JP2005285103A - Control circuit and power control apparatus having the control circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、交流電源と負荷との間に接続されたスイッチ部をオン・オフ制御する制御回路およびこれを用いた電力制御装置に関する。特に、この電力制御装置は、負荷に供給する電力を制御するのに、変流器を用いて負荷電流を検出する負荷電流検出部を備えたものである。 The present invention relates to a control circuit that performs on / off control of a switch unit connected between an AC power supply and a load, and a power control apparatus using the control circuit. In particular, this power control apparatus includes a load current detection unit that detects a load current using a current transformer to control the power supplied to the load.
交流電源から負荷に供給される負荷電流の検出には、交流電源との電気的絶縁が容易であること、電流検出範囲が広いこと、大電流検出に適していることなどから、変流器(CT)が広く一般に使用されている。 The detection of load current supplied to the load from the AC power supply is easy because it is easily insulated from the AC power supply, has a wide current detection range, and is suitable for large current detection. CT) is widely used in general.
一方、ヒータ等の温度制御システムにおいては、交流電源とヒータとの間にスイッチ部を接続し、当該スイッチ部を時間ベースでオン・オフさせることにより、ヒータに印加する電力を制御する電力制御装置がある。このような電力制御装置には、例えば交流電源の電圧をゼロクロス検出し、スイッチ部を交流電源の半サイクル毎にオン・オフ制御するサイクル制御方式や、交流電源の位相角を制御してスイッチ部をオン・オフ制御する位相制御方式がある(特許文献1参照)。 On the other hand, in a temperature control system such as a heater, a power control device that controls the power applied to the heater by connecting a switch unit between the AC power source and the heater and turning the switch unit on and off on a time basis. There is. Such a power control device includes, for example, a cycle control method in which the voltage of the AC power supply is zero-crossed and the switch section is turned on / off every half cycle of the AC power supply, or the switch section by controlling the phase angle of the AC power supply. There is a phase control system that controls on / off of the signal (see Patent Document 1).
上記電力制御装置では、ヒータの断線を検出するため、変流器を用いており、変流器で検出した電流の値があらかじめ設定した値未満であるときは、ヒータが断線しているとしてヒータ断線警報等を出力する機能を付属させたものが多い。変流器は、トロイダルコアに検出巻線を巻きつけて作られており、変流器に電流を測定したい導線を貫通させることで、導体に流れる電流と検出巻線との間に誘起起電力を発生させ、この誘起起電力の大きさを検出することにより、交流電流を検出するようになっている。また、測定する交流電流と変流器が出力する交流電流との比率は、検出巻線の巻き数比(変流比)で決定される。 In the above power control device, a current transformer is used to detect disconnection of the heater. When the current value detected by the current transformer is less than a preset value, it is determined that the heater is disconnected. Many are equipped with a function to output a disconnection alarm. A current transformer is made by winding a detection winding around a toroidal core. By passing a conductor through which a current is to be measured through the current transformer, an induced electromotive force is generated between the current flowing through the conductor and the detection winding. Is detected, and the magnitude of this induced electromotive force is detected to detect an alternating current. The ratio between the alternating current to be measured and the alternating current output from the current transformer is determined by the turn ratio (current transformation ratio) of the detection winding.
しかしながら、上述のように変流器は2つのコイル間の誘起起電力を用いて電流を検出しているため、原理的に交流電流の検出しか出来ない。よって、ヒータに交流電流が流れている場合、例えばオンとオフの間隔が充分に長いオンオフ制御を行った場合などは、精度良くヒータ電流を検出できるものの、交流の半サイクル毎にオンオフさせるような用途では、交流電流の流れる方向が同一方向に続くことがあり、この場合のヒータ電流は直流にリプルが重畳された電流となるため、変流器のコイルに誘起される起電力は電流の変化分(この場合はリプル分)のみとなり、検出すべき電流と変流比とで決定される本来の検出電流よりも小さくなり、検出精度が極端に低下する。
本発明は、交流の半サイクル毎にオンオフさせるような用途に変流器を用いても、ヒータ等の負荷の断線検出を精度良く行なうことを可能とし、検出速度ならびにその精度を高められる制御回路を提供し、かつ、これを用いた電力制御装置において、高精度にかつ高い応答性で制御可能とすることを解決すべき課題とする。 The present invention makes it possible to accurately detect the disconnection of a load such as a heater, even when a current transformer is used for turning on and off every half cycle of alternating current, and to improve the detection speed and the accuracy thereof. It is a problem to be solved to enable control with high accuracy and high responsiveness in a power control apparatus using the same.
本発明第1による制御回路は、交流電源と負荷との間に接続されたスイッチ部のオン・オフを制御する制御回路であって、上記スイッチ部における、前回オン時の交流電源の波形(交流波形)の極性と今回オン時の交流波形の極性とが同じであるか否かを判定し、同じでないと判定したときはスイッチ部の今回オンを許容する制御を行い、同じであると判定したときは当該スイッチ部の今回オンを禁止する制御を行うことを特徴するものである。好ましくは、上記許容と禁止の処理のため、上記交流波形の極性を検出する極性検出部と、上記極性検出部の検出出力から上記スイッチ部がオンした時の交流波形の極性を記憶する記憶部と、上記記憶部が記憶する上記スイッチ部における前回オン時の交流波形の極性と今回オン時の交流波形の極性とが同じであるか否かを判定し、上記スイッチ部の今回オン時の交流波形の極性が前回オン時の交流波形の極性とが同じでないと判定したときはスイッチ部の今回オンを許容し、同じであると判定したときは当該スイッチ部の今回オンを禁止する信号処理部とを備える。 The control circuit according to the first aspect of the present invention is a control circuit for controlling on / off of a switch unit connected between an AC power supply and a load, and the AC power source waveform (AC The polarity of the waveform) and the polarity of the AC waveform when this is on are the same. If it is determined that they are not the same, control is performed to allow the switch to be turned on this time, and it is determined that they are the same. In some cases, control is performed to prohibit the switch unit from being turned on this time. Preferably, for the permission and prohibition processing, a polarity detection unit that detects the polarity of the AC waveform, and a storage unit that stores the polarity of the AC waveform when the switch unit is turned on from the detection output of the polarity detection unit And the polarity of the alternating current waveform when the switch is previously turned on and the polarity of the alternating current waveform when the switch is turned on are the same, and the alternating current when the switch is turned on this time is determined. When it is determined that the polarity of the waveform is not the same as the polarity of the alternating current waveform at the time of previous ON, the signal processing unit that allows the switch unit to be turned on this time and prohibits the switch unit from being turned on this time when it is determined to be the same With.
