开关装置和相关操作方法

专利名称：开关装置和相关操作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于操作开关功率元件的开关装置和相关操作方法，并且更具体地涉及一种执行开关控制以便抑制开关功率元件操作期间出现的开关噪声的开关装置和相关操作方法。
背景技术：
这类开关装置包括在例如在车辆上安装的随车携带的功率电子装置中使用的开关装置。通过在车辆上安装这种随车携带的功率电子装置，噪声在该开关装置操作期间出现，并且与由车辆上的无线电接收机选择的广播电台的频率重叠。利用与噪声重叠的所选广播电台的频率，汽车的音频单元的麦克风输出可听到的频率(声音)，该频率与噪声混合，使用户有不舒服的感觉。
本领域已知的技术，为了抑制这种噪声，应用频谱扩散方案来扩散开关频率的谐波分量的能量，以便消除平均噪声的能级。但是，尽管这种技术有可能降低由各个开关频率和关联谐波引起的噪声的能量，但是在有关领域中却遇到了困难，其中当开关频率和关联谐波与广播电台的频率重叠时，扬声器以不舒服的方式输出噪声。
此外，尽管可以想象到，在开关装置的输出侧上提供噪声滤波器，以实现从扬声器输出的噪声减小，但是为了能够足够地抑制来自扬声器的噪声，噪声滤波器的结构变得复杂并且尺寸变大。
为了解决这个问题，迄今对此做出了努力，以提供一种开关装置，其被安排用于设置开关功率元件的开关频率，使得开关频率的谐波具有与所选广播电台的频带的给定关系，如日本专利公开出版的No.2002-335672和No.2003-88101中所披露的。即是，利用这种开关装置，生成一串驱动脉冲，使得开关频率被设置成与所选广播电台不同的规定频率，从而使扬声器避免了输出噪声。
但是，由于形成开关装置的构件的片到片(piece to piece)的变化，开关频率容易随用给定关系设置开关频率时产生的困难而变化，所述给定关系相对所选广播电台的频带来维护。并且，在通常的实践中，AM广播电台具有一个具有范围在“9kHz”(日本)和“10kHz”(美国)中的频带(带宽)的电台。因此，在这样窄的频带内以给定关系来设置开关频率似乎就不那么容易了。

发明内容
本发明针对上述的问题，并且其目的是提供一种用于以一种方式来执行开关控制的开关装置和相关操作方法，以便适当地抑制在传递可听信息时由开关控制所导致的噪声引起的干扰的出现。
为了实现这个目的，本发明的一个方面提供了一种用于重复接通和关断开关功率元件的开关装置，包括存储基本模式的存储器、驱动脉冲生成器，被配置成对于一个重复循环时间，按照存储在存储器中的基本模式生成一串驱动脉冲，该重复循环时间包括与驱动脉冲的前沿相关联的超前时间间隔和与驱动脉冲的后沿相关联的拖后时间间隔，其中超前时间间隔和拖后时间间隔中的至少一种彼此互不相同。在开关频率和关联的谐波间歇地重叠给定频率的条件下，重复循环时间的倒数远离可听频带，其中开关频率是由超前时间间隔和拖后时间间隔中的至少一种所产生的，而给定频率是开关装置需要进行噪声抑制测量的频率。
利用上述结构，在扩散的定时上接通和关断开关功率元件，该扩散的定时是由基本模式彼此不同的超前时间间隔和拖后时间间隔引起的。因此，开关频率和关联谐波可在很宽的频率范围中扩散并且不相互重叠，使平均噪声降低到比在以现有技术中使用的固定时间间隔上操作开关功率元件时出现的能级更低的能级。
但是，即使降低了噪声的平均能级，开关频率和关联谐波很可能重叠给定频率。在这种情况下，噪声可能混合到具有给定频率的可听信息的信号(话音信号)。在这一方面，驱动脉冲串的重复循环时间的倒数被设置为远离可听频带。因此，即使给定频率与开关频率和关联谐波重叠而引起噪声出现，从最后一级上的扬声器输出的噪声没有落入可听频带内。这充分地抑制了在通信中由干扰可听信息所引起的噪声。
驱动脉冲生成器可包括频率扩散装置，被安排用于存储基本模式，根据该基本模式，重复循环时间具有彼此不同的超前时间间隔和拖后时间间隔，使得由超前时间间隔和拖后时间间隔导致的开关频率以及关联谐波被扩散。表示基本模式的重复循环的扩散频率被设置成高于可听频带。
利用这种结构，开关功率元件可以具有基本模式的重复方式来工作，基本模式包括彼此不同的超前时间间隔和拖后时间间隔。这允许由驱动脉冲的超前时间间隔和拖后时间间隔导致的开关频率和关联谐波在不同的定时上扩散，这与现有相关技术正相反，从而使因开关控制所导致的噪声平均能级能够降低。
此外，利用上面的结构，表示基本模式的重复循环时间倒数的扩散频率被设置成高于可听频率。即使在由驱动脉冲的超前时间间隔和拖后时间间隔导致的开关频率和关联谐波以不连续的方式重叠给定频率的情况下，这也可靠地防止重复循环时间的倒数落入可听频率中。
基本模式被如此设置使得超前时间间隔和拖后时间间隔中的至少一种彼此完全不同。
利用上述结构，因为超前时间间隔和拖后时间间隔中的至少一种彼此完全不同，所以可以以进一步有利的方式来扩散由这些不同时间间隔引起的开关频率和关联谐波。
基本模式被如此设置使得在开关装置需要进行噪声抑制测量的频带中，开关频率的关联谐波彼此不重叠。
利用这种结构，在开关装置需要进行噪声抑制测量的频带中，开关频率的关联谐波彼此不重叠。因此，即使给定频率和特定谐波彼此重叠，只出现一个特定谐波也能够使与给定频率重叠的噪声能级降低。此外，利用如此方式设置的基本模式，避免了开关频率的所有关联谐波与给定频率重叠。因此，即使当开关频率的关联谐波重叠给定频率时，可以一种可靠的方式来使重叠不连续。
并且，上述的频带可等于给定频率或包括涉及这个给定频率的频带。
存储器存储由多个模式构成的基本模式，在所述多个模式下，超前时间间隔和拖后时间间隔彼此不同，并且占空比(duty)控制装置可操作用来在选择多个模式中的一个时执行占空比控制，以允许驱动脉冲分别具有占空比，在这些占空比之下，由超前时间间隔和拖后时间间隔导致的开关频率在可听频带中彼此不重叠。
利用上面提到的结构，基本模式包括导致超前时间间隔和拖后时间间隔彼此不同的多个模式。驱动脉冲的占空比被不定地设置，根据驱动脉冲的占空比，会出现这样的可能性，即是由基本模式中所确定的驱动脉冲的拖后时间间隔导致的开关频率在可听频带中彼此重叠并导致噪声能级增加。与这一问题作为对比，利用上述结构，因为基本模式包括可被选择用来允许驱动脉冲具有占空比的多个模式，在这些占空比之下，由驱动脉冲的拖后时间间隔导致的开关频率在可听频带中彼此不重叠。因此，这导致在任务控制期间成功地避免了噪声能级的增加。
存储器分别存储各个驱动脉冲的占空比，利用该占空比，由超前时间间隔和拖后时间间隔导致的开关频率以及关联谐波彼此不重叠，并且占空比控制装置可操作用于利用存储在存储器中的占空比来执行占空比控制。
由于存储器存储使由超前时间间隔和拖后时间间隔导致的开关频率彼此不重叠的驱动脉冲的占空比，所以占空比控制装置可容易执行占空比控制，而不会使由超前时间间隔和拖后时间间隔导致的开关频率以及关联谐波彼此重叠。
存储器可存储包括多个模式的基本模式，使得在该多个模式的一个中的驱动脉冲以及在该多个模式的另一个中的驱动脉冲具有不同的占空比，并且占空比控制装置根据所需要的占空比来选择多个模式中的一个。
利用具有在基本模式中确定的超前时间间隔和拖后时间间隔的驱动脉冲串来执行占空比控制，由所述时间间隔导致的开关频率很可能彼此重叠。利用上述的结构，根据所需要的占空比来选择基本模式的多个模式中的一个。此外，在利用驱动脉冲串来设置所需要的占空比的情况下，选择形成基本模式的多个模式中的另一个，其中所述驱动脉冲串在多个模式中的一个下确定，并且该多个模式中的一个中确定的驱动脉冲的时间间隔导致的开关频率彼此重叠。这就避免了开关频率彼此重叠。并且，在满足避免由驱动脉冲的时间间隔导致的开关频率彼此重叠的同时，可获得需要的占空比。
存储器可进行存储，占空比控制装置执行占空比控制以便在选择不同的占空比时为重复循环时间提供满足所需占空比的平均占空比。
