特開 2023-132289 スイッチング電源装置、スイッチング制御方法及び車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023132289

(43)【公開日】2023-09-22

(54)【発明の名称】スイッチング電源装置、スイッチング制御方法及び車両

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20230914BHJP

【ＦＩ】

H02M3/28 H

H02M3/28 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022037518

(22)【出願日】2022-03-10

(71)【出願人】

【識別番号】510123839

【氏名又は名称】ニデックモビリティ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100155712

【弁理士】

【氏名又は名称】村上 尚

(72)【発明者】

【氏名】柳楽 勇士

(72)【発明者】

【氏名】大元 靖理

【テーマコード（参考）】

5H730

【Ｆターム（参考）】

5H730AA02

5H730AS05

5H730BB27

5H730DD02

5H730DD03

5H730DD04

5H730EE03

5H730EE04

5H730EE08

5H730FD01

5H730FD11

5H730FD31

5H730FF06

5H730FF09

5H730FG05

(57)【要約】

【課題】スイッチング周波数が可変なスイッチング電源装置において、汎用的、低性能、及び低コストのマイコンを用いたスイッチング電源装置を実現する。
【解決手段】スイッチング電源装置は、制御信号の入力によりオンオフ制御されるスイッチング素子と、入力電圧の値、出力電圧の値、又は出力電流の値のいずれか１つ以上に基づいたモニタ信号値に応じて次の周期でとるべき目標となる目標周波数が複数の周波数候補の中から決定される目標周波数決定部（９）と、目標周波数に基づいて制御信号が生成される制御信号生成部（３）と、目標周波数についてスペクトラム拡散を行うか否かを制御信号生成部に指示するスペクトラム拡散指示部（１２）とを備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力電圧を出力電圧に変換し、出力電流を負荷に供給するスイッチング電源装置であって、
制御信号の入力によりオンオフ制御されるスイッチング素子と、
前記入力電圧の値、前記出力電圧の値、又は前記出力電流の値のいずれか１つ以上に基づいたモニタ信号値に応じて次の周期でとるべき目標となる目標周波数が複数の周波数候補の中から決定される目標周波数決定部と、
前記目標周波数に基づいて前記制御信号が生成される制御信号生成部と、
前記目標周波数についてスペクトラム拡散を行うか否かを前記制御信号生成部に指示するスペクトラム拡散指示部と、
を備え、
前記スペクトラム拡散は、前記目標周波数を所定時間ごとに複数の周波数変化量ごと順次変化させて前記スイッチング素子のオンオフ制御を行うことである、スイッチング電源装置。

【請求項2】

複数の前記目標周波数の各々と、スペクトラム拡散を行うか否かとを対応付けたスペクトラム拡散テーブルを記憶する記憶部を備え、
前記スペクトラム拡散指示部は、前記スペクトラム拡散テーブルに基づいて複数の前記目標周波数の各々に対して前記スペクトラム拡散を行うか否かを前記制御信号生成部に指示する、請求項１に記載のスイッチング電源装置。

【請求項3】

前記目標周波数は、ＡＭ放送の搬送波周波数と一致する９ｋＨｚ又は１０ｋＨｚの逓倍である、請求項１又は２に記載のスイッチング電源装置。

【請求項4】

前記目標周波数と、スイッチング周波数との絶対誤差の絶対値が、あらかじめ定められた閾値以上である場合は、前記目標周波数に対して前記スペクトラム拡散が行われ、
前記目標周波数と前記スイッチング周波数との絶対誤差の絶対値が、前記閾値未満である場合は、前記目標周波数に対して前記スペクトラム拡散が行われず、
前記スイッチング周波数は、

【数1】

で表され、
ｆｓｗは前記スイッチング周波数、ｆｃｌｋはタイマークロック周波数、ｆは前記目標周波数、Ｒｏｕｎｄ（ｆｃｌｋ／ｆ）は、ｆｃｌｋをｆで除算した値を小数点以下四捨五入する関数である、請求項１から３のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置。

【請求項5】

前記閾値は、可聴周波数領域の下限値である、請求項４に記載のスイッチング電源装置。

【請求項6】

前記記憶部は、
０からＮ（Ｎは自然数）の値がそれぞれ付与された複数の要素番号の各々と前記目標周波数に加算される周波数変化量とを対応付けた周波数変化テーブルを更に記憶し、
前記スペクトラム拡散は、
前記スペクトラム拡散指示部が、前記周波数変化テーブルを参照することにより、前記要素番号の値と対応した前記周波数変化量を前記目標周波数に加算するよう前記制御信号生成部に指示し、
前記制御信号生成部が、前記所定時間、前記要素番号ごとに前記目標周波数に前記周波数変化量を加算したスペクトラム拡散周波数の前記制御信号を生成することである、請求項２に記載のスイッチング電源装置。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか１項に記載のスイッチング電源装置と、
ＡＭ放送を受信するＡＭラジオとを備える車両。