本発明第1によると、負荷である例えばヒータに対して交流電源からの電力をスイッチ部のオン・オフ制御で印加する電力制御において、ヒータの断線等を変流器で検出する場合、変流器は、スイッチ部のオン・オフ制御によっても、負荷電流を正確に検出することができる。すなわち、変流器は、トロイダルコアに検出巻線を巻き付けて構成されている。そのため、ヒータと交流電源との間の配線に変流器を組み込んだ場合、交流電流の前回の半サイクルと今回の半サイクルとが同極性であると、検出すべき交流電流が実際の負荷電流より小さくなり、検出精度が極端に低下する。これに対して本発明では、交流電流の前回の半サイクルと今回の半サイクルとが異極性であるから、電流は交流であり、検出すべき交流電流が実際の負荷電流に対応したものとなり、検出精度が大きく向上する。 According to the first aspect of the present invention, in the power control in which the power from the AC power source is applied to the load, for example, the heater by the on / off control of the switch unit, when the disconnection of the heater is detected by the current transformer, The detector can accurately detect the load current also by ON / OFF control of the switch section. That is, the current transformer is configured by winding a detection winding around a toroidal core. Therefore, when a current transformer is incorporated in the wiring between the heater and the AC power supply, if the previous half cycle of AC current and the current half cycle have the same polarity, the AC current to be detected is the actual load current. It becomes smaller and the detection accuracy is extremely lowered. On the other hand, in the present invention, since the previous half cycle of the alternating current and the current half cycle have different polarities, the current is alternating current, and the alternating current to be detected corresponds to the actual load current, Detection accuracy is greatly improved.
具体的には、本発明によれば、変流器出力と実際の負荷電流の相関(変流比)が安定し、電流検出精度が向上し、また、負荷用交流電源投入後最初の半サイクルからの検出が可能となり、ヒータ等の負荷の断線検出、過電流検出等の応答性が格段に向上し、さらには、特開2001−265446での高精度サイクル制御において変流器を用いた電流検出が可能となる、などの効果を奏することができる。 Specifically, according to the present invention, the correlation (current transformation ratio) between the current transformer output and the actual load current is stabilized, the current detection accuracy is improved, and the first half cycle after the load AC power supply is turned on. Can be detected, and the responsiveness such as detection of disconnection of a load such as a heater, overcurrent detection, etc. is remarkably improved, and further, current using a current transformer in high-accuracy cycle control in JP-A-2001-265446 It is possible to achieve an effect such that detection is possible.
上記制御回路の好ましい態様として、変流器出力から負荷電流を検出する負荷電流検出部を備え、上記信号処理部は、当該負荷電流検出部の出力に基づいて上記負荷の断線有無検知を行なうと共に、上記スイッチ部の前回オン時の交流波形の極性が不定であるときは上記負荷電流検出部の出力を無効にする。これにより、電力制御装置の電源投入時、あるいは負荷用交流電源故障時などの場合は同極性が連続している可能性があるものの、この場合は検出した電流を断線検出処理などに使用しないため、負荷の断線有無誤検知を回避できる。 As a preferable aspect of the control circuit, a load current detection unit that detects a load current from a current transformer output is provided, and the signal processing unit detects whether or not the load is disconnected based on the output of the load current detection unit. When the polarity of the alternating current waveform when the switch unit is turned on is indefinite, the output of the load current detection unit is invalidated. As a result, the same polarity may be continuous when the power control device is turned on, or when the load AC power supply fails, but in this case, the detected current is not used for disconnection detection processing. In addition, it is possible to avoid erroneous detection of the presence or absence of disconnection of the load.
本発明第2による制御回路は、交流電源と負荷との間に接続されたスイッチ部のオン・オフを制御する制御回路であって、上記スイッチ部における、前回の任意の時点からオンするまでの交流の極性変化数の奇偶と今回オン時の極性変化数の奇偶とが一致するか否かを判定し、一致しないと判定したときは当該スイッチ部の今回オンを許容する制御を行い、一致すると判定したときは当該スイッチ部の今回オンを禁止する制御を行うことを特徴するものである。好ましくは、上記許容と禁止の処理のため、上記スイッチ部が任意の時点からオンするまでの交流の極性変化数をカウントし、かつ、その極性変化数の奇偶を記憶するカウント検出部と、上記カウント検出部からスイッチ部の前回オン時の極性変化数の奇偶を得るとともに、この前回オン時の極性変化数の奇偶と今回オン時の極性変化数の奇偶とが一致するか否かを判定し、一致しないと判定したときは当該スイッチ部の今回オンを許可し、一致すると判定したときは当該スイッチ部の今回オンを禁止する信号処理部とを備える。 The control circuit according to the second aspect of the present invention is a control circuit that controls on / off of a switch unit connected between an AC power source and a load, and the switch unit until the switch unit is turned on from any previous time point. It is determined whether or not the odd / even number of the polarity change of alternating current coincides with the odd / even number of the polarity change at the time of turning on this time. When the determination is made, control is performed to prohibit the switch unit from being turned on this time. Preferably, for the processing of the allowance and prohibition, the count detection unit that counts the number of alternating polarity changes until the switch unit is turned on from an arbitrary time point, and stores the odd / even number of the polarity change number, The odd number / even number of the polarity change number at the previous ON time of the switch unit is obtained from the count detection unit, and it is determined whether the odd number / even number of the polarity change number at the previous ON time matches the odd number / even number of the polarity change number at the current ON time. A signal processing unit that permits the switch unit to be turned on this time when it is determined not to match, and prohibits the switch unit from being turned on this time when it is determined to match.
