JP2011516962A

JP2011516962A - 位相制御機能及びゼロクロス周期制御機能を有する温度調節器

Info

Publication number: JP2011516962A
Application number: JP2011502874A
Authority: JP
Inventors: パク，ファン−ギ
Original assignee: オートニクスコーポレーション
Priority date: 2008-09-27
Filing date: 2009-09-08
Publication date: 2011-05-26
Also published as: RU2459232C2; WO2010035967A2; WO2010035967A3; CN101981523B; CN101981523A; CO6321181A2; EG25735A; JP3184816U; US8645000B2; KR20100035668A; BRPI0906898A8; US20110046811A1; KR101002582B1; TR201007456T1; BRPI0906898A2

Abstract

本発明は、負荷の制御目標温度に従って位相制御信号又はゼロクロス周期制御信号を発生させ、負荷に印加される電力を制御する位相制御機能及びゼロクロス周期制御機能を有する温度調節器に関する。
本発明の一つの特徴に従った位相制御機能及びゼロクロス周期制御機能を有する温度調節器は、負荷の温度を温度センサーによって感知して分析した後、前記負荷に印加される電力を位相制御又はゼロクロス制御して前記負荷が予め設定された目標温度を維持するように制御する温度調節器であって、ＡＣ電源から同期信号を抽出する電源同期回路部と、変圧器の１次コイルに前記ＡＣ電源が接続され、前記変圧器の２次コイルに駆動電源発生部とトライアックのトリガ電源発生部とが設置された電源回路部と、前記温度センサーによって感知した負荷の温度を分析して目標温度に制御するために位相制御信号又はゼロクロス周期制御信号を発生させるマイクロコンピューターと、及び前記マイクロコンピューターの位相制御信号又はゼロクロス周期制御信号に従って前記トリガ電源発生部から出力された電源を前記負荷に接続されたトライアックのゲートへトリガ信号として印加させるトライアック駆動部と、を含む。

Description

本発明は、温度センサーが感知した負荷側の感知温度に基づいて負荷の温度を目標温度に制御する温度調節器に関し、より詳細には、負荷の制御目標温度に従って位相制御信号又はゼロクロス周期制御信号を発生させ、負荷に印加される電力を制御する位相制御機能及びゼロクロス周期制御機能を有する温度調節器に関する。

一般的に、負荷を制御するために温度調節器から出力される制御信号には、リレーを駆動するリレー出力、ＳＳＲ（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＲｅｌａｙ）を駆動するＳＳＲ出力、また、設定範囲内で制御目標値に対応するサイズの電流信号として出力される４〜２０ｍＡの電流出力がある。

４〜２０ｍＡの電流出力端には、温度をより正確に制御するために、図１に示されたように、温度調節器１０の外部に別途の負荷制御器としてＳＣＲ位相制御器又はＳＣＲゼロクロス周期制御器２０が接続される。この場合、温度センサー３０が感知した負荷４０の温度に基づいて負荷４０の温度を予め設定された目標温度に制御するために、ＡＣ電源から負荷４０へ供給される電力を加減調節し、例えば、負荷４０がヒーターの場合、ヒーターの発熱量を加減調節することでヒーターを正確に温度制御することができる。

しかしながら、ＳＣＲ位相制御器又はＳＣＲゼロクロス周期制御器のような制御器は、高価で大きいので、この制御器を利用すると製造費用が増加し、空間活用がよくないなどの問題点があった。

本発明は、このような従来技術の問題点を解決するために工夫したものであり、高価で大きいＳＣＲ位相制御器又はＳＣＲゼロクロス周期制御器の代わりに、低価、小型、簡単な機能の部品を利用して正確に温度制御を行うことができる位相制御機能及びゼロクロス周期制御機能を有する温度制御器を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するための本発明の一つの特徴に従った位相制御機能及びゼロクロス周期制御機能を有する温度調節器は、負荷の温度を温度センサーによって感知して分析した後、前記負荷に印加される電力を位相制御又はゼロクロス制御して前記負荷が予め設定された目標温度を維持するように制御する温度調節器であって、ＡＣ電源から同期信号を抽出する電源同期回路部と、変圧器の１次コイルに前記ＡＣ電源が接続され、前記変圧器の２次コイルに駆動電源発生部とトライアックのトリガ電源発生部とが設置された電源回路部と、前記温度センサーによって感知した負荷の温度を分析して目標温度に制御するために位相制御信号又はゼロクロス周期制御信号を発生させるマイクロコンピューターと、及び前記マイクロコンピューターの位相制御信号又はゼロクロス周期制御信号に従って前記トリガ電源発生部から出力された電源を前記負荷に接続されたトライアックのゲートへトリガ信号として印加させるトライアック駆動部と、を含む。