在为了提供需要的占空比，为重复循环用驱动脉冲的超前时间间隔和拖后时间间隔来不定地控制占空比的情况下，由驱动脉冲的这些时间间隔引起的开关频率可能彼此重叠。但是，上述结构通过选择由基本模式的多个模式中的时间间隔提供的不同占空比之一来解决这样的问题。这从而避免了使得引发下述情况占空比的出现，该情况即是由驱动脉冲的这些时间间隔引起的开关频率彼此重叠。并且，利用在多个模式中确定的驱动脉冲来提供与需要的占空比相一致的平均占空比，开关装置能提供需要的占空比，而不引起由驱动脉冲的这些时间间隔引起的开关频率彼此重叠。
占空比控制装置可如此执行占空比控制以使得在开关装置需要进行噪声抑制测量的频带中，由驱动脉冲的超前时间间隔和拖后时间间隔导致的开关频率的关联谐波彼此不重叠。
利用上述的这种结构，可对重复循环时间的占空比进行各种控制，以便避免开关频率的关联谐波在上面提到的频带中彼此重叠。这从而避免了由谐波之间的重叠导致的频率中的噪声能级的增加。
并且，所述频带被设置成等于前述的给定频率并包括涉及这种给定频率的频带。
给定频率可包括落入无线电广播的频带中的频率，并且表达“重叠给定频率”是指相对给定频率的频率差落入一个无线电广播广播电台的带宽的状态。
各种无线电广播广播电台包括给定的频带(带宽)。在这个方面，通过利用一个广播电台使用的带宽来定义重叠状态，开关装置可被配置成适当地解决噪声与来自各个广播电台的频率相冲突的问题。
开关装置需要进行噪声抑制测量的给定频率包括广播电台的频率，并且表达“重叠给定频率”是指相对给定频率的频率差落入一个无线电广播广播电台的带宽的状态。
各种无线电广播广播电台包括给定的频带(带宽)。在这个方面，通过利用一个广播电台使用的带宽来定义重叠状态，开关装置可被配置成适当地解决噪声与来自各个广播电台的频率相冲突的问题。
频率扩散装置可操作用于分别使驱动脉冲的超前时间间隔移动给定的移动量。
在对开关功率元件进行开关控制期间，开关功率元件工作时通常伴随有浪涌噪声。在利用几乎等于具有浪涌的振铃频率的频带来执行可听信息的传递的情况下，可听信息的传输可能受到跟有振铃的功率浪涌的干扰，尤其当功率具有高的能量时。浪涌具有高的能级，其与存在于这种跟有振铃的浪涌中出现频率的特定频率中的噪声能级的显著增加有因果关系。
利用上述结构，因为使驱动脉冲的超前时间间隔移动给定的移动量，利用优选的方法来扩散浪涌的噪声能量。
本发明的另一方面提供了一种操作开关功率元件的方法，该方法包括准备开关功率元件，并且对于重复循环时间，以一种基本模式向该开关功率元件施加一串驱动脉冲，该重复循环时间具有与驱动脉冲的前沿相关联的超前时间间隔和与驱动脉冲的后沿相关联的拖后时间间隔，其中超前时间间隔和拖后时间间隔彼此互不相同。重复循环时间的倒数远离可听频带，因此由超前时间间隔和拖后时间间隔导致的开关频率以及关联谐波不重叠需要噪声抑制的给定频率。
利用上述的操作方法，利用对于重复循环时间，以基本模式的驱动脉冲串来驱动开关功率元件，其中驱动脉冲具有彼此互不相同的超前时间间隔和拖后时间间隔，从而使伴随有谐波的开关频率在使由开关频率和关联谐波引起的噪声能级最小化的频率中扩散。此外，重复循环时间的倒数远离可听频带。这允许开关频率和关联谐波不重叠需要噪声抑制的给定频率。
可以超前时间间隔模式和拖后时间间隔模式来分别确定超前时间间隔和拖后时间间隔，使得由超前时间间隔和拖后时间间隔引起的开关频率和关联谐波被扩散。
利用这种操作方法，在超前时间间隔模式和拖后时间间隔模式中定义驱动脉冲的超前时间间隔和拖后时间间隔。因此，驱动脉冲可驱动开关功率元件，使得以可靠的方式减少了开关频率和关联谐波。
超前时间间隔模式和拖后时间间隔模式被如此设置，使得开关频率和关联谐波在需要噪声抑制的给定频带中彼此不重叠。
利用这种操作开关功率元件的方法，开关频率和关联谐波在需要噪声抑制的给定频带中彼此不重叠。因此，将这种操作方法应用于合并在开关功率元件的开关装置使可听信息的传输以可靠的方式进行，而不受到因开关功率元件的开关控制所引起的噪声干扰的影响。
在超前时间间隔模式和拖后时间间隔模式中，超前时间间隔和拖后时间间隔彼此不同，以便允许驱动脉冲分别具有给定的占空比，通过该给定的占空比，开关频率和关联谐波在可听频带中彼此不重叠。
在超前时间间隔模式和拖后时间间隔模式中，将超前时间间隔和拖后时间间隔设置为彼此不同，驱动脉冲分别具有给定的占空比，而不引起开关频率和关联谐波在可听频带中彼此重叠。因此，驱动脉冲串可提供占空比，而不会干扰可听信息的传递。
重复循环时间可包括包含第一和第二时间周期的控制循环时间，所述第一和第二时间周期具有在超前时间间隔模式中的超前时间间隔和拖后时间间隔模式中的拖后时间间隔，并且其中第一和第二时间周期允许驱动脉冲分别具有彼此不同的给定占空比。
利用由第一和第二时间周期构成的重复循环时间的驱动脉冲串，在第一和第二时间周期之下，驱动脉冲具有在第一和第二时间周期中彼此不同的占空比，该第一和第二时间周期可提供占空比，而不会引起开关频率和关联谐波彼此重叠。
第一和第二时间周期可允许驱动脉冲具有与要求的占空比相一致的平均占空比。
利用由第一和第二时间周期确定的驱动脉冲来提供与要求的占空比相一致的平均占空比，开关功率元件可被操作用来提供要求的占空比，而不会引起开关频率和关联谐波彼此重叠。
驱动脉冲的前沿可分别从超前时间间隔的开始移动给定的移动量，使得开关频率和关联谐波在给定频带中彼此不重叠。
响应于驱动脉冲串来操作开关功率元件，驱动脉冲的前沿从超前时间间隔的开始移动给定的移动量，使具有由于驱动脉冲的时间间隔而引起的浪涌的谐波避免在给定频带中彼此重叠。因此，以可靠的方式实现了可听信息的传递，而不受谐波之间重叠的影响。


在附图中，其中图1是显示安装有功率控制装置的混合车辆的整体结构的示意图，其中功率控制装置合并了根据本发明的第一实施例的开关装置；图2是显示合并有第一实施例的开关装置的DC-DC转换器的电路图；图3A是在现有技术中为接通和关断开关功率晶体管而使用的一串脉冲的波形图；图3B是图示由驱动脉冲的时间间隔引起的开关频率彼此重叠的情况下的视图；图3C是图示由在图3A中所示的驱动脉冲串所引起的开关频率的噪声级的视图；图4是图示在现有技术的开关装置中遇到的开关频率噪声级的分析结果的视图；图5是图示在现有技术的开关装置中遇到的开关频率噪声级的另一分析结果的视图；图6A是由图2中所示的第一实施例的开关装置生成的一串驱动脉冲的波形图，以用于由第一实施例的开关装置执行的操作开关功率晶体管的方法；图6B是显示由图6A中所示的驱动脉冲的时间间隔如何产生开关频率的视图；图7A是由图2中所示的开关装置生成的另一串驱动脉冲的波形图；图7B是显示如何以比可听频率高的速度来切换两个驱动脉冲的示意图；图7C是显示如何以比可听频率高的速度来切换开关频率的视图；图8A是显示对由本发明的开关控制引起的噪声级进行测量的结果的视图；图8B是显示对由本发明的开关控制引起的噪声级进行测量的另一结果的视图，其中将开关频率扩散到比可听频率高的级别；图9A是显示以由两个时间间隔构成的基本模式形成的一串驱动脉冲的波形图，用于图示由时间间隔的后沿引起的开关频率问题；图9B是图示由驱动脉冲串提供的占空比和由后沿引起的开关频率之间的关系的视图；图10A是显示具有三个时间间隔的一串驱动脉冲的波形图，用于图示由三个时间间隔的后沿引起的开关频率问题；图10B是图示由驱动脉冲串提供的占空比和由三个时间间隔的后沿引起的开关频率之间的关系的视图；图11是图示驱动脉冲串的占空比和开关频率的重叠状态之间的关系的视图；图12A和12B是基于第一和第二基本模式的第一和第二驱动脉冲串的波形图，第一和第二基本模式根据开关频率的的重叠状态来切换；图12C和12D是图示在第一和第二基本模式下由驱动脉冲串提供的占空比区域的视图；图13是显示伴随有由操作开关功率元件时引起的振铃的浪涌噪声的波形图；图14A是显示由驱动脉冲串引起的浪涌噪声的扩散模式的波形，驱动脉冲串是由本实施例的开关装置生成的；图14B是显示由现有技术中生成的驱动脉冲串引起的浪涌噪声的扩散模式的波形；图15是在根据本发明的第二实施例中执行占空比控制的一串驱动脉冲的波形图；图16是在根据本发明的第三实施例中驱动脉冲串的占空比和彼此重叠的开关频率出现之间关系的映射表；图17A是以根据本发明的第四实施例的开关控制模式的由两个超前时间间隔构成的重复循环时间的一串驱动脉冲的波形图；