本発明第2によると、負荷である例えばヒータに対して交流電源からの電力をスイッチ部のオン・オフ制御で印加する電力制御において、ヒータの断線等を変流器で検出する場合、変流器は、スイッチ部のオン・オフ制御によっても、負荷電流を正確に検出することができる。すなわち、変流器は、トロイダルコアに検出巻線を巻き付けて構成されている。そのため、ヒータと交流電源との間の配線に変流器を組み込んだ場合、交流電流の奇偶の半サイクルが一致すると、検出すべき交流電流が実際の負荷電流より小さくなり、検出精度が極端に低下する。これに対して本発明では、交流電流の前回オン時の半サイクルと今回オン時の半サイクルとの奇偶が異なるから、電流は交流であり、検出すべき交流電流が実際の負荷電流に対応したものとなり、検出精度が大きく向上する。 According to the second aspect of the present invention, in the power control in which the power from the AC power source is applied to the load, for example, the heater by the on / off control of the switch unit, when the heater breakage is detected by the current transformer, The detector can accurately detect the load current also by ON / OFF control of the switch section. That is, the current transformer is configured by winding a detection winding around a toroidal core. Therefore, when a current transformer is incorporated in the wiring between the heater and the AC power supply, the AC current to be detected becomes smaller than the actual load current if the odd-even half cycle of the AC current matches, and the detection accuracy becomes extremely high. descend. On the other hand, in the present invention, since the odd / even of the half cycle at the previous ON time of the alternating current is different from the half cycle at the current ON time, the current is an alternating current, and the alternating current to be detected corresponds to the actual load current. As a result, the detection accuracy is greatly improved.
上記制御回路の好ましい態様として、変流器を用いた負荷電流検出部を備え、上記信号処理部は、当該負荷電流検出部の出力に基づいて上記負荷の断線有無検知を行なうと共に、上記任意の時点から数えた交流の極性変化数の奇偶が不定であるときは上記負荷電流検出部の出力を無効にする。これにより、電力制御装置の電源投入時、あるいは負荷用交流電源故障時などの場合は同極性が連続している可能性があるものの、この場合は検出した電流を断線検出処理などに使用しないため、負荷の断線有無誤検知を回避できる。 As a preferable aspect of the control circuit, a load current detection unit using a current transformer is provided, and the signal processing unit detects the disconnection of the load based on the output of the load current detection unit, and When the odd / even number of alternating current polarity changes counted from the time is indefinite, the output of the load current detector is invalidated. As a result, the same polarity may be continuous when the power control device is turned on, or when the load AC power supply fails, but in this case, the detected current is not used for disconnection detection processing. In addition, it is possible to avoid erroneous detection of the presence or absence of disconnection of the load.
本発明の電力制御装置は、入力電力指令値に応じて、交流電源の半サイクル以上の所定サイクル毎に、出力電力指令値を出力するとともに、交流電源と負荷との間に接続されたスイッチ部を、上記出力電力指令値に応じてオン・オフ制御して当該負荷への電力供給を制御する電力制御装置であって、出力電力指令値と入力電力指令値との誤差を累積する出力誤差累積部と、入力電力指令値と上記出力誤差累積部が累積した出力誤差累積値とを加算する加算部と、上記加算部が加算した加算値と閾値とを比較し、加算値が閾値以上のときは出力電力指令値を100%出力し、閾値未満のときは出力電力指令値を0%出力する比較部と、本発明第1または第2の制御回路とを備えたことを特徴とするものである。 The power control device according to the present invention outputs an output power command value for each predetermined cycle of a half cycle or more of the AC power supply according to the input power command value, and is connected between the AC power supply and the load. Is a power control device that controls on / off control according to the output power command value to control power supply to the load, and accumulates an error between the output power command value and the input power command value. The addition unit that adds the input power command value and the output error accumulation value accumulated by the output error accumulation unit, and the addition value added by the addition unit and the threshold value are compared. Comprises 100% output power command value and 0% output power command value when less than the threshold, and the first or second control circuit of the present invention. is there.
本発明によると、変流器に常に交流電流を流すことで当該変流器が検出した電流を用いることが可能な制御回路を提供することができ、また、これを用いた電力制御装置において、高精度にかつ高い応答性で負荷への電力の供給を制御可能とすることができる。 According to the present invention, it is possible to provide a control circuit capable of using the current detected by the current transformer by always passing an alternating current through the current transformer, and in a power control apparatus using the control circuit, The supply of power to the load can be controlled with high accuracy and high responsiveness.
以下、図面を参照して本発明の形態に係る制御回路を備えた電力制御装置を詳細に説明する。図1は、同電力制御装置を含む温度制御システムの概略構成を示すブロック図である。この温度制御システムは、温度調節器1と、電力制御装置2と、SSRやその他からなるスイッチ部3と、負荷であるヒータ4と、交流電源5と、変流器6と、温度センサ7とから構成されている。スイッチ部3はヒータ4と交流電源5との間に接続されている。ヒータ4は不図示の加熱炉内部に配置されており、温度センサ7は該加熱炉内部の温度を検出し、温度調節器1にその検出出力を出力するようになっている。変流器6は、スイッチ部3とヒータ4と交流電源5とにより閉回路を構成するための配線(導線)に取り付けられ、該導線を流れる負荷電流であるヒータ電流を検出するようになっている。
