FI114588B - power controller - Google Patents

power controller Download PDF

Info

Publication number
FI114588B
FI114588B FI20022300A FI20022300A FI114588B FI 114588 B FI114588 B FI 114588B FI 20022300 A FI20022300 A FI 20022300A FI 20022300 A FI20022300 A FI 20022300A FI 114588 B FI114588 B FI 114588B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
load
current
switching
unit
voltage
Prior art date
Application number
FI20022300A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI20022300A0 (en
FI20022300A (en
Inventor
Martti Sairanen
Mikko Kaijaervi
Raimo Riuttala
Mikael Porthin
Original Assignee
Lexel Finland Ab Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lexel Finland Ab Oy filed Critical Lexel Finland Ab Oy
Priority to FI20022300A priority Critical patent/FI114588B/en
Publication of FI20022300A0 publication Critical patent/FI20022300A0/en
Priority to CN 200380107334 priority patent/CN1732616A/en
Priority to AU2003292284A priority patent/AU2003292284B2/en
Priority to EP03767849A priority patent/EP1579562A1/en
Priority to PCT/FI2003/000985 priority patent/WO2004059825A1/en
Publication of FI20022300A publication Critical patent/FI20022300A/en
Application granted granted Critical
Publication of FI114588B publication Critical patent/FI114588B/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/22Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M5/275Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/293Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32Means for protecting converters other than automatic disconnection

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Description

114588114588

Tehonsäädinpower controller

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen menetelmä kuormaan syötettävän vaihtosähkötehon säätämiseksi vaihtojännitteen vaihekulmaa 5 säätämällä.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1 for controlling the AC power supplied to the load by adjusting the phase angle 5 of the AC voltage.

Keksinnön kohteena on myös patenttivaatimuksen 3 johdanto-osan mukainen tehonsäädin kuormaan syötettävän vaihtosähkötehon säätämiseksi vaihtojännitteen vaihekulmaa säätämällä.The invention also relates to a power regulator according to the preamble of claim 3 for adjusting the AC power supplied to the load by adjusting the phase angle of the AC voltage.

Kuormalle kytkettävää vaihtosähkötehoa säädetään yleisesti katkomalla kuorman 10 läpi kulkevaa sähkövirtaa, jolloin kuormaan saatava sähköteho määräytyy kuorma-virran kytketyn ja katkaistun ajan suhteesta ja ajan mukana muuttuvan vaihtojännitteen amplitudista. Useimmissa vaihtosähkösovelluksissa kuormavirran kytkentäsyk-li tapahtuu kerran vaihtojännitteen puolijakson aikana. Tällaista laitetta kutsutaan usein vaihekulmasäätimeksi. Vaihekulmasäätimellä voidaan säätää esimerkiksi va-15 laisimia, moottoreita ja lämmityselementtejä.The AC power applied to the load is generally controlled by interrupting the electrical current flowing through the load 10, whereby the electrical power to be applied to the load is determined by the ratio of the on and off time of the load current and the amplitude of the AC voltage. In most AC applications, the load current switching cycle occurs once per AC half-cycle. Such a device is often referred to as a phase angle controller. The phase angle regulator can be used to control, for example, lamps, motors and heating elements.

Kaikki reaaliset kuormat ovat reaktiivisia - niillä on resistiivinen, kapasitiivinen ja induktiivinen osa. Mikäli kapasitiivinen ja induktiivinen osa ovat resistiiviseen verrattuna hyvin pieniä, kuormaa nimitetään luonteeltaan resistiiviseksi, esimerkkinä mainittakoon hehkulamppu. Luonteeltaan kapasitiiviseksi sanotaan kuormaa, jossa 20 resistiivisen osan lisäksi on oleellisesti kapasitanssia (esim. pienjännitehalo-• .’ geenipolttimoille tarkoitettu elektroninen muuntaja) ja vastaavasti oleellisesti induk- : . · tanssia sisältäviä kuormia nimitetään luonteeltaan induktiivisiksi (esimerkiksi moot- :, · · tori tai muuntaja).All real loads are reactive - they have a resistive, capacitive and inductive component. If the capacitive and inductive parts are very small compared to the resistive one, the load is called resistive in nature, for example a light bulb. Capacitive in nature is defined as a load which, in addition to the 20 resistive parts, has substantially capacitance (e.g., an electronic transformer for low voltage halogen gene bulbs) and substantially inductor, respectively. · Loads containing dance are referred to as inductive in nature (for example, a motor, · · engine or transformer).

t • 1 * , ‘ Kapasitanssin C läpi kulkeva virta i ilmaistaan yleisesti yhtälöllä: 25 i(t) = C du/dt, jossa (1) ’ u on jännite kapasitanssin C yli ja t on aika. Yhtälöä 1 tarkastelemalla huomataan, että luonteeltaan kapasitiivista kuormaa on edullista säätää vaihekulmasäätimellä, : joka kytkee kuormavirran verkkojännitteen nollakohdan aikana. Tällöin jännitteen » _ ': muutosnopeudesta du/dt riippuva kapasitanssin C latausvirta i pysyy pienenä. Täl- 30 laista säätötapaa kutsutaan seuraavassa takareunasäädöksi. Eräs takareunasäätöä käyttävä laite, jossa kytkinkomponenttina on FET eli kanavatransistori on esitetty * kansainvälisessä patenttihakemusjulkaisussa WO 9322826.t • 1 *, 'The current i passing through capacitance C is generally expressed by the equation: 25 i (t) = C du / dt, where (1)' u is the voltage across capacitance C and t is time. Considering equation 1, it is found that it is advantageous to adjust the capacitive load by means of a phase angle regulator: which switches the load current on the mains voltage at zero. In this case, the charge current i of capacitance C, which depends on the change rate of the voltage »_ ': du / dt, remains small. Such an adjustment method is hereinafter referred to as trailing edge adjustment. One device using trailing edge adjustment with a switch component as a FET or channel transistor is disclosed in International Patent Application Publication No. WO 9322826.

2 1145882 114588

Induktanssin L yli vaikuttava jännite u ilmaistaan yleisesti yhtälöllä: u(t) = - L di/dt, jossa (2) i on virta induktanssin L läpi ja t on aika. Yhtälöä 2 tarkastelemalla voidaan huomata, että suuren muutosnopeuden omaavat virtamuutokset di/dt aiheuttavat induk-5 tanssin L yli suuren jännitteen u. Tämän jännitepiikin välttämiseksi luonteeltaan induktiivista kuormaa on edullista säätää siten, että kuormavirta katkaistaan kuorman läpi kulkevan virran nollakohdassa. Tällaista säätötapaa kutsutaan seuraavassa etu-reunasäädöksi ja sitä hyödyntävä yleisesti tunnettu kaksisuuntaista tyristoria eli triakkia hyväksikäyttävä säädin on esitetty mm. amerikkalaisessa patenttijulkaisussa 10 US 6175195.The voltage u over inductance L is generally expressed by the equation: u (t) = - L di / dt, where (2) i is the current through inductance L and t is time. Considering equation 2, it can be seen that the high change rate current changes di / dt cause induct-5 dance L over high voltage u. In order to avoid this voltage peak, it is advantageous to adjust the inductive load by cutting off the load current at the zero point of the current flowing through the load. Such an adjustment method is hereinafter referred to as a front-edge adjustment, and a well-known bidirectional thyristor, or triac control, utilizing it is described, e.g. in United States Patent 10 US 6175195.

Edellä esitetyt tunnetut tekniikat sisältävät epäkohtia ja ongelmia: - Johtavaksi Hipaistua triakkia ei voi saattaa ei-johtavaan tilaan ennen kuin virta triakin läpi on laskenut nollaan. Triakkisäädin vaatii siten sulakkeen oikosulku- ja ylivirtasuojauksen vuoksi. Käytännön sähköasennuksissa on huomattu, että laitteen 15 sisäisen sulakkeen vaihtaminen on usein esiintyvä syy sähköasentajan asennuskoh-teessa käyntiin. Näin ollen oikosulkupiirissä oleva sulake aiheuttaa laitteen loppukäyttäjälle ylimääräisiä kustannuksia, jotka ovat usein laitteen hankintahintaa korkeammat.The prior art techniques described above have their drawbacks and problems: - Conductive Triac cannot be brought to a non-conductive state until the current through the triac has dropped to zero. The triac controller therefore requires a fuse for short-circuit and overcurrent protection. In practical electrical installations, it has been found that changing the internal fuse of the device 15 is a common reason for starting an electrician's installation. As a result, a fuse in a short circuit causes additional costs to the end user of the device, which are often higher than the purchase price of the device.

