(57)【要約】  この特許出願はスイッチング電源を記載し、当該電源は、第１周波数及び第１位相を有する第１作動電圧によって生成された第１出力電圧を持ち、当該電源は、当該電源によって給電される装置における電磁干渉で引き起こされる障害が低減されるように、第１周波数及び/又は第１位相を設定するように適応される。さらに、本特許出願によるスイッチング電源を有する超音波システムが記載され、当該超音波システムは、電源の第１周波数及び/又は第１位相を設定することによって障害を低減するように適応される。さらに、本特許出願は、本特許出願によるスイッチング電源を有する無線受信機を記載し、当該無線受信機は、電源の第１周波数及び/又は第１位相を設定することによって障害を低減するように適応される。さらに、本特許出願によるスイッチング電源を有する無線通信を実現する装置が記載され、当該装置は、電源の第１周波数及び/又は第１位相を設定することによって障害を低減するように適応される。
2012505627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング電源であって、当該電源は、第１周波数及び第１位相を持つ第１作動電圧によって生成された第１出力電圧を持ち、当該電源によって給電される装置における電磁干渉で引き起こされる障害が低減されるように前記第１周波数及び/又は前記第１位相を設定する、スイッチング電源。
【請求項２】
前記電源は超音波装置に電源供給するように適応され、前記超音波装置は動作ドップラー周波数を持ち、前記電源は、前記第１周波数及びその高調波が前記動作ドップラー周波数と異なるように前記第１周波数を設定する、請求項１に記載のスイッチング電源。
【請求項３】
前記電源は電子装置に電源供給するように適応され、前記電子装置は動作周波数を持ち、前記電源は、前記第１周波数及びその高調波が前記動作周波数と異なるように前記第１周波数を設定する、請求項１又は請求項２に記載のスイッチング電源。
【請求項４】
第１位相を持つ第１作動電圧によって生成された第１出力電圧及び第２位相を持つ第２作動電圧によって生成された第２出力電圧を持ち、前記障害が低減されるように、前記第２位相に対する前記第１位相を制御する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のスイッチング電源。
【請求項５】
前記第１作動電圧がオフに切り替えられたとき又はその後に前記第２作動電圧がオンに切り替えられる、請求項４に記載のスイッチング電源。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電源を製造する方法であって、前記電源により給電される装置における電磁干渉で引き起こされる障害が低減されるように前記第１周波数及び/又は前記第１位相が設定されるように前記電源を適応させるステップを有する方法。
【請求項７】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のスイッチング電源を有する超音波システムであって、前記電源の前記第１周波数及び/又は前記第１位相を設定することによって前記障害を低減する、超音波システム。
【請求項８】
請求項７に記載の超音波システムを製造する方法であって、前記システムにおける電磁干渉で引き起こされる障害が低減されるように前記第１周波数及び/又は前記第１位相が設定されるように前記システムを適応させるステップを有する方法。
【請求項９】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のスイッチング電源を有する無線受信機であって、前記電源の前記第１周波数及び/又は前記第１位相を設定することによって前記障害を低減するように適応される、無線受信機。
【請求項１０】
請求項９に記載の無線受信機を製造する方法であって、前記無線受信機における電磁干渉で引き起こされる障害が低減されるように前記第１周波数及び/又は前記第１位相が設定されるように前記無線受信機を適応させるステップを有する方法。