Hereinafter, a power control device including a control circuit according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a temperature control system including the power control apparatus. This temperature control system includes a
以上の温度制御システムにおいて、電力制御装置2は、温度調節器1からの入力電力指令値Xinを半サイクル間保持するサンプル・ホールド部2Aと、サンプル・ホールド後の入力電力指令値X(n)と実際の出力値Yout(n)との出力誤差E(n)を算出する出力誤差演算部2Bと、出力誤差演算部2Bで求めた出力誤差E(n)を累積する出力誤差累積部2Cと、入力電力指令値X(n)と出力誤差累積値Σ(n−1)とを加算する加算部(補正部)2Dと、加算部2Dの加算出力値Y(n)と基準値としての閾値Sとを比較し その比較結果に応じて、100%または0%の出力電力指令値Yout(n)を出力する比較部2Eとを備えている。比較部2Eは、100%または0%の出力電力指令値Yout(n)を出力する。
In the above temperature control system, the power control apparatus 2 includes the sample /
電力制御装置2はまた、交流電源5の波形(交流波形)の極性を検出する極性検出部2Fと、極性検出部2Fが検出した交流波形の極性のうち、少なくともスイッチ部3がオンした時の交流波形の極性を記憶する記憶部2Gと、変流器6の出力からヒータ電流を検出する電流検出部2Hと、電流検出部2Hの検出出力からヒータ断線等を検知する等の信号処理を行うとともに、記憶部2Gが記憶する前回の交流波形の極性と極性検出部2Fからのスイッチ部3の今回オン時の交流波形の極性とが一致するか否かを判定し、スイッチ部3の今回オン時の交流波形の極性が前回オン時の交流波形の極性と同じでないと判定したときはスイッチ部3の今回オンを許容し、同じであると判定したときはスイッチ部3の今回オンを禁止する信号処理部2Iとを備える。信号処理部2Iはまた、スイッチ部3の前回オン時の交流波形が不定であるときは電流検出部2Hの出力を無効にするようになっている。電力制御装置2は、以上の各部の制御を司る制御部2Jを備える。これら各部は、マイクロコンピュータで構成することができる。例えば、マイクロコンピュータは、全体の制御を司るCPUと、該CPUの動作を実行するプログラムが格納されているプログラムメモリと、CPUの作業エリアを提供するワークメモリと、これらを相互に接続するバス等からなるが、上述の各部を当該マイクロコンピュータで機能的に構成することができる。もちろん、マイクロコンピュータによるソフトウエアの構成に限定されず、ハードウエアの構成でもよい。例えば、交流電源5の波形を検出する極性検出部2Fは、周知のものでよく、交流電源5に比較器の非反転入力部と反転入力部とを接続し交流電源の極性が正のときはパルスを出力し、負のときはパルスの出力を停止する比較器で構成したり、交流電源に並列に接続された発光型の双方向サイリスタと、該双方向サイリスタの光出力に応答する受光トランジスタとで構成し、該受光トランジスタのコレクタから交流電源の極性が正のときはパルスを出力させ、負のときはパルスの出力を停止させるような構成等がある。
The power control device 2 also detects the polarity of the waveform of the AC power supply 5 (AC waveform), and the polarity of the AC waveform detected by the
以上の極性検出部2F、記憶部2G、信号処理部2Iおよび制御部2Jにより、スイッチ部3における、前回オン時の交流波形の極性と今回オン時の交流波形の極性とが異なると判定したときはスイッチ部3の今回オンを許容する制御を行い、同じであると判定したときは当該スイッチ部3の今回オンを禁止する制御を行う制御回路20を構成する。なお、制御部2Jは、図2および図3に示すフローチャートを各部に実行させる機能を備えるが、信号処理部2Iに図2および図3に示すフローチャートを実行する機能を備えさせることにより、制御部2Jは、制御回路20に必ずしも必須となるものではない。
When it is determined by the
なお、記憶部2Gの記憶内容に関しては、信号処理部2Iによりその記憶内容を更新させてもよいし、記憶部2G自体によりその記憶内容を更新させてもよい。例えば、記憶部2Gは、極性検出部2Fからのスイッチ部3の今回オン時の半サイクルの交流波形の極性の検出出力(第1極性)を記憶すると、極性検出部2Fから次の半サイクルの交流波形の極性の検出出力(第2極性)が入力される。そして、信号処理部2Iは、記憶部2Gに既に記憶されてある第1極性を前回極性として用いると、記憶部2Gの記憶を当該第1極性から次の第2極性に更新し、当該第2極性を前回極性として利用できるようにする。あるいは、記憶部2Gは、信号処理部2Iの極性の利用に応答して極性データを更新する。信号処理部2Iは、今回極性のデータについては極性検出部2Fから直接入力するとよい。記憶部2Gが記憶する交流波形の極性は、フラグ形式で記憶される。すなわち、前回極性は、前回極性フラグAとし、フラグが+1(正)は前回半サイクル出力時の電源極性が正であり、フラグが−1(負)では前回半サイクル出力時の電源極性が負であり、フラグが「0」では前回の出力が無いか不定な場合である。今回極性は、今回極性フラグBとし、フラグが+1(正)は今回半サイクル出力時の電源極性が正であり、フラグが−1(負)では今回半サイクル出力時の電源極性が負であり、フラグが「0」では今回の出力が無いか不定な場合である。
In addition, regarding the storage content of the
なお、制御回路20は、記憶部2Gに記憶される極性フラグA,Bの設定に関して以下のようなフラグ更新制御を行なう。すなわち、初期値として極性フラグを0とする。そして、(条件1)として、極性フラグ=0のときは、スイッチ部3の今回オンを許容し、当該今回オン時の電源極性が正のときは極性フラグを+1とし、当該今回オン時の電源極性が負のときは極性フラグを−1とする。(条件2)極性フラグが+1でかつ今回オン時の電源の極性が負のときは今回オンを許容し、極性フラグから2を減算して極性フラグを−1にするが、今回オン時の電源極性が正のときは今回オンを禁止する。(条件3)極性フラグが−1でかつ今回オン時の電源極性が正のときは今回オンを許可し、極性フラグに2を加算して極性フラグを+1にするが、今回オン時の電源極性が負のときは今回オンを禁止する。なお、極性フラグが−1,0,+1以外は電流検出エラーを出力する。
The control circuit 20 performs the following flag update control with respect to the setting of the polarity flags A and B stored in the
以上の構成を備えた温度制御システムの動作を図2および図3を参照して説明する。図2は当該システムの基本フローチャート、図3は図2の出力許否判定サブルーチンの詳細フローチャートである。動作の開始にあたり、CPUからなる制御部2Jは、先ず初期処理を実施する(ステップST1)。この初期処理としては、比較部2Eの閾値Sの設定(ステップST2)、制御部2J内蔵レジスタの変数nのクリア(ステップST3)、およびパラメータ初期値の設定として、出力誤差累積部2Cの累積誤差Σ(n)のクリア(0%)、前回極性フラグAの0(ゼロ)設定(ステップST4)等を行う。
The operation of the temperature control system having the above configuration will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a basic flowchart of the system, and FIG. 3 is a detailed flowchart of the output permission determination subroutine of FIG. In starting the operation, the
上記初期処理に続いて、当該制御部2J内蔵レジスタの変数nを1インクリメント(n←n+1)する(ステップST5)。そして、温度調節器1からサンプルホールド回路2Aを介して入力電力指令値X(n)を加算部2Dに取り込む。(ステップST6)。なお、上記したように、ヒータ4は加熱炉に収納され、この加熱炉内部にはヒータ4により加熱される被加熱物が配置されている。そして、温度調節器1は、被加熱物を適正に加熱するため温度センサ7の出力からヒータ4の駆動量を制御して加熱炉内の温度を調節する。そのため、温度調節器1は、温度センサ7出力から入力電力指令値Xinを求め、電力調整装置2に出力する。加算部2Dには、同時に出力誤差累積部2Cから前回までの出力誤差累積Σ(n−1)が取り込まれる。加算部2Dにおいては、今回の入力指令値X(n)と前回までの出力誤差累積Σ(n−1)とを加算し、この加算値を補正出力値Y(n)として比較部2Eに出力する(ステップST7)。
Subsequent to the initial process, the variable n of the
次に、出力閾値判定処理を行う(ST8)。この出力閾値判定処理は、比較部2Eにおいて補正出力値Y(n)と閾値S(50%)とを比較し、補正出力値Y(n)が閾値S(50%)を超えたかどうか判定する。続いて出力電力指令が出たかどうかを判定する(ST9)。補正出力値Y(n)が閾値S(50%)以上であると、出力電力指令値Yout(n)を100〔%〕と決定し(この場合出力電力指令あり)、逆に補正出力値Y(n)が閾値S(50%)よりも小さいと、出力電力指令値Yout(n)を0〔%〕と決定する(この場合出力電力指令なし)。なお、この閾値Sは一例であり、適宜に変更してもよい。