图17B是另一串驱动脉冲的波形图，以第四实施例的开关控制模式将该另一串驱动脉冲的前沿移动了最小的移动量；图18是显示了基本频率和关联谐波之间关系的图，用于图示关联谐波相互重叠的概率；图19A是与重复循环时间的三个超前时间间隔相关联的一串驱动脉冲的波形图；图19B是显示由图19A所示的驱动脉冲的前沿引起的开关频率如何包含谐波的视图；图19C是显示开关频率和关联谐波彼此如何重叠的视图；图20是以根据本发明的各个实施例修改的方式的一串驱动脉冲的波形图；图21是显示图2所示的DC-DC转换器另一个例子的电路图；图22A是包括可应用本发明的开关装置和操作方法的开关功率元件的倒相器的电路图；图22B是显示由图22A所示的倒相器生成的电压输出波形的视图；具体实施方式
『第一实施例』现在，参考附图，来描述根据本发明的第一实施例的开关装置，例如被应用于安装在混合车辆上的DC-DC转换器的开关装置。
图1显示了应用第一实施例的开关装置的混合车辆HV的整体结构。所示出的混合车辆HV包括引擎2、电动发动机4以及连接在引擎2和电动发动机4之间的配电装置6，用于传递驱动功率，由此来驱动轮子10，10。
电动发动机4具有向配电装置6提供驱动功率的功能，以及从配电装置6接收再生功率以便生成再生电功率的功能。电动发动机4电连接到包括DC-DC转换器、倒相器和高压电池的功率控制单元14。功率控制单元14将从电动发动机4生成的AC功率转换成存储为高压功率的DC功率。此外，功率控制单元14将高压功率转换成存储在电池16中的低压功率。
另外，无线电接收机18和扬声器19被安装在混合车辆HV上。无线电接收机18包括AM接收机和FM接收机。这里，AM接收机用作检测和解调作为音频信号而应用于扬声器19的已调波，用模拟AM调制来调制该已调波的载波。这个AM广播具有范围例如从510到1720kHz的频带。同时，FM接收机用作检测和调制受到频率调制的已调波，以便输出应用于扬声器19的音频信号。FM广播具有范围例如从76到108MHz的频带。
图2显示了功率控制单元14的DC-DC转换器20和控制装置(作为开关装置)的结构。
DC-DC转换器20被配置成绝缘类型的DC-DC转换器20。特别地，DC-DC转换器20由串联电路20A和适用于输出低压功率到电池16(图1)的低压电路20B组成，串联电路20A包括存储从倒相器传递的DC电流功率的高压电池15，倒相器将由图1中所示的电动发动机4生成的AC功率倒相，串联电路20A还包括开关功率元件26和变压器23的线圈23a。这里，低压电路20B由变压器23的线圈23b、和线圈23b串联连接的第一二极管27和感应线圈18组成。并且，第二二极管22连接在第一二极管27和感应线圈28之间的接合点和地之间。利用这种结构，可执行开关控制以重复地接通和关断开关功率元件26来控制DC-DC转换器20的输出。
由作为开关装置的微型计算机30执行开关控制。微型计算机30包括中央处理单元31和存储器32，中央处理单元31作为驱动脉冲生成器、频率扩散单元和占空比控制单元，存储器32被安排用于存储由驱动脉冲生成器31生成的一串驱动脉冲的基本模式。微型计算机30被提供了来自DC-DC转换器20的功率输出并使中央处理单元31根据存储在存储器32中的基本模式来生成一串驱动脉冲用来执行脉冲控制，根据该脉冲控制，驱动器40接通和关断开关功率元件26以便将DC-DC转换器20控制到期望的功率输出。更特别地，微型计算机30允许中央处理单元31用作为驱动脉冲生成器，用来以下面详细描述的方式将驱动脉冲串通过驱动器40输出到开关功率晶体管26。
在开关功率元件26在这种开关控制之下的开关操作期间，开关功率元件26生成可能与接收机18所选择的广播电台的频率重叠的噪声。由这种开关控制引起的噪声不仅包括辐射噪声还包括穿过图2所示的线路L1，L2的线路噪声。即是，与接收机18的地相连的线路L1连接到功率控制单元14的DC-DC转换器20，并且使接收机18和电池16相连的线路L2连接到功率控制单元14的DC-DC转换器20，使由DC-DC转换器20引起的噪声经由线路L1，L2而被施加到接收机18。
尤其是在由接收机8接收的广播电台频率与由开关控制引起的开关频率和关联谐波重叠时，由这种开关控制引起的噪声与所选的广播电台的频率混合。以下，将参考图3A到3C、图4和图5来描述该噪声的细节。
图3A显示了用于以现有技术开关装置中实施的方式来驱动开关功率元件26的一串脉冲。就此而言，开关功率晶体管26在接通时间期间(在逻辑电平为“H”的周期期间)或者在关断时间期间(在逻辑电平为“L”的周期期间)接通。例如，利用包括N沟道MOS晶体管的开关功率晶体管26，开关功率晶体管26在驱动脉冲保持在“H”的逻辑电平的周期期间接通。并且，利用包括P沟道MOS晶体管的开关功率晶体管26，开关功率晶体管26在驱动脉冲保持在“L”的逻辑电平的周期期间接通。并且，本发明在后面还结合了开关功率晶体管26在驱动脉冲保持在“H”逻辑电平的周期期间接通的示例情况来描述。
利用在现有技术中实施的如图3所示的驱动脉冲串的波形，驱动脉冲d1、d2具有具有时间间隔Th的前沿a1，a2和具有时间间隔Tl的后沿b1，b2。时间间隔Th和Tl被设置成彼此相等。因此，表示这些时间间隔倒数的各自开关频率fh，fl以图3B所示的相同频率出现，导致了开关频率fh，fl上噪声的平均能级增加(为了清楚起见，开关频率fh，fl在图3B中以稍微偏离的点来绘制)。由此，根据图3C所示，噪声在开关频率fh，fl和关联谐波的频率“fh×2，fh×3，fh×4，fh×5(fl×2，fl×3，fl×4，fl×5)”上具有增加的能级。
图4示出在开关功率晶体管在利用图3A所示脉冲串的开关控制下工作时出现的噪声能级的实验测试结果。如图4所示，用实线所示的两个峰值噪声和由虚线所示的平均噪声分别表现出高的能级。
这里，为了降低由开关频率导致的噪声能级，可想到执行各种控制方法，包括(a)其中使各个驱动脉冲的接通时间随机化的PWM控制；(b)其中设置了多个开关频率的PWM控制和(c)在规定模式下执行的开关控制，使得驱动脉冲的前沿和后沿被扩散以防止驱动脉冲的前沿和后沿不以固定的间隔出现。
图5显示了当利用上述的开关控制方法来执行开关控制时出现的典型噪声能级的实验测试结果。如图5所示，利用上述控制方法来执行开关控制允许显著降低噪声的平均能级。即是，图5所示的实验测试结果表现出相比于图4的进一步对噪声平均能级的降低。
但是，尽管最小化噪声的平均能级，开关频率和关联谐波也可能重叠由接收机18选择的广播电台频率，使得扬声器19输出背景噪声。当然，如果在特定模式下生成一串脉冲以避免与广播电台频率重叠的开关频率和关联谐波的出现，就可解决背景噪声的问题。但是，如前面提到的，这种设置很难达到。
对于本实施例，驱动脉冲生成器31生成一串驱动脉冲D1到D3，用于如图6A所示的重复循环时间T。尤其，驱动脉冲D1到D3具有超前时间间隔模式LT和拖后时间间隔模式TT，超前时间间隔模式LT包括与在开关功率晶体管接通时的驱动脉冲D1到D3的前沿a1，a2，a3有关的超前时间间隔Th1到Th3，而拖后时间间隔模式TT包括与在开关功率晶体管关断时的驱动脉冲D1到D3的后沿b1，b2，b3有关的拖后时间间隔Tl1到Tl3。超前时间间隔Th1到Th3和拖后时间间隔Tl1到Tl3被设置成彼此不同。利用这种超前和拖后时间间隔，以各种频率级来扩散开关频率。表示重复循环时间T的倒数的扩散频率被设置为高于可听频率。因此，驱动脉冲生成器31作为前述的频率扩散单元。
利用这种超前和拖后时间间隔模式，与超前时间间隔Th1到Th3相关联的开关频率fh1到fh3，以及与拖后时间间隔Tl1到Tl3相关联的开关频率fl1到fl3彼此互不相同。因此，开关频率fh1到fh3和开关频率fl1到fl3在图6B所示的各种级上扩散。由于这种扩散的开关频率而导致平均噪声的降低。
