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公開番号2025051755
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-04
出願番号2024164154
出願日2024-09-20
発明の名称DC-DCコンバータのEMI低減装置及び方法
出願人ティーディーケー-ラムダ・(チャイナ)・エレクトロニクス・カンパニー・リミテッド
代理人個人,個人,個人
主分類H02M 3/00 20060101AFI20250327BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】本発明は、DC-DCコンバータのEMI低減装置及び方法を提供する。
【解決手段】当該DC-DCコンバータは、入力電圧端と、出力電圧端と、その動作周波数を調整することによりDC-DCコンバータの出力電圧を変調する複数のスイッチング素子と、DC-DCコンバータの出力端の出力電圧に基づいてスイッチング素子の動作周波数を変更する制御端と、を含む。当該EMI低減装置は、制御端に接続され、出力電圧端の出力電圧に基づき且つ所望のEMI性能に応じて設定された波動変調周波数をスイッチング素子の動作周波数に注入する周波数変調入力ユニットを含む。本発明のEMI低減装置によれば、ある周波数点fc及びその高周波高調波、例えば2fc、3fcに集中するエネルギーをそれらの周囲の周波数帯域に分散させ、各周波数点におけるEMIを低減し、DC-DCコンバータのEMI性能を改善することができる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ＤＣ－ＤＣコンバータのＥＭＩ低減装置であって、
前記ＤＣ－ＤＣコンバータは、入力電圧端と、出力電圧端と、その動作周波数を調整することにより前記ＤＣ－ＤＣコンバータの出力電圧を変調する複数のスイッチング素子と、前記ＤＣ－ＤＣコンバータの出力端の出力電圧に基づいて前記スイッチング素子の動作周波数を変更する制御端と、を含み、
前記ＥＭＩ低減装置は、前記制御端に接続され、前記出力電圧端の出力電圧に基づき且つ所望のＥＭＩ性能に応じて設定された波動変調周波数を前記動作周波数に注入する周波数変調入力ユニットを含むことを特徴とするＤＣ－ＤＣコンバータのＥＭＩ低減装置。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
前記周波数変調入力ユニットは、
前記ＤＣ－ＤＣコンバータの出力電圧端の波動出力電圧を波動フィードバック電圧として検出する波動出力電圧検出ユニットと、
前記波動変調周波数に応じた波動変調電圧を出力する波動変調電圧出力ユニットと、
前記波動フィードバック電圧と前記波動変調電圧との波動誤差信号が入力され、前記波動変調周波数を前記制御端に出力する波動誤差制御ユニットと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のＤＣ－ＤＣコンバータのＥＭＩ低減装置。
【請求項３】
前記周波数変調入力ユニットは、前記波動変調周波数に応じた波動変調電圧を出力する波動変調電圧出力ユニットを備え、
前記ＤＣ－ＤＣコンバータは、
前記出力電圧端の出力電圧を検出し、前記出力電圧に応じた出力フィードバック電圧を出力する出力電圧検出ユニットと、
定基準電圧と前記波動変調電圧との加算値と、前記出力フィードバック電圧とが入力され、前記波動変調周波数に関する周波数を前記制御端に出力する誤差制御ユニットと、
を有することを特徴とする請求項１に記載のＤＣ－ＤＣコンバータのＥＭＩ低減装置。
【請求項４】
前記波動変調電圧と前記波動変調周波数との対応関係は、
Ｖｍｏｄ＝Ｈｏｕｔ＿ｆｄ＊Ｆｓｗ＿ｄ／Ｇｏｕｔ＿ｆであり、
その中、Ｖｍｏｄは前記波動変調電圧、Ｆｓｗ＿ｄは前記波動変調周波数、Ｇｏｕｔ＿ｆは前記ＤＣ－ＤＣコンバータにおける出力電圧から前記動作周波数への伝達関数、Ｈｏｕｔ＿ｆｄは前記出力電圧検出ユニットの伝達関数であることを特徴とする請求項３に記載のＤＣ－ＤＣコンバータのＥＭＩ低減装置。