Next, an output threshold value determination process is performed (ST8). In this output threshold value determination process, the
上記ST9で「出力電力指令あり」と判定されると、出力許否の判定を行う(ST10)。出力許否の判定は図2のフローチャート(後述)に従う。一方、「出力電力指令なし」と判定されると、今回の入力電力指令値X(n)と実際に出力された出力電力指令値Yout(n)との偏差、すなわち、出力誤差E(n)←X(n)−Yout(n)を演算部2Bで演算する(ステップST11)とともに、出力誤差累積部2Cにおいて、それまでの出力誤差累積値Σ(n−1)に今回の出力誤差E(n)を加算して、出力誤差累積をΣ(n−1)からΣ(n)に更新する(ステップST12)。以上の半サイクルの処理ののちステップST5に戻り、変数nを1インクリメントし次の半サイクルの処理を実行する。ステップST5からステップST12の処理は制御周期に渡って繰り返され、次の制御周期に入ると、再度変数n及びΣ(n)を更新して,同様の処理を繰り返す。
If it is determined in ST9 that “output power command is present”, output permission / inhibition is determined (ST10). The determination of whether to permit output follows the flowchart (described later) in FIG. On the other hand, if it is determined that “no output power command”, the deviation between the current input power command value X (n) and the actually output output power command value Yout (n), that is, the output error E (n) ← X (n) −Yout (n) is calculated by the
以上のサイクル制御は、特開2001−265446、同2002−325428等で提案されており、具体的な数値に基づいた詳しい説明は同公報等を参照することとし、本明細書ではその説明を省略する。 The above cycle control is proposed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2001-265446, 2002-325428, etc., and detailed description based on specific numerical values is referred to the same publication and the like, and the description is omitted in this specification. To do.
次に、出力許否判定ステップST10について図3を参照して説明する。 Next, the output permission determination step ST10 will be described with reference to FIG.
ステップSUB1では、前回極性フラグAが0であるか否かを判定する。前回極性フラグAが0であると判定したときはステップSUB5ないしステップSUB8に移行する。前回極性フラグAが0でないと判定したときはステップSUB2に移行する。ステップSUB2では、前回極性フラグAが+1(正)であるか否かを判定する。前回極性フラグAが+1(正)であると判定したときは、ステップSUB10ないしステップSUB13に移行する。前回極性フラグAが+1(正)でないと判定したときは、ステップSUB3に移行する。ステップSUB3では、前回極性フラグAが−1(負)であるか否かを判定する。前回極性フラグAが−1(負)であると判定したときはステップSUB14ないしステップSUB17に移行する。前回極性フラグAが−1(負)でないと判定したときはステップSUB4に移行して変流器CTの出力を取り込む。 In step SUB1, it is determined whether or not the previous polarity flag A is zero. When it is determined that the previous polarity flag A is 0, the process proceeds to step SUB5 to step SUB8. When it is determined that the previous polarity flag A is not 0, the process proceeds to step SUB2. In step SUB2, it is determined whether or not the previous polarity flag A is +1 (positive). When it is determined that the previous polarity flag A is +1 (positive), the process proceeds to step SUB10 to step SUB13. When it is determined that the previous polarity flag A is not +1 (positive), the process proceeds to step SUB3. In step SUB3, it is determined whether or not the previous polarity flag A is -1 (negative). When it is determined that the previous polarity flag A is -1 (negative), the process proceeds to step SUB14 to step SUB17. When it is determined that the previous polarity flag A is not -1 (negative), the process proceeds to step SUB4 and the output of the current transformer CT is captured.
まず、ステップSUB1で前回極性フラグAが0であると判定したときのステップSUB5ないしステップSUB8について、まず、ステップSUB5で今回極性フラグBが+1(正)であるか否かを判定する。ステップSUB5で今回極性フラグBが+1(正)でないと判定したときはステップSUB6で前回極性フラグAを−1(負)にし、今回極性フラグBが+1(正)であると判定したときはステップSUB7で前回極性フラグAを+1(正)にする。ステップSUB6、ステップSUB7共、次のステップSUB8では比較部2eからの出力電力指令値Yout(n)のスイッチ部3への出力を許容する。ただし、ステップSUB1では前回極性フラグAが0であり、前回極性フラグAが+1(正)か−1(負)かが不定だから、ステップSUB5ないしステップSUB7では前回極性フラグAと今回極性フラグBとが異なるかどうかが不定なので、ステップSUB9で変流器CTの出力を取り込まない。そして、次の極性判定に備えて、今回極性フラグBをそれぞれ、ステップSUB6,SUB7で前回極性フラグAとしてそれぞれ−1(負)、+1(正)に設定しておく。 First, regarding step SUB5 to step SUB8 when it is determined in step SUB1 that the previous polarity flag A is 0, it is first determined in step SUB5 whether or not the current polarity flag B is +1 (positive). If it is determined in step SUB5 that the current polarity flag B is not +1 (positive), the previous polarity flag A is set to -1 (negative) in step SUB6, and if it is determined that the current polarity flag B is +1 (positive), step In SUB7, the previous polarity flag A is set to +1 (positive). In both step SUB6 and step SUB7, in the next step SUB8, output of the output power command value Yout (n) from the comparison unit 2e to the switch unit 3 is permitted. However, since the previous polarity flag A is 0 in step SUB1 and whether the previous polarity flag A is +1 (positive) or -1 (negative) is undefined, in steps SUB5 to SUB7, the previous polarity flag A and the current polarity flag B Therefore, in step SUB9, the output of the current transformer CT is not captured. Then, in preparation for the next polarity determination, the current polarity flag B is set to −1 (negative) and +1 (positive) as the previous polarity flag A in steps SUB6 and SUB7, respectively.