【請求項8】

制御信号の入力によりスイッチング素子をオンオフ制御して、入力電圧を出力電圧に変換し、出力電流を負荷に供給するスイッチング制御方法であって、
前記入力電圧の値、前記出力電圧の値、又は前記出力電流の値のいずれか１つ以上に基づいたモニタ信号値に応じて次の周期でとるべき目標となる目標周波数が複数の周波数候補の中から決定される目標周波数決定ステップと、
前記目標周波数に基づいて前記制御信号が生成される制御信号生成ステップと、
前記目標周波数についてスペクトラム拡散を行うか否かを前記制御信号生成ステップに指示するスペクトラム拡散指示ステップと、
を含み、
前記スペクトラム拡散は、前記目標周波数を所定時間ごとに複数の周波数変化量ごと順次変化させて前記スイッチング素子のオンオフ制御を行うことである、スイッチング制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、スイッチング電源装置、スイッチング制御方法及び車両に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１では、ＡＭラジオ受信機を有する車両に搭載されるパルススイッチング機器において、スイッチング周波数を９ｋＨｚまたは１０ｋＨｚの逓倍に設定した車両用パルススイッチング機器が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】実用新案出願公開昭６２－１７７１４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＡＭ放送の搬送波周波数は９ｋＨｚまたは１０ｋＨｚの逓倍である。このため、特許文献１の車両用パルススイッチング機器では、スイッチング周波数を９ｋＨｚまたは１０ｋＨｚの逓倍に設定した。スイッチング周波数が９×ｎ ｋＨｚ（ｎは自然数）である場合、スイッチング周波数の雑音高調波の線スペクトラムは、９×ｎ ｋＨｚ間隔となる。ＡＭ放送の周波数帯域（５２６．５ｋＨｚ～１６０６．５ｋＨｚ）において、スイッチング周波数の雑音高調波の線スペクトラムをなす周波数はいずれも、ＡＭ放送の搬送波周波数と一致するので、ＡＭラジオから聴感雑音は発生しない。

【0005】

しかしながら、パルススイッチング機器内のタイマークロック周波数が小さい低性能なマイコンを使用した場合、スイッチング周波数を９ｋＨｚまたは１０ｋＨｚの逓倍に設定したとしても、目標とするスイッチング周波数と実際に出力されるスイッチング周波数が一致せず、両者の間に誤差が生じる。両者の間に誤差が生じると聴感雑音をもたらすという問題がある。

【0006】

本開示の一態様は、スイッチング周波数が可変なスイッチング電源装置において、汎用的、低性能、及び低コストのマイコンを用いたスイッチング電源装置を実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の課題を解決するために、本開示の態様１に係るスイッチング電源装置は、入力電圧を出力電圧に変換し、出力電流を負荷に供給するスイッチング電源装置であって、制御信号の入力によりオンオフ制御されるスイッチング素子と、前記入力電圧の値、前記出力電圧の値、又は前記出力電流の値のいずれか１つ以上に基づいたモニタ信号値に応じて次の周期でとるべき目標となる目標周波数が複数の周波数候補の中から決定される目標周波数決定部と、前記目標周波数に基づいて前記制御信号が生成される制御信号生成部と、前記目標周波数についてスペクトラム拡散を行うか否かを前記制御信号生成部に指示するスペクトラム拡散指示部と、を備え、前記スペクトラム拡散は、前記目標周波数を所定時間ごとに複数の周波数変化量ごと順次変化させて前記スイッチング素子のオンオフ制御を行うことである。

【0008】

上記構成によれば、スイッチング電源装置は、モニタ信号値に応じて次の周期でとるべき目標となる目標周波数が複数の周波数候補の中から決定される。目標周波数がスペクトラム拡散を行う対象であれば、目標周波数に対してスペクトラム拡散を行う。これにより、スイッチング周波数が可変なスイッチング電源装置において、スイッチング電源装置に汎用的、低性能、及び低コストであるマイコンを用いることができる。

【0009】

本開示の態様２に係るスイッチング電源装置は、態様１において、複数の前記目標周波数の各々とスペクトラム拡散を行うか否かとを対応付けたスペクトラム拡散テーブルを記憶する記憶部を備え、前記スペクトラム拡散指示部は、前記スペクトラム拡散テーブルに基づいて複数の前記目標周波数の各々に対して前記スペクトラム拡散を行うか否かを前記制御信号生成部に指示する。

【0010】

上記構成によれば、スペクトラム拡散指示部は、記憶部に記憶されたスペクトラム拡散テーブルを参照して、複数の目標周波数の各々に対してスペクトラム拡散を行うか否かを決定する。これにより、スぺクトラム拡散テーブルを用いて、複数の目標周波数がスペクトラム拡散を行う対象か否かについてスイッチング電源装置は、あらかじめ定めることができる。

【0011】

本開示の態様３に係るスイッチング電源装置は、態様１又は２において、前記目標周波数は、ＡＭ放送の搬送波周波数と一致する９ｋＨｚ又は１０ｋＨｚの逓倍である。

【0012】

上記構成によれば、スイッチング素子のオンオフ制御により発生する電磁放射雑音の周波数は、目標周波数と同じ、９ｋＨｚ又は１０ｋＨｚの逓倍となる。これにより、ＡＭ放送の周波数帯域では、ＡＭ放送の搬送周波数と電磁放射雑音の周波数とが一致する。ＡＭラジオが音声信号を復調するために搬送周波数成分を除去するとき、同じ周波数の電磁放射雑音も併せて除去される。このため、ＡＭラジオは、音質を損なうことはなく、聴感雑音を低減することができる。

【0013】

本開示の態様４に係るスイッチング電源装置は、態様１から３のいずれかにおいて、前記目標周波数とスイッチング周波数との絶対誤差の絶対値が、あらかじめ定められた閾値以上である場合は、前記目標周波数に対して前記スペクトラム拡散が行われ、前記目標周波数と前記スイッチング周波数との絶対誤差の絶対値が、閾値未満である場合は、前記目標周波数に対して前記スペクトラム拡散が行われず、前記スイッチング周波数は、

【数1】

で表され、ｆｓｗは前記スイッチング周波数、ｆｃｌｋはタイマークロック周波数、ｆは前記目標周波数、Ｒｏｕｎｄ（ｆｃｌｋ／ｆ）は、ｆｃｌｋをｆで除算した値を小数点以下四捨五入する関数である。

