JP2008535047A

JP2008535047A - 加熱部材の温度制御装置とその方法

Info

Publication number: JP2008535047A
Application number: JP2008502226A
Authority: JP
Inventors: リウ，キシアオガン
Original assignee: エルラブコーポレーション
Priority date: 2005-03-25
Filing date: 2006-03-21
Publication date: 2008-08-28
Also published as: CN1838017A; US8165725B2; CN100458631C; WO2006099801A1; US20090182459A1

Abstract

加熱部材の温度制御装置の一種とその方法が、加熱部材の加熱本体の実際の温度を検出し、検出した実際の温度に基づいて温度の下向きの勾配と頻度を計算する。基準信号は実際の温度、温度の下向きの勾配および頻度に基づいて生成され、スイッチ電力を制御して加熱部材の電力の瞬時の制御を実現する。

Description

この発明は加熱部材用の温度制御技術に関し、より詳細には、温度に基づく電気ハンダゴテなどの電気機器内の加熱部材の電力制御用の方法および装置に関する。

電気加熱部材はますます広く用いられており、電気加熱部材の温度電力制御用の既存の方法は通常、絶対温度制御形態を利用している。つまり、これらの方法は加熱部材の絶対温度をサンプルし制御するだけで、加熱部材の動作状態、加熱される物体の熱的要件、および温度に対するその効果を測定することはできない。温度が下がる場合、加熱部材の過渡的応答は鈍く、従って温度の再上昇は遅く、加熱部材の熱伝達が急速に変化する場合はこれを用いることはできない。例えば、電気ハンダゴテは、接合させる金属に接触していないときは温度が非常に高く、いったん大型の金属物体に接触したり金属物体に長時間接触し続けると、特に接合させる金属が大きな表面積を有していたり環境温度が低い場合、電気ハンダゴテの温度は素早い熱伝達によって急速に低下する可能性がある。電気ハンダゴテ用の既存の温度制御技術は接合ヘッドの絶対温度を考慮するだけであり、従って調整速度は低く、電力調整は温度変動に追いつくことができず、電力調整の変化は温度変化に追いつくことができず、いくつかの特定の状態においても制御遅延のために接合要件を満足させることはできない。

この発明の一形態は電気機器内の加熱部材の電力制御用の方法および装置を提供することであり、それは電気ハンダゴテまたはこのような他の電気加熱機器の温度変化を素早く検出し、温度変化に基づいて電気加熱部材の電力を素早く調整し、電気加熱部材が実質的に一定の温度で動作できるようにする。

この発明の一形態によると加熱部材の温度を制御する方法が提供され、前記方法は、
ａ）加熱部材の発熱体の温度を検出し、
ｂ）基準信号を生成し、
ｃ）検出した実際の温度と基準信号を比較し、
ｄ）比較結果に基づいて制御可能な電力増幅ユニットによって加熱部材に印加される電力を生成することを含み、
前記ステップｂ）の基準信号を生成することはさらに、
ｂ１）検出した実際の温度に基づいて温度低下勾配信号を計算し、
ｂ２）検出した実際の温度に基づいて温度低下頻度信号を計算し、
ｂ３）選択した温度、温度低下勾配信号および温度低下頻度信号に基づいて基準信号を生成することを含んでいる。

好ましくは、前記基準信号は温度低下勾配信号に比例する。

好ましくは、前記基準信号は温度低下頻度信号に比例する。

好ましくは、前記ステップｂ３）はさらに、
ｂ３１）温度低下勾配信号と温度低下頻度信号に基づいて追加の温度信号を生成し、
ｂ３２）追加の温度信号と選択した温度を前記基準信号に組み合わせることを含んでおり、
前記ステップｂ３１）の温度低下勾配信号と温度低下頻度信号に基づいて追加の温度信号を生成することは、追加の温度信号の事前設定実験データを備えた表をＣＰＵで参照することによって実現される。

