CN101981523B - 具有相控与周期过零控制功能的温度控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有相控与周期过零控制功能的温度控制器，其通过使用微型计算机以根据负载的控制目标温度而产生相控信号或过零控制信号，从而控制供给负载的电源，由此实现低成本的实施方式。本发明提供了一种具有相控与周期过零控制功能的温度控制器，在采用温度传感器感测与分析负载之后，通过对供给负载的电源实施相控或过零控制，温度控制器将负载控制在预设目标温度，该温度控制器包括：电源同步电路部，其用于从AC电源中提取同步信号；电源电路部，在所述电源电路部中，AC电源与变压器的一次线圈连接，并且在二次线圈上分别设置驱动电源生成部和可控硅触发电源生成部；微型计算机，其用于产生相控信号或周期过零信号，以分析由温度传感器所感测的所述负载的温度并将所述温度控制到目标温度；以及可控硅驱动部，其用于根据所述微型计算机的相控信号或周期过零控制信号，将由所述触发电源生成部所产生的电源作为触发信号施加到连接于所述负载的可控硅的栅极。

Description

具有相控与周期过零控制功能的温度控制器

技术领域

本发明涉及一种温度控制器，所述温度控制器根据由温度传感器所感测到的负载侧温度而将负载的温度控制到目标温度，更具体地涉及一种具有相控与周期过零控制功能的温度控制器，所述温度控制器根据负载的控制目标温度产生相控信号或过零控制信号，以控制供给负载的电源。 

背景技术

通常，由温度控制器输出的控制负载的典型控制信号为用于控制继电器的继电器输出、用于驱动SSR(固态继电器)的SSR输出、以及4至20mA的电流输出，所述电流输出作为对应于当前范围内的控制目标值的幅值的电流信号输出。 

如图1所示，为精确控制温度，位于温度控制器10外部的SCR相控器或SCR周期过零控制器20与4～20mA的终端输出电流连接，其中，根据温度传感器30所感测的负载40的温度，通过提高/降低从AC电源供给负载的电源，可以提高/降低例如加热器的负载40的加热值，从而将负载40的温度控制到目标温度。 

发明内容

然而，所述控制器，例如SCR相控器以及SCR周期过零控制器昂贵且体积大，因此，所述控制器的使用中存在一些问题，这包括高成本以及使用空间的困难。 

本发明设计为能克服所述问题，并且本发明的目的是提供一种具有相控与过零控制功能的温度控制器，所述温度控制器采用廉价的具有简单功能的小型部件替代昂贵的SCR相控器或SCR周期过零控制器，能够精确地控制温度。

为实现所述目的，本发明的示例性实施例提供了一种具有相控与周期过零控制功能的温度控制器，所述温度控制器在使用温度传感器感测与分析负载温度之后，通过对供给负载的电源实施相控或周期过零控制，以将负载控制在预设目标温度，所述温度控制器包括：电源同步电路部，其用于从AC电源提取同步信号；电源电路部，其中，AC电源与变压器的一次侧线圈连接，在二次线圈上分别设置有驱动电源生成部以及可控硅触发电源生成部；微型计算机，其产生相控信号或周期过零控制信号，以分析由温度传感器感测的负载的温度并将所述温度控制到所述预设目标温度；以及可控硅驱动部，其用于根据所述微型计算机的相控信号或周期过零控制信号，将由所述触发电源生成部所产生的电源作为触发信号施加到与负载连接的可控硅的栅极。 

所述电源同步电路设置有光耦，所述光耦使所述AC电源与所述微型计算机之间保持隔离。 

而且，所述可控硅驱动部设置有光耦，所述光耦使所述微型计算机与所述负载侧的可控硅保持隔离。 

所述微型计算机的输入端设置有用户操作部，所述用户操作部用于选择所述微型计算机的相控功能或周期过零控制功能。 

通过采用根据本发明的示例性实施例的温度控制器的相控或周期过零控制输出，通过直接连接廉价而小型的具有简单功能的随机开启类型的SSR(固态继电器)或者可控硅，以代替昂贵且大型的SCR相控器或SCR周期过零控制器，可以使用相控功能或周期过零控制功能，这样，在提高空间可用性的同时，可以为所述温度控制器的用户降低成本并提供方便。 