【0014】

上記構成によれば、目標周波数とスイッチング周波数との絶対誤差の絶対値が、閾値以上の場合に目標周波数に対してスペクトラム拡散を行う。これにより、目標周波数の各々のうちどの目標周波数をスペクトル拡散するか決定することができる。

【0015】

本開示の態様５に係るスイッチング電源装置は、態様４において、前記閾値は、可聴周波数領域の下限値である。

【0016】

上記構成によれば、閾値は、可聴周波数領域の下限値である。これにより、スイッチング素子のオンオフ制御で発生する電磁放射雑音の周波数が、ＡＭラジオの搬送周波数とずれている場合にも、ＡＭラジオから発生する聴感雑音を低減することができる。

【0017】

本開示の態様６に係るスイッチング電源装置は、態様２において、前記記憶部は、０からＮ（Ｎは自然数）の値がそれぞれ付与された複数の要素番号の各々と前記目標周波数に加算される周波数変化量とを対応付けた周波数変化テーブルを更に記憶し、前記スペクトラム拡散は、前記スペクトラム拡散指示部が、前記周波数変化テーブルを参照することにより、前記要素番号の値と対応した前記周波数変化量を前記目標周波数に加算するよう前記制御信号生成部に指示し、前記制御信号生成部が、前記所定時間、前記要素番号ごとに前記目標周波数に前記周波数変化量を加算したスペクトラム拡散周波数の前記制御信号を生成することである。

【0018】

上記構成によれば、目標周波数に対してスペクトラム拡散を行うことにより疑似的にスイッチング周波数の周波数分解能を向上させることができ、スイッチング周波数を、疑似的に目標周波数に近づける。これにより、スイッチング素子のオンオフ制御で発生する電磁放射雑音を低減することができる。

【0019】

本開示の態様７に係る車両は、態様１から６のいずれかにおけるスイッチング電源装置と、ＡＭ放送を受信するＡＭラジオとを備える。

【0020】

上記構成によれば、車両内においてスイッチング電源装置から電磁放射雑音が発生しても、近くに配置されるＡＭラジオから発生する聴感雑音を低減できる。

【0021】

本開示の態様８に係るスイッチング制御方法は、制御信号の入力によりスイッチング素子をオンオフ制御して、入力電圧を出力電圧に変換し、出力電流を負荷に供給するスイッチング制御方法であって、前記入力電圧の値、前記出力電圧の値、又は前記出力電流の値のいずれか１つ以上に基づいたモニタ信号値に応じて次の周期でとるべき目標となる目標周波数が複数の周波数候補の中から決定される目標周波数決定ステップと、前記目標周波数に基づいて前記制御信号が生成される制御信号生成ステップと、前記目標周波数についてスペクトラム拡散を行うか否かを前記制御信号生成ステップに指示するスペクトラム拡散指示ステップと、を含み、前記スペクトラム拡散は、前記目標周波数を所定時間ごとに複数の周波数変化量ごと順次変化させて前記スイッチング素子のオンオフ制御を行うことである。

【0022】

上記構成によれば、スイッチング制御方法は、モニタ信号値に応じて次の周期でとるべき目標となる目標周波数が複数の周波数候補の中から決定される。目標周波数がスペクトラム拡散を行う対象であれば、目標周波数に対してスペクトラム拡散を行う。これにより、スイッチング周波数が可変なスイッチング制御方法において、汎用的、低性能、及び低コストであるマイコンを用いてスイッチング制御を行うことができる。

【発明の効果】

【0023】

本開示の一態様のスイッチング電源装置によれば、スイッチング周波数が可変なスイッチング電源装置において、汎用的、低性能、及び低コストのマイコンを用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本開示の実施形態に係るスイッチング電源装置の電気回路図である。

【図2】本開示の実施形態に係る制御部の機能構成図である。

【図3】目標周波数とスイッチング周波数の絶対誤差の絶対値と目標周波数との関係を示す図である。

【図4】目標周波数とスイッチング周波数の絶対誤差の絶対値と目標周波数との関係を示す図である。

【図5】本開示の実施形態に係るスペクトラム拡散制御のフローチャートである。

【図6】本開示の実施形態に係るスペクトラム拡散テーブルである。

【図7】本開示の実施形態に係る周波数変化テーブルである。

【図8】本開示の実施形態に係るスペクトラム拡散を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

〔実施形態〕
以下、本開示の一実施形態について、詳細に説明する。

【0026】

＜スイッチング電源装置１の電気的構成＞
図１は、車両システムＳの電気回路図である。

【0027】

車両システムＳは、車両に搭載されるシステムである。車両システムＳは、第１バッテリＶｈと、第２バッテリＶｐと、抵抗３８と、スイッチング電源装置１と、ＡＭラジオ１３とを備える。

【0028】

第１バッテリＶｈは、高電圧の電力をスイッチング電源装置１に供給する。第１バッテリＶｈは、例えば、組電池等によって構成される。第１バッテリＶｈの正極‐負極間電圧は高電圧である。

【0029】

第２バッテリＶｐは、抵抗３８に低電圧の電力を供給する。抵抗３８は、スイッチング電源装置１に接続された負荷である。

【0030】

ＡＭラジオ１３は、ＡＭ放送を受信して、音声を発生する。

【0031】

スイッチング電源装置１は、入力電圧である、第１バッテリＶｈの高電圧を降圧し、出力電圧である、降圧された低電圧の電力を第２バッテリＶｐに供給する。

【0032】

スイッチング電源装置１は、第１ＦＥＴ１０と、第２ＦＥＴ１１と、第３ＦＥＴ２０と、第４ＦＥＴ２１と、トランス３０と、第１ダイオード３４と、第２ダイオード３５と、コイル３６と、コンデンサ３７と、制御部２とを備える。