ステップSUB2において、前回極性フラグAが+1(正)であると判定したときは、ステップSUB10ないしステップSUB13に移行する。ステップSUB10では今回極性フラグBが+1(正)であるか否かを判定する。今回極性フラグBが+1(正)でないと判定したときはステップSUB11に移行し前回極性フラグAを−1(負)に更新してから、ステップSUB12で比較部2Eからの出力電力指令値Yout(n)のスイッチ部3への出力を許容する。これは、前回極性フラグAと今回極性フラグBとが異なるからである。今回極性フラグBが+1(正)であると判定したときは、前回極性フラグAの極性と同じであるから、ステップSUB13で比較部2Eからの出力電力指令値Yout(n)のスイッチ部3への出力を禁止する。このときの出力電力指令値Yout(n)は0%である。これは前回極性フラグAと今回極性フラグBとが同じだからである。
If it is determined in step SUB2 that the previous polarity flag A is +1 (positive), the process proceeds to step SUB10 to step SUB13. In step SUB10, it is determined whether or not the current polarity flag B is +1 (positive). If it is determined that the current polarity flag B is not +1 (positive), the process proceeds to step SUB11, the previous polarity flag A is updated to -1 (negative), and then, in step SUB12, the output power command value Yout ( n) The output to the switch unit 3 is allowed. This is because the previous polarity flag A and the current polarity flag B are different. When it is determined that the current polarity flag B is +1 (positive), the polarity is the same as the polarity of the previous polarity flag A, so that the output power command value Yout (n) from the
ステップSUB3において、前回極性フラグAが−1(負)であると判定したときはステップSUB14で今回極性フラグBが−1(負)であるか否かを判定する。ステップSUB14で今回極性フラグBが−1(負)でないと判定したときはステップSUB15で前回極性フラグAを+1(正)に更新してからステップSUB16で比較部2Eからの出力電力指令値Yout(n)のスイッチ部3への出力を許容する。これは、前回極性フラグAと今回極性フラグBとが異なるからである。ステップSUB14で今回極性フラグBが−1(負)であると判定したときはステップSUB17で比較部2Eからの出力電力指令値Yout(n)のスイッチ部3への出力を禁止する。これは前回極性フラグAと今回極性フラグBとが同じだからである。以上のステップSUB12,SUB13,SUB16,SUB17ではステップSUB4で変流器CT出力を取り込む。
If it is determined in step SUB3 that the previous polarity flag A is -1 (negative), it is determined in step SUB14 whether the current polarity flag B is -1 (negative). If it is determined in step SUB14 that the current polarity flag B is not -1 (negative), the previous polarity flag A is updated to +1 (positive) in step SUB15, and then the output power command value Yout (from the
以上の通り、図2のフローチャートのステップST9で出力指令があるときは、ステップST10の詳細フローチャートである図3のフローチャートに基づいて上述した出力許否の判定を行う。出力を許容する場合は、前回極性フラグAと今回極性フラグBとが異なる場合である。次に、本発明のように前回極性フラグAと今回極性フラグBとが異なる場合にのみスイッチ部3への出力を許容する場合と、従来のように前回極性フラグAと今回極性フラグBとが同じの場合でもスイッチ部3への出力を許容する場合とにおける、変流器6の出力の相違を図4ないし図7を参照して説明する。
As described above, when there is an output command in step ST9 of the flowchart of FIG. 2, the above-described output permission / rejection determination is performed based on the flowchart of FIG. 3 which is a detailed flowchart of step ST10. When the output is permitted, the previous polarity flag A and the current polarity flag B are different. Next, the case where the output to the switch unit 3 is allowed only when the previous polarity flag A and the current polarity flag B are different as in the present invention, and the previous polarity flag A and the current polarity flag B as in the prior art are Differences in the output of the
図4は入力指令値X(n)(制御量)25%での従来例、図5は入力指令値X(n)(制御量)25%での本実施形態である。図4(a)、図5(a)は共に実際のヒータ電流(負荷電流)の波形(塗りつぶし部分)を示し、図4(b)、図5(b)は共に変流器6の出力波形を示す。ただし、全体の破線は交流電源5の交流波形を示し、塗りつぶし部分はヒータ電流と変流器6の出力波形を示している。図4および図5で明らかであるごとく、従来では変流器6の出力は実際のヒータ電流に対してレベルが低くなり、かつ、実際には電流が流れていない期間でも出力している。これに対して、本実施形態では変流器6の出力は実際のヒータ電流に対応しており、ヒータ電流が流れていない期間は変流器6の出力はない。これは、本実施形態での変流器6の出力は実際のヒータ電流に対応していることを示している。
FIG. 4 shows a conventional example when the input command value X (n) (control amount) is 25%, and FIG. 5 shows the present embodiment when the input command value X (n) (control amount) is 25%. 4 (a) and 5 (a) both show the actual heater current (load current) waveform (filled portion), and FIGS. 4 (b) and 5 (b) both show the output waveform of the
図6は入力指令値X(n)(制御量)50%での従来例、図7は入力指令値X(n)(制御量)50%での本実施形態である。図6(a)、図7(a)は共に実際のヒータ電流の波形(塗りつぶし部分)を示し、図6(b)、図7(b)は共に変流器6の出力波形を示す。ただし、全体の破線は交流電源5の交流波形を示し、塗りつぶし部分はヒータ電流と変流器6の出力波形を示している。図6および図7で明らかであるごとく、従来では変流器6の出力は実際のヒータ電流に対してレベルが低くなり、かつ、実際には電流が流れていない期間でも出力している。これに対して、本実施形態では変流器6の出力は実際のヒータ電流に対応しており、ヒータ電流が流れていない期間は変流器6の出力はない。これは、本実施形態での変流器6の出力は実際のヒータ電流に対応していることを示している。
FIG. 6 shows a conventional example when the input command value X (n) (control amount) is 50%, and FIG. 7 shows the present embodiment when the input command value X (n) (control amount) is 50%. 6 (a) and 7 (a) both show actual heater current waveforms (filled portions), and FIGS. 6 (b) and 7 (b) both show output waveforms of the
なお、上記以外の制御量例えば4.3%、7.7%、14%、33%、等についても本発明者らは変流器6の出力が実際のヒータ電流に対応しており、負の半サイクル側には発生していないことを確認している。
In addition, for the control amounts other than the above, for example, 4.3%, 7.7%, 14%, 33%, etc., the present inventors indicate that the output of the