【請求項１１】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のスイッチング電源を有する無線通信を実現する装置であって、前記電源の前記第１周波数及び/又は前記第１位相を設定することによって前記障害を低減するように適応される装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置を製造する方法であって、前記装置における電磁干渉で引き起こされる障害が低減されるように前記第１周波数及び/又は前記第１位相が設定されるように前記装置を適応させるステップを有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスイッチング電源に関する。特に本発明は、本発明による電源を製造するための方法に関する。さらに本発明は、本発明によるスイッチング電源を含む超音波システムに関する。さらに本発明は、本発明による超音波システムを製造するための方法に関する。特に本発明は、本発明によるスイッチング電源を含む無線受信機に関する。さらに本発明は、本発明による無線受信機を製造するための方法に関する。さらに本発明は、本発明によるスイッチング電源を含む無線通信を実現する装置に関連する。特に本発明は、本発明による装置を製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源のコンセプトは既知であり、長年にわたって実践されている。減少したサイズ、重さ及び増加した効率は、スイッチング電源を、電圧レベルを変換する必要がある場合の選択の設計アーキテクチャにした。スイッチング電源は、電圧変換を提供するために、反応性コンポーネント（インダクタ又はキャパシタ）へのDCソースをスイッチングすることによって動作する。高い効率は、飽和スイッチング素子（一般的に大電流FET）及び非常に高速なスイッチング時間の使用により実現される。
【０００３】
スイッチング電源の１つの周知の欠点は、それらの出力に結合されるか又は回路から電磁放射される可能性がある大きい過渡応答を引き起こす傾向があることである。この望ましくないエネルギーは、スイッチャから放射されるのであれ導通されるのであれ、スイッチング周波数及びスイッチング周波数の整数倍高調波において発生する。
【０００４】
マイクロエレクトロニクスにおける進歩により、アプリケーションにおいて複数の技術ソリューションを用いることが頻繁に必要になる。これにより、異なる電圧の複数の大電流電源が必要になる。共通の入力電圧から動作する複数のスイッチャを実装している電源は、これらの異なる電圧を提供する便利な態様である。
【０００５】
多くの最新のアプリケーションはRFで動作し、スイッチング電源からの干渉の影響を受けやすい。特定の例は、超音波診断システム及びHF無線受信機を含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、電源によって給電される装置における電磁干渉で引き起こされる障害を低減するように適応されたスイッチング電源の必要性がある。特に、電源によって給電される装置における電磁干渉で引き起こされる障害を低減するように適応された電源を製造する方法の必要性が存在する。特に、電源によって給電される装置における電磁干渉で引き起こされる障害を低減するように適応されたスイッチング電源を含む超音波システムの必要性が存在する。特に、電源によって給電される装置における電磁干渉で引き起こされる障害を低減するように適応された電源を有する超音波システムを製造するための方法の必要性がある。特に、電源によって給電される装置における電磁干渉で引き起こされる障害を低減するように適応されたスイッチング電源を含む無線受信機の必要性がある。特に、電源によって給電される装置における電磁干渉で引き起こされる障害を低減するように適応された電源を有する無線受信機を製造するための方法の必要性がある。特に、電源によって給電される装置における電磁干渉で引き起こされる障害を低減するように適応された電源を有する無線通信を実現するための装置の必要性がある。特に、電源によって給電される装置における電磁干渉で引き起こされる障害を低減するように適応された電源を有する装置を製造するための方法の必要性がある。
【０００７】
これらの必要性は、独立請求項のうちの１つによる主題によって満たされることができる。本発明の有益な実施の形態は、従属請求項において説明される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、スイッチング電源が提案され、当該電源は、第１周波数及び第１位相を有する第１作動電圧によって生成された第１出力電圧を持ち、当該電源は、当該電源によって給電される装置における電磁干渉で引き起こされる障害が低減されるように第１周波数及び/又は第１位相を設定するように適応される。
【０００９】