【0033】

トランス３０は、１次側巻線３１と、２次側巻線３２と、２次側巻線３３とを備える。

【0034】

第１ＦＥＴ１０、第２ＦＥＴ１１、第３ＦＥＴ２０及び第４ＦＥＴ２１は、それぞれ、制御部２から出力される第１制御信号Ｓ１、第２制御信号Ｓ２、第３制御信号Ｓ３、及び第４制御信号Ｓ４により、第１バッテリＶｈから供給された直流電流を、交流電流に変換して、トランス３０の１次側巻線３１に供給する。

【0035】

トランス３０は、１次側と２次側との間の電磁誘導により交流電流から誘導起電力による電流を生成する。１次側には１次側巻線３１が配置されている。２次側には２次側巻線３２及び２次側巻線３３が配置されている。

【0036】

第１ダイオード３４及び第２ダイオード３５は、誘導起電力による電流を整流した電流に変換する。

【0037】

コイル３６及びコンデンサ３７は、整流した電流を平滑して出力電流を生成する。出力電流は抵抗３８に供給される。

【0038】

第１ＦＥＴ１０のゲートは、制御部２と接続し第１制御信号Ｓ１が入力される。第１ＦＥＴ１０のドレインは、第１バッテリＶｈの正極と接続される。第１ＦＥＴ１０のソースは、第２ＦＥＴ１１のドレイン及びトランス３０の１次側巻線３１の一端と接続される。第２ＦＥＴ１１のゲートは、制御部２と接続し第２制御信号Ｓ２が入力される。第２ＦＥＴ１１のソースは、第１バッテリＶｈの負極と接続される。第３ＦＥＴ２０のゲートは、制御部２と接続し第３制御信号Ｓ３が入力される。第３ＦＥＴ２０のドレインは、第１バッテリＶｈの正極に接続される。第３ＦＥＴ２０のソースは、第４ＦＥＴ２１のドレイン及びトランス３０の１次側巻線３１の他端と接続される。第４ＦＥＴ２１のゲートは制御部２と接続し第４制御信号Ｓ４が入力される。第４ＦＥＴ２１のソースは、第１バッテリＶｈの負極と接続される。

【0039】

２次側巻線３２の一端は、第１ダイオード３４のアノードと接続される。２次側巻線３２の他端は、２次側巻線３３の一端及び第２バッテリＶｐの負極に接続される。２次側巻線３３の他端は、第２ダイオード３５のアノードと接続される。第１ダイオード３４のカソードは、コイル３６を介して第２バッテリＶｐの正極と接続される。第２ダイオード３５のカソードは、コイル３６を介して第２バッテリＶｐの正極と接続される。抵抗３８と、コンデンサ３７と、第２バッテリＶｐは並列接続される。

【0040】

制御部２は、第１ＦＥＴ１０のドレイン－ソース間の導通又は不導通を第１制御信号Ｓ１により制御し、第２ＦＥＴ１１のドレイン－ソース間の導通又は不導通を第２制御信号Ｓ２により制御し、第３ＦＥＴ２０のドレイン－ソース間の導通又は不導通を第３制御信号Ｓ３により制御し、第４ＦＥＴ２１のドレイン－ソース間の導通又は不導通を第４制御信号Ｓ４により制御する。

【0041】

例えば、第１ＦＥＴ１０、第２ＦＥＴ１１、第３ＦＥＴ２０、及び第４ＦＥＴ２１は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）であるが、スイッチング素子あれば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、又はバイポーラトランジスタであってもよい。

【0042】

以下の説明において、第１ＦＥＴ１０、第２ＦＥＴ１１、第３ＦＥＴ２０、及び第４ＦＥＴ２１ごとに区別する場合には、第１ＦＥＴ１０、第２ＦＥＴ１１、第３ＦＥＴ２０、及び第４ＦＥＴ２１のまま表記し、第１ＦＥＴ１０、第２ＦＥＴ１１、第３ＦＥＴ２０、及び第４ＦＥＴ２１のいずれか一つのみ取り上げて説明する場合、第１ＦＥＴ１０、第２ＦＥＴ１１、第３ＦＥＴ２０、及び第４ＦＥＴ２１を、スイッチング素子と称する。

【0043】

以下の説明において、第１制御信号Ｓ１、第２制御信号Ｓ２、第３制御信号Ｓ３、及び第４制御信号Ｓ４ごとに区別する場合には、第１制御信号Ｓ１、第２制御信号Ｓ２、第３制御信号Ｓ３、及び第４制御信号Ｓ４のまま表記し、第１制御信号Ｓ１、第２制御信号Ｓ２、第３制御信号Ｓ３、及び第４制御信号Ｓ４のうちのいずれか一つを取り上げて説明する場合、第１制御信号Ｓ１、第２制御信号Ｓ２、第３制御信号Ｓ３、及び第４制御信号Ｓ４を制御信号と称する。

【0044】

例えば、スイッチング素子のドレイン－ソース間が導通のときをスイッチング素子がオンであり、スイッチング素子のドレイン－ソース間が不導通のときをスイッチング素子がオフである。

【0045】

スイッチング素子のオンオフ制御とは、制御信号によってスイッチング素子のオンとオフを繰り返す動作の制御をいう。

【0046】

制御信号は、そのレベルがＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルを交互に変化する信号である。例えば、制御信号は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号である。