但是，即使在这种超前和拖后时间间隔模式下生成了驱动脉冲串，开关频率fh1到fh3和开关频fl1到fl3之一或关联谐波之一都可能重叠由接收机18接收的AM广播电台的频率，并导引起扬声器19输出的噪声的出现。为了解决这一问题，本实施例设想了微型计算机30的存储器32如此被配置以使得表示驱动脉冲串的重复循环时间T的倒数的扩散频率被设置为高于可听频率。因此，即使开关频率fh1到fh3和开关频率fl1到fl3之一或关联谐波之一间断地重叠由接收机18接收的AM广播电台的频率，在前重叠状态和在后重叠状态之间的时间间隔的倒数变得高于可听频率。由此，由在最后一级的扬声器输出的噪声没有落入可听频带中，因此适当地抑制了音频噪声与要由扬声器19输出的广播电台的音频信号的重叠。
如这里所使用的，表达“高于可听频率”是指频率高于例如“20kHz”。这是因为可听频率被说成是落入范围“20Hz到20kHz”。当然，这个值不是绝对的。在实践中，个人之间存在听力上的差异，范围例如在“20kHz”的声波能少被人类捕获。因此，将扩散频率设置成高于例如“15kHz”的值会导致显著的效果。
图7A显示了重复循环时间TA的一串两个驱动脉冲D4，D5的另一个例子，该脉冲串存储在微型计算机30的存储器32中。驱动脉冲D4，D5具有前沿a4，a5和后沿b4，b5。重复循环时间TA包括超前时间间隔模式LTA和拖后时间间隔模式TTA，超前时间间隔模式LTA具有与前沿a4，a5和前沿a5，a4分别有关的超前时间间隔Th1和Th2，而拖后时间间隔模式TTA具有与后沿b4，b5和后沿b5，b4分别有关的拖后时间间隔Tl1和Tl2。超前时间间隔Th1和Th2以及拖后时间间隔Tl1和Tl2被设置成彼此不同。此外，开关装置30的驱动脉冲生成器31(参看图2)被安排用于生成驱动脉冲串D4，D5，使得重复循环时间TA的倒数被设置为高于可听频率，由此两个驱动脉冲D4，D5以高于图7B中所示的可听频率的速度切换。
因此，通过以高于可听频率的速度切换驱动脉冲D4，D5，即使令开关频率fh2匹配用于AM无线电广播的无线电台的频率(例如“600kHz”)，也不会有由开关频率引起的噪声混合到扬声器19在可听频带内的输出。
但是，如图7C中示例的，如果开关频率被设置到AM无线电广播频带，微型计算机30的存储器32存储一串驱动脉冲，以使得驱动脉冲生成器31在扩散定时上生成开关频率，开关频率之间的频率差所设置的值大于AM无线电广播电台的一个电台的频宽(带宽)。即是，由于为一个电台的广播电台分配的带宽被预先确定的规定，以允许日本的AM无线电广播使每个电台分配了例如“9kHz”的带宽，因此，驱动脉冲生成器31生成驱动脉冲串以使得开关频率定时地扩散，以提供比这种带宽大的频率差。利用驱动脉冲生成器31的这种配置，即使令由接收机18接收的广播电台的频率匹配开关频率，整个开关频率可避免与特定广播电台的频率匹配。因此，即使在开关频率匹配特定广播电台的频率的情况下，可令这些频率以间断的方式匹配。
现在，所作的描述是在扩散频率被设置成位于可听频带和落入可听频带之外的范围内的情况下，针对AM广播的音频信号FFT特性估算的结果进行的。
图8A和8B显示了在利用驱动脉冲串D4，D5来接通和关断开关功率晶体管26的情况下对从AM接收机的扬声器19输出的信号所进行的FFT分析的估算结果，其中驱动脉冲串D4，D5在如图7A所示的超前和拖后时间间隔模式LTA和TTA中定义，并且由开关装置30的驱动脉冲生成器31利用扩散的开关频率所生成。图8A显示当扩散频率落入可听频带时出现的噪声的分析结果，并且图8B显示当扩散频率被设置为高于可听频带时出现的噪声的其它分析结果。
利用图8A中显示的FFT分析结果，音频信号与噪声在频率“2.8kHz”上重叠，使扬声器19输出如“Pea”这样声音的噪声。并且，音频信号与噪声在频率“9.1kHz”上重叠，使扬声器19输出尖叫噪声的声音。相反，在图8B中所示的例子中，没有峰值噪声出现在可听频带内。
因此，使驱动脉冲生成器31配置成生成以图6A和图7A中所示的超前和拖后时间间隔模式的驱动脉冲串，可在对从扬声器19输出的可听频率没有负面影响的级别上扩散开关频率。但是，为了使DC-DC转换器20生成想要的输出，驱动脉冲串不能固定在时间间隔中并需要具有变化的占空比。根据驱动脉冲串的占空比，分别由时间间隔Th1，Th2和时间间隔Tl1，Tl2构成的超前和拖后时间间隔模式很可能不满足前述的关系。那么，开关频率可能彼此重叠，导致了由开关频率引起的辐射噪声的能级增加的不便因素。之后，在下面描述这种不便。
对于本实施例，图2所示的微型计算机30的存储器32被安排用于存储一串驱动脉冲，该驱动脉冲串在与在超前和拖后时间间隔模式中的前沿和后沿分别相关联的超前和拖后时间间隔中定义。在存储驱动脉冲的前沿时，存储器32存储DC-DC转换器20所需的驱动脉冲占空比，以生成期望的输出。
图9A是具有占空比d1，d2的驱动脉冲串D4，D5的波形图，用于由分别在超前和拖后时间间隔模式LTB和TTB下的超前时间间隔Th1，Th2和拖后时间间隔Tl1，Tl2构成的重复循环时间TB。如图9A所示，在驱动脉冲D4，D5具有分别在前沿a4，a5之间和在前沿a5，a4之间的超前时间间隔Th1，Th2，并且拖后时间间隔Tl1，Tl2被确定为令驱动脉冲D4，D5分别具有占空比d1，d2。利用驱动脉冲D4，D5的这种波形，由于驱动脉冲D4，D5分别具有占空比d1，d2，由拖后时间间隔Tl1，Tl2引起的开关频率fl1，fl2以图9B中所示的方式变化。在图9B中，如果驱动脉冲具有“X％”的占空比，令由拖后时间间隔Tl1，Tl2引起的分别与后沿b4，b5和后沿b5，b4相关联的两个开关频率fl1，fl2彼此匹配。
图10A和10B显示由一串驱动脉冲D6到D8所引起的开关频率和占空比控制之间的关系。在图10A中，驱动脉冲串D6到D8具有重复循环时间TB′，其具有在超前时间间隔模式LTB′中定义的超前时间间隔Th1′到Th3′和在拖后时间间隔模式TTB′中定义的拖后时间间隔Tl1′到Tl3′。超前时间间隔Th1′由驱动脉冲串D6，D7的前沿a6，a7定义；超前时间间隔Th2′定义在驱动脉冲串D7，D8的前沿a7，a8之间；并且超前时间间隔Th3′定义在驱动脉冲串D8，D1的前沿a8，a6之间。类似地，拖后时间间隔Tl1′定义在后沿b6，b7之间；拖后时间间隔Tl2′定义在后沿b7，b8之间；拖后时间间隔Tl3′定义在驱动脉冲串D8，D6的后沿b8，b6之间。驱动脉冲D6到D8的占空比d3到d5由超前时间间隔Th1′到Th3′和拖后时间间隔Tl1′到Tl3′定义。如图10A所示，在重复循环时间TB′具有设置成彼此不同的三个拖后时间间隔Tl1′到Tl3′的情况下，驱动脉冲串D5到D8的占空比d3到d5由拖后时间间隔Tl1′到Tl3′来确定。利用驱动脉冲串D6到D8的波形，由拖后时间间隔Tl1′到Tl3′引起的开关频率fl1′到fl3′以图10B中所示的形式变化。在图10B中，如果驱动脉冲具有“α％”、“β％”和“γ％”的占空比，出现在与驱动脉冲的前沿相关联的超前时间间隔和与驱动脉冲的后沿相关联的拖后时间间隔中的开关频率彼此匹配。因此，对给定的占空比，即使以图6B中所示的定时来扩散开关频率，驱动脉冲的占空比的变化引起开关频率如图11那样彼此重叠。
此外，在一串驱动脉冲具有四个与驱动脉冲的前沿相关联的超前时间间隔的情况下，开关频率相互匹配的占空比包括最大的“九个点”。就此而言，应当理解，包括在以基本模式的每个重复循环时间的驱动脉冲串中的超前时间间隔越大(开关频率越大)，那么开关频率相互匹配的占空比值也就约大。
因此，利用如此方式执行的占空比控制，取决于预设占空比，开关频率有可能相互匹配。为了解决这个问题，本实施例设想，脉冲生成器3 1生成了以多个基本模式(例如在本实施例中是两个基本模式)的重复循环时间的多个驱动脉冲串，选择哪个基本模式取决于所要求的占空比。
图12A到12D显示了由本实施例执行的占空比控制方式。对于本实施例，微型计算机30的存储器32被安排用于存储图12A所示的在第一基本模式P1中定义的第一串驱动脉冲，和图12B所示的在第二基本模式P2中定义的第二串驱动脉冲。
