CN1588247A

CN1588247A - 一种具有定时功能的电功率调控方法及其系统

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Publication number: CN1588247A
Application number: CNA2004100736948A
Authority: CN
Inventors: 庞浩
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-09-01
Filing date: 2004-09-01
Publication date: 2005-03-02
Anticipated expiration: 2024-09-01
Also published as: CN100397263C

Abstract

本发明涉及一种具有定时功能的电功率调控方法及其系统，属于电气控制领域。其特征在于：该方法通过时钟计时、定时设置、定时比较、功率调节、过零检测、脉冲发生和脉冲驱动的步骤，使电气负载功率能够在定时时刻按照设定的延时和功率大小进行调控。其系统的特征在于：通过控制信号输入接口、时钟计时电路、定时设置电路和定时比较电路完成定时功能，再通过交流电源输入接口、过零检测电路、脉冲发生电路、脉冲驱动电路、可控开关电路和负载电源输出接口实现电气负载功率的调节，最后由功率调节电路将定时功能和电功率调控部分连接起来。本发明所具有的定时电功率调控功能能够满足众多家用电器和工业电器的控制需要。

Description

一种具有定时功能的电功率调控方法及其系统

技术领域：

本发明涉及一种具有定时功能的电功率调控方法及其系统，该方法及其系统既能够实现对交流电气负载功率的直接调节，又能够在设定时刻使功率直接调节到、或者渐变调节到预先设置的大小。本发明属于电气控制领域。

背景技术：

电力电子技术为实现交流电气负载功率的调节提供了新的手段。比如，在调光灯中广泛应用的HT-7706、BA2103等型号的集成电路，以及中国专利《智能调光器》(ZL03234852.5)所提出的电路。它们的工作原理都是通过控制电力电子器件的导通时刻，从而实现白炽灯功率的调节，并实现调光。这些电路都包含有对于交流电源电压信号的过零检测部分。然后，依据负载控制功率，这些电路在相对过零时刻延时T_DLY时间之后，产生出有效的控制脉冲。延时时间T_DLY一般满足：0≤T_DLY＜T₀/2，T₀是交流电源工频周期。由这些集成电路所输出的控制脉冲，再经过脉冲驱动之后，将用以控制电力电子器件。电气负载与电力电子器件先串联，然后一起接入交流电源。随着延时时间T_DLY的增大，电气负载导通时间减小，功率也随着减小。如果电气负载采用白炽灯，则其亮度也将随之降低。事实上，该功率控制方法对于电热毯、电饭锅等家用电器和一些工业电器都是适用的。

在家电和工业控制领域中，许多电气负载在使用时需要定时调控。但是，目前已有的定时电源控制装置，比如：中国发明专利《数字显示电子钟控定时电源多功能插座》(ZL92217310.9)和《定时电源接线盒》(ZL99252846.1)，它们都只能够在设定时刻实现负载电源的开关，而无法实现其功率大小的调节。

发明内容：

本发明的目的在于提出一种具有定时功能的电功率调控方法及其系统，希望不仅能够在定时时刻实现电源的导通和关闭，还能够实现对电源功率大小的定时设置和定时渐变调控，从而完成更灵活的控制功能。

本发明提出的具有定时功能的电功率调控方法包括以下步骤：

(1)交流电源电压信号输入过零检测处理，用以获得电平翻转时刻与交流电源电压为零时刻相对应的方波脉冲形式的同步信号；

(2)时钟设置信号输入时钟计时处理，用以设置当前时刻，进而时钟计时处理按照24日时制、60时分制进行计时，以产生当前时间数据；

(3)定时设置信号输入定时设置处理，用以设置并存储定时时间数据和对应的功率控制参数，功率控制参数包括功率设置数据和调控延时数据，这两个数据都是非负实数；

(4)将上述第(2)步获得的当前时间数据与第(3)步获得的定时时间数据进行定时比较，当二者相同时，定时比较处理产生有效的定时发生信号；定时发生信号在得到功率调节部分的响应之后，被置为无效；

(5)将功率控制信号、上述第(4)步获得的定时发生信号和上述第(3)步获得的功率控制参数输入功率调节处理，用以设置和调节当前功率数据，功率调节处理依据当前功率数据产生相应的延时信号；功率调节处理按照如下三种情况设置和调节当前功率数据：

①有效的功率控制信号能够直接通过功率调节处理增加、减小或者设置当前功率数据；

②当功率控制信号无效时，如果定时发生信号有效，则功率调节处理将在调控延时数据所对应的时间内逐渐增加或减小当前功率数据，从而使当前功率数据在延时时间结束时达到功率设置数据的数值；