【0047】

＜制御部２の機能構成図＞
図２は、制御部２の機能構成図である。制御部２は、ＡＤ変換部６と、制御信号生成部３と、記憶部４と、周波数指示部５とを備える。

【0048】

ＡＤ変換部６は、制御対象モニタ信号Ｓｍｏが入力され、アナログ信号をデジタル信号に変換してモニタ信号値を生成する。ＡＤ変換部６は、モニタ信号値を後述するフィードバック制御部７と、後述する目標周波数決定部９に送信する。例えば、制御対象モニタ信号Ｓｍｏは、第１バッテリＶｈの入力電圧値、抵抗３８を流れる出力電流値、又はコンデンサ３７に印加される出力電圧値である。

【0049】

モニタ信号値は、第１バッテリＶｈの入力電圧値、抵抗３８を流れる出力電流値、又はコンデンサ３７に印加される出力電圧値のデジタル信号のいずれか１つ以上を表す情報である。

【0050】

記憶部４は、スペクトラム拡散テーブルＴａと、周波数変化テーブルＴｂを記憶する。

【0051】

スペクトラム拡散テーブルＴａは、後述する複数の目標周波数の各々と、目標周波数に対して後述するスペクトラム拡散を行うか否かとを対応付けしたテーブルである。

【0052】

周波数変化テーブルＴｂは、後述する要素番号の各々と、後述する周波数変化量とを対応付けしたテーブルである。

【0053】

制御信号生成部３は、フィードバック制御部７と、ＰＷＭパルス生成部８とを備える。

【0054】

フィードバック制御部７は、ＡＤ変換部６から送信されたモニタ信号値に応じて目標周波数以外の制御信号に関する制御パラメータを決定する。例えば、制御パラメータは、制御信号のデューティ比である。

【0055】

ＰＷＭパルス生成部８は、目標周波数決定部９から送信された目標周波数を表す情報とフィードバック制御部７から送信された制御パラメータを表す情報を取得する。これらの情報及び後述するスペクトラム拡散指示部１２から送信されるスペクトラム拡散を行うか否かの指示に基づいて第１制御信号Ｓ１、第２制御信号Ｓ２、第３制御信号Ｓ３、及び第４制御信号Ｓ４を生成する。

【0056】

周波数指示部５は、目標周波数決定部９とスペクトラム拡散指示部１２とを備える。

【0057】

目標周波数決定部９は、ＡＤ変換部６から送信されたモニタ信号値に応じて次の周期でとるべき目標周波数を複数の周波数候補の中から決定する。目標周波数決定部９は、目標周波数を表す情報をスペクトラム拡散指示部１２及びＰＷＭパルス生成部８に送信する。

【0058】

スペクトラム拡散指示部１２は、制御信号の目標周波数に対してスペクトラム拡散を行うか否かをＰＷＭパルス生成部８に指示する。制御信号の目標周波数に対してスペクトラム拡散を行うか否かは、例えばスペクトラム拡散テーブルＴａに基づいて実施してもよいし、演算式に基づいて実施してもよい。スペクトラム拡散指示部１２は、周波数変化テーブルＴｂを参照して後述するスペクトラム拡散周波数を生成するようＰＷＭパルス生成部８に指示する。

【0059】

制御信号生成部３及び周波数指示部５は、図示しないマイコンによって機能させることができる。マイコンは、例えば水晶発振器を有する。水晶発振器は、マイコンが動作するために必要となるマイコンのＰＷＭパルス生成用タイマー（以下、ＰＷＭタイマーと称する。）のクロック信号を発振させる。ＰＷＭタイマーのクロック信号の周波数をタイマークロック周波数という。

【0060】

駆動周波数とは、ＰＷＭパルス生成部８が目標周波数に基づいて実際に生成する制御信号の周波数である。

【0061】

目標周波数とは、モニタ信号値の情報をもとに、次の周期にとるべき目標として設定する周波数をいう。また、目標周波数は、スイッチング素子を実際に駆動させる制御信号の駆動周波数の目標値である。

【0062】

スイッチング周波数とは、目標周波数に基づいて後述する式（２）から導出される周波数をいう。

【0063】

スペクトラム拡散とは、所定時間ごとに複数のスペクトラム拡散周波数の制御信号を順次変化させて、スイッチング素子のオンオフ制御を行うことである。

【0064】

スペクトラム拡散周波数とは、目標周波数に周波数変化量を加算した周波数である。

【0065】

要素番号は、０からＮ（Ｎは自然数）までの値がそれぞれ１つずつ付与されている。複数の要素番号が存在する。各要素番号と目標周波数の各周波数変化量とが対応付けられている。

【0066】

ＰＷＭパルス生成部８は、目標周波数と同じ値の駆動周波数の制御信号を生成することが理想的である。しかし実際には、目標周波数と駆動周波数には誤差が生じる。

【0067】

ここで、駆動周波数は、マイコンのタイマークロック周波数に依存する。マイコンが出力する駆動周波数は、式（２）に基づいて理論的に算出することができる。式（２）で理論的に算出したものをスイッチング周波数といい、実際に出力する駆動周波数と区別している。

【0068】

スイッチング周波数は、マイコンのタイマークロック周波数に依存する。タイマークロック周波数は、ＰＷＭタイマーのレジスタで設定可能なクロック周波数に対して、水晶発振器のばらつきのために誤差を伴って出力される周波数である。マイコンの水晶発振器の周波数精度がα％のとき、タイマークロック周波数とＰＷＭタイマーのレジスタで設定可能なクロック周波数との関係は、下記式（１）となる。