, . - Triakin kytkentänopeus on verraten suuri, eikä sitä voi aktiivisesti säätää. Sähkö- ; ; ’ 20 magneettisen yhteensopivuuden (EMC) vaatimuksista johtuen tunnettu triakkisää- ' ' din sisältää kuristimen, joka rajoittaa virran nousunopeuden sallitulle tasolle. Mai- ·' ' nittu kuristin aiheuttaa tehopiirissä tehohäviöitä, jotka nostavat laitteen lämpötilaa.,. - Triak's switching speed is relatively high and cannot be actively adjusted. Electrical; ; Due to the requirements of Magnetic Compatibility (EMC) 20, the known triac regulator includes a choke which limits the current rise rate to the allowable level. The said choke causes power losses in the power circuit which increase the temperature of the device.

* · :: Lisäksi kuristin aiheuttaa kustannuksia, se on fyysiseltä kooltaan suuri vaatien tyy- , · pillisestä laitteesta runsaasti tilaa ja sen on todettu häiritsevän loppukäyttäjää omi- ’ : 25 naisen hurinaäänensä vuoksi.* · :: In addition, the throttle is costly, large in size, demanding space for the stylish device, and has been found to distract the end user due to its' 25 female hum.

. - Patenttihakemuksessa WO 9322826 mainittu FET-puolijohteeseen perustuva sää din ei välttämättä sisällä sulaketta tai kuristinta, mutta se on takareunasäätöä käyttävä säädin. Näin ollen se ei sovellu yhtälön 2 perusteella luonteeltaan induktiivisen I kuorman tehosäätimeksi. Esitetty säädin voidaan muuntaa käyttämään etureunasää- • 30 tötapaa, mutta se edellyttää säätimen läpi kulkevan virran tarkkaa mittaamista, mikä aiheuttaa piirirakenteen monimutkaistumista ja siten laitteen tuotantokustannusten nousua.. The FET semiconductor controller mentioned in WO 9322826 does not necessarily include a fuse or a choke, but it is a rear edge controller. Therefore, by virtue of Equation 2, it is not suitable as a power regulator for an inductive I load of an inductive nature. The illustrated controller can be converted to use the leading edge • adjustment mode, but requires accurate measurement of the current flowing through the controller, resulting in more complex circuit design and thus increased device production costs.

3 1145883, 114588

Keksinnön tarkoituksena on toteuttaa sellaiset menetelmä ja laite kuormaan syötettävän vaihtosähkötehon säätämiseksi, jotka ratkaisevat edellä mainitut ongelmat, ja jotka mahdollistava luonteeltaan resistiivisen ja luonteeltaan induktiivisen kuorman vaihtosähkötehon säätämisen käyttäen kahta peräkkäin kytkettyä tehotransistorikyt-5 kintä, erityisesti MOSFET-kytkintä.It is an object of the invention to provide a method and apparatus for adjusting the AC power supplied to a load which solves the above problems and which allows adjusting the AC power of a resistive and inductive load by means of two power transistor switches, in particular MOSFETs.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle kuormaan syötettävän vaihtosähkötehon säätämiseksi vaihtojännitteen vaihekulmaa säätämällä on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 1. Keksinnön mukaiselle tehonsäätimelle menetelmän toteuttamiseksi on vuorostaan tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuk-10 sessa 3. Epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa on esitetty keksinnön edullisia sovel-lusmuotoja.The method of the invention for adjusting the AC power supplied to the load by adjusting the phase angle of the alternating voltage is characterized in what is set forth in claim 1. The power regulator according to the invention is in turn characterized by what is set forth in claim 3. Preferred claims

Keksinnöllä saavutetaan useita etuja: - Keksinnön mukaiseen laitteeseen on mahdollista toteuttaa oikosulkusuojaus ilman sulaketta. Tämä yksinkertaistaa laitteen mekaanista rakennetta ja alentaa laitteen 15 loppukäyttäjän käyttökustannuksia.The invention provides several advantages: - It is possible to provide short-circuit protection without a fuse in the device according to the invention. This simplifies the mechanical structure of the device and lowers the operating cost for the 15 end users of the device.

- Keksinnön mukainen laite ei välttämättä sisällä kuristinta. Näin ollen on mahdollista pienentää laitteen fyysistä kokoa tai vastaavasti toteuttaa tehonkäsittelykyvyl-tään suurempi laite samassa kokoluokassa.The device according to the invention does not necessarily include a choke. Thus, it is possible to reduce the physical size of the device or, correspondingly, implement a device with a higher power handling capability in the same size range.

·. - Verrattuna triakkikytkimeen perustuvaan tehonsäätimeen, erityisesti himmenti- .· ·. 20 meen, keksinnön mukainen laite ei aiheuta ympäristöönsä ihmiskorvin kuultavia häiriöääniä.·. - Compared to a power control based on a triac switch, especially a dimmer. The device of the invention does not emit audible noise in the human ear in its environment.

* · •\ · - Autokommutoinnin ansiosta keksintö mahdollistaa transistorikytkimen käyttämi- : : sen etureunasäätöisessä tehosäätimessä niin, että kuormavirta katkaistaan tarkasti : ; virran saavutettua nollataso, ilman että kuormavirtaa tarvitsee mitata tarkasti.* · • \ · - Thanks to auto-commutation, the invention enables the use of a transistor switch: in its front-edge power control, with precise load cut-off:; when the current reaches zero, without the need to accurately measure the load current.

, 25 Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisiin piirus- ’: tuksiin, joissa kuvio 1 esittää periaatekuviota kuorman kanssa sarjaan kytketystä tehonsäätimes-tä, jota ohjataan keksinnön mukaista menetelmää noudattaen; ,, : kuvio 2 esittää lohkokaaviota keksinnön mukaisesta tehosäätimestä; •' 30 kuvio 3 esittää erästä edullista keksinnön mukaisen tehonsäätimen, erityisesti sen ohjausyksikön, sovellusesimerkkiä; 4 114588 kuvio 4 esittää jännitteen ja virran käyrämuotoja ajan funktiona eri kohdissa kuvion 1 tehonsäätimiä, kun kuorma on luonteeltaan resistiivinen; ja kuvio 5 esittää jännitteen ja virran käyrämuotoja ajan funktiona eri kohdissa kuvion 1 tehonsäädintä, kun kuorma on luonteeltaan induktiivinen.In the following, the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in which Figure 1 shows a schematic diagram of a power regulator connected in series with a load and controlled according to the method of the invention; Fig. 2 is a block diagram of a power controller according to the invention; Fig. 3 shows a preferred embodiment of a power controller according to the invention, in particular its control unit; Fig. 4 114588 Fig. 4 shows the curves of voltage and current as a function of time at various positions of the power regulators of Fig. 1 when the load is resistive in nature; and Fig. 5 shows the curves of voltage and current as a function of time at various points in the power regulator of Fig. 1 when the load is inductive in nature.

5 Kuviossa 1 on esitetty kaaviomaisesti tehonsäädin 1, jonka avulla keksinnön mukainen menetelmä kuormaan syötettävän vaihtosähkötehon säätämiseksi on toteutettavissa. Tehonsäätimeen 1 kuuluu kytkentäyksikkö 2 ja tämän ohjausyksikkö 3. Tehonsäädin 1 on kytketty kuorman L kanssa sarjaan. Vaihtosähkölähde AC, kuten vaihtovirtaverkko, on kytketty sarjaan kytkettyjen tehonsäätimen 1 ja kuorman L 10 yli.Fig. 1 schematically illustrates a power regulator 1 by means of which the method of controlling the AC power supplied to the load according to the invention can be implemented. The power regulator 1 comprises a switching unit 2 and a control unit 3 thereof. The power regulator 1 is connected in series with the load L. An alternating current source AC, such as an AC mains, is connected across a series connected power regulator 1 and a load L 10.

Kytkentäyksikkö 2 koostuu kahdesta toistensa kanssa ja samalla kuorman L kanssa peräkkäin kytketystä kytkentäelementistä eli ensimmäisestä ja toisesta kytkentäele-mentistä kl, k2 ja näiden rinnalle järjestetyistä vastakkaissuuntaisista diodeista eli ensimmäisestä ja toisesta diodista dl, d2. Ohjausyksikön 3 avulla kytkentäyksikön 2 15 kytkentäelementtejä kl, k2 ohjataan vuorotellen sähköisesti johtavaan tilaan eli kiinnitilaan ja vastaavasti johtamattomaan tilaan eli aukitilaan syöttöjännitteenä toimivan vaihtojännitteen puolijakson aikana.The switching unit 2 consists of two switching elements connected to each other and simultaneously to the load L, i.e. the first and second switching elements k1, k2, and the opposite diodes arranged next to them, i.e. the first and second diodes d1, d2. By means of the control unit 3, the switching elements k1, k2 of the switching unit 2 are alternately driven to an electrically conductive state, i.e., a closed state, and a non-conductive state, i.e., an open state, respectively during a half cycle of the supply voltage.