【請求項５】
前記波動変調電圧出力ユニットは、
非反転入力端が第１抵抗を介して出力端に接続され、反転入力端が第１コンデンサを介して接地端に接続されるとともに第２抵抗を介して出力端に接続されるオペアンプと、
一端が接地され、他端が第３抵抗を介して前記オペアンプの非反転入力端に接続される定電圧源と、
一端が波動出力電圧検出ユニット又は出力電圧検出ユニットに接続され、他端が前記第２抵抗と前記第１コンデンサとの接続点に接続される、第４抵抗と第２コンデンサとの直列回路と、
を含むことを特徴とする請求項２または３に記載のＤＣ－ＤＣコンバータのＥＭＩ低減装置。
【請求項６】
前記ＤＣ－ＤＣコンバータの出力電流を検出する電流検出ユニットをさらに備え、
前記ＤＣ－ＤＣコンバータのＥＭＩ性能に応じて複数の電流区間が設定され、
少なくとも１つの電流区間において、前記ＤＣ－ＤＣコンバータのスイッチング素子に前記波動変調周波数が注入され、
前記少なくとも１つの電流区間以外の電流区間において、前記ＤＣ－ＤＣコンバータのスイッチング素子に前記波動変調周波数が注入されないことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のＤＣ－ＤＣコンバータのＥＭＩ低減装置。
【請求項７】
前記所望のＥＭＩ性能は、ＥＭＩの平均値であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のＤＣ－ＤＣコンバータのＥＭＩ低減装置。
【請求項８】
前記ＤＣ－ＤＣコンバータは、離隔型および非離隔型のＤＣ－ＤＣコンバータを含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のＤＣ－ＤＣコンバータのＥＭＩ低減装置。
【請求項９】
前記ＤＣ－ＤＣコンバータは、ＬＬＣコンバータ、準共振ブーストコンバータ、準共振バックコンバータ、準共振フライバックコンバータの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のＤＣ－ＤＣコンバータのＥＭＩ低減装置。
【請求項１０】
ＤＣ－ＤＣコンバータの出力電圧に基づいて、制御端を介して、前記ＤＣ－ＤＣコンバータのスイッチング素子の動作周波数を調整し、
前記制御端を介して、前記出力電圧に基づき且つ所望のＥＭＩ性能に応じて設定された波動変調周波数を、前記動作周波数に注入することを特徴とするＤＣ－ＤＣコンバータのＥＭＩ低減方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
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し、特に周波数変調のＤＣ－ＤＣコンバータのＥＭＩ低減装置及び方法に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源は高周波化の電力変換装置であり、主にパワー半導体デバイス（例えばバイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴなど）を利用し、制御回路により、電子スイッチング素子を周期的に「オン」と「オフ」させ、パワー半導体デバイスに入力電圧をパルス変調させることにより、電圧変換、出力電圧の調整及び自動的な電圧の安定という機能を実現する。異なるスイッチング電源トポロジーに対して、幅変調式（ＰＷＭ）と周波数変調式は、スイッチング電源によく使われる２種類の制御方法である。スイッチング素子について、高い変換効率と低い電磁妨害（ＥＭＩ：ＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）が求められている。
【０００３】
ＰＷＭ制御を用いたスイッチング電源について、平均ＥＭＩノイズレベルを効果的に低減できるメカニズムとして、ダイレクトスイッチング周波数変調（ｄｉｒｅｃｔｓｗｉｔｃｈｉｎｇｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）が知られている。しかしながら、ＰＷＭ制御のスイッチング電源に適した、ＥＭＩノイズを低減するメカニズム（すなわち、ダイレクトスイッチング周波数変調）は、スイッチング周波数変調のコンバータには適用できない。これは、直接スイッチング周波数変調が各負荷の要求にマッチングすることが困難であり、例えば、軽い負荷条件に基づいて設計された直接スイッチング周波数変調は、満載条件での出力電圧に大きな波動を引き起こすからである。