【数2】

ここで、ｆｐｗｍは、ＰＷＭタイマーのレジスタで設定可能なクロック周波数であり、ｆｃｌｋは、マイコンのタイマークロック周波数である。

【0069】

スイッチング周波数は、下記式（２）となる。

【数3】

ここで、ｆｓｗは、スイッチング周波数、ｆは、目標周波数、Ｒｏｕｎｄ（ｆｃｌｋ／ｆ）は、ｆｃｌｋをｆで除算した値を小数点以下四捨五入する関数である。

【0070】

＜目標周波数と聴感雑音の発生＞
スイッチング素子のオンオフ制御により、スイッチング素子を含む回路に高周波電流が流れると、電磁放射雑音が発生する。この電磁放射雑音は、制御信号の周波数成分だけでなく、制御信号の周波数の３次高調波、５次高調波などの高調波の周波数成分の電磁放射雑音も含まれる。この高調波の電磁放射雑音が、ＡＭ放送の周波数帯域（５２６．５ｋＨｚ～１６０６．５ｋＨｚ）にあれば、近くに配置されるＡＭラジオ１３から聴感雑音が発生する。

【0071】

そのため、本開示のスイッチング電源装置１の制御信号の目標周波数は、ＡＭ放送の搬送波周波数と一致する９ｋＨｚ又は１０ｋＨｚの逓倍に設定している。

【0072】

本実施形態では、例えば、制御信号の目標周波数は、９ｋＨｚの逓倍になるようあらかじめ設定している。

【0073】

これにより、スイッチング素子のオンオフ制御により発生する電磁放射雑音の周波数は、目標周波数と同じ、９ｋＨｚ又は１０ｋＨｚの逓倍となる。そのため、ＡＭ放送の周波数帯域では、ＡＭ放送の搬送周波数と電磁放射雑音の周波数とが一致する。ＡＭラジオ１３が音声信号を復調するために搬送周波数成分を除去するとき、同じ周波数の電磁放射雑音も併せて除去される。このため、ＡＭラジオ１３は、音質を損なうことはなく、聴感雑音を低減することができる。

【0074】

ＰＷＭパルス生成部８は、９ｋＨｚの逓倍の周波数となるように設計された目標周波数の制御信号を生成するように指示される。しかし、ＰＷＭパルス生成部８は、実際、目標周波数と厳密に一致しない値の駆動周波数の制御信号を生成する。駆動周波数は正確に９ｋＨｚの逓倍とはならない。

【0075】

目標周波数とスイッチング周波数との絶対誤差の絶対値（以下、単に絶対誤差と称す。）が、あらかじめ定められた閾値以上の場合、聴感雑音が生じる。下記式（３）は、聴感雑音が生じる条件式である。例えば、閾値は、可聴周波数領域の下限値である。より具体的には、閾値は、２０Ｈｚであってもよい。

【数4】

ここで、ｆは、目標周波数である。ｆｓｗは、スイッチング周波数である。ＡＨは、閾値である。

【0076】

図３は、タイマークロック周波数が８０ＭＨｚであるときの目標周波数と絶対誤差との関係を示す。

【0077】

目標周波数が８１ｋＨｚであるとき、絶対誤差は、約２８Ｈｚである。このとき式（３）を満たしているので聴感雑音が発生する。

【0078】

目標周波数が６３ｋＨｚであるとき、絶対誤差は、約７．５Ｈｚである。このとき式（３）を満たしていないので聴感雑音を発生しない。

【0079】

図４は、タイマークロック周波数が２００ＭＨｚであるときの目標周波数と絶対誤差との関係を示す。

【0080】

タイマークロック周波数が２００ＭＨｚであるときは、少なくとも図４に示す範囲のどの目標周波数に対しても絶対誤差が式（３）を満たしていないので聴感雑音が発生しない。

【0081】

このように、目標周波数に対する聴感雑音の発生は、マイコンのタイマークロック周波数に依存する。

【0082】

タイマークロック周波数が２００ＭＨｚである場合、目標周波数が６３ｋＨｚから１０８ｋＨｚまでは、聴感雑音が発生しない。そのため、タイマークロック周波数が２００ＭＨｚのマイコンをスイッチング電源装置１に使用することも考えられる。しかし、マイコンのタイマークロック周波数が高くなるとマイコンは高コストとなる。

【0083】

本実施形態では、低性能のマイコンを用いて聴感雑音を低減できるスイッチング電源装置１を実現する。上述のタイマークロック周波数が８０ＭＨｚである場合、式（３）を満たさない目標周波数が複数存在している。図３によれば、目標周波数が、８１ｋＨｚと、１０８ｋＨｚである。スイッチング電源装置１は、このような目標周波数に対して、スペクトラム拡散を行うことでスイッチング周波数を疑似的に目標周波数に近づけて聴感雑音の低減を図る。

【0084】

以下、スペクトラム拡散の方法を説明する。本実施形態のスペクトラム拡散は、目標周波数に対してわずかに周波数変化量だけ変化させることにより、疑似的にスイッチング周波数の周波数分解能を向上させている。

【0085】

周波数分解能が向上すれば、スイッチング周波数は、疑似的に目標周波数に近づくことができ、ＡＭラジオ１３の聴感雑音を低減できる。

【0086】

本実施形態によれば、スイッチング電源装置１は、スイッチング素子のオンオフ制御を行う制御信号の各々の目標周波数のうち、式（３）を満たす目標周波数に対してスペクトラム拡散を行う。これにより、スイッチング周波数が可変なスイッチング電源装置１において、スイッチング電源装置１に汎用的、低性能、及び低コストであるマイコンを用いることができる。

【0087】

また、本実施形態によれば、目標周波数とスイッチング周波数との絶対誤差を求め、目標周波数の各々のうちどの目標周波数にスペクトル拡散を行うかを決定することができる。

【0088】

さらに、スイッチング素子のオンオフ制御で発生する電磁放射雑音の周波数が、ＡＭラジオ１３の搬送周波数とずれている場合にも、ＡＭラジオ１３から発生する聴感雑音を低減することができる。