如图12A所示，第一串驱动脉冲D10，D11具有包括在第一基本模式下在超前时间间隔模式LTC中的超前时间间隔Th1和Th2以及在拖后时间间隔模式TTC中的拖后时间间隔Tl1和T12的重复循环时间TC。超前时间间隔Th1定义在驱动脉冲D10，D11的前沿a10，a11之间；并且超前时间间隔Th2定义在驱动脉冲D11，D10的前沿a11，a10之间。类似地，拖后时间间隔Tl1定义在驱动脉冲D10，D11的后沿b10，b11之间，并且拖后时间间隔T12定义在驱动脉冲D11，D10的后沿b11，b10之间。
如图12B所示，第二串驱动脉冲D12到D14具有包括在第二基本模式下在超前时间间隔模式LTC′中的超前时间间隔Th1′到Th3′以及在拖后时间间隔模式TTC′中的拖后时间间隔Tl1′到Tl3′的重复循环时间TC′。超前时间间隔Th1′定义在驱动脉冲D12，D13的前沿a12，a13之间；超前时间间隔Th2′定义在驱动脉冲D13，D14的前沿a13，a14之间；并且超前时间间隔Th3′定义在驱动脉冲D14，D12的前沿a14，a12之间。类似地，拖后时间间隔Tl1′定义在驱动脉冲D12，D13的后沿b12，b13之间；拖后时间间隔Tl2′定义在驱动脉冲D13，D14的后沿b13，b14之间，并且拖后时间间隔Tl3′定义在驱动脉冲D14，D12的后沿b14，b12之间。
这里，存储在存储器32中的在第一基本模式P1下的第一串驱动脉冲D10，D11的信息包括与前沿a10，a11有关的超前时间间隔Th1和Th2，和这些时间间隔的序列。在这个方面，第一基本模式P1的重复循环时间TC(＝Th1+Th2)被设置成高于可听频率。并且，在第二基本模式P2下的第二串驱动脉冲D12到D14的信息包括与前沿a12到a14有关的超前时间间隔Th1′到Th3′，以及这些时间间隔的序列。顺便地，第二基本模式P2的重复循环时间TC′(＝Th1′+Th2′+Th3′)被设置成高于可听频率。根据开关频率之间的重叠状态，驱动脉冲生成器31生成基本模式P1，P2下的一串驱动脉冲。因此，驱动脉冲生成器31做为占空比控制单元。
图12C显示了其中可得到具有基本模式P1的占空比的驱动脉冲串的区域，并且图12D显示了其中可得到具有基本模式P2的占空比的驱动脉冲串的另一区域。对于本实施例，微型计算机30的存储器32存储图12C显示的第一区域1a，1b，其中第一基本模式P1可用来占据驱动脉冲的占空比，和图12D显示的第二区域，其中第二基本模式P2可用来占据驱动脉冲的占空比。利用这种安排，根据需要的占空比，第一和第二串驱动脉冲可移动到基本模式P1，P2中任意一个中。因此，驱动脉冲的占空比可被变化地控制以使得在与前沿有关的超前时间间隔和与后沿有关的拖后时间间隔中产生的开关频率之间没有重叠发生。顺便地，应当理解第一区域1a，1b和第二区域2被设置为满足第一和第二基本模式P1，P2上可得的占空比都不彼此重叠的条件。进而，在第二区域2的末端接近第一区域1a，1b的条件下设置占空比，并且可连续地设置占空比。
在按如上所述方式设置第一和第二基本模式和执行占空比控制时，开关频率可被扩散，以避免由开关控制引起的噪声能级在特定的频率上增加。此外，选择比可听频率高的扩散频率，其每一个表示基本模式的重复循环时间的倒数，这样即使扩散的开关频率或者关联谐波重叠由接收机18接收的广播电台频率，从扬声器19输出的噪声也不可能落入可听频率的范围。
因此，对于本实施例，即使在开关频率被设置成长波(LW)和落入AM广播频带中的中波(MW)，用户也可以良好的质量听见AM广播，在长波中，相对较低次的谐波重叠AM广播频带。此外，将开关频率设置成这样的高频范围使DC-DC转换器20的尺寸最小。但是如果将开关频率设置成这样的相对高频范围，将使驱动脉冲具有都为增加斜率的前沿和后沿，从而导致在开关功率晶体管26接通和关断操作期间出现的浪涌噪声的增加。
如这里所使用的，术语“浪涌”是指“峰值噪声”，出现在开关功率晶体管26接通和关断操作期间并在图13中用“S”来表示，之后的“振铃”以衰落的程度振荡并在图13中用“R”来表示。这种振动噪声的频率(振铃频率)包括由外围电路的特殊结构产生的谐振频率，外围电路比如包括外围缓冲电路和布线电感或在开关功率晶体管26周围类似的外围电路。并且，由于振铃频率通常落入“几MHz到几百MHz”的范围中的可能性增加，因此浪涌噪声和振铃噪声容易重叠FM广播的频带。
但是，对于本实施例，在图14A中所示的重复循环时间的互不相同的扩散时间间隔Th1′到Th3′之下，开关频率出现在扩散定时处。因此，要扩散浪涌噪声和振铃噪声的能量低于在图14B的现有技术中实施的驱动脉冲串的固定时间间隔Th上出现的开关频率所引起的浪涌噪声和振铃噪声的能量。
上面提到的本实施例提供了如下的有利效果。
(1)开关功率晶体管26可响应于驱动脉冲串来工作，驱动脉冲串具有与在超前时间间隔模式中的驱动脉冲的前沿相关联的超前时间间隔和与在拖后时间间隔模式中的驱动脉冲的后沿相关联的拖后时间间隔，对于重复循环时间，超前时间间隔和拖后时间间隔彼此不同，而表示重复循环时间的倒数的扩散频率被设置为高于可听频率。因此，通过扩散频率，降低了由开关控制引起的噪声平均能级。并且，将扩散频率被设置为高于可听频率，没有噪声从最后一级上的扬声器19输出，从而适当地消除了对声音信息传递的干扰。
(2)对于本实施例，开关装置的驱动脉冲生成器被配置成对于重复循环时间而设置为基本模式的驱动脉冲串，包括与在超前时间间隔模式中的驱动脉冲串的前沿相关联的多个超前时间间隔，并配置成具有由与在拖后时间间隔模式中的驱动脉冲串的后沿相关联的拖后时间间隔所确定的占空比，以便防止开关频率彼此重叠。这从而避免了由在固定时间间隔上彼此重叠的时间间隔引起的噪声能级的增加，其中该时间间隔与驱动脉冲的前沿或后沿相关联。
(3)开关装置的驱动脉冲生成器被配置成根据驱动脉冲需要的占空比，来选择具有互不相同的第一和第二基本模式的波形的第一和第二驱动脉冲串。利用这种配置，如果在第一和第二基本模式中的一个被选择以提供需要的占空比中的第一和第二驱动脉冲串之一时出现开关频率彼此重叠的可能性，那么第一和第二基本模式中的另一个被选择以避免开关频率彼此重叠。这使得有可能用具有需要的占空比的驱动脉冲串来操作开关晶体管，同时又适当地避免开关频率彼此重叠。
『第二实施例』现在，参考附图，以与第一实施例不同的侧重点来描述第二实施例。
对于第一实施例，开关电路的驱动脉冲生成器被配置成生成以多个互不相同的基本模式定义的多个驱动脉冲串，并且根据驱动脉冲所需要的占空比来选择驱动脉冲串中的一个。相反，对于第二实施例，用以下方式来执行可变占空比控制，其中控制循环时间包括第一和第二基本模式中的时间周期，其被设置为在平均占空比等于需要的占空比的情况下使第一和第二串脉冲提供互不相同的占空比。
更具体地，对于第二实施例，只有图12A中所示的以基本模式P1的重复循环时间TC的第一串驱动脉冲D10，D11被应用，并且图12B中所示的以第二基本模式P2的驱动脉冲串没有被应用。在这种情况下，在具有占空比“X％”的后沿上出现的两个开关频率fl1，fl2互相匹配。为了解释这个结果，对于本实施例，图2所示的微型计算机(开关装置)30的存储器32被安排用于存储控制循环时间TC的一串驱动脉冲D10，D11，其等于第一和第二基本模式中的两个时间周期Ta1，Ta2(2×Ta)的值，每个基本模式包括超前时间间隔Th1和Th2，据此，驱动脉冲被安排用成具有提供要求的平均占空比“X％”的占空比。尤其，以第一基本模式的时间周期Ta1的第一串驱动脉冲D10，D11被安排具有平均占空比“(X+α)％”，并且以第二基本模式的时间周期Ta2的第二串驱动脉冲D10，D11被安排具有平均占空比“(X-α)％”。利用这种安排，第一和第二串驱动脉冲D10，D11可具有控制循环时间TC的平均占空比“X％”。