上記の課題を解決するための本発明の他の特徴に従った位相制御機能及びゼロクロス周期制御機能を有する温度調節器は、電源同期回路には、フォトカプラーが設置され、ＡＣ電源とマイクロコンピューターとの間が絶縁される。

上記の課題を解決するための本発明の更に他の特徴に従った位相制御機能及びゼロクロス周期制御機能を有する温度調節器は、トライアック駆動部には、フォトカプラーが設置され、マイクロコンピューターと負荷側のトライアックとの間が絶縁される。

上記の課題を解決するための本発明の更に他の特徴に従った位相制御機能及びゼロクロス周期制御機能を有する温度調節器は、マイクロコンピューターが有する位相制御機能又はゼロクロス周期制御機能は、使用者操作部によって選択される。

本発明に従った位相制御機能及びゼロクロス周期制御機能を有する温度調節器は、高価で大きいＳＣＲ位相制御器又はＳＣＲゼロクロス周期制御器の代わりに、低価、小型、簡単な機能のランダムターンオン方式のＳＳＲ又はトライアックを直接接続して位相制御又はゼロクロス周期制御機能を実行することができるので、温度調節器に関する費用を節減し、便利性を図ると同時に、空間活用性を向上させることができる。

図１は、従来の温度調節器の構成図である。図２は、本発明に従った温度調節器の構成図である。図３は、本発明に従ったゼロクロス周期制御による要部波形図である。図４は、本発明に従った位相制御による要部波形図である。

以下、添付された図を参照しながら本発明の好ましい実施形態の構造及び作用について説明する。

本発明は、温度調節器１の内部のマイクロコンピューター１００の従来の機能に位相制御機能とゼロクロス周期制御機能を加え、使用者が直接に制御機能を選択して使用することで、従来のＳＣＲ位相制御器又はＳＣＲゼロクロス周期制御器のような高価で大きい温度調節器の代りに、低価、小型、簡単な機能のランダムターンオン（ＲａｎｄｏｍＴｕｒｎ−ｏｎ）方式のＳＳＲ（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＲｅｌａｙ）、又は、トライアック（Ｔｒｉａｃ）などを利用することができ、温度調節器１にかかる費用を節減し、便利性を図ると同時に、空間活用性を向上させる。

図２は、本発明に従った温度調節器の構成図である。

温度調節器１の全般的な動作を制御するマイクロコンピューター１００の入力端子の一つには、負荷の温度を感知する温度センサー３０が入力増幅回路１２０を介して接続される。入力増幅回路１２０は、温度センサー３０が感知した温度信号をマイクロコンピューター１００で利用できるサイズの信号に増幅させる。また、マイクロコンピューター１００の出力端子の一つには、負荷の現在温度と負荷の制御目標温度を使用者が容易に分かるように表示する表示部１３０が接続される。

また、後述するように、マイクロコンピューター１００には、負荷４０の温度を目標温度に制御するために、温度センサー３０を利用して感知した負荷の現在温度と使用者が予め設定した制御目標温度とを比べて制御出力値を算出した後、ＡＣ電源に同期した電源信号として負荷へ供給される電力を位相制御又はゼロクロス周期制御するようにプログラミングされる。

特に、負荷へ供給される電力量を制御するために、マイクロコンピューター１００の入力端子の一つとＡＣ電源との間に電源同期回路部１４０が接続される。電源同期回路部１４０は、フォトカプラー（Ｐｈｏｔｏｃｏｕｐｌｅｒ）ＰＣ１を有し、ＡＣ電源側に発光ダイオードが接続され、マイクロコンピューター１００側に受光トランジスターが接続され、発光ダイオードと受光トランジスターに抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３とコンデンサーＣ１が接続される。この場合、発光ダイオードに電圧が印加されると、受光トランジスターがターンオンされてＡＣ電源に同期した信号がマイクロコンピューター１００に入力される。電源同期回路部１４０からマイクロコンピューター１００に入力された同期信号はフォトカプラーＰＣ１によって発生するので、ＡＣ電源との絶縁状態が維持され、電源雑音による誤動作を防止することができる。

また、マイクロコンピューター１００の出力端子の一つには、トライアック駆動部１５０を介して負荷４０が接続され、特に、負荷４０へ供給されるＡＣ電源をスイッチングするトライアック１８０のゲートが接続される。電源雑音による誤動作を防止するために、トライアック駆動部１５０にもフォトカプラーＰＣ２を利用して絶縁状態を維持することが望ましい。即ち、マイクロコンピューター１００側には、抵抗Ｒ４を介してフォトカプラーＰＣ２の発光ダイオードが接続され、トライアック１８０側には、抵抗Ｒ５を介して受光トランジスターが接続される。