③除上述两种情况外，当前功率数据保持不变；

(6)将上述第(1)步获得的同步信号和第(5)步获得的延时信号输入可控延时的脉冲发生处理部分，用以产生控制脉冲信号；控制脉冲信号的产生方法为：当延时信号要求电气负载达到最大功率时，脉冲发生处理将控制脉冲信号设置为有效；当延时信号要求电气负载达到零功率时，脉冲发生处理将控制脉冲信号设置为无效；除前述两种情况外，脉冲发生处理依据延时信号所表示的时间相对同步信号的电平翻转时刻做延时，然后产生有效的控制脉冲信号，控制脉冲信号在同步信号的下一次电平翻转之前变为无效；

(7)将上述第(6)步获得的控制脉冲输入脉冲驱动处理，用以产生满足可控开关驱动要求的驱动信号；

(8)将交流电源和上述第(7)步获得的驱动信号输入可控开关，可控开关在驱动信号控制下导通或断开，从而产生提供给电气负载的负载电源信号。

根据前述的具有定时功能的电功率调控方法而提出的电功率调控系统的组成为：依次串联的交流电源输入接口、过零检测电路、可控延时的脉冲发生电路、脉冲驱动电路、可控开关电路和负载电源输出接口，其中的交流电源输入接口还将与可控开关电路的电源输入端相连；将控制信号输入接口所包含的时钟设置信号线、定时设置信号线和功率控制信号线分别接入时钟计时电路、定时设置电路和功率调节电路；将时钟计时电路的当前时间数据总线和定时设置电路的定时时间数据总线连入定时比较电路；将定时比较电路输出的定时发生信号线和定时设置电路输出的功率控制参数总线连入功率调节电路；将功率调节电路输出的延时信号线连入可控延时的脉冲发生电路；其中，时钟计时部分、定时设置部分、定时比较部分、功率调节部分和可控延时的脉冲发生部分既可以采用电路实现，也可以采用基于微处理器的软件算法实现。

本发明的具有定时功能的电功率调控方法将定时功能与负载电功率的调控结合为一体，其具体工作原理为：当定时时刻到来时，通过有效的定时发生信号，功率调节部分将响应定时事件，并对当前功率数据进行调节。为了完成功率渐变的功能，在功率控制参数中除了功率设置数据之外，本发明还设置了一个调控延时数据。如果调控延时数据为零，则当前功率数据将直接等于功率设置数据；如果调控延时数据不为零，则当前功率数据将在延时时间内逐渐变化，并在延时时间结束时达到功率设置数据的数值。功率调节部分依据当前功率数据产生延时信号。该延时信号在作用于可控延时的脉冲发生后，使控制脉冲的有效时刻相对于同步信号的电平翻转时刻，或者说是，相对于交流电源电压信号的过零时刻产生一个延时。假设该延时时间为T_DLY，同步信号和控制脉冲用0表示无效，1表示有效，并且设交流电源电压信号是峰值V_max、周期为T₀的正弦波形，则交流电源电压信号、同步信号、控制脉冲和负载电源电压信号的波形如图3所示。本发明通过延时信号改变可控开关的导通时间，从而获得不同的负载电源电压波形，进而实现负载电功率的控制。如果负载采用阻值为R的电阻，则理想情况下的负载平均功率为

P = \frac{2}{T_{0}} \cdot {&Integral;}_{T_{DLY}}^{\frac{T_{0}}{2}} \frac{{(V_{\max} \cdot \sin (\frac{2 π \cdot t}{T_{0}}))}^{2}}{R} \cdot dt

= \frac{V_{\max}^{2}}{R} \cdot (\frac{1}{2} - \frac{T_{DLY}}{T_{0}} + \frac{1}{4 π} \cdot \sin (4 π T_{DLY} / T_{0}))

当0≤T_DLY＜T₀/2时，平均电功率值P随着延时时间T_DLY的增加而减小。

由本发明的方法和其工作原理可见，本发明既可以直接通过功率控制信号调节负载功率，又能够在定时时刻实现功率的直接设置和渐变调控的功能；本发明的时钟计时采用了日常钟表的计时方法，便于使用；而且，本发明所具有的功率渐变功能，能够避免功率突变对电气负载的冲击，从而满足软起动、软停止和软调节的应用要求。本发明可以应用于众多电气控制领域。

附图说明：

图1是本发明的具有定时功能的电功率调控方法及其系统的原理框图。

图2是本发明的具有定时功能的电功率调控方法及其系统的简化电路结构图。

图3是本发明的具有定时功能的电功率调控方法及其系统的信号波形图。

图4是本发明实施例中所采用的过零检测电路。

图5是本发明实施例中所采用的脉冲驱动、可控开关以及电气负载的电路。

具体实施方式：

本发明的一个具体实施例是采用基于微处理器的电路结构实现的。首先，交流电源输入接口接入220V、50Hz的交流电源电压信号。然后，交流电源电压信号输入图4所示的过零检测电路，用以获得同步信号OUT。在图4的过零检测电路中，T1是变比为220V∶9V的变压器，R1和R2是47kΩ电阻，D1和D2是二极管，U1是比较器。