进一步对于本实施例，如果第一和第二串驱动脉冲D10，D11不具有控制循环周期TC要求的占空比“X％”，那么两个串驱动脉冲D10，D11对于第一和第二基本模式的时间周期Ta1，Ta2来说可具有彼此公共的占空比。但是为了避免占空比控制在要求的占空比是“X％”时被间断地移动，控制循环周期TC内的时间周期Ta1，Ta2的第一和第二串驱动脉冲被安排成具有彼此不同的占空比，即使要求的占空比在“X％”之外。即是，如果要求的占空比是“DT”，那么时间周期Ta1，Ta2的第一和第二串驱动脉冲被如此安排以使得以第一基本模式的时间周期Ta1的第一串驱动脉冲具有表达成“DT+α{1-|DT-X|/100}”的占空比，并且以第二基本模式的时间周期Ta2的第二串驱动脉冲具有表达成“DT-α{1-|DT-X|/100}”的占空比。
上述的本实施例除了上述的有利效果(1)和(2)之外，还提供下面的进一步有利效果。
(4)在控制循环周期TC的第一和第二串驱动脉冲具有落入要求的占空比的平均占空比的情况下，以第一和第二基本模式的时间周期Ta1，Ta2的第一和第二串驱动脉冲被安排具有彼此不同的占空比。利用如此安排，可避免驱动脉冲具有引起开关频率彼此重叠的占空比(在上述例子中是“X％”)。并且，通过控制循环时间TC的驱动脉冲串被安排具有落入要求占空比的平均占空比，控制循环时间TC的驱动脉冲串可被设置为具有要求的占空比，同时适当地避免了开关频率彼此重叠。
『第三实施例』现在，参考附图，以与第一实施例不同的侧重点来描述第三实施例。
对于本实施例，用以下方式来执行可变占空比控制，其中令驱动脉冲串具有这样的占空比，在此之下，不仅避免了开关频率彼此重叠，还避免了在AM无线电广播的频带中开关频率的谐波彼此重叠。
如这里所使用的，术语“重叠”是指多个谐波之间的频率差落入AM广播频率中每个AM无线电广播电台的带宽中，为此，开关装置需要测量噪声的抑制。即是，在例如日本的AM无线电广播的情况下，因为每个广播电台具有“9kHz”的带宽，在“9kHz”中剩余的谐波之间频率差的存在称为“重叠”。
更具体地，对于本实施例，微型计算机30的存储器32存储了一张映射表，包括N个作为图16中所示的基本模式的模式。
如图16所示，映射表表示占空比(％)的变化和各种基本模式之间的关系，用以图示开关频率的一些谐波在AM无线电广播的频带中彼此不重叠的情况，一些谐波是由各自的基本模式确定的，还有一些谐波是在执行占空比控制时出现的与具有给定占空比的驱动脉冲的后沿相关联的拖后时间间隔引起的。
这里，以实线和虚线的任何圈表示开关频率的谐波之间没有发生重叠的占空比。但是，只有实线圆圈表示的占空比被用于实践中的一串驱动脉冲。这是因为微型计算机30被配置成明确地确定从多个基本模式中选择的基本模式，被安排用于提供使开关频率的多个谐波在AM无线电广播的频带中彼此不重叠的占空比。在为驱动脉冲串设置基本模式时，微型计算机30被安排来防止在选择与具有相邻占空比的基本模式相同的基本模式时基本模式被频繁移动，即使有另一个基本模式可用。即是，对于“2％”的占空比，可使用基本模式1和基本模式N。但是，对于“1％”的占空比，已经选择了基本模式1，因此为“2％”的占空比选择基本模式1。
对于上述的本实施例，开关装置除了上述的有利效果之外，还提供下面的进一步有利效果。
(5)对于开关装置被安排成执行可变占空比控制，驱动脉冲串具有开关频率的多个谐波彼此不重叠的占空比，避免了因为由重叠谐波的出现所导致的谐波频率所引起的噪声能级的增加。
『第四实施例』现在，参考附图，以与第一实施例不同的侧重点来描述第四实施例。
对于本实施例，微型计算机3 0的存储器32被配置成存储在基本模式中确定的重复循环时间的一串驱动脉冲，重复循环时间具有与前沿关联的超前时间间隔，所述前沿从超前时间间隔的开始移动了很小的程度。
即是，在如图17A中所示的基本模式中定义并由分别与前沿a15，a16相关联的两个超前时间间隔Th1，Th2以及驱动脉冲D15，D16，D15的前沿a15，a16，a15构成的驱动脉冲串D15，D16，被移动了相应的最小移动量Ф0到Ф2，由图17B所示的波形表示。因此，移动功率晶体管26响应于在具有移动了如图17B所示的相应移动量Ф0到Ф2的前沿的基本模式中定义的驱动脉冲串D15，D16而工作。要移动的驱动脉冲的前沿的多个移动量的数量被设置成不同于在基本模式中定义的驱动脉冲的数量。
顺便提及，移动量可优选地被设置成大于具有浪涌的振铃的循环(大于四分之一个振铃周期)并落入在近似等于振铃循环的若干周期内。
对于前述的本实施例，开关装置除了上述的有利效果之外，还提供下面的进一步有利效果。
(6)对于与相对于时间间隔的开始移动了相应的最小移动量的前沿相关联的超前时间间隔构成的基本模式中生成的驱动脉冲串，浪涌的能级可进一步被扩散。
『其它实施例』此外，上述的各种实施例可以用下述的方式来修改。
虽然第二实施例参考一个例子来描述，在该例子中，重复循环时间TC被设置成两倍于基本模式的周期Ta的值，但本发明不限于这样的值。另外，尽管已经结合了某个模式描述了可变占空比控制的模式，在该模式中，使平均占空比等于在第一和第二时间周期Ta1，Ta2的驱动脉冲串具有彼此不同的占空比的情况下要求的占空比，但是本发明不限于这种模式。例如，开关装置可如此改动以使得第一时间周期Ta1的时间间隔Th1的驱动脉冲D10和第二时间周期Ta2的时间间隔Th2的驱动脉冲D11具有分别被设置成“(X+α)％”值的相应占空比，并且第一时间周期Ta1的时间间隔Th2的驱动脉冲D11和第二时间周期Ta2的时间间隔Th1的驱动脉冲D10具有分别被设置成“(X-α)％”值的相应占空比。
尽管参考了某种占空比控制的模式来描述各种实施例和修改形式，在该模式中，对于具有以基本模式的与前沿相关联的超前时间间隔和与后沿相关联的拖后时间间隔的重复循环时间，驱动脉冲串在开关频率彼此不同的条件下，但是本发明不限于这种占空比控制模式。例如，可如此替换以使得微型计算机30存储了与图12A中所示的基本模式有关的信息和仅与图12C中所示的区域1b有关的信息，以允许占空比控制只利用区域1b的占空比被执行。
对于前述的各个实施例，尽管已经利用基本模式来确定与驱动脉冲的前沿相关联的超前时间间隔，还可确定与驱动脉冲的后沿相关联的拖后时间间隔。并且，另一个替换可如此安排，以使得驱动脉冲的逻辑级“H”与开关功率晶体管26的接通操作相关，而驱动脉冲的逻辑级“L”与开关功率晶体管26的关断操作相关。
对于各个实施例，装置(开关装置)需要进行噪声抑制测量的频带被设置成作为目标的对象的无线电广播的整个频带范围(比如范围从“510到1710kHz”的AM频带的整个区域)。对于设置成这个范围的频带，即使在用户接收AM无线电广播时，可利用相同的开关控制来实现噪声抑制。但是，需要进行噪声抑制测量的频带不限于这种作为目标的无线电广播的整个频带区域。例如，AM频带中的范围“从510到1000kHz”和范围“从1000到1710kHz”，由用户选择的频带可作为进行噪声抑制需要测量的对象。因此，如果根据这两个频带是否包括由用户选择的广播电台来改变开关控制的模式，那么以避免开关频率和关联谐波在各种频带内相互重叠的模式来生成驱动脉冲串。即是，当在LW频带或类似低于例如AM频带的频率中执行开关控制时，将设置变成防止谐波在整个AM频带区域内相互重叠是很困难的。因此，通过以各种方式设置开关控制的模式(基本模式和执行占空比控制的模式)，通过以防止谐波彼此重叠的方式设置各种模式可轻松地生成驱动脉冲串。
以防止开关频率和关联谐波重叠各个无线电广播电台的载波的模式来执行用于开关控制的基本模式和占空比控制。此外，对于安装有诸如GPS或类似系统的位置检测装置的车辆，根据从位置检测装置传递的检测到的车辆位置来检测可得到的广播电台的频率，并且开关控制的模式被不定地设置成防止开关频率和关联谐波重叠无线电广播电台的频率。即使进行了如此的设置，也有可能出现开关频率和关联谐波重叠可接收到的无线电广播电台的载波的情况，因此为扩散频率选择高于可听频率范围的值是相当有效的。