以上のことから、本実施形態では、ヒータ4と交流電源5との間にスイッチ部3を接続してある閉回路に対して、該スイッチ部3を入力指令値X(n)に基づいてオン・オフ制御する電力制御装置2において、変流器6出力を電流検出部2Hに取り込み、この電流検出部2Hの検出出力に基づいて信号処理部2Iで断線有無検知を行なうことによりヒータ断線の処理を正確に行うことができる。
From the above, in this embodiment, the switch unit 3 is turned on based on the input command value X (n) with respect to the closed circuit in which the switch unit 3 is connected between the heater 4 and the
(他の形態)
図8を参照して、本発明の他の形態を説明する。図8において、図1と対応する部分には同一の符号を付し、その同一の符号の部分についての説明は省略する。この形態では、図1の制御回路20において、極性検出部2Fと記憶部2Gに代えて、ゼロクロス検出部2Kとカウント検出部2Lとを設けるとともに、それに対応して信号処理部2Iの処理内容を変更したことを特徴する。ゼロクロス検出部2Kは、交流電源5の電圧のゼロクロスを検出するものであり、カウント検出部2Lは、ゼロクロス検出部2Kのゼロクロス検出を用いて、スイッチ部3が任意の時点からオンするまでの交流の極性変化数をカウントし、かつ、その極性変化数の奇偶を記憶するようになっている。そして、信号処理部2Iは、電流検出部2Hの検出出力からヒータ断線等を検知する等の信号処理を行うとともに、カウント検出部2Lからスイッチ部3の前回の極性変化数の奇偶(極性変化数が奇数か遇数)と今回の極性変化数の奇偶とを得るとともに、前回と今回の極性変化数の奇偶が一致しないときは当該スイッチ部3の今回オンを許可し、一致するときは禁止するようになっている。
(Other forms)
With reference to FIG. 8, another embodiment of the present invention will be described. 8, parts corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description of the same reference numerals will be omitted. In this embodiment, in the control circuit 20 of FIG. 1, instead of the
この形態では、ゼロクロス検出部2Kとカウント検出部2Lと信号処理部2Iとにより、ある任意の時点から、前回スイッチ部3がオンしたときの交流の極性変化数の奇偶と、今回の極性変化数の奇偶とが一致しないときは当該スイッチ部3の今回オンを許容する制御を行い、一致するときは当該スイッチ部3の今回オンを禁止する制御を行う制御回路20を構成する。
In this embodiment, the zero-
この制御回路20においても、カウント検出部2Lに記憶される極性フラグA,Bの設定に関して以下のようなフラグ更新制御を行なう。すなわち、初期値として極性フラグを0とする。そして、(条件1)として、極性フラグ=0のときは、スイッチ部3の今回オンを許容し、当該今回オン時の電源極性変化数の奇偶が奇数のときは極性フラグを+1とし、当該今回オン時の電源極性変化数の奇偶が偶数のときは極性フラグを−1とする。(条件2)極性フラグが+1でかつ今回オン時の電源極性変化数の奇偶が偶数のときは今回オンを許容し、極性フラグから2を減算して極性フラグを−1にする。また今回オン時の電源極性が奇数のときは今回オンを禁止する。(条件3)極性フラグが−1でかつ今回オン時の電源極性変化数の奇偶が奇数のときは今回オンを許可し、極性フラグに2を加算して極性フラグを+1にする。また今回オン時の電源極性が偶数のときは今回オンを禁止する。なお、極性フラグが−1,0,+1以外は電流検出エラーを出力する。
This control circuit 20 also performs the following flag update control with respect to the setting of the polarity flags A and B stored in the
動作を図3のフローチャートを参照して説明する。ただし、上記実施形態では、前回極性フラグAと今回極性フラグBはスイッチ部3のオン時の交流電源の半サイクルの極性であったが、この形態では前回極性フラグAは、スイッチ部3の任意時点から前回オン時までの極性変化数の奇偶に関して該奇偶が奇数のとき+1(正)とし、偶数のとき−1(負)とする。今回極性フラグBは、スイッチ部3の任意時点から今回オン時までの極性変化数の奇偶に関して該奇偶が奇数のとき+1(正)とし、偶数のとき−1(負)となる。このような定義に従うと、極性変化数の奇偶による図3のフローチャートは上記と同様であるからその詳細は省略する。簡単には、ステップSUB6、SUB7では、前回極性フラグAが0で不定であるが、出力を許容するものの、変流器6の出力は取り込まない。また、ステップSUB11では前回極性フラグAが+1(正)で、今回極性フラグBが−1(負)であるから、ステップSUB12で出力を許容し、ステップSUB13では前回極性フラグAが+1(正)であるが、今回極性フラグBも+1(正)であるから、出力を禁止する。さらに、ステップSUB15では、前回極性フラグAが−1(負)で、今回極性フラグBが+1(正)であるから、ステップSUB16で出力を許容し、ステップSUB17では前回極性フラグAが−1(負)であるが、今回極性フラグBも−1(負)であるから、出力を禁止する。
The operation will be described with reference to the flowchart of FIG. However, in the above embodiment, the previous polarity flag A and the current polarity flag B have the half cycle polarity of the AC power supply when the switch unit 3 is turned on. In this embodiment, the previous polarity flag A is an arbitrary value of the switch unit 3. With respect to the odd / even number of the polarity change from the time point to the previous ON time, it is set to +1 (positive) when the odd number is an odd number, and is set to −1 (negative) when the number is even. The current polarity flag B is +1 (positive) when the odd / even number is odd, and is −1 (negative) when the odd number is even, with respect to the odd / even number of the polarity change from the arbitrary time point of the switch unit 3 to the current on state. According to such a definition, the flowchart of FIG. 3 based on the odd / even number of polarity changes is the same as described above, and the details thereof are omitted. Briefly, in steps SUB6 and SUB7, the previous polarity flag A is 0 and is indefinite, but the output is allowed, but the output of the
なお、信号処理部2Iは、この実施形態でも、スイッチ部3の前回オンが、上記任意のタイミングから数えた交流の極性変化数の奇偶が不定であるときは上記電流検出部2Hの出力を無効にするようになっている。
Even in this embodiment, the signal processing unit 2I disables the output of the
以上のことから、本実施形態でも、上記実施形態と同様に、ヒータ4と交流電源5との間にスイッチ部3を接続してある閉回路に対して、該スイッチ部3を入力指令値X(n)に基づいてオン・オフ制御する電力制御装置2において、変流器6出力を電流検出部2Hに取り込み、この電流検出部2Hの検出出力に基づいて信号処理部2Iで断線有無検知を行なうことによりヒータ断線の処理を正確に行うことができる。
From the above, in the present embodiment as well, in the same manner as in the above embodiment, the switch unit 3 is connected to the input command value X with respect to the closed circuit in which the switch unit 3 is connected between the heater 4 and the
1 温度調節器
2 電力制御装置
3 スイッチ部
4 ヒータ
5 交流電源
6 変流器
7 温度センサ
2A サンプル・ホールド部
2F 極性検出部
2G 記憶部
2I 信号処理部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
上記極性検出部の検出出力から上記スイッチ部がオンした時の交流波形の極性を記憶する記憶部と、
上記記憶部が記憶する上記スイッチ部における前回オン時の交流波形の極性と今回オン時の交流波形の極性とが同じであるか否かを判定し、上記スイッチ部の今回オン時の交流波形の極性が前回オン時の交流波形の極性とが同じでないと判定したときはスイッチ部の今回オンを許容し、同じであると判定したときは当該スイッチ部の今回オンを禁止する信号処理部と、