好ましくは、前記ステップｂ３）はさらに、
ｂ３３）実際の温度信号、温度低下勾配信号および温度低下頻度信号に基づいて追加の温度信号を生成し、
ｂ３４）追加の温度信号と選択した温度を前記基準信号に組み合わせることを含み、
前記ステップｂ３３）の実際の温度信号、温度低下勾配信号および温度低下頻度信号に基づいて追加の温度信号を生成することは、追加の温度信号の事前設定実験データを備えた表をＣＰＵで参照することによって実現される。

この発明の別の形態によると加熱部材の温度を制御する装置が提供され、前記装置は加熱部材１、加熱部材１を駆動する制御可能な電力ユニット２、および加熱部材１の発熱体の実際の温度を検出する温度検出ユニット３を有し、さらに温度検出ユニット３によって出力した実際の温度と所定の温度信号４に基づいて、前記制御可能な電力ユニット２を制御する制御ユニットを有し、前記制御ユニットが、
温度検出ユニット３によって出力された実際の温度信号に基づいて、温度低下勾配信号を生成する温度低下勾配信号生成ユニット５と、
温度検出ユニット３によって出力された実際の温度信号に基づいて、温度低下頻度信号を生成する温度低下頻度信号生成ユニット６と、
実際の温度信号、温度低下勾配信号および温度低下頻度信号に基づいて、表を参照することによって追加の温度信号を決定するマイクロプロセッサユニット７と、
追加の温度信号と所定の温度信号を組み合わせる基準温度信号ユニット８と、
基準温度信号ユニット８によって出力された基準温度信号と、温度検出ユニット３によって出力された実際の温度信号を比較することによって、前記制御可能な電力ユニット２用の制御信号を生成し、前記制御可能な電力ユニット２がスイッチング電力回路である温度比較および増幅ユニット９を有することを特徴とする。

この発明による加熱部材の温度を制御する方法および装置は、電気ハンダゴテまたはこのような他の電気加熱機器に適用され、加熱部材の発熱体の温度変化に基づいて、加熱部材の電力を効率的に素早く制御し、動作中、電気ハンダゴテの鉄心などの加熱部材の温度を設定温度に維持し、熱負荷の温度や環境温度がどんなに変化しても要件に従って調整可能にする。従って、この発明による方法および装置は電力を節約し電気加熱部材の寿命を延ばすことができ、高電気加熱温度が要求され電気熱負荷が変動を有する他の場合に適用することもできる。

この発明に従って提供される加熱部材の温度を制御する方法および装置は、三次元制御法を採用している。つまり絶対温度、温度低下勾配および温度低下頻度をサンプルし決定し、それからＣＰＵによって最適制御を行う。所定の期間にサンプルされる温度曲線が徐々に変化する場合、加熱される物体が均一な熱量を必要とすることが示され、絶対温度制御法が用いられる。サンプルされた温度曲線が大きな低下勾配を有する場合、加熱される物体の熱量要件を即座に増大させることが示され、温度の著しい低下が発生していれば補償として事前設定温度に追加の温度値を加え、熱の不足による加熱部材の温度低下を補償して温度を急速に増大させることができる。サンプルされた温度曲線内に存在する温度低下点が多すぎる場合、加熱される物体が頻繁に加熱を求めることが示され、平均熱要求が高いので事前設定温度に追加の温度を加え、熱の不足を補償することもできる。従って、加熱部材の過渡的動的応答を著しく改善できる。