虽然开关装置需要测量对频率信号的噪声抑制，但是本发明不限于从无线电广播电台发射的频率信号。例如，在车辆装货后，车辆可安装一个音频播放设备，比如音频CD(激光唱盘)播放装置和MD(迷你盘)播放装置，和DVD(数字化通用光盘)播放装置等。这些播放装置包括将声音信息作为可由无线电接收机18接收的频率信号输出的装置，所述声音信息可包含在作为要重现的对象的媒体中。利用这种设备，包含在作为要重现的对象的媒体中的声音信号被当作包含在无线电的频带中的频率信号来发射，在所述频带上，无线电接收机18解调由扬声器19输出的声音信息。但是，即使在这种情况下，也会担心开关频率和关联谐波重叠由播放装置使用的频率，引起扬声器19输出可听噪声。为了解决这个问题，本发明申请对于这种频率信号是有效的。顺便提及，即使在这种情况下，以前述的方式进行设置是十分有效的，从而避免了多个开关频率和关联谐波与每个与由上述播放装置使用的频率相近似的无线电广播电台的带宽有牵连。因此，即使在只需要为从例如上述播放装置发射的频率信号进行噪声抑制的情况下，噪声抑制可以如前述的各种实施例以相同的方式来执行，以消除由播放装置使用的无线电的整个频带区域(比如AM广播的整个频带区域)中的噪声。
虽然已经参考各种实施例来描述了本发明，在各种实施例中，与驱动脉冲的前沿相关联的超前时间间隔被设置成这样的模式，在该模式中，为了防止开关频率和关联谐波间断地重叠需要进行噪声抑制测量的给定频率，将重复循环时间的倒数安排为不落入到可听频带中，但是本发明不限于扩散频率高于可听频率的模式。例如，即使利用在图18中典型所示的模式，重复循环时间的倒数被安排为不落入到可听频带中，在重复循环时间中，在基本模式下的开关频率和关联谐波与给定频率重叠。图18示例示出了为长波(LW)频带的广播频带(范围“从30到300kHz”)进行噪声抑制的情况。在图18中，出现在基本模式下的开关频率包括四个频率“50kHz”、“47kHz”、“60kHz”和“53kHz”。因此，扩散频率位于近似“13kHz”的值，其落入可听频带内。但是，假设上述的给定频率位于“300kHz”的值，谐波与给定频率重叠的开关频率包括两个频率“50kHz”和“60kHz”，并且因此在其中谐波与上述给定频率重叠的重复循环时间的倒数位于超过可听频率的大约为“24kHz”的频率中。当然，在该例子中，在接收“300kHz”之外的频率时，有可能出现由开关频率和关联谐波引起并在可听范围中再现的噪声。
并且，在图18中，开关频率“50kHz”的第六个谐波与开关频率“60kHz”的第五个谐波重叠，并且这表示了一种与给定频率重叠的谐波的级数彼此近似的示例情况。相反，比如在第五个谐波和第十二个谐波例如与前述给定频率重叠的情况，可想到这样的情况，其中谐波的级数相互间隔很大范围，并且在重叠状态和后续的重叠状态之间谐波与给定频率重叠的周期的倒数超过可听范围。但是，在这种情况下，重叠上述给定频率的第二十个谐波具有极其小的能级。因此，根据在重叠状态和后续的重叠状态之间第五个谐波基本上与给定频率重叠的周期，可确定扬声器是否输出在可听范围内的噪声。因此，在这种情况下，扩散频率可被选择得高于可听频率。
顺便提及，在图18中，在由基本模式确定的开关频率占据以如下顺序的序列50kHz”、“47kHz”、“60kHz”和“53kHz”的情况下，这些开关频率的谐波与给定频率重叠的周期的倒数近似位于落入可听频率的为“13kHz”的频率中。
此外，考虑到如图19A所示的情况。在图19A中，重复循环时间TE的一串驱动脉冲D20到D22被显示为具有以基本模式的与驱动脉冲D20到D22的前沿a20到a22相关联的超前时间间隔Th1到Th3。利用这么一串驱动脉冲，出现在超前时间间隔Th1到Th3期间的开关频率fh1到fh3包括如图19B所示的谐波分量。如图19C所示，即使开关频率fh3的第N级谐波重叠开关频率fh1的第N+1级谐波，也很难期望图18中示例的现象。因此，即使对于这种情况，扩散频率可优选地被设置成高于可听频率的频率。
此外，在扩散被设置为小于可听频率(例如“20kHz”)的值的情况下，开关频率和关联谐波间断地重叠给定频率，在重叠状态和后续的重叠状态之间的周期的倒数可被设置为不落入可听频带内的值。但是，当这样发生时，如果开关频率和关联谐波重叠上述的给定频率，那么在重叠状态和后续的重叠状态之间的周期的倒数有可能落入可听频带内。因此，扩散频率可优选地被设置成小于表示成可听频率(例如“20kHz”)/(重叠的数量)的值。
虽然，参考了多个例子来描述各个实施例，在这些例子中，所有与驱动脉冲的前沿相关联的超前时间彼此都不同，可能存在这样的替换，以使得一些超前时间间隔如图20所示的基本模式那样彼此相等。利用如图20所示的波形，重复循环时间TF的一串驱动脉冲D30到D32被显示为具有以基本模式的与驱动脉冲D30到D32的前沿a30到a32相关联的超前时间间隔Th1，Th2，Th3。即使利用这样的驱动脉冲串的波形，如果1/TF的扩散频率被设置成高于可听频率，在时间间隔Th2期间出现的开关频率被假设为出现在“600kHz”的频率上，并且在这种情况下，在接收到具有“600kHz”频率的广播电台时要由扬声器19重现的输出噪声被设置成高于可听频率的值。
虽然参考了驱动脉冲串的各种基本模式来描述了各种实施例及有关修改，本发明不限于这些基本模式。例如，由开关控制导致的频率噪声可进一步被扩散，只要扩散频率或关联谐波与由基本模式确定的开关频率以及在开关装置需要进行噪声抑制测量的频带内的关联谐波不相重叠。
虽然已经参考了将控制对象在占空比控制下被控制为期望的控制量的示例情况来描述了各个实施例，但是本发明不限于上述的占空比控制。要点在于，即使由上述开关控制确定的开关频率和关联谐波与开关装置需要进行噪声抑制测量的给定频率相重叠，驱动脉冲串的基本模式也可被安排用于允许开关频率和关联谐波仅仅以间断的方式与给定频率相重叠。并且，重复循环时间的倒数被设置为不落入可听频带中的值，使得有可能引起扬声器输出在可听范围之外的噪声。
虽然上述各实施例参考了被配置成在开关频率和关联谐波间断地与在开关装置需要进行噪声抑制测量的给定频率相重叠时，响应于由在重复循环时间的倒数不落入可听频带中的基本模式确定的驱动脉冲串而接通和关断开关功率晶体管的开关装置，但是本发明不限于这种接通和关断操作重复响应于在基本模式下确定的驱动脉冲串的开关装置。例如，通过允许一些预定开关频率与给定的数相关，以便允许该给定的数对应于由随机数发生器生成的数，这些数可用来为开关功率晶体管26选择接通和关断的开关频率。即使在这种情况下，也可能获得基于参考第一实施例的上述有利效果(1)的有利效果，只要(a)执行这些操作，以便无论何时根据由随机数发生器生成的数来选择一个新的开关频率时，都执行操作辨别所选的频率和关联谐波是否与开关装置需要进行噪声抑制测量的给定频率重叠；(b)在所选的频率和关联谐波与给定频率重叠的情况下，执行操作以便计算在重叠状态和后续的重叠状态之间的周期的倒数；和(c)在根据上述计算而得出的倒数落入可听频带的情况下，令随机数发生器再次生成一个数，而不需要操作具有所选开关频率的开关功率晶体管26。
虽然参考了如图2所示的DC-DC转换器20描述了开关装置，DC-DC转换器20被配置成执行开关控制以使开关功率晶体管重复地接通和关断，但本发明不限于这种DC-DC转换器20。例如，DC-DC转换器20可由如图20中所示的绝缘类型的DC-DC转换器50替换。利用DC-DC转换器50，开关功率晶体管52，53的一个串联连接电路和开关功率晶体管54，55的另一个串联连接电路彼此并联地连接到高压电池51。开关功率晶体管52，53之间的接合点和开关功率晶体管54，55之间的接合点通过电容器56和变压器58的线圈58a彼此连接。同时，变压器58具有两端分别连接到二极管59，60的线圈58b。二极管59，60的阴极连接到线圈61的一端。此外，线圈61的另一端连接到电容器62的一个接线端。并且，变压器58的线圈58b的节点N和电容器62的另一个接线端连接到地。顺便提及，DC-DC转换器50输出在电容器62的两个接线端两端的电压。