附图说明

图1是相关技术中的温度控制器的配置的图。 

图2是本发明一个示例性实施例的温度控制器的结构图。 

图3是本发明的周期过零控制的主波形的图。 

图4是本发明的相控的主波形的图。 

具体实施方式

下文参照附图详述了本发明一个示例性实施例的配置和操作方式。 

为了允许用户直接选择控制功能，并且用廉价而小型的具有简单功能的随机接通类型的SSR(固态继电器)或可控硅(triac)来替代昂贵且大型的器件，例如替代现有的SCR相控器或SCR周期过零控制器，通过将相控功能和周期过零控制功能添加到温度控制器1中的微型计算机100的功能中，本发明在提高空间利用性的同时，能够为温度控制器1的用户降低成本并提供便利。 

图2示出了本发明示例性实施例的结构。 

感测负载温度的温度传感器30通过输入放大电路120与微型计算机100的一个输入端连接，该微型计算机100用于控制温度控制器1的总体操作。该输入放大电路120用于将由温度传感器30感测到的温度信号放大至具有能在微型计算机100中使用的幅值的信号。并且，显示单元130与微型计算机100的一个输出端连接，以允许用户容易观察到负载的当前温度和负载的目标控制温度。 

此外，如下所述，该微型计算机100被编程为，为将负载40的温度控制在目标温度，通过对温度传感器30感测到的负载的当前温度与用户预设的目标控制温度作比较，在计算控制输出值之后，微型计算机100能够响应于与AC电源同步的控制信号，对供给该负载的电源进行相控或周期过零控制。 

具体地，为控制供给负载的电源，电源同步电路部140在微型计算机与AC电源之间与微型计算机100的一个输入端连接。电源同步电路部140具有光耦PC1，在该光耦PC1中，发光二极管与AC电源连接，光接收晶体管与微型计算机100连接，并且电阻R1、R2、R3与电容C1添加至发光二极管和光接收晶体管，这样，当电源施加到发光二极管时，光接收晶体管导通并将与电源同步的信号输入到微型计算机100中。由于从电源同 步电路部140输入到微型计算机100中的同步信号由光耦PC1产生，通过与AC电源之间保持隔离，避免了由电源噪声所导致的故障。 

此外，负载40，具体地为用于切换供给负载40的AC电源的可控硅180的栅极通过可控硅驱动部150与微型计算机100的一个输出端连接。同样优选的是，可控硅驱动部150采用光耦PC2保持隔离，以避免由噪声导致的故障。即，光耦PC2的发光二极管通过电阻R4与微型计算机100连接，并且光接收晶体管通过电阻R5与可控硅180连接。 

同时，如上所述，用于从AC电源中提取电源同步信号的电源同步电路部140与AC电源连接，而且，为温度控制器1产生电源的电源电路部160也与AC电源连接。电源电路部160具有驱动电源生成部，其通过电源变压器T1将AC电源降压以产生给温度控制器1的每个电路部供电的驱动电源Vcc，而且，电源电路部160还具有触发电源生成部，其产生施加于可控硅180的栅极的触发电源。 

该驱动电源生成部通过电源变压器T1的二次侧及至二极管D1和电容C2，对降至预设电平的电压进行平整和输出，类似地，该触发电源生成部通过电源变压器T1的另一个二次侧及至二极管D2和电容C3，对降至预设水平的电压进行平整和输出。从触发电源生成部产生的电压通过可控硅驱动部150施加到可控硅180的栅极上。 

为便于用户选择微型计算机所具有的相控功能或周期过零控制功能，用户操作部170与微型计算机100的输入端连接。 

在示例性的实施例中，虽然以可控硅180为例用作切换供给负载40的电源的器件，但本发明并未局限于此，对于本领域的技术人员，在不脱离本发明的范围情况下，显然可以使用其他开关元件或其他等同的元件。 