この発明による制御方法の一実施例は、次のとおりである。

１．加熱される物体の理想温度Ｔ₀を設定する。

２．加熱部材の発熱体の実際の温度Ｔ（ｔ）を検出する。

３．温度低下勾配ｄＴ／ｄｔを計算する。

４．温度低下頻度ｄ²Ｔ／ｄｔ²を計算する。

５．実際の温度と設定温度の差に基づいて第一温度調整値ＤＴ１を計算する。つまり、ＤＴ１＝Ｔ（ｔ）−Ｔ₀。

６．加熱部材の温度低下勾配に基づいて第二温度調整値ＤＴ２を計算する。つまり、ＤＴ２＝ｆ（ｄＴ／ｄｔ）。

７．加熱部材の温度低下頻度に基づいて第三温度調整値ＤＴ３を計算する。つまり、ＤＴ３＝ｆ（ｄ²Ｔ／ｄｔ²）。

８．全温度調整値ＤＴ＝ＤＴ１＋ＤＴ２＋ＤＴ３を計算する。

９．全温度調整値に基づいて加熱部材の入力電力、つまりスイッチング電源によって加熱部材に供給される動作電圧を決定する。

前記ステップ６において、加熱部材の温度低下勾配に基づいて第二温度調整値を決定することは表を参照することによって実現される。

ステップ７において、加熱部材の温度低下頻度に基づいて第三温度調整値を決定することも事前設定相関関数表を参照することによって実現される。上記のステップ５〜７を組み合わせて、以降の第二実施例を構成することもできる。

１．加熱される物体の理想温度（所定の温度と呼ばれる）Ｔ₀を設定する。

２．加熱部材の発熱体の実際の温度Ｔ（ｔ）を検出する。

３．温度低下勾配ｄＴ／ｄｔを計算する。

４．温度低下頻度ｄ²Ｔ／ｄｔ²を計算する。

５．実際の温度Ｔ（ｔ）、温度低下勾配ｄＴ／ｄｔおよび温度低下頻度ｄ²Ｔ／ｄｔ²に基づいて表を参照することによって全温度調整値ＤＴを計算する。つまり、ＤＴ＝ｆ（Ｔ（ｔ），ｄＴ／ｄｔ，ｄ²Ｔ／ｄｔ²）。

６．全温度調整値に基づいて加熱部材の入力電力、つまりスイッチング電源によって加熱部材に供給される動作電圧を決定する。

前記温度低下勾配ｄＴ／ｄｔの計算は微分回路によって実現され、温度低下頻度ｄ²Ｔ／ｄｔ²の計算は微分信号用のカウント回路によって実現される。実際の温度Ｔ（ｔ）、温度低下勾配ｄＴ／ｄｔおよび温度低下頻度ｄ²Ｔ／ｄｔ²に基づいて、表を参照することによって全温度調整値ＤＴ＝ｆ（Ｔ（ｔ），ｄＴ／ｄｔ，ｄ²Ｔ／ｄｔ²）を計算することは三次元表を参照することによって実現され、前記三次元表内のデータＤＴは実験によって得られマイクロプロセッサ内に事前設定される。

図１を参照すると、この発明による加熱部材の温度を制御する装置の実施例では、制御可能な電力ユニットまたは制御可能な電圧調整器２は加熱部材１に出力電圧Ｕを供給し、それから加熱部材１は生成された熱を加熱される部材（図には示されていない）に伝達する。加熱部材１の発熱体の実際の温度は、加熱される物体に密着させた温度センサ（つまり、温度検出ユニット３）によって検出される。次に、一方では実際の温度は温度電圧変換増幅器を介してマイクロプロセッサユニット７に直接送られ、他方では実際の温度は微分回路からなる温度低下勾配信号生成ユニット５によって温度低下勾配信号に変換され、その後温度低下勾配信号はマイクロプロセッサ７の入力ポートに送られ、さらに一方では温度低下頻度信号生成ユニット６が実際の温度信号の低下変動を統計的にカウントし、温度低下頻度信号を獲得し、前記信号はそれからマイクロプロセッサ７に送られる。マイクロプロセッサユニット７では、実際の温度信号、温度低下勾配信号および温度低下頻度信号に基づいて追加の温度信号が決定され、その後所定の温度信号ユニット４からの所定の温度信号と共に、追加の温度信号は基準温度信号生成ユニット８（加算器であってもよい）に送られ、基準温度信号生成ユニット８ではこれらの二つの信号を組み合わせて基準信号を形成する。基準信号は温度比較および増幅ユニット９内の実際の温度と比較し、加熱部材１の電力を制御する制御可能な電力ユニット２用の制御信号を生成する。マイクロプロセッサによって提供される追加の温度信号は、温度低下勾配と温度低下頻度を考慮して生成されるので、この発明の温度制御は実際の温度のみを考慮する単一制御モードに比べて過渡的応答を著しく改善する。制御可能な電力ユニット２は、スイッチング電力回路であってもよい。