【0089】

＜スペクトラム拡散制御処理＞
以下に、スペクトラム拡散制御処理について説明する。図５は、スペクトラム拡散制御処理のフローチャートである。

【0090】

スイッチング電源装置１が電源オンされると、スイッチング電源装置１はスペクトラム拡散制御を開始する。

【0091】

ステップＳ１０１：制御部２のスペクトラム拡散指示部１２は、要素番号の値ｉ、目標周波数ｆに基づいてスイッチング素子のオンオフ制御を開始する指示をＰＷＭパルス生成部８に行う。ＰＷＭパルス生成部８は、制御信号を生成する。

【0092】

ステップＳ１０２：制御部２のスペクトラム拡散指示部１２は、目標周波数ｆでスペクトラム拡散を行う対象であるかを記憶部４に記憶されているスぺクトラム拡散テーブルＴａを参照する。

【0093】

ここで、図６は、スペクトラム拡散テーブルＴａの一例を示す。スペクトラム拡散テーブルＴａには、目標周波数各々に対応してスペクトラム拡散を行うか否かが記憶されている。

【0094】

スペクトラム拡散指示部１２は、目標周波数が、例えば６３ｋＨｚである場合には、スペクトラム拡散を行わない。スペクトラム拡散指示部１２は、目標周波数が、例えば８１ｋＨｚである場合には、スペクトラム拡散を行う。

【0095】

より詳細には、目標周波数ｆでスぺクトラム拡散を行うとスペクトラム拡散テーブルＴａに記憶されている場合（ステップ１０２でＹｅｓ）、ステップＳ１０３へ進む。それ以外の場合（ステップＳ１０２でＮｏ）、ステップＳ１１４に進む。

【0096】

ステップＳ１０３：制御部２のスペクトラム拡散指示部１２は、要素番号の値がｉのときの周波数変化量Δｆｉを周波数変化テーブルＴｂから取得する。図７は、記憶部４に記憶されている周波数変化テーブルＴｂの一例を示す。周波数変化テーブルＴｂには、要素番号の各々の値０～Ｎに対応する周波数変化量Δｆ０～ΔｆＮが記憶されている。スペクトラム拡散指示部１２は、要素番号の値が０のとき、周波数変化量Δｆ０を取得する。スペクトラム拡散指示部１２は、要素番号の値が１のとき、周波数変化量Δｆ１を取得する。スペクトラム拡散指示部１２は、要素番号の値がＮのとき、周波数変化量ΔｆＮを取得する。次にステップＳ１０４に進む。

【0097】

ステップＳ１０４：制御部２のスペクトラム拡散指示部１２は、目標周波数ｆに周波数変化量Δｆｉを加算して、加算した値をスペクトラム拡散周波数とする。スペクトラム拡散周波数の制御信号は、所定時間、ＰＷＭパルス生成部８により生成される。図８は、スペクトラム拡散の方法を示した図である。時間０からＴまでの所定時間、要素番号の値が０であるときスペクトラム拡散周波数がｆ＋Δｆ０である制御信号が生成される。その後、要素番号の値が１では、時間Ｔから２Ｔまでの所定時間、スペクトラム拡散周波数がｆ＋Δｆ１である制御信号が生成される。その後、要素番号の値が２となると、時間２Ｔから３Ｔまでの所定時間は、スペクトラム拡散周波数がｆ＋Δｆ２である制御信号が生成される。このように、所定時間が経過すると、要素番号の値がｉのときスペクトラム拡散周波数がｆ＋Δｆｉである制御信号が生成される。要素番号の値がＮとなると、スペクトラム拡散周波数がｆ＋ΔｆＮである制御信号が生成される。要素番号の値がＮとなり、時間（Ｎ＋１）Ｔを経過した後は、要素番号の値は再び０になる。そのとき、要素番号の値が０であるのでスペクトラム拡散周波数がｆ＋Δｆ０である制御信号が生成される。このように、周期ＡＴごとに順次制御信号のスペクトラム拡散周波数が変化するスイッチング素子のオンオフ制御が繰り返される。

【0098】

ここで、スペクトラム拡散を行うことにより、スイッチング周波数の周波数分解能が向上する原理を説明する。周波数変化テーブルＴｂにおいて、要素番号の値が１、周波数変化量Δｆ０が０、周波数変化量Δｆ１が１である場合を例に説明する。目標周波数ｆに０又は１を加算したスペクトラム拡散周波数の制御信号が、時間Ｔごとに交互にスイッチング素子をオンオフ制御する。周期ＡＴに対するスぺクトラム拡散周波数の平均値は、（（ｆ＋０）＋（ｆ＋１））／２＝ｆ＋０．５となる。このように、スペクトラム拡散を行うことで、マイコンが有する周波数分解能よりも小さい周波数を疑似的に扱うことができる。

【0099】

要素番号の値がＮ、周波数変化量Δｆ０～周波数変化量ΔｆＮの場合においても、スペクトラム拡散により、スイッチング周波数の分解能を疑似的に向上させることができる。

【0100】

ステップＳ１０５：制御部２のスペクトラム拡散指示部１２は、スペクトラム拡散周波数が、上限値ｆｍａｘより大きいかを判定する。制御部２のスペクトラム拡散指示部１２は、スペクトラム拡散周波数が、上限値ｆｍａｘより大きいと判定した場合（ステップＳ１０５でＹｅｓ）、ステップＳ１０６に進む。それ以外の場合（ステップＳ１０５でＮｏ）、ステップＳ１０７に進む。