【０００４】
したがって、様々な負荷条件において平均ＥＭＩノイズを低減し、ＥＭＩフィルタを小型化することができる、周波数変調式のスイッチング電源に適した有効な機構が求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、従来技術における上記事情に鑑みてなされたものであり、ＥＭＩ性能を改善することができるＤＣ－ＤＣコンバータのＥＭＩ低減装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面は、ＤＣ－ＤＣコンバータのＥＭＩ低減装置を提供し、当該ＤＣ－ＤＣコンバータは、入力電圧端と、出力電圧端と、その動作周波数を調整することによりＤＣ－ＤＣコンバータの出力電圧を変調する複数のスイッチング素子と、ＤＣ－ＤＣコンバータの出力端の出力電圧に基づいてスイッチング素子の動作周波数を変更する制御端と、を含む。該ＥＭＩ低減装置は、制御端に接続され、出力電圧端の出力電圧に基づき且つ所望のＥＭＩ性能に応じて設定された波動変調周波数を動作周波数に注入する周波数変調入力ユニットを含む。
【０００７】
本発明の一実施形態に係るＤＣ－ＤＣコンバータのＥＭＩ低減装置によれば、周波数変調入力ユニットにより、制御端を介して波動変調周波数を注入する。この波動変調周波数は、出力端電圧端の出力電圧に基づき、且つ所望のＥＭＩ性能に応じて設定される。これにより、本発明のＥＭＩ低減装置は、ある周波数点ｆｃ及びその高周波高調波、例えば２ｆｃ、３ｆｃに集中するエネルギーをそれらの周囲の周波数帯域に分散させ、各周波数点におけるＥＭＩを低減することができる。エネルギーが周波数点のベースバンドに分散される（即ち、周波数拡張）ため、各周波数点においてＥＭＩに関する規定された制限値を超えず、ＥＭＩ性能を改善する効果を実現できる。
【０００８】
また、本発明の他の実施形態に係るＤＣ－ＤＣコンバータのＥＭＩ低減装置において、周波数変調入力ユニットは、ＤＣ－ＤＣコンバータの出力電圧端の波動出力電圧を波動フィードバック電圧として検出する波動出力電圧検出ユニットと、波動変調周波数に応じた波動変調電圧を出力する波動変調電圧出力ユニットと、波動フィードバック電圧と波動変調電圧との波動誤差信号が入力され、波動変調周波数を制御端に出力する波動誤差制御ユニットと、を含んでもよい。本発明のＥＭＩ低減装置では、実際の波動出力電圧を予め設定された波動変調電圧に追従させるために、波動誤差制御ユニットがスイッチング素子の動作周波数を調整する。これにより、所望の周波数拡張を実現できる。
【０００９】
また、本発明の他の実施形態に係るＤＣ－ＤＣコンバータのＥＭＩ低減装置において、周波数変調入力ユニットは、波動変調周波数に応じた波動変調電圧を出力する波動変調電圧出力ユニットを備えていてもよい。ＤＣ－ＤＣコンバータは、出力電圧端の出力電圧を検出し、出力電圧に応じた出力フィードバック電圧を出力する出力電圧検出ユニットと、定基準電圧と波動変調電圧との加算値と、出力フィードバック電圧とが入力され、波動変調周波数に関する周波数を制御端に出力する誤差制御ユニットと、を有してもよい。
【００１０】
また、本発明の他の実施形態に係るＤＣ－ＤＣコンバータのＥＭＩ低減装置によれば、波動変調電圧と波動変調周波数との対応関係は、Ｖｍｏｄ＝Ｈｏｕｔ＿ｆｄ＊Ｆｓｗ＿ｄ／Ｇｏｕｔ＿ｆであってもよく、その中、Ｖｍｏｄは波動変調電圧、Ｆｓｗ＿ｄは波動変調周波数、Ｇｏｕｔ＿ｆはＤＣ－ＤＣコンバータの出力電圧から動作周波数への伝達関数、Ｈｏｕｔ＿ｆｄは出力電圧検出ユニットの伝達関数である。
（【００１１】以降は省略されています）

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