Kuvioissa 4 on esitetty havainnollisesti jännitteen ja virran käyrämuotoja kuvion 1 tehonsäätimen 1 yhteydessä, kun kuorma L on luonteeltaan resistiivinen. Kuorma L ‘ ’: 20 on tällöin esim. hehkulamppu, jonka valotehoa säädetään siihen syötettävää vaih- 'tosähkötehoa säätämällä. Kuvio 4a esittää vaihtosähkölähteestä AC saatavan vaihtojännitteen VAC käyrämuotoa usean peräkkäisen puolijakson PA, PB, PA,...aikana , : ajan t funktiona. Kuviot 4b ja 4c esittävät kytkentäelementtien kl ja vastaavasti k2 ·.’ tiloja siten, että 0 tarkoittaa kytkimen aukitilaa ja 1 kytkimen kiinnitilaa. KuormanFigures 4 illustrate voltage and current waveforms in conjunction with the power regulator 1 of Figure 1 when the load L is of a resistive nature. The load L '': 20 is then, for example, a light bulb whose luminous efficacy is controlled by adjusting the ac power supplied to it. Fig. 4a shows a graph of the alternating voltage VAC from the AC source AC over several consecutive semiconductors PA, PB, PA, ..., as a function of time t. Figures 4b and 4c show the states of the switching elements k1 and k2 ·. ', Respectively, such that 0 represents the open state of the switch and 1 represents the closed state of the switch. load

!,, ‘ 25 L yli vaikuttavan jännitteen VL käyrämuoto nähdään kuviossa 4d ja kuormavirran IL! ,, 'The curve shape of the voltage VL over 25 L is shown in Fig. 4d and the load current IL

käyrämuoto kuviossa 4e.4e.

; : Keksinnön mukaisessa menetelmässä vaihtojännitteen VAC ensimmäisellä puolijak- : solia PA ensimmäisestä kuormavirran nollakohdasta N1 (ajanhetki A, kuvio 4a) määritetyn aikaviiveen ta jälkeen ensimmäinen kytkentäelementti kl ohjataan kiin-• ; 30 nitilaan samalla, kun toinen kytkentäelementti k2 ohjataan aukitilaan (ajanhetki B, > I > t » kuvio 4b ja 4c). Tällöin kuormavirta IL järjestetään kulkemaan ensimmäisen kytken-; * ; täelementin kl ja myötäsuuntaisen toisen diodin d2 kautta siihen asti, kunnes kuor- ; mavirran IL suunta vaihtuu virran toisessa nollakohdassa N2 (ajanhetki C, kuvio 4a), jolloin kuormavirran IL suunta muuttuu vastasuuntaiseksi toiseen diodiin d2 5 114588 nähden ja estää näin virrankulun kuormaan L (ajanhetki C, kuvio 4e). Vaihtojännitteen VAC toisella puolijaksolla PB toisesta kuormavirran nollakohdasta N2 määritetyn aikaviiveen ta jälkeen toinen kytkentäelementti k2 ohjataan kiinnitilaan samalla, kun ensimmäinen kytkentäelementti kl ohjataan aukitilaan (ajanhetki D, kuviot 4b 5 ja 4c). Tällöin kuormavirta IL järjestetään kulkemaan toisen kytkentäelementin k2 ja myötäsuuntaisen ensimmäisen diodin dl kautta siihen asti, kunnes kuormavirran suunta jälleen vaihtuu virran seuraavassa nollakohdassa N3 (ajanhetki E, kuvio 4a). Tämä nollakohta N3 vastaa kuormavirran IL muuttumisen suhteen ensimmäistä nollakohtaa Nl, jossa kuormavirran IL suunta muuttuu vastasuuntaiseksi ensimmäiseen 10 diodiin dl nähden. Ensimmäinen diodi dl estää näin virran kulun kuormaan, kunnes kolmannella puolijaksolla, joka vastaa ensimmäistä puolijaksoa PA, edellä esitetyt toimenpidevaiheet toistetaan. Virran nollakohdasta N1, N2 määritetyn aikaviiveen ta jälkeen kuorman L yli vaikuttaa kuvion 4d mukainen kuormajännite VL seuraavaan virran nollakohtaan N2, N3 asti. Luonteeltaan resistiivisellä kuormalla L kuormavir-15 ta IL seuraa samanvaiheisena kuormajännitettä VL, kuten kuvioista 4d ja 4e käy ilmi. Kuormajännite VL seuraa aikavälillä B-C ja D-E vaihtosähkölähteen AC vaihtojännitettä VAC.; In the method according to the invention, after the time delay ta defined by the first semiconductor AC of the alternating voltage VAC at the first load current zero N1 (time A, Fig. 4a), the first switching element k1 is controlled; 30 while the second switching element k2 is driven to the open state (time B,> I> t »in Figure 4b and 4c). In this case, the load current IL is arranged to pass the first switch; *; through the element element k1 and the forward second diode d2 until the load; the direction of the current current IL changes at the second zero point of the current N2 (time C, Fig. 4a), whereby the direction of the load current IL is reversed with respect to the second diode d2 5 114588, thereby preventing current flow to load L (time C, Fig. 4e). After the time delay ta from the second load current zero point N2 in the second half-cycle PB of the alternating voltage VAC, the second switching element k2 is actuated to the closed state while the first switching element kl is actuated to the open state (time D, Figures 4b 5c). Herein, the load current IL is arranged to pass through the second switching element k2 and the forward first diode d1 until the direction of the load current again changes at the next zero of the current (time E, Fig. 4a). This zero point N3 corresponds to the first zero point N1 with respect to the change in load current IL, where the direction of the load current IL is reversed with respect to the first 10 diodes d1. The first diode d1 thus prevents the current from passing through the load until the above steps of operation are repeated in the third semiconductor corresponding to the first semiconductor PA. After a time delay ta determined from the current zero point N1, N2 over the load L, the load voltage VL according to Fig. 4d is applied up to the next current zero point N2, N3. With a resistive load L, the load current 15 IL follows in parallel the load voltage VL as shown in Figures 4d and 4e. The load voltage VL follows the alternating voltage VAC of the alternating current source AC at time intervals B-C and D-E.

Vaihtosähkölähteen AC vaihtojännitteestä VAC määritetään toisiaan seuraavat positiiviset PA ja negatiiviset PB puolijaksot, joiden perusteella kytkentäelementtien kl, 20 k2 ohjaus toteutetaan ohjausyksiköllä 3. Tällöin otetaan huomioon diodien dl, d2 myötäsuunnat kytkentäyksikössä 2. Kuvion 1 sovellusesimerkissä diodit dl, d2 on ; kytketty anodeista yhteen ja kytkentäelementtien kl, k2 väliin. Ne ovat myötäsuun- :‘ nassa yhteisestä kytkentäpisteestä poispäin. Tätä kytkentäpistettä käytetään myös ; , ohjausyksikön 3 virtuaalimaana VM. Tässä tapauksessa kytkentäelementtejä kl, k2 ’ ; 25 ohjataan vuorotellen siten, että ensimmäinen kytkentäelementti kl johtaa vaihtojän- ! ! nitteen VAC positiivisella puolijaksolla PA aikaviiveen ta jälkeen ja vastaavasti toi nen kytkentäelementti k2 johtaa negatiivisella puolijaksolla PB aikaviiveen ta jälkeen.From the alternating voltage VAC of the AC source AC, the following positive PA and negative PB semiconductors are determined, based on which the control of the switching elements k1, 20 k2 is implemented by the control unit 3. The forward directions of the diodes d1, d2 in the switching unit 2 are taken into account. coupled to one of the anodes and between the coupling elements k1, k2. They are in the forward direction away from the common coupling point. This switching point is also used; , the virtual unit VM of the control unit 3. In this case, coupling elements k1, k2 '; 25 is alternately controlled such that the first coupling element kl leads to an alternating current! ! VAC in the positive semiconductor PA after the time delay ta and, respectively, the second switching element k2 in the negative semiconductor PB after the time delay ta.