【0101】

ステップＳ１０６：制御部２のスペクトラム拡散指示部１２は、スペクトラム拡散周波数を上限値ｆｍａｘに置換する。次にステップＳ１０７に進む。

【0102】

ステップＳ１０７：制御部２のスペクトラム拡散指示部１２は、スペクトラム拡散周波数が下限値ｆｍｉｎより小さいかを判定する。制御部２のスペクトラム拡散指示部１２は、スペクトラム拡散周波数が下限値ｆｍｉｎより小さいと判定した場合（ステップＳ１０７でＹｅｓ）、ステップＳ１０８に進む。それ以外の場合（ステップＳ１０７でＮｏ）、ステップＳ１０９に進む。

【0103】

ステップＳ１０８：制御部２のスペクトラム拡散指示部１２は、スペクトラム拡散周波数を下限値ｆｍｉｎに置換する。次にステップＳ１０９に進む。

【0104】

ステップＳ１０９：制御部２のスペクトラム拡散指示部１２は、制御信号の周波数をスペクトラム拡散周波数に更新し、更新したスペクトラム拡散周波数でスイッチング素子のオンオフ制御を行うようＰＷＭパルス生成部８に指示する。次にステップＳ１１０に進む。

【0105】

ステップＳ１１０：制御部２のスペクトラム拡散指示部１２は、要素番号の値に１加算して新要素番号の値とする。次にステップＳ１１１に進む。

【0106】

ステップＳ１１１：制御部２のスペクトラム拡散指示部１２は、新要素番号の値がＮより大きいかを判定する。制御部２のスペクトラム拡散指示部１２が、新要素番号の値がＮより大きいと判定した場合（ステップＳ１１１でＹｅｓ）、ステップＳ１１２に進む。それ以外の場合（ステップＳ１１１でＮｏ）、ステップＳ１１３に進む。

【0107】

ステップＳ１１２：制御部２のスペクトラム拡散指示部１２は、新要素番号の値を０に置換する。次にステップＳ１１３に進む。

【0108】

ステップＳ１１３：制御部２のスペクトラム拡散指示部１２は、要素番号の値を新要素番号の値に更新する。次にステップＳ１１４に進む。

【0109】

ステップＳ１１４：制御部２のスペクトラム拡散指示部１２は、スイッチング素子のオンオフ制御を続行するかを判断する。スイッチング素子のオンオフ制御を続行する場合（ステップＳ１１４でＹｅｓ）、ステップＳ１１５に進む。それ以外の場合（ステップＳ１１４でＮｏ）、ステップＳ１１６に進む。

【0110】

ステップＳ１１５：制御部２のスペクトラム拡散指示部１２は、所定時間経過するまでスイッチング素子のオンオフ制御を行うためＰＷＭパルス生成部８に制御信号を生成するよう指示を行う。次にステップＳ１０２に戻る。

【0111】

ステップＳ１１６：制御部２のスペクトラム拡散指示部１２は、スイッチング素子のオンオフ制御を停止するためＰＷＭパルス生成部８に制御信号を生成しないよう指示を行う。これで処理を終了する。

【0112】

本実施形態によれば、スイッチング制御方法は、モニタ信号値に応じて次の周期でとるべき目標となる目標周波数が複数の周波数候補の中から決定され、目標周波数がスペクトラム拡散を行う対象であれば、目標周波数に対してスペクトラム拡散を行う。これにより、汎用的、低性能、及び低コストであるマイコンを用いてスイッチング制御を行うことができる。

【0113】

本実施形態では、ＡＭラジオ１３を備える車両にスイッチング電源装置１を搭載した例を説明したが、本開示はこの例に限るものではない。例えば、室内に配置されたスイッチング電源装置１の近くにＡＭラジオ１３が配置される場合にも本開示は適用される。

【0114】

これにより、スイッチング電源装置１から電磁放射雑音が発生しても、近くに配置されるＡＭラジオ１３からは聴感雑音が発生しない。

【0115】

〔ソフトウェアによる実現例〕
スイッチング電源装置１（以下、「装置」と呼ぶ）の機能は、当該装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、当該装置の各制御ブロック（特に制御部に含まれる各部）としてコンピュータを機能させるためのプログラムにより実現することができる。

【0116】

この場合、上記装置は、上記プログラムを実行するためのハードウェアとして、少なくとも１つの制御装置（例えばプロセッサ）と少なくとも１つの記憶装置（例えばメモリ）を有するコンピュータを備えている。この制御装置と記憶装置により上記プログラムを実行することにより、上記各実施形態で説明した各機能が実現される。

【0117】

上記プログラムは、一時的ではなく、コンピュータ読み取り可能な、１または複数の記録媒体に記録されていてもよい。この記録媒体は、上記装置が備えていてもよいし、備えていなくてもよい。後者の場合、上記プログラムは、有線または無線の任意の伝送媒体を介して上記装置に供給されてもよい。

【0118】

また、上記各制御ブロックの機能の一部または全部は、論理回路により実現することも可能である。例えば、上記各制御ブロックとして機能する論理回路が形成された集積回路も本開示の範疇に含まれる。この他にも、例えば量子コンピュータにより上記各制御ブロックの機能を実現することも可能である。

【0119】

また、上記各実施形態で説明した各処理は、ＡＩ（Artificial Intelligence：人工知能）に実行させてもよい。この場合、ＡＩは上記制御装置で動作するものであってもよいし、他の装置（例えばエッジコンピュータまたはクラウドサーバ等）で動作するものであってもよい。

【0120】

本開示は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本開示の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0121】

１ スイッチング電源装置
２ 制御部
３ 制御信号生成部
４ 記憶部
５ 周波数指示部
６ ＡＤ変換部
７ フィードバック制御部
８ ＰＷＭパルス生成部
９ 目標周波数決定部
１０ 第１ＦＥＴ
１１ 第２ＦＥＴ
１２ スペクトラム拡散指示部
２０ 第３ＦＥＴ
２１ 第４ＦＥＴ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】