微处理器将通过软件算法完成时钟计时、定时设置、定时比较、功率调控和可控延时的脉冲发生。在微处理器中，当前时间的设置程序依据时钟设置信号的输入管脚状态，设置和修改当前时间数据。而后，微处理器基于一个固定间隔的时钟中断处理进行24日时制、60时分制的数据计数，从而实现时钟计时。在微处理器的存储空间中建立一组包含定时时间和功率控制参数的数据表格。通过定时设置信号的输入管脚和内存访问程序，可以修改定时时间数据和功率控制参数。在时钟计时程序之后执行的定时比较程序，将更新后的当前时间与定时时间逐一比较。当二者相同时，该程序将定时发生信号标志位设置为有效。在得到主程序中的功率调节程序的响应后，定时发生信号标志位将置为无效。

功率调节程序首先检测功率控制信号的输入管脚。如果存在有效的功率控制信号，则依据该信号状态对当前功率数据P₀增1、减1、或者直接设置。当前功率数据P₀设计为0～100的整数。如果功率控制信号无效，功率调节程序检验定时发生标志位是否有效。当定时发生标志位有效时，功率调节程序从数据表中读取相应的功率设置数据和调控延时数据，并将这两个数据分别赋给功率调控的目标数据P₁和延时时间T_CTL。在本实施例中，调控延时数据满足：0 ≤T_CTL＜3600秒。如果T_CTL＝0，则当前功率数据P₀直接设置为P₁；如果T_CTL＞0，并且定时发生时的当前功率数据等于P₂，则功率调节程序每隔

\frac{T_{CTL}}{| P_{1} - P_{2} |}

秒的时间，对当前功率数据P₀增1(当P₁＞P₂时)，或者减1(当P₁＜P₂时)。除上述两种情况外，当前功率数据P₀保持不变。最后，功率调节程序还将依据当前功率数据P₀，按照下式计算出延时时间T_CLY：

T_DLY＝0.008-8×10^-5×P₀(秒)

脉冲发生程序设计为以过零检测电路所产生的同步信号为外部中断源的中断处理程序。如果延时时间T_DLY＝0，则该程序将控制脉冲输出管脚始终设置为对应有效状态的低电平。如果T_DLY＝0.008，则该程序将控制脉冲输出管脚始终设置为对应无效状态的高电平。如果0＜T_DLY＜0.008，则脉冲发生程序将延时T_DLY时间之后，在控制脉冲输出管脚输出一个脉宽为0.0015秒的负电平脉冲。

微处理器产生的控制脉冲输入图5所示电路的CTLIN信号端。在图5所示电路中，由5V直流电源VCC、2kΩ电阻R1、180Ω电阻R2和型号为MOC3023的光耦芯片U1构成了脉冲驱动电路，基于600V、3A的双向晶闸管V1构成可控开关电路，220V、50Hz的交流电源电压从A、N端接入，在负载输出端口LA、LN之间接入了一个作为负载的40W白炽灯。当CTLIN信号端输入低电平时，双向晶闸管V1导通。

本发明实施例能够完成白炽灯亮度的直接调节，能够实现当前时间和定时的设置，能够进行时钟计时，并能够实现定时调控白炽灯亮度。该实时例可以应用于床头灯具。在此应用中，通过晚上定时关灯的设置，可以为有睡前读书习惯的人解决关灯问题；而早上设置一个定时开灯，并且通过调控延时数据的设置使灯逐渐变亮，这样可以帮助入睡者依靠室内光线自然醒来，避免闹铃的惊醒。由此可见，本发明具有良好的应用前景。

Claims

1、具有定时功能的电功率调控方法含有时钟计时、定时设置、定时比较、功率调节、过零检测、脉冲发生和脉冲驱动的步骤，其特征在于：该方法是一种能够在定时时刻按照设定的延时和功率大小调控电气负载功率的方法，该方法包括如下步骤：

③除上述两种情况外，当前功率数据保持不变；

2、根据权利要求1所述的具有定时功能的电功率调控方法而提出的电功率调控系统含有过零检测电路、脉冲驱动电路和可控开关电路，其特征在于该系统的组成如下：

依次串联的交流电源输入接口、过零检测电路、可控延时的脉冲发生电路、脉冲驱动电路、可控开关电路和负载电源输出接口，其中的交流电源输入接口还将与可控开关电路的电源输入端相连；

将控制信号输入接口所包含的时钟设置信号线、定时设置信号线和功率控制信号线分别接入时钟计时电路、定时设置电路和功率调节电路；

将时钟计时电路的当前时间数据总线和定时设置电路的定时时间数据总线连入定时比较电路；

将定时比较电路输出的定时发生信号线和定时设置电路输出的功率控制参数总线连入功率调节电路；

将功率调节电路输出的延时信号线连入可控延时的脉冲发生电路；

其中，时钟计时部分、定时设置部分、定时比较部分、功率调节部分和可控延时的脉冲发生部分既可以采用电路实现，也可以采用基于微处理器的软件算法实现。