i Vaihtoehtoisesti kuvion 1 sovellusesimerkin kytkentäyksikön 2 kytkentäelementti- : 30 diodiparit kl, dl ja vastaavasti k2, d2 voidaan järjestää siten, että ne vaihtavat paik kaansa, jolloin toinen kytkentäelementti k2 ja toinen diodi d2 ovat vaihtosähköläh-; teen AC puolella ja ensimmäinen kytkentäelementti kl ja ensimmäinen diodi dlAlternatively, the coupling element 2 of the switching unit 2 of the embodiment of Fig. 1: the diode pairs k1, d1 and k2, d2, respectively, can be arranged to be interchanged, whereby the second switching element k2 and the other diode d2 are alternating current; on the AC side and the first switching element kl and the first diode dl

·. I·. I

ovat kuorman L puolella. Tällöin diodit dl, d2 on kytketty toistensa suhteen siten, • että niiden katodit on liitetty toisiinsa ja edelleen kytkentäelementtien kl, k2 väliin 35 virtuaalimaassa VM. Ne ovat myötäsuunnassa yhteiseen kytkentäpisteen eli virtuaa-limaahan VM päin. Tässä tapauksessa vaihtosähkölähteestä AC katsottuna kytken- 6 114588 täelementtejä k2, kl ohjataan siten, että ensimmäinen kytkentäelementti k2 johtaa vaihtojännitteen VAc negatiivisella puolijaksolla PB aikaviiveen ta jälkeen ja vastaavasti toinen kytkentäelementti kl positiivisella puolijaksolla PA aikaviiveen ta jälkeen nollakohdasta.are on the load side L. In this case, the diodes d1, d2 are connected with respect to each other such that their cathodes are connected to each other and further between the switching elements k1, k2 in a virtual earth VM. They are downstream to a common switching point, i.e., virtual-slime VM. In this case, when viewed from the AC source AC, the switching elements 11 k88, k1 are controlled such that the first switching element k2 drives the alternating voltage VAc with a negative semiconductor PB after a time delay ta and a second switching element k1 with a positive semiconductor PA

5 Kuviossa 2 on esitetty lohkokaavion muodossa keksinnön mukaista menetelmää soveltava tehonsäädin 1. Vaihtosähkölähteestä AC kuormaan L syötettävää vaihtosäh-kötehoa säädetään vaihtojännitteen VAc vaihekulmaa säätämällä. Tehonsäätimeen 1 kuuluu kytkentäyksikkö 2 ja ohjausyksikkö 3. Kytkentäyksikössä 2 on kaksi peräkkäin kytkettyä MOSFET-tehotransistoria 21, 22, jotka toimivat kytkentäelementtei-10 nä kl, k2. Ne on tässä sovellusesimerkissä kytketty peräkkäin siten, että niiden läh-denavat (source) SI, S2 on kytketty yhteen ja edelleen tehonsäätimen 1 virtuaaliseen maahan VM. Tällöin ensimmäisen MOSFET-transistorin 21 nielunapa (drain) Dl on kytkentäyksikön 2 tulonapa ja se on yhdistetty vaihtosähkölähteeseen AC. Toisen MOSFET-transistorin 22 nielunapa D2 on kytkentäyksikön 2 lähtönäpä ja se 15 on yhdistetty kuormaan L. Kuhunkin MOSFET-transistoriin kuuluu varsinaisen transistorikytkimen, joka vastaa kuvion 1 tehonsäätimen kytkentäelementtiä kl, k2, lisäksi sen kanssa rinnakkainen transistorin yhteyteen rakennettu diodi ns. body diode dl, d2, joka on sovitettu myötäsuuntaan lähdenavan SI, S2 ja nielunavan Dl, D2 väliin. MOSFET-transistoreita 21, 22 ohjataan niiden hilanapoihin Gl, G2 an-20 netuilla ohjausjännitteillä ohjausyksiköstä 3 vuorotellen sähköisesti johtavaan eli kiinnitilaan ja vastaavasti johtamattomaan eli aukitilaan kunkin syöttöjännitteen eli ,: vaihtoj ännitteen VAC puolij akson aikana.Fig. 2 is a block diagram illustrating a power regulator 1 applying the method of the invention to the ac power supply from the AC source AC to the load L by adjusting the phase angle of the AC voltage VAc. The power regulator 1 comprises a switching unit 2 and a control unit 3. The switching unit 2 has two MOSFET power transistors 21, 22 connected in series which operate as switching elements 10, k1, k2. In this embodiment, they are connected in series such that their source terminals S1, S2 are coupled together and further to the virtual ground VM of the power controller 1. Hereby, the drain terminal D1 of the first MOSFET transistor 21 is the input terminal of the switching unit 2 and is connected to an alternating current source AC. The drain terminal D2 of the second MOSFET transistor 22 is the output terminal of the switching unit 2 and is connected to the load L. Each MOSFET transistor includes an actual transistor switch corresponding to the switching element k1, k2 of the power regulator in FIG. a body diode dl, d2 disposed between the downstream hub S1, S2 and the drain hub D1, D2. The MOSFET transistors 21, 22 are applied to their gate terminals G1, G2 by the applied control voltages from the control unit 3 to an electrically conductive or closed state and a non-conductive or open state, respectively, during each supply voltage, i.e., alternating voltage VAC.

Ohjausyksikkö 3 käsittää puolijaksoilmaisimen 4, synkronointiyksikön 5, kytkentä- ohjausyksikön 6 ja asetusyksikön 7. Puolijaksoilmaisimella 4 ilmaistaan syötettävän ; 25 vaihtojännitteen VAc positiivinen PA ja vastaavasti negatiivinen PB puolijakso.The control unit 3 comprises a semiconductor detector 4, a synchronization unit 5, a switching control unit 6, and a setting unit 7. The semiconductor detector 4 indicates the input; 25 positive PA and negative PB, respectively, of the alternating voltage VAc.

* Synkronointiyksiköllä 5 havaitaan kuormavirran IL suunnan muuttuminen eli virran 1 # ' ·’ nollakohta Nl, N2, N3 (vrt. kuvio 4a ja 5a). Asetusyksiköllä 7 määritetään aikavii veen ta asetusarvo. Synkronointi yksikkö 5 on yhdistetty asetusyksikköön 7. Synk-:, · ronointiyksiköltä 5 annetaan tieto asetusyksikölle 7 virran IL nollakohdista Nl, N2 ' : 30 ja tämä määritetään aikaviiveen ta aloitushetkeksi. Asetusyksikköön 7 syötetään oh- ’. : jausyksikön 3 ulkopuolelta aikaviiveen ta asetusarvo, joka määrää kuormaan L syö- ’ ! tettävän sähkötehon. Asetusyksikkö 7 on yhdistetty kytkentäohjausyksikköön 6, jol- . le annetaan asetusyksiköltä 7 tieto heti, kun asetettu aikaviive ta on saavutettu. Puo- : lijaksoilmaisin 4 on myös yhdistetty kytkentäohjausyksikköön 6. Puolijaksoil- : ’ : 35 maisimelta 4 annetaan kytkentäohjausyksikölle 6 tieto vaihtojännitteen VAC positii visesta PA ja negatiivisesta PB puolijaksosta. Kytkentäohjausyksikön 6 avulla puo- 7 114588 lijaksoilmaisimelta 4 ja asetusyksiköltä 7 saatujen tietojen perusteella kytkentäele-mentteinä kl, k2 toimivia MOSFET-transistoreita 21, 22 ohjataan siten, että kumpikin transistori vaihtaa tilaansa samanaikaisesti; kun toinen MOSFET-transistori ohjataan johtavaan tilaan eli kiinnitilaan niin toinen ohjataan johtamattomaan eli auki-5 tilaan, kuten edellä kuvion 1 yhteydessä on periaatteessa selostettu.* The synchronization unit 5 detects a change in the direction of the load current IL, i.e. the zero point N1, N2, N3 of the current 1 # '·' (cf. Fig. 4a and 5a). The setting unit 7 determines the setpoint of the time delay. Synchronization unit 5 is connected to setting unit 7. Sync :, Cloning unit 5 informs setup unit 7 of the zero points N1, N2 ': 30 of the current IL and this is defined as the time delay or start time. The setting unit 7 is supplied with oh- '. : outside the sensing unit 3, the time delay ta setpoint that determines the load L feeds! electric power. The setting unit 7 is connected to the switching control unit 6, which. information is provided to the setting unit 7 as soon as the set time delay has been reached. The semiconductor detector 4 is also connected to the switching control unit 6. The semiconductor detector 4 provides the switching control unit 6 with information about the positive PA and negative PB of the alternating voltage VAC. Based on the information obtained from the switching control unit 6 from the half-sequence detector 4 and the setting unit 7, the MOSFET transistors 21, 22 acting as switching elements k1, k2 are controlled such that each transistor changes its state simultaneously; when one MOSFET transistor is directed to a conductive state, i.e. a closed state, the other is directed to a non-conductive or open state 5, as described in principle in connection with Figure 1 above.