图3示出了本发明控制功能中的周期过零控制的主波形。 

本发明的示例性实施例的周期过零控制将电源频率的预设周期设置为控制周期，通过与控制输出值成比例地接通/关断，为所述周期提供预设时段。图3示出了当控制周期设置为数量为10个的半周期时从可控硅驱动部150输出的触发信号的波形，以及通过可控硅180施加在负载40上的 电源的波形，具体地示出了当负载40的控制输出为10％、40％、80％和100％时可控硅180的输出波形。 

例如，当控制输出值为10％时，控制信号具有一个周期，该周期用于将AC电源的数量为10个的半周期中的仅一个供给负载，该控制信号从微型计算机100输出并传送至光耦PC2。相应地，光耦PC2的光接收晶体管在该周期导通，由二极管D2和电容C3整流后的电压作为触发信号通过导通的光接收晶体管施加至可控硅180的栅极，于是可控硅180接通，这样数量为10个的半周期中的仅一个的电压从AC电源施加给负载40。 

在类似的方法中，当控制输出值为40％时，数量为10个的半周期中的仅四个从AC电源供给负载40，当控制输出值为80％时，数量为10个的半周期中的仅八个从AC电源供给负载40，当控制输出值为100％时，数量为10个的半周期的全部供给负载40。 

该微型计算机100采用由电源同步部140从AC电源中提取的同步信号，并通过将与电源频率同步的控制信号输出至可控硅驱动部150，可将与电源频率同步的电源提供给负载40。 

图4示出了根据本发明的控制功能中的相控的主波形。 

如图4所示，本发明的相控通过将电源频率的半周期用作控制周期，仅在电源频率的所述半周期中与控制输出值成比例的时段给负载40供电。 

即，当控制输出值为20％时，AC电源的半周期的仅20％供给负载40，当控制输出值为50％时，AC电源的半周期的仅50％供给负载40，当控制输出值为100％时，半周期的全部供给负载40。 

为此目的，通过对由温度传感器30所接收的感测温度与用户预设的目标温度进行比较，微型计算机100输出控制输出值，以响应于从电源同步电路部140接收到的电源信号来确定供给负载40的AC电源的相位，从而输出上述的与电源频率同步的控制信号。如图4的表示控制器控制输出的波形，所述控制信号输出为在例如对应于10％…50％…或100％的时段保持开启的信号。 

当所述可控硅180被控制器控制电源开启时，AC电源供给负载40，因而负载40能够保持所述目标温度。 

如上所述，本发明的示例性实施例所述的温度控制器包括廉价的元件，并且通过采用相控方法或周期过零控制方法，所述温度控制器能够控制供给负载的电源。 

Claims (4)

1.一种具有相控与周期过零控制功能的温度控制器，所述温度控制器在使用温度传感器感测与分析负载的温度之后，通过对供给负载的电源实施相控或过零控制，将所述负载控制在预设目标温度，所述温度控制器包括：

电源同步电路部，其用于从AC电源中提取同步信号；

电源电路部，在所述电源电路部中，AC电源与变压器的一次线圈连接，并且在二次线圈上分别设置驱动电源生成部和触发电源生成部；

微型计算机，其用于产生相控信号或周期过零控制信号，以分析由温度传感器所感测的所述负载的温度并将所述温度控制到所述预设目标温度；以及

可控硅驱动部，其用于根据所述微型计算机的相控信号或周期过零控制信号，将由所述触发电源生成部所产生的电源作为触发信号施加到连接于所述负载的可控硅的栅极。

2.根据权利要求1所述的具有相控与周期过零控制功能的温度控制器，其中，所述电源同步电路设置有光耦，所述光耦使得所述AC电源与所述微型计算机之间保持隔离。

3.根据权利要求1或2所述的具有相控与周期过零控制功能的温度控制器，其中，所述可控硅驱动部设置有光耦，所述光耦使得所述微型计算机与所述负载侧的可控硅之间保持隔离。

4.根据权利要求1所述的具有相控与周期过零控制功能的温度控制器，其中，所述微型计算机的所述相控功能或所述周期过零控制功能由用户操作部来选择。

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