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の制御回路。 A polarity detector for detecting the polarity of the AC waveform;
A storage unit that stores the polarity of the AC waveform when the switch unit is turned on from the detection output of the polarity detection unit;
It is determined whether the polarity of the alternating current waveform at the time of previous on in the switch unit stored in the storage unit is the same as the polarity of the alternating current waveform at the time of current on. When it is determined that the polarity is not the same as the polarity of the alternating current waveform at the time of previous ON, the switch unit is allowed to be turned on this time, and when it is determined to be the same, the signal processing unit that prohibits the switch unit from being turned on this time,
The control circuit according to claim 1, further comprising:
上記信号処理部は、上記負荷電流検出部の出力に基づいて上記負荷の断線有無検知を行なうと共に、上記スイッチ部の前回オン時の交流波形の極性が不定であるときは上記負荷電流検出部の出力を無効にする、ことを特徴とする請求項2に記載の制御回路。 It has a load current detector that detects load current from the current transformer output,
The signal processing unit detects the disconnection of the load based on the output of the load current detection unit, and when the polarity of the AC waveform when the switch unit was previously turned on is indefinite, the load current detection unit The control circuit according to claim 2, wherein the output is invalidated.
前記ゼロクロス検出部で得られたゼロクロス検出を用いて上記スイッチ部が任意の時点からオンするまでの交流の極性変化数をカウントし、かつ、その極性変化数の奇偶を記憶するカウント検出部と、
上記カウント検出部からスイッチ部の前回オン時の極性変化数の奇偶を得るとともに、この前回オン時の極性変化数の奇偶と今回オン時の極性変化数の奇偶とが一致するか否かを判定し、一致しないと判定したときは当該スイッチ部の今回オンを許可し、一致すると判定したときは当該スイッチ部の今回オンを禁止する信号処理部と、
を備えたことを特徴とする請求項4に記載の制御回路。 A zero cross detector for detecting a zero cross of the voltage of the AC power supply;
A count detection unit that counts the number of polarity changes of alternating current until the switch unit is turned on from an arbitrary time point using the zero-cross detection obtained by the zero-cross detection unit, and stores the odd / even number of the polarity change number,
The odd number / even number of the polarity change number at the previous ON time of the switch unit is obtained from the count detection unit, and it is determined whether the odd number / even number of the polarity change number at the previous ON time matches the odd number / even number of the polarity change number at the current ON time. When it is determined that they do not match, a signal processing unit that allows the switch unit to be turned on this time, and when it is determined to match, a signal processing unit that prohibits the switch unit from being turned on this time,
The control circuit according to claim 4, further comprising:
上記信号処理部は、上記負荷電流検出部の出力に基づいて上記負荷の断線有無検知を行なうと共に、上記任意の時点から数えた上記スイッチ部の前回オン時の極性変化数の奇偶が不定であるときは上記負荷電流検出部の出力を無効にする、ことを特徴とする請求項5に記載の制御回路。 It has a load current detector that detects load current from the current transformer output,
The signal processing unit detects the presence or absence of disconnection of the load based on the output of the load current detection unit, and the odd-even number of the number of polarity changes when the switch unit was previously turned on counted from the arbitrary time point is indefinite. 6. The control circuit according to claim 5, wherein the output of the load current detection unit is invalidated.
出力電力指令値と入力電力指令値との誤差を累積する出力誤差累積部と、
入力電力指令値と上記出力誤差累積部が累積した出力誤差累積値とを加算する加算部と、
上記加算部が加算した加算値と閾値とを比較し、この比較で加算値が閾値以上のときは出力電力指令値を100%として出力し、閾値未満のときは出力電力指令値を0%として出力する比較部と、
請求項1ないし6のいずれかに記載の制御回路と、
を備えたことを特徴とする電力制御装置。 According to the input power command value, the output power command value is output every predetermined cycle of the AC power supply more than a half cycle, and the switch unit connected between the AC power supply and the load is set to the output power command value. A power control device that controls power supply to the load by performing on / off control in response,
An output error accumulating unit for accumulating an error between the output power command value and the input power command value;
An adding unit for adding the input power command value and the output error accumulated value accumulated by the output error accumulating unit;
The addition value added by the adding unit is compared with a threshold value. When the addition value is equal to or greater than the threshold value in this comparison, the output power command value is output as 100%. A comparator to output;
A control circuit according to any one of claims 1 to 6;
A power control apparatus comprising:
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