Eräs edullinen keksinnön mukaisen tehonsäätimen 1 ohjausyksikkö 3 on esitetty kuviossa 3. Sen toteutus on seuraava.A preferred control unit 3 of the power regulator 1 according to the invention is shown in Figure 3. Its implementation is as follows.

Puolijaksoilmaisin 4 on esim. tasoilmaisin, joka on muodostettu vastuksesta 40 ja zenerdiodista 41. Tasoilmaisin on järjestetty tarkkailemaan tehonsäätöyksikön 1 ja 10 samalla kytkentäyksikön 2 tulonavan ja virtuaalisen maan VM välistä jännitettä. Kun vaihtojännitteen VAC hetkellinen arvo nousee zenerdiodin 41 zenerjännitteen Vz yli, saadaan olennaisesti puolijakson kestävä positiivinen jännitepulssi, jota merkitään esim. tilana ”1”, puolijaksoilmaisimen lähtöön. Tällöin ollaan vaihtosäh-kölähteen AC jännitteen VAc positiivisella puolijaksolla PA. Vaihtosähkölähteen 15 AC jännitteen VAC negatiivisella puolijaksolla PB jännite zenerdiodin 41 yli on sen myötäsuuntainen kynnysjännite VD, joka merkitään vastaavasti esimerkiksi tilana ”0”.The semiconductor detector 4 is e.g. a level detector formed by a resistor 40 and a zener diode 41. The level detector is arranged to monitor the voltage between the input terminal of the power control unit 1 and 10 and the virtual ground VM. When the instantaneous value of the alternating voltage VAC rises above the zener voltage Vz of the zener diode 41, a substantially semiconductive positive voltage pulse, e.g., indicated as "1", is obtained at the output of the semiconductor detector. Hereby, there is a positive semiconductor PA of the alternating current source AC voltage VAc. In the negative half-cycle PB of the AC voltage 15 AC of the alternating current source 15, the voltage across the zener diode 41 is its forward threshold voltage VD, which is denoted, for example, as "0".

Synkronointi yksikkö 5 on ilmaisin, jonka asetusyksikön 7 ensimmäiseen tuloon kytketty avokollektorilähdön toteuttava transistori 53 on johtamattomassa tilassa ai-20 kainviiveen ta aikana. Kuormavirran IL ollessa katkaistuna lähes koko vaihtosähkölähteen AC jännite VAC vaikuttaa tehosäätimen in- ja out-porttien välillä. Tämä jän-nite aiheuttaa vaihtojännitteen polaariteetista riippuen virran joko diodin 50 tai 51 kautta kantavastuksen 55 läpi transistorin 52 kannalle saaden transistorin 52 johta-.; vaan tilaan. Kun transistori 52 on johtavassa tilassa, ylösvetovastukselta 54 tulevan ; 25 virran kulku estyy transistorin 53 kannalle, jolloin transistori 53 on johtamattomassa tilassa. Kuormavirran IL ollessa kytkettynä jännite-ero säätimen in- ja out-porttien välillä on lähes nolla, jolloin transistorin 52 kannalle ei tule virtaa ja se on johtamat- ; tomassa tilassa. Tällöin virtaa kulkee ylösvetovastuksen 54 kautta transistorin 53 ! , ‘ kannalle ja transistori 53 on johtavassa tilassa. Koska kuormavirta IL katkeaa aina 30 nollakohdassaan, katkeamiskohta ilmaisee myös nollakohdan N1, N2, N3.The synchronization unit 5 is a detector whose transistor 53 implementing an open collector output coupled to the first input of the setting unit 7 is in a non-conducting state ai-20 during the delay time. When the load current IL is off, almost all the AC voltage of the AC source AC is affected between the in and out ports of the power regulator. This voltage causes a current, depending on the polarity of the alternating voltage, to flow through either the diode 50 or 51 through the base resistor 55 to the base of the transistor 52, leading to the transistor 52; but into space. When transistor 52 is in conductive state, output from resistor 54; The flow of 25 current is blocked at the base of transistor 53, whereby transistor 53 is in a nonconductive state. With the load current IL connected, the voltage difference between the in and out ports of the controller is almost zero, whereby the base of transistor 52 is not energized and is conductive; in the dark. The current then passes through the pull-up resistor 54 to transistor 53! , 'On the base and transistor 53 is in a conductive state. Since the load current IL is always interrupted at its zero point, the break point also indicates zero N1, N2, N3.

1 I1 I

.,.Asetusyksikkö 7 sisältää säädettävästä vastuksesta 71 ja kondensaattorista 72 muo-* dostetun RC-aikavakiopiirin ja vertailijan 73. Kuormavirran IL ollessa kytkettynä synkronointi yksikön 5 johtavassa tilassa oleva avokollektorilähtö pitää kondensaat-; V torin 72 lähes varauksettomana. Välittömästi kuormavirran II katkaisun jälkeen 35 synkronointiyksikön 5 avokollektorilähtö siirtyy ei johtavaan tilaan ja kondensaatto- 8 114588 rin 72 varaus alkaa kasvaa vastuksen 71 ja kondensaattorin 72 arvojen määräämällä tavalla. Varauksen kasvun myötä myös kondensaattorin 72 yli vaikuttava jännite nousee. Kun jännite kondensaattorin 72 yli saavuttaa vertailijan 73 referenssijänni-tetason, asetuspulssi esiintyy vertailijan 73 lähtöpuolella. Asetuspulssi johdetaan 5 kytkentäohjausyksikön 6 D-kiikun kellotuloon CL.The setting unit 7 includes an RC time constant circuit formed by an adjustable resistor 71 and a capacitor 72 and a comparator 73. When the load current IL is connected, the open collector output of the synchronous unit 5 holds the capacitor; V market 72 almost unreservedly. Immediately after the cut-off of load current II, the open collector output of the synchronization unit 35 enters a non-conductive state and the charge of the capacitor begins to increase as determined by the values of resistor 71 and capacitor 72. As the charge increases, the voltage across capacitor 72 also increases. When the voltage across capacitor 72 reaches the reference voltage level of comparator 73, the setting pulse occurs at the output side of comparator 73. The setting pulse is applied to the clock input CL of the D-flip 6 of the 5 control units.

Kytkentäohjausyksikkö 6 on edullisesti kiikku, erityisesti D-kiikku. Sen datatulo DI on yhdistetty puolijaksoilmaisimen 4 lähtöön ja sen kellotulo CL asetusyksikön 7 lähtöön. Kun asetuspulssi syötetään asetusyksiköstä 7 kellotuloon CL, datatulossa DI vallitseva tilatieto siirtyy sellaisenaan D-kiikun lähtöön Q ja käänteisenä lähtöön 10 Q. D-kiikun lähdöt Q ja Q ovat kytketty vastuksien 8 ja 9 kautta MOSFET-transistorien 21 ja 22 vastaaville hiloihin Gl, G2.The switching control unit 6 is preferably a flip-flop, especially a D-flip-flop. Its data input DI is connected to the output of the semiconductor detector 4 and its clock input CL to the output of the setting unit 7. When the setting pulse is supplied from the setting unit 7 to the clock input CL, the state information at the data input DI is transferred as such to the D-flipper output Q and inversely to the output 10Q. The D-flipper outputs Q and Q are connected via resistors 8 and 9 to their respective gates G1, G2. .

Vastuksien 8 ja 9 avulla asetetaan MOSFET-transistorien 21 ja 22 kytkentänopeu-det.Resistors 8 and 9 set the switching speeds of the MOSFET transistors 21 and 22.

