、
前記直流電源からの前記給電電圧、前記電圧変換部の出力電圧、または前記コイルを流れる電流、の少なくとも１つの情報をもとに、スイッチング周波数内における前記半導体スイッチング素子のオン時間またはオフ時間を演算し、前記半導体スイッチング素子をオン／オフ制御させるための前記制御信号を出力する電圧制御部と、
前記負荷回路または前記直流電源の状態の監視結果により、スイッチング周波数の拡散制御の実施要否を判断し、拡散制御許可信号または拡散制御禁止信号を出力する周波数拡散制御部と
を備え、
前記電圧制御部は、前記周波数拡散制御部から前記拡散制御許可信号を受信した場合には、スイッチング周波数の拡散制御を実行し、拡散制御されたスイッチング周波数に基づいて生成した前記制御信号を出力する
スイッチング電源装置。
【請求項２】
前記周波数拡散制御部は、前記負荷回路が出力するウォッチドッグパルス信号が、あらかじめ決められた周期で出力されている場合には、前記拡散制御許可信号を出力し、その他の場合には、前記拡散制御禁止信号を出力する
請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記周波数拡散制御部は、前記負荷回路に対して出力した照会要求信号の応答として、前記負荷回路から照会応答信号を受信した場合には、前記拡散制御許可信号を出力し、その他の場合には、前記拡散制御禁止信号を出力する
請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】
前記周波数拡散制御部は、前記直流電源の給電電圧が、前記電圧変換部の出力電圧以下の場合には、前記拡散制御禁止信号を出力し、その他の場合には、前記拡散制御許可信号を出力する
請求項２または３に記載のスイッチング電源装置。
【請求項５】
前記周波数拡散制御部は、前記電圧変換部内の前記コイルを流れる電流値を読み取ることで前記負荷回路の状態を監視し、前記直流電源から前記負荷回路へ流れる方向を正と規定し、前記電流値が常に０よりも大きい正の値をとる連続モードである場合には、前記拡散制御許可信号を出力し、その他の場合には、前記拡散制御禁止信号を出力する
請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項６】
パワー半導体スイッチング素子を直列接続して上下アームを構成した相ブリッジ回路が複数個並列接続されるとともに、前記相ブリッジ回路の両端が充放電可能な直流電源に接続され、前記相ブリッジ回路の上下アームの前記パワー半導体スイッチング素子同士の接続点が多相回転電機の電機子巻線の交流端子に接続されたブリッジ回路と、
前記ブリッジ回路をスイッチング制御することで、交流−直流電力変換制御あるいは直流−交流電力変換制御を実行するブリッジ制御部と
を備えた電力変換装置であって、
前記ブリッジ回路は、請求項１から５のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置を使用し、
前記ブリッジ制御部は、スイッチング周波数の拡散制御の実施要否を判断して、前記パワー半導体スイッチング素子のスイッチング制御を実行する
電力変換装置。