本発明の要点は、以下のアイデアに基づくと考えられる。
【００１０】
スイッチング電源は、DC電圧をチョップするための決定された周波数によって動作している。このチョッピング周波数及びその高調波が障害をもたらす。障害は導線伝導タイプでありえる。スイッチング電源によって生成される障害が電磁放射を引き起こす可能性もある。障害は、スイッチング電源に接続されるか又はスイッチング電源の近傍に配置される電子装置の適切な機能を保証するために抑制されるべきである。本発明によれば、チョッピング周波数は、障害及び/又はその高調波が容易にフィルタリングされることができるように制御される。本発明の他の態様は、例えば装置の周波数がチョッピング周波数及び/又はその高調波と全く異なるので、障害が他の電子装置に影響を与えることができないように、チョッピング周波数を変更することである。
【００１１】
本発明の第２の態様によれば、請求項１から５のいずれか一項に記載の電源を製造する方法が提案され、当該方法は、電源によって給電される装置における電磁干渉で引き起こされる障害が低減されるように第１周波数及び/又は第１位相が設定されるように電源を適応させるステップを有する。
【００１２】
本発明の第３の態様によれば、請求項１から５のいずれか一項に記載のスイッチング電源を有する超音波システムが提案され、当該超音波システムは、電源の第１周波数及び/又は第１位相を設定することによって障害を低減するように適応される。
【００１３】
本発明の第４の態様によれば、請求項７に記載の超音波システムを製造する方法が提案され、当該方法は、システムにおける電磁干渉で引き起こされる障害が低減されるように第１周波数及び/又は第１位相が設定されるように前記システムを適応させるステップを有する。
【００１４】
本発明の第５の態様によれば、請求項１から５のいずれか一項に記載のスイッチング電源を有する無線受信機が提案され、当該無線受信機は、電源の第１周波数及び/又は第１位相を設定することによって障害を低減するように適応される。
【００１５】
本発明の第６の態様によれば、請求項９に記載の無線受信機を製造する方法を提案され、当該方法は、無線受信機における電磁干渉で引き起こされる障害が低減されるように第１周波数及び/又は第１位相が設定されるように無線受信機を適応させるステップを有する。
【００１６】
本発明の第７の態様によれば、請求項１から５のいずれか一項に記載のスイッチング電源を有する無線通信を実現する装置が提案され、前記装置は、電源の第１周波数及び/又は第１位相を設定することによって障害を低減するように適応される。
【００１７】
本発明の第８の態様によれば、請求項１１に記載の装置を製造する方法が提案され、当該方法は、前記装置における電磁干渉で引き起こされる障害が低減されるように第１周波数及び/又は第１位相が設定されるように前記装置を適応させるステップを有する。
【００１８】
本発明の実施の形態によれば、スイッチング電源が提案され、当該電源は超音波装置に電源供給するように適応され、当該超音波装置は動作ドップラー周波数を持ち、前記電源は、第１周波数及びその高調波が動作ドップラー周波数と異なるように前記第１周波数を設定するように適応される。
【００１９】
超音波システムの場合では、その周波数又は位相特性が、スイッチング電源からの干渉の影響を最小化及び軽減するために変更されるようにスイッチング周波数を制御することが有益である。例えば、スイッチング周波数を動作ドップラー周波数に同期させると、干渉がゼロ速度の出力において発生し、それは、クラッター・フィルタによって容易に拒絶されることができる。
【００２０】
本発明の他の実施例によれば、スイッチング電源が提案され、当該電源は電子装置に電源供給するように適応され、当該電子装置は動作周波数を持ち、当該電源は、第１周波数及びその高調波が動作周波数と異なるように第１周波数を設定するように適応される。
【００２１】
本発明の例示的な実施の形態によれば、スイッチング電源が提案され、当該電源は、第１位相を有する第１作動電圧によって生成される第１出力電圧、第２位相を有する第２作動電圧によって生成される第２出力電圧を持ち、前記電源は、障害が低減されるように第２位相に対して第１位相を制御するように適応される。
【００２２】
多くの場合、RF感受性装置は、複数のRF周波数で動作するように設計されている。超音波システムは、異なる臨床アプリケーションのための異なる周波数を用いる。無線受信機は、一般的に多くの理由のために調整可能である。したがって、特定の及び動的な関連する帯域における出力干渉を低減するように設定されることができる複数のスイッチング電源アーキテクチャの必要性が存在する。