Ohjausyksikön 3 elektroniset yksiköt 4, 5, 6,7 vaativat oman teholähteensä. Käyttö-15 jännite V+ toteutetaan esim. sopivalla alan ammattimiehen tuntemalla teholähteellä, jota ei ole esitetty piirustuksissa. Yleisesti ottaen käyttöjännite V+ muodostetaan edullisesti tasasuuntaamalla ja suodattamalla vaihtojännitettä VACiThe electronic units 4, 5, 6,7 of the control unit 3 require their own power supply. The operating voltage V + is implemented e.g. with a suitable power supply known to those skilled in the art and not shown in the drawings. Generally speaking, the operating voltage V + is preferably formed by rectifying and filtering the AC voltage VACi

Kuviossa 2 esitetty tehonsäädin 1 toimii resistiivisellä kuomalla L samalla tavalla kuin kuvion 1 periaatekytkentä, joka edellä selostettiin kuvioon 4 viittaamalla. Täl-20 löin kuviot 4b, 4c esittävät ensimmäisen ja toisen MOSFET-transistorin 21, 22 hiloille Gl, G2 syötettäviä ohjausjännitteitä ajan t funktiona, jossa esim. tila ”1” tar-koittaa sopivaa positiivista ohjausjännitettä ja tila ”0” siihen nähden alempaa jänni-, · tettä, kuten virtuaalista maata VM.The power regulator 1 shown in Fig. 2 operates by resistive gain L in the same manner as the principle circuit of Fig. 1, which was described above with reference to Fig. 4. Thus, Figures 4b, 4c show the control voltages applied to the gates G1, G2 of the first and second MOSFET transistors 21, 22 as a function of time t, where, e.g., state "1" represents a suitable positive control voltage and state "0" -, · items such as virtual land VM.

/ Kuviossa 5 on esitetty havainnollisesti jännitteen ja virran käyrämuotoja kuvion 1 ‘ · * 25 tehonsäätimen 1 yhteydessä. Tällöin kuviossa 5 on oletettu, että kuorma L on induk tiivinen. Kuvio 5a esittää vaihtosähkölähteestä AC saatavan vaihtojännitteen VAC :: käyrämuotoa usean peräkkäisen puolijakson PA, PB, PA,... aikana ajan t funktiona.Fig. 5 illustrates voltage and current curves in connection with the power regulator 1 of Fig. 1 '* 25. In this case, it is assumed in Fig. 5 that the load L is inductive. Fig. 5a shows a graph of the alternating voltage VAC :: from an alternating current source AC over several consecutive half-periods PA, PB, PA, ... as a function of time t.

, 7 Kuvio 5b ja vastaavasti 5c esittävät kytkentäelementin kl ja vastaavasti k2 tilaa si- : ten, että 0 tarkoittaa kytkimen aukitilaa ja 1 kytkimen kiinnitilaa. Nämä kuviot esit- 30 tävät periaatteessa myös kuvion 2 MOSFET-transistorin 21, 22 hiloille Gl, G2 syötettäviä ohjausjännitteitä. Kuorman L yli vaikuttavan jännitteen VL ja vastaavasti : ‘ : virran IL käyrämuodot on esitetty kuvioissa 5d ja 5e.Fig. 5b and 5c, respectively, show the state of the switching element k1 and k2, respectively, such that 0 represents the open position of the switch and 1 represents the closed state of the switch. These figures also show, in principle, the control voltages applied to the gates G1, G2 of the MOSFET transistor 21, 22 of Figure 2. The curve forms of the voltage VL applied over the load L and respectively: ': the current IL are shown in Figures 5d and 5e.

Seuraavaksi selitetään kuvion 2 tehosäätimen 1 toiminta luonteeltaan induktiivisen kuorman säätämisessä viittaamalla kuvioon 5; 5a, 5b, 5c, 5d, 5e ja kuvioon 3. Ajan- 9 114588 hetkellä A vaihtosähkölähteen AC jännite on nollakohdassa. Ajanhetkellä B MOSFET-transistoriparin 21, 22 läpimenevä virta IL lakkaa kuormalta L vaihtosäh-kölähteeseen AC, koska ensimmäisen MOSFET-transistorin 21 diodi dl joutuu es-tosuuntaan sen yli vaikuttavaan jännitteeseen nähden eli tapahtuu autokommutaatio.Next, the operation of the power regulator 1 of Fig. 2 in controlling an inductive load by nature will be described with reference to Fig. 5; 5a, 5b, 5c, 5d, 5e and FIG. 3. At time 9454588, the AC voltage of the alternating current source AC is at zero. At time B, the current throughput IL of the pair of MOSFET transistors 21, 22 stops from load L to the alternating current source AC because the diode d1 of the first MOSFET transistor 21 is blocked to the voltage across it, i.e., auto-commutation occurs.

5 Ollaan kuormavirran IL nollakohdassa Nl. On huomattava, että luonteeltaan induktiivisesta kuormasta johtuen kuormavirta IL ei enää ole samassa vaiheessa kuorma-jännitteen VL kanssa, vaan se seuraa jännitteen muutosta viiveellä. Ajanhetkellä B synkronointiyksikkö 5 käynnistää asetusyksikön 7 ja puolijaksoilmaisin 4 ohjaa kyt-kentäohjausyksikkönä 6 toimivan D-kiikun datatulon DI tilaan "1", koska ollaan 10 vaihtosähkölähteen AC jännitteen VAC positiivisella puolijaksolla PA. Ajanhetkellä C asetusyksikkö 7 antaa asetuspulssin D-kiikun kellotuloon CL ja D-kiikun Q-lähtö menee tilaan "1" ja vastaavasti käänteinen Q-lähtö tilaan ”0". Nyt kuormaan L alkaa kulkea virtaa IL ensimmäisen MOSFET-transistorin 21 johtavan kanavan ja toisen MOSFET-transistorin 22 body diodin d2 läpi. Ajanhetkellä D vaihtosähkölähteen 15 AC jännite VAC saavuttaa nollakohdan. Ajanhetkellä E ensimmäisen MOSFET-transistorin 21 läpimenevä kuormavirta IL lakkaa, koska toisen MOSFET-transistorin 22 body diodi d2 joutuu estosuuntaan sen yli vaikuttavaan jännitteeseen nähden eli tapahtuu autokommutaatio. Ollaan kuormavirran IL nollakohdassa N2. Tällöin synkronointiyksikkö 5 käynnistää asetusyksikön 7 ja puolijaksoilmaisin 4 20 ohjaa kytkentäohjausyksikön 6 eli D-kiikun datatulon DI tilaan "0", koska ollaan vaihtosähkölähteen AC jännitteen VAC negatiivisella puolijaksolla PB. Ajanhetkellä . ·, F asetusyksikkö 7 antaa asetuspulssin D-kiikun kellotuloon CL ja D-kiikun Q-lähtö • _ menee tilaan "0" ja käänteinen Q-lähtö tilaan "1". Nyt kuormalta L alkaa kulkea vir-", taa IL toisen MOSFET-transistorin 22 johtavan kanavan ja ensimmäisen MOSFET- : \ 25 transistorin 21 body diodin dl läpi vaihtosähkölähteeseen AC. Ajanhetkellä G vaih-5 Let be the load current IL at zero N1. It should be noted that due to its inductive nature, the load current IL is no longer in phase with the load voltage VL, but follows a voltage change with a delay. At time B, the synchronization unit 5 starts the set-up unit 7 and the semiconductor detector 4 directs the D-flip data input DI to the switch control unit 6 to state "1" because there is a positive semiconductor PA of AC voltage AC 10. At time C, the setting unit 7 supplies a setting pulse to the D-flip clock input CL and the D-flip Q output goes to "1" and the inverse Q output to "0" respectively. Through the body diode d2 of the MOSFET transistor 22, at time D, the AC voltage VAC of the alternating current source 15 reaches zero. There is a load current IL at zero N2, whereupon the synchronization unit 5 activates the setting unit 7 and the semiconductor detector 4 20 directs the switching control unit 6, i.e. the D-flip data input DI to "0", because the AC voltage VAC To D-flip clock input CL and D-flip Q output • _ goes to "0" and inverse Q output to "1". Now, the load L begins to flow through the current, passing the second conductor channel of the second MOSFET transistor 22 and the body diode d1 of the first MOSFET: \ 25 transistor 21 to the alternating current source AC.

f If I

' · tosähkölähteen AC jännite VAC on nollakohdassa ja toimintajakso alkaa uudestaan ’ ' i ajanhetkestä A eli A = G. Seuraavalla ajanhetkellä H = B ollaan jälleen virran nolla- ·, kohdassa N3 = Nl.The voltage VAC of the AC source AC is at zero and the duty cycle starts again from time A to A = G. The next time H = B is again zero, at N3 = N1.