この発明による加熱部材の温度を制御する装置の概略図である。

Claims

加熱部材の温度を制御する方法であって、
ａ）加熱部材の発熱体の温度を検出することと、
ｂ）基準信号を生成することと、
ｃ）検出した実際の温度と基準信号を比較することと、
ｄ）比較結果に基づいて制御可能な電力増幅ユニットによって加熱部材に印加される電力を生成することから成り、前記ステップｂ）の基準信号を生成することがさらに、
ｂ１）検出した実際の温度に基づいて温度低下勾配信号を計算することと、
ｂ２）検出した実際の温度に基づいて温度低下頻度信号を計算することと、
ｂ３）選択した温度、温度低下勾配信号および温度低下頻度信号に基づいて基準信号を生成すること、を特徴とする方法。
前記基準信号が、温度低下勾配信号に比例する請求項１記載の方法。
前記基準信号が、温度低下頻度信号に比例する請求項１記載の方法。
前記ステップｂ３）がさらに、
ｂ３１）温度低下勾配信号と温度低下頻度信号に基づいて追加の温度信号を生成することと、
ｂ３２）追加の温度信号と選択した温度を前記基準信号に組み合わせることから成り、
前記ステップｂ３１）の温度低下勾配信号と温度低下頻度信号に基づいて追加の温度信号を生成することが、追加の温度信号の事前設定実験データを備えた表をＣＰＵで参照することによって実現される請求項２または３記載の方法。
前記ステップｂ３）がさらに、
ｂ３３）実際の温度信号、温度低下勾配信号および温度低下頻度信号に基づいて追加の温度信号を生成することと、
ｂ３４）追加の温度信号と選択した温度を前記基準信号に組み合わせることから成り、
前記ステップｂ３３）の実際の温度信号、温度低下勾配信号と温度低下頻度信号に基づいて追加の温度信号生成することが、追加の温度信号の事前設定実験データを備えた表をＣＰＵで参照することによって実現される請求項２または３記載の方法。
加熱部材（１）と、加熱部材（１）を駆動する制御可能な電力ユニット（２）と、加熱部材（１）の発熱体の実際の温度を検出する温度検出ユニット（３）と、を有する加熱部材の温度を制御する装置であって、
さらに温度検出ユニット（３）によって出力された実際の温度信号と、所定の温度信号（４）と、に基づいて、前記制御可能な電力ユニット（２）を制御する制御ユニットを有し、前記制御ユニットが、
温度検出ユニット（３）によって出力された実際の温度信号に基づいて、温度低下勾配信号を生成する温度低下勾配信号生成ユニット（５）と、
温度検出ユニット（３）によって出力される実際の温度信号に基づいて、温度低下頻度信号を生成する温度低下頻度信号生成ユニット（６）と、
実際の温度信号、温度低下勾配信号および温度低下頻度信号に基づいて、表を参照することによって追加の温度信号を決定するマイクロプロセッサユニット（７）と、
追加の温度信号と所定の温度信号を組み合わせる基準温度信号ユニット（８）と、
基準温度信号生成ユニット（８）によって出力された基準温度信号と、温度検出ユニット（３）によって出力された実際の温度信号を比較することによって、前記制御可能な電力ユニット（２）用の制御信号を生成する温度比較および増幅ユニット（９）と、を有することを特徴とする装置。
制御可能な電力ユニット（２）が、スイッチング電力回路である請求項６記載の装置。