【００２３】
特に、スイッチャの位相が上述のように単純な一定の均等に分配された仕方で制御されない場合、望ましくないエネルギーを最も相殺する周波数帯域を制御することが可能である。本発明は、複数のスイッチング位相で動作している複数の出力スイッチング電源のコンセプトを取り込むことを試み、スイッチング位相は、望ましい周波数帯域における出力干渉を低減するような働きをする任意の態様で動的に制御可能である。
【００２４】
例えば、４つの電源の単純な場合では、スイッチャのうちの２つが０位相で動作し、他の２つが１８０°で動作するように選択することによって、干渉の最大の低減がスイッチング周波数の第２高調波で生じるように制御されることができる。これは、スイッチング周波数の２倍及び偶数の整数高調波における、より高レベルの干渉をもたらす。RF感受性装置がスイッチング周波数の奇数の高調波周波数で動作することを必要とする場合、これは適切である。RF装置が、他の時に、スイッチング周波数の第３高調波において動作することも要する場合、スイッチャは、個々のスイッチャ間で90°の位相差で動作するように再構成されることができる。これは、基本的なスイッチング周波数の４倍の倍数ではない周波数における干渉の低減をもたらす。
【００２５】
本発明の他の実施例によれば、スイッチング電源が提案され、当該電源は、第１作動電圧がオフに切り替えられたとき又はその後に第２作動電圧がオンに切り替えられるように適応される。
【００２６】
全て同じ周波数で動作する複数のスイッチャの場合について、この場合には、全てのスイッチャは同位相で動作し、各々のスイッチャからのエネルギーはコヒーレントに加算されることができ、大きなインパルス干渉をもたらす。これは、二次元超音波画像を大幅に低下させる場合がある。
【００２７】
この問題を軽減するアプローチは、大きいインパルスへと雑音が加算されないように、複数のスイッチャの位相を制御することである。具体的には、N個のスイッチャがある場合、M番目のスイッチャは、(M/N)*360°の相対位相においてそのスイッチング・イベントを開始するように制御されることができる。これは、スイッチング・イベントのエネルギーを全スイッチング期間にわたって分散させるように作用し、それによって、スイッチャの雑音のピーク・インパルス・エネルギーを低減する。
【００２８】
しかしながら、このアプローチに関する問題が存在する。スイッチャからの干渉は、スイッチング周波数の整数高調波で発生する。スイッチング周波数が動作周波数より小さい場合、スイッチング周波数の高調波は、依然として動作周波数帯域中に含まれる場合がある。
【００２９】
N個のスイッチャのスイッチング・イベントを制御するために使用される位相が上の例のように単純に均等に分配される場合、これは、さまざまな周波数で高調波成分の相殺及び増大を引き起こす役目をする。例えば、180°位相がずれて動作する２つのスイッチャの単純なケースにおいて、基本的なスイッチング周波数のエネルギーは相殺する。しかしながら、
V = A sin (w*t + phi) 
w =角周波数
t =時間
phi =位相
で記述される基本正弦成分を所与として、N番目の高調波は、
Vn = A sin (n*w*t + n * phi)
によって記述される。
【００３０】
特に、基本の位相がphiによって調整されるので、N番目の高調波の位相は、N掛けるphiによって調整される。
【００３１】
この結果、N個のスイッチャが１つのスイッチング期間にわたって均等な間隔で位相をずらされる複数の出力スイッチング電源の高調波におけるエネルギーは、スイッチング周波数のN番目の高調波に対応する周波数で増強される。
【００３２】
このN番目の高調波は、RF感受性装置（例えば超音波システム）の関連する通過帯域に含まれることができる。
【００３３】
上で定められた態様及び実施の形態並びに本発明の詳細は、図を参照して以下で説明される例示的な実施の形態から明らかであるが、本発明はそれらに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】１つのDC出力を有するスイッチング電源を示す図。