^ 30 Edellä esitetyssä keksinnön sovellusmuodossa kytkentäyksikkö 2 on toteutettu kah desta peräkkäin kytketystä MOSFET-transistorista 21, 22. Alan ammattimiehelle on . selvää, että MOSFET-transistorit on korvattavissa muilla peräkkäin kytketyillä ; tehotransistoreilla, kuten IGBT-transistori tai bipolaaritehotransistori, joiden rinnalle on järjestetty diodit dl, d2.In the above embodiment of the invention, the switching unit 2 is formed by two MOSFET transistors 21, 22 connected in series. it is clear that MOSFET transistors are interchangeable with other series connected; power transistors, such as an IGBT transistor or a bipolar power transistor, which are accompanied by diodes d1, d2.

. t 35 Keksintöä ei rajata pelkästään edellä esitettyä sovellusesimerkkiä koskevaksi, vaan monet muunnokset ovat mahdollisia pysyttäessä patenttivaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.. The invention is not limited to the above exemplary embodiment, but many modifications are possible within the scope of the inventive idea defined by the claims.

Claims (9)

1. Menetelmä kuormaan syötettävän vaihtosähkötehon säätämiseksi vaihtojännitteen vaihekulmaa säätämällä, jossa kytkentäyksikkö (2), joka koostuu kahdesta toistensa kanssa ja kuorman (L) kanssa peräkkäin kytketystä kytkentäelementistä (kl, 5 k2) eli ensimmäisestä ja toisesta kytkentäelementistä ja näiden rinnalle järjestetyistä vastakkaissuuntaisista diodeista (dl, d2), joita kytkentäelementtejä ohjataan vuorotellen sähköisesti johtavaan ja vastaavasti johtamattomaan tilaan syötettävän vaihtojännitteen (Vac) puolijakson aikana, tunnettu siitä, että ensimmäisellä puolijaksol-la (PA) ensimmäisestä kuormavirran (IL) nollakohdasta (Nl) määritetyn aikaviiveen 10 (ta) jälkeen ensimmäinen kytkentäelementti (kl) ohjataan johtavaan tilaan samalla, kun toinen kytkentäelementti (k2) ohjataan johtamattomaan tilaan, jolloin kuorma-virta (IL) järjestetään kulkemaan ensimmäisen kytkentäelementin (kl) ja myö-täsuuntaisen toisen diodin (d2) kautta siihen asti, kunnes kuomavirran (IL) suunta vaihtuu virran toisessa nollakohdassa (N2), jolloin kuormavirran (IL) suunta muut-15 tuu vastasuuntaiseksi toiseen diodiin (d2) nähden ja estää näin virran kulun kuormaan, ja jolla toisella puolijaksolla (PB) toisesta kuormavirran (IL) nollakohdasta (N2) määritetyn aikaviiveen (ta) jälkeen toinen kytkentäelementti (k2) ohjataan johtavaan tilaan samalla, kun ensimmäinen kytkentäelementti (kl) ohjataan johtamattomaan tilaan, jolloin kuormavirta (IL) järjestetään kulkemaan toisen kytkentäele-20 mentin (k2) ja myötäsuuntaisen ensimmäisen diodin (dl) kautta siihen asti, kunnes kuomavirran (IL) suunta jälleen vaihtuu virran seuraavassa nollakohdassa (Nl, N3), jolloin kuormavirran (IL) suunta muuttuu vastasuuntaiseksi ensimmäiseen diodiin (dl) nähden ja estää näin virran kulun kuormaan, kunnes seuraavalla puolijaksolla, joka vastaa ensimmäistä puolijaksoa (PA) edellä esitetyt toimenpidevaiheet toiste-: 25 taan.A method for adjusting the AC power supplied to a load by adjusting the phase angle of the AC voltage, wherein the switching unit (2) is comprised of two switching elements (k1, 5k2) connected to each other and a load (L), i.e., first and second switching elements , d2), the switching elements being actuated alternately to an electrically conductive and a non-conducting state during a half-cycle of an ac supply voltage (Vac), characterized in that the first semiconductor (PA) after the first load delay (IL) the switching element (k1) is directed to the conductive state while the second switching element (k2) is directed to the non-conducting state, wherein the load current (IL) is arranged to pass through the first switching element (k1) and the forward diode (d2). until the direction of the gate current (IL) changes at the second zero point (N2) of the current, whereby the direction of the load current (IL) is reversed with respect to the second diode (d2), thereby preventing current flow to the load; (IL) after the time delay (ta) determined from zero (N2), the second coupling element (k2) is guided to the conductive state while the first coupling element (k1) is guided to the non-conductive state; via the first diode (dl) until the direction of the gate current (IL) changes again at the next zero point of the current (N1, N3), whereby the direction of the load current (IL) reverses with the first diode (dl), thereby preventing current flow to the load , which corresponds to the first semester (PA), the above steps are repeated. , 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaihtojännit teen (VAc) peräkkäisiä puolijaksoja (PA, PB) tarkkaillaan ja määritettään positiiviset ja negatiiviset puolijaksot, joiden perusteella kytkinelementtien (kl, k2) ohjaus : toteutetaan ottaen huomioon diodien (dl, d2) myötäsuunnat. : 30Method according to Claim 1, characterized in that the successive half-cycles (PA, PB) of the alternating voltage (VAc) are monitored and determined by the positive and negative half-cycles by which the control of the switching elements (k1, k2) is implemented. ) directions. : 30 3. Tehonsäädin (1), jolla kuormaan (L) syötettävää vaihtosähkötehoa säädetään | vaihtojännitteen vaihekulmaa säätämällä, johon tehonsäätimeen kuuluu kytkentäyk sikkö (2), joka koostuu kahdesta toistensa kanssa ja kuorman (L) kanssa peräkkäin kytketystä kytkentäelementistä (kl, k2) eli ensimmäisestä ja toisesta kytkentäele-' /· mentistä ja näiden rinnalle järjestetyistä vastakkaissuuntaisista diodeista (dl, d2), ja 35 ohjausyksiköstä (3), jonka avulla kytkentäelementtejä (kl, k2) ohjataan vuorotellen 114588 sähköisesti johtavaan ja vastaavasti johtamattomaan tilaan syötettävän vaihtojännitteen (Vac) puolijakson aikana, tunnettu siitä, että ohjausyksikkö (3) käsittää: - puolijaksoilmaisimen (4), jolla havaitaan syötettävän vaihtojännitteen positiivinen (PA) ja vastaavasti negatiivinen (PB) puolijakso ; 5. kytkentäohjausyksikkö (6), johon tieto vaihtojännitteen (VAc) positiivisesta ja negatiivisesta puolijaksosta (PA, PB) annetaan ja jossa kytkentäelementti (kl, k2) valitaan ja ohjataan johtavaan ja vastaavasti johtamattomaan tilaan; - synkronointiyksikkö (5), jolla havaitaan kuormavirran (IL) nollakohdan ylitys hetki eli nollakohta (Nl, N2); ja 10. asetusyksikkö (7), johon annetaan synkronointi yksiköltä (5) tieto kuormavirran (IL) nollakohdista (Nl, N2) aikaviiveen (ta) aloitushetken määrittämiseksi ja jolla asetetaan se aikaviive (ta) puolijakson (PA, PB) sisällä, jonka kuluttua virran syöttö kuormaan (L) aloitetaan antamalla tieto aikaviiveen päättymisestä kyt-kentäohjausyksikölle (6) joka on järjestetty kytkemään jompikumpi kytkentä-15 elementeistä (kl, k2) johtavaan tilaan riippuen vaihtojännitteen vallitsevasta puolijaksosta (PA, PB), jolloin kuormavirta (IL) on järjestetty kulkemaan yhden diodin ja yhden kytkentäelementin (kl, d2; k2, dl) kautta; ja jossa tehonsäätimessä virran syötön keskeyttäminen kuormaan tapahtuu olennaisesti : ' kuormavirran (IL) nollakohdassa (Nl, N2) virran suunnan vaihtuessa diodin (d2; dl) : : 20 myötäsuuntaan nähden vastakkaissuuntaiseksi.3. Power regulator (1) for adjusting the AC power supplied to the load (L) | by adjusting the phase angle of the alternating voltage, which power regulator comprises a switching unit (2) consisting of two switching elements (k1, k2) connected in series with each other and a load (L), i.e. the first and second switching elements and opposite diodes , d2), and 35 control units (3), by means of which the switching elements (k1, k2) are alternately controlled by 114588 during a semiconducting alternating voltage (Vac) applied to an electrically conductive and a nonconducting state, characterized in that the control unit (3) comprises: ), which detects a positive (PA) and a negative (PB) half cycle of the ac supply voltage; A switching control unit (6) for supplying information on the positive and negative half-cycles (PA, PB) of the alternating voltage (VAc), wherein the switching element (k1, k2) is selected and controlled into a conductive and a non-conducting state; - a synchronization unit (5) for detecting the moment of zero crossing of the load current (IL), i.e. the zero point (N1, N2); and 10. a setting unit (7) for providing synchronization from the zero (N1, N2) of the load stream (IL) to determine the start time of the time delay (s), and for setting the time delay (s) within the half-cycle (PA, PB); power supply to the load (L) is initiated by informing the time delay expiration of the switching control unit (6) arranged to switch either of the switching elements (k1, k2) to a conductive state depending on the current alternating voltage semiconductor (PA, PB); travel through one diode and one switching element (k1, d2; k2, d1); and wherein the power control interrupts the current supply to the load substantially: at the zero point (N1, N2) of the load current (IL) when the current direction reverses in the reverse direction of the diode (d2; d1):. ' , 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen tehonsäädin, tunnettu siitä, että kytkentäyk- • » ' ; ; sikkö (2) on toteutettu kahdesta peräkkäin kytketystä MOSFET-transistorista (21, : 22). ) ·Power regulator according to Claim 3, characterized in that the switching unit is • »'; ; the unit (2) is formed by two MOSFET transistors (21,: 22) connected in series. ) · 5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen tehonsäädin, tunnettu siitä, että kytkentäyk-: 25 sikkö (2) on toteutettu kahdesta peräkkäin kytketystä tehotransistorista, kuten IGBT ' tai bipolaaritransistori, joiden rinnalle on järjestetty diodit (dl, d2).Power regulator according to Claim 3, characterized in that the switching unit (2) is made of two power transistors connected in series, such as IGBT 'or bipolar transistors, which are accompanied by diodes (d1, d2). 6. Patenttivaatimuksen 3, 4 tai 5 mukainen tehonsäädin, tunnettu siitä, että kyt- : kennänohjausyksikkö (6) on D-kiikku, jonka toisiinsa nähden käänteiset lähdöt (Q, Q) on kytketty ensimmäisen ja vastaavasti toisen kytkentäelementin (kl, k2) ohja-30 usnapaan.Power regulator according to Claim 3, 4 or 5, characterized in that the switching control unit (6) is a D-flip, the inverting outputs (Q, Q) of which are connected to the control of the first and second switching elements (k1, k2) respectively. -30 to us. 7. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 3 - 6 mukainen tehonsäädin, tunnettu siitä, että puolijaksoilmaisin (4) on tasoilmaisin, joka on muodostettu vastuksesta 114588 (40) ja zenerdiodista (41), joka tasoilmaisin on järjestetty tarkkailemaan tehonsää-töyksikön (1) ja samalla kytkentäyksikön (2) tulonavan (in) ja virtuaalisen maan (VM) välistä jännitettä.Power regulator according to one of claims 3 to 6, characterized in that the semiconductor detector (4) is a level detector formed by a resistor 114588 (40) and a zener diode (41) arranged to monitor the power control unit (1) and the switching unit. (2) the voltage between the input terminal (in) and the virtual earth (VM). 8. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 4-7 mukainen tehonsäädin, tunnettu 5 siitä, että synkronointiyksikkö (5) on ilmaisin, jolla havaitaan kuormavirran (II) suunnan muuttuminen positiivisesta negatiiviseen ja päinvastoin ja annetaan muutostilanteessa tieto asetusyksikölle (7).Power regulator according to any one of claims 4 to 7, characterized in that the synchronization unit (5) is a detector for detecting a change in the direction of the load current (II) from positive to negative and vice versa and informing the setting unit (7). 9. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 4-8 mukainen tehonsäädin, tunnettu siitä, että asetusyksikkö (7) on ajastinpiiri, joka käynnistetään synkronointiyksiköltä 10 saatavalla muutostiedolla ja jossa aikaviive (ta) asetetaan ulkoisesti sopivalla ohjauksella.Power regulator according to any one of claims 4 to 8, characterized in that the setting unit (7) is a timing circuit which is triggered by the change information received from the synchronization unit 10 and in which the time delay (s) is set externally by suitable control.
FI20022300A 2002-12-31 2002-12-31 power controller FI114588B (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20022300A FI114588B (en) 2002-12-31 2002-12-31 power controller
CN 200380107334 CN1732616A (en) 2002-12-31 2003-12-30 Power controller
AU2003292284A AU2003292284B2 (en) 2002-12-31 2003-12-30 Power controller
EP03767849A EP1579562A1 (en) 2002-12-31 2003-12-30 Power controller
PCT/FI2003/000985 WO2004059825A1 (en) 2002-12-31 2003-12-30 Power controller