此外，本发明可不仅使用上述的DC-DC转换器还可使用如图22A中示例示出的倒相器70。在图22A中，显示了一个例子，其中倒相器70连接到动力方向马达80。在这种类型的倒相器70中，开关功率晶体管71，72的一个串联连接和开关功率晶体管75，76的另一个串联连接彼此并联地连接在电源和地之间。在上述的串联连接中，从两个开关功率晶体管之间的接合点(比如开关功率晶体管71，72之间的接合点)提取倒相器的输出。顺便提及，倒相器70可在开关控制中工作，为节点提供以图22B所示方式波动的输出电压。
为了抑制噪声而为驱动脉冲串的基本模式考虑的开关频率可不仅包括比如AM无线电和LM带宽的频带还包括FM广播的频带。因此，在以高频执行开关操作时，在多个重叠频率中出现了一个问题，其中开关频率和关联谐波与FM频带的频率重叠。
此外，开关装置不限于安装在诸如混合车辆的车辆上。但是，在开关装置安装在车辆上的情况中，将本发明应用于车辆尤其有效，以解决噪声与车辆音频装置等混合的担忧。
虽然已经详细描述了本发明的特定实施例，本领域技术人员可以理解，对这些细节的各种修改和变型都可根据所公开的整体教导来进行。由此，所公开的特殊排列意味着仅仅是示例性的并不用来限制本发明的范围，本发明的范围在以下的权利要求以及等效物的完整范围中给出。
权利要求
1.一种用于重复接通和关断开关功率元件(26)的开关装置，其特征在于存储基本模式的存储器(32)；和驱动脉冲生成器(31)，被配置成对于一个重复循环时间(T，TA到TF)，按照存储在存储器中的基本模式生成一串驱动脉冲(D1到D32)，该重复循环时间具有与驱动脉冲的前沿(a1到a32)相关联的超前时间间隔(Th1到Th3，Th1′到Th3′)和与驱动脉冲的后沿相关联的拖后时间间隔(T11到T13，T11′到T13′)，超前时间间隔和拖后时间间隔中的至少一种彼此互不相同，其中，在开关频率和关联的谐波间歇地重叠给定频率的条件下，重复循环时间(T，TA到TF)的倒数远离可听频带，其中开关频率是由超前时间间隔和拖后时间间隔中的至少一种所产生的，而给定频率是开关装置需要进行噪声抑制测量的频率。
2.根据权利要求1的开关装置，其特征在于驱动脉冲生成器(31)包括频率扩散装置，被安排用于存储基本模式，根据该基本模式，重复循环时间具有彼此不同的超前时间间隔和拖后时间间隔，使得由超前时间间隔和拖后时间间隔导致的开关频率以及关联谐波被扩散；并且其中，表示基本模式的重复循环的扩散频率被设置成高于可听频带。
3.根据权利要求1或2的开关装置，其特征在于基本模式被如此设置使得超前时间间隔和拖后时间间隔中的至少一种彼此完全不同。
4.根据权利要求1、2或3的开关装置，其特征在于基本模式被如此设置使得在开关装置需要进行噪声抑制测量的频带中，开关频率的关联谐波彼此不重叠。
5.根据权利要求1或2的开关装置，其特征在于存储器(32)存储由多个模式构成的基本模式，在所述多个模式下，超前时间间隔和拖后时间间隔彼此不同，并且驱动脉冲生成器包括占空比控制装置(31)，可操作用来在选择多个模式中的一个时执行占空比控制，以允许驱动脉冲分别具有占空比，在这些占空比之下，由超前时间间隔和拖后时间间隔导致的开关频率在可听频带中彼此不重叠。
6.根据权利要求5的开关装置，其特征在于存储器(32)分别存储各个驱动脉冲的占空比，利用该占空比，由超前时间间隔和拖后时间间隔导致的开关频率以及关联谐波彼此不重叠，并且占空比控制装置可操作用于利用存储在存储器中的占空比来执行占空比控制。
7.根据权利要求5的开关装置，其特征在于存储器(32)存储包括多个模式的基本模式，使得在该多个模式的一个中的驱动脉冲以及在该多个模式的另一个中的驱动脉冲具有不同的占空比，并且占空比控制装置根据所需要的占空比来选择该多个模式中的一个。
8.根据权利要求7的开关装置，其特征在于占空比控制装置(31)执行占空比控制以便在选择不同的占空比时为重复循环时间提供满足所需占空比的平均占空比。
9.根据权利要求5的开关装置，其特征在于占空比控制装置如此执行占空比控制以使得在开关装置需要进行噪声抑制测量的频带中，由驱动脉冲的超前时间间隔和拖后时间间隔导致的开关频率的关联谐波彼此不重叠。
10.根据前面权利要求1到9的任意一项的开关装置，其特征在于给定频率包括落入无线电广播的频带中的频率，并且表达“重叠给定频率”是指相对给定频率的频率差落入一个无线电广播广播电台的带宽的状态。
11.根据前面权利要求1到9的任意一项的开关装置，其特征在于开关装置需要进行噪声抑制测量的给定频率包括无线电广播的频带，并且表达“重叠给定频率”是指相对给定频率的频率差落入一个无线电广播广播电台的带宽的状态。
12.根据前面权利要求1到9的任意一项的开关装置，其特征在于频率扩散装置可操作用于分别使驱动脉冲的超前时间间隔移动给定的移动量。
13.一种操作开关功率元件的方法，该方法包括准备开关功率元件(26)，其特征在于对于重复循环时间(T，TA到TF)，以一个基本模式向该开关功率元件(26)施加一串驱动脉冲(D1到D32)，该重复循环时间具有与驱动脉冲的前沿相关联的超前时间间隔(Th1到Th3，Th1′到Th3′)和与驱动脉冲的后沿相关联的拖后时间间隔(T11到T13，T11′到T13′)，超前时间间隔和拖后时间间隔彼此互不相同；其中，重复循环时间(T，TA到TF)的倒数远离可听频带，因此由超前时间间隔和拖后时间间隔导致的开关频率以及关联谐波不重叠需要噪声抑制的给定频率。
14.根据权利要求13的操作开关功率元件的方法，其特征在于以超前时间间隔模式(LT，LTA到LTC)和拖后时间间隔模式(TT，TTA到TTC)来分别确定超前时间间隔和拖后时间间隔，使得由超前时间间隔和拖后时间间隔引起的开关频率和关联谐波被扩散。
15.根据权利要求13或14的操作开关功率元件的方法，其特征在于超前时间间隔模式(LT，LTA到LTC)和拖后时间间隔模式(TT，TTA到TTC)被如此设置，使得开关频率和关联谐波在需要噪声抑制的频带中彼此不重叠。
16.根据权利要求13到15的任意一项的操作开关功率元件的方法，其特征在于在超前时间间隔模式和拖后时间间隔模式中，超前时间间隔(Th1到Th3，Th1′到Th3′)和拖后时间间隔(T11到T13，T11′到T13′)彼此不同，以便允许驱动脉冲分别具有给定的占空比，通过该给定的占空比，开关频率和关联谐波在可听频带中彼此不重叠。
17.根据权利要求13到16的任意一项的操作开关功率元件的方法，其特征在于重复循环时间包括包含第一和第二时间周期(Ta1，Ta2)的控制循环时间(TC)，所述第一和第二时间周期具有在超前时间间隔模式中的超前时间间隔(Th1，Th2)和拖后时间间隔模式中的拖后时间间隔；并且其中，第一和第二时间周期允许驱动脉冲分别具有彼此不同的给定占空比。
18.根据权利要求13到17的任意一项的操作开关功率元件的方法，其特征在于第一和第二时间周期可允许驱动脉冲具有与要求的驱动占空比相一致的平均占空比。
19.根据权利要求13的操作开关功率元件的方法，其特征在于驱动脉冲的前沿(a15到a16)可分别从超前时间间隔的开始移动给定的移动量(Φ0到Φ2)，使得开关频率和关联谐波在给定频带中彼此不重叠。
全文摘要
本发明公开了一种操作开关功率元件的开关装置和方法，用于以重复循环时间(T，TA到TF)的基本模式生成一串驱动脉冲(D1到D32)，该重复循环时间具有与驱动脉冲的前沿(a1到a32)相关联的超前时间间隔(Th1到Th3，Th1′到Th3′)和与驱动脉冲的后沿(b1到b32)相关联的拖后时间间隔(T11到T13，T11′到T13′)，超前时间间隔和拖后时间间隔彼此互不相同，因此由驱动脉冲的前沿和后沿导致的开关频率以及关联谐波被扩散。表示基本模式的重复循环时间的倒数被设置成高于可听频率。
文档编号H02M3/155GK1841899SQ20061007193
公开日2006年10月4日 申请日期2006年4月3日 优先权日2005年4月1日
发明者川崎宏治, 重冈惠二, 后藤真也 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