【図２】２つの異なるDC出力を有するスイッチング電源を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図1は、スイッチング電源106のブロック図を示す。入力が示され、この場合、本線入力（mains input）である。スイッチング電源の入力は、他のAC電圧又はDC電圧によって供給されることもできる。入力がDC電圧によって供給される場合、入力電圧を整流化する必要はない。したがって、この場合には、入力整流器101は省略されることができる。入力がAC電圧によって供給される場合には、入力電圧は入力整流器101によって整流化される。通常、本線電源に由来する障害を抑制するために、フィルタが入力整流器101と組み合わせられる。結果として生じる整流化されたDC電圧が、インバータ102によってチョップされる。このインバータ102はチョッパ制御装置105によって制御され、チョッパ制御装置105は第１周波数及び第１位相によりインバータ102を制御する。第１周波数及び第１位相によってチョップすることにより、第１周波数及び第１位相を持つ第１作動電圧が生成される。この第１作動電圧は出力変換器103に供給され、出力変換器103は、電気的絶縁のために重要である。出力変換器の二次電圧は、出力整流器104によって整流化される。通常、出力整流器104はさらに、第１作動電圧をチョップすることによる障害を抑制するためのフィルタを含む。結果として生じる第１出力電圧は、第１出力電圧の閉ループ制御を提供するために、チョッパ制御装置105によって監視される。チョッパ制御装置105は、第１周波数及び第１位相を制御する。障害の周波数は、第１周波数によって決定される。本発明によれば、チョッパ制御装置105は、例えばスイッチング電源の出力において測定されることができる障害を最小化するために、第１周波数及び第１位相を変更する。
【００３６】
図2は、スイッチング電源のブロック図を示し、このスイッチング電源は、図1に記載される種類の２つのスイッチング電源を有する。入力が示され、DC電圧と同様に本線電源が存在することができる。DC電圧が存在する場合、入力整流器201, 206の必要性はない。インバータ202及び207、出力変換器203, 208並びに出力整流器204, 209が存在する。インバータ202の出力電圧は、第１周波数及び第１位相を有する第１作動電圧である。インバータ207の出力電圧は、第２周波数及び第２位相を有する第２作動電圧である。出力整流器204の出力電圧は、第１出力電圧である。出力整流器209の出力電圧は、第２出力電圧である。第１出力電圧及び第２出力電圧は、チョッパ制御装置205で測定される。２つのチョッパ制御装置を持つ代わりに、１つのみが存在する。この１つのチョッパ制御装置205は、例えば第１出力電圧及び/又は例えば第２出力電圧において測定されることができる障害が最小化されるように第１及び/若しくは第２周波数並びに/又は第１及び/若しくは第２位相を制御するように適応される。
【００３７】
前記説明は、全てのスイッチャが等しい干渉成分を引き起こすという単純化した仮定を組み込む。これは、特に正と負の電圧出力がある場合、殆どありえないケースである。しかしながら、一致しない出力を仮定しても、特定の関連する帯域における低減された干渉レベルをもたらすスイッチング位相設定を見いだすことが可能である。
【００３８】
「有する」「含む」などの用語は他の要素又はステップを除外せず、単数の表現は複数を除外しないことが留意されるべきである。それぞれの実施の形態に関連して説明された要素が組み合わされることもできる。
【００３９】
請求の範囲における参照符号は、請求の範囲を制限するものとして解釈されてはならないことが留意されるべきである。
【符号の説明】
【００４０】
101 入力整流器及びフィルタ
102 インバータ
103 出力変換器
104 出力整流器及びフィルタ
105 チョッパ制御装置
201 入力整流器及びフィルタ
202 インバータ
203 出力変換器
204 出力整流器及びフィルタ
205 チョッパ制御装置
206 入力整流器及びフィルタ
207 インバータ
208 出力変換器
209 出力整流器及びフィルタ
210 チョッパ制御装置
【図１】
2012505627.tif 000003
【図２】
2012505627.tif 000004
【国際調査報告】
2012505627.tif 000005
2012505627.tif 000006
2012505627.tif 000007
2012505627.tif 000008
2012505627.tif 000009