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20022300 2002-12-31
FI20022300A FI114588B (en) 2002-12-31 2002-12-31 power controller

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20022300A0 FI20022300A0 (en) 2002-12-31
FI20022300A FI20022300A (en) 2004-07-01
FI114588B true FI114588B (en) 2004-11-15

Family

ID=8565170

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20022300A FI114588B (en) 2002-12-31 2002-12-31 power controller

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP1579562A1 (en)
CN (1) CN1732616A (en)
AU (1) AU2003292284B2 (en)
FI (1) FI114588B (en)
WO (1) WO2004059825A1 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101599630B (en) * 2009-06-09 2011-11-23 深圳和而泰智能控制股份有限公司 Method, device and switch for protecting resistive alternating current load from being shorted out
TWI693769B (en) * 2018-11-28 2020-05-11 緯創資通股份有限公司 Power supply system, electronic device and power supply method thereof
WO2022150739A1 (en) 2021-01-11 2022-07-14 Watlow Electric Manufacturing Company Masterless distributed dynamic load management
CN116961474A (en) * 2022-04-20 2023-10-27 施耐德电气工业公司 Method, apparatus, starting apparatus and computer readable medium for operating a conductive assembly

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4528494A (en) * 1983-09-06 1985-07-09 General Electric Company Reverse-phase-control power switching circuit and method
US4617508A (en) * 1984-11-02 1986-10-14 General Electric Company Reverse phase-control apparatus for multiplexing interconnections between power switching and control circuit modules
DE4210993C2 (en) * 1992-04-02 1997-07-03 Telefunken Microelectron Circuit arrangement for phase section control
FR2699342A1 (en) * 1992-12-14 1994-06-17 Jaeger Regulation Mean power regulator for heating, cooking or motor loads - uses alternately switched power transistors to interrupt each current half-cycle partially, or proportion of half-cycles wholly.
JPH06276740A (en) * 1993-03-18 1994-09-30 Yahata Denki Seisakusho:Kk Power controller
AT410604B (en) * 1999-03-02 2003-06-25 Legrand Oesterreich CONTROL DEVICE FOR CONTROLLING THE CURRENT FLOW ANGLE

Also Published As

Publication number Publication date
FI20022300A0 (en) 2002-12-31
CN1732616A (en) 2006-02-08
WO2004059825A1 (en) 2004-07-15
EP1579562A1 (en) 2005-09-28
AU2003292284A1 (en) 2004-07-22
AU2003292284B2 (en) 2008-03-13
FI20022300A (en) 2004-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100937306B1 (en) Electronic control systems and methods
CN108141946B (en) Load control device for high efficiency loads
CN106538068B (en) Zero-crossing detection circuit for dimmer circuit
US20070217237A1 (en) Dimmer for preventing asymmetric current flow through an unloaded magnetic low-voltage transformer
AU2002346046A1 (en) Electronic control systems and methods
EP3128814B1 (en) Light-dimming device
US11569733B2 (en) Load control device having a closed-loop gate drive circuit including overcurrent protection
EP2745368A1 (en) Start-up circuit
ITMI940522A1 (en) DEVICE FOR THE REGULATION OF ENERGY TRANSFERRED TO AN ELECTRICAL LOAD
FI114588B (en) power controller
CA1200838A (en) Power supply for low-voltage incandescent lamp and like load
EP1946197B1 (en) Improved power regulator automatically setting forward or reverse phase control depending on the type of load
FI113510B (en) Electronic power regulator with switching power supply
US5463307A (en) High efficiency, low voltage adapter apparatus and method
FI119786B (en) Improved power regulator
RU2095932C1 (en) Device for stabilization of electric motor rotation speed
KR100320179B1 (en) Speed control apparatus by variable frequency for induction motor
AU2008201337A1 (en) Electronic control systems and methods
AU7605701A (en) Control circuit

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 114588

Country of ref document: FI

MM Patent lapsed