一方、ＡＣ電源側には、前述したように、ＡＣ電源から電源同期信号を抽出する電源同期回路部１４０が接続され、温度調節器１の必要とする電源を発生させる電源回路部１６０が接続される。電源回路部１６０は、電源変圧器Ｔ１によってＡＣ電源を降下させ、温度調節器１を構成する各回路部へ供給する駆動電源Ｖｃｃを発生させる駆動電源発生部と、トライアック１８０のゲートに印加するトリガ電源を発生させるトリガ電源発生部とを有する。

駆動電源発生部は、電源変圧器Ｔ１の２次側で所定レベルに降下された電圧をダイオードＤ１とコンデンサーＣ２によって平滑して出力する。同様に、トリガ電源発生部は、電源変圧器Ｔ１の他の２次側で所定レベルに降下された電圧をダイオードＤ２とコンデンサーＣ３によって平滑して出力する。トリガ電源発生部で出力された電圧は、トライアック駆動部１５０を介してトライアック１８０のゲートに印加される。

使用者操作部１７０は、マイクロコンピューター１００の入力端子の一つに接続され、使用者は、使用者操作部１７０によってマイクロコンピューターが有する位相制御機能又はゼロクロス周期制御機能を選択することができる。

以上、負荷４０へ供給される電源をスイッチングする素子としてトライアック１８０を利用した実施形態について説明したが、本発明はこの実施形態に限定されず、本発明の技術的思想を外れない範囲で他の形態のスイッチング素子やそれに対応する部品に入れ替えるのができるのは当業者に自明である。

図３は、本発明に従った制御機能のうちゼロクロス周期制御による要部波形図である。

本発明に従ったゼロクロス周期制御は、電源周波数の所定周期を制御周期として設定し、その制御周期のうち所定期間を制御出力値に比例してオン、オフさせて負荷へ供給する方式である。図３は、１０個の半周期を制御周期として設定した場合、トライアック駆動部１５０から出力されたトリガ信号の波形図とトライアック１８０を介して負荷４０に印加された電源の波形図を示す図であり、特に、負荷４０の制御出力が各々１０％、４０％、８０％、１００％の場合のトライアック１８０の出力波形を示す。

例えば、制御出力値が１０％の場合、ＡＣ電源から１０個の半周期のうち１個の半周期のみが負荷４０へ供給されるような周期を有する制御信号がマイクロコンピューター１００から出力され、フォトカプラーＰＣ２の発光ダイオードに印加される。これによって、その周期の間、フォトカプラーＰＣ２の受光ダイオードがターンオンされ、ダイオードＤ２とコンデンサーＣ３によって平滑された電圧がターンオンされた受光トランジスターを介してトライアック１８０のゲートへトリガ信号として印加されてトライアック１８０をターンオンさせることで、負荷４０にはＡＣ電源から１０個の半周期のうち１個の半周期に相当する電圧のみが印加される。

同様に、制御出力値が４０％の場合、ＡＣ電源から１０個の半周期のうち４個の半周期が負荷４０へ供給されるように制御され、制御出力値が８０％の場合、ＡＣ電源から１０個の半周期のうち８個の半周期が負荷４０へ供給されるように制御され、制御出力値が１００％の場合、１０個の半周期の全部が負荷４０へ供給されるように制御される。

この場合、マイクロコンピューター１００は、電源同期回路部１４０がＡＣ電源から抽出した同期信号を利用して電源周波数に同期した制御信号をトライアック駆動部１５０へ出力することで、前述したように、電源周波数に同期した電源を負荷４０へ供給することができる。

図４は、本発明に従った制御機能のうち位相制御による要部波形図である。

本発明に従った位相制御は、図４に示されたように、電源周波数の半周期を制御周期として設定し、電源周波数の半周期のうち制御出力値に比例する時間の間のみに負荷４０へ供給するように制御する。

即ち、制御出力値が２０％の場合、ＡＣ電源の半周期のうち２０％のみが負荷４０へ供給されるように制御し、制御出力値が５０％の場合、ＡＣ電源の半周期のうち５０％のみが負荷４０へ供給されるように制御し、制御出力値が１００％の場合、半周期全部が負荷へ供給されるように制御する。

このため、マイクロコンピューター１００は、温度センサー３０から受信した感知温度と使用者が設定した目標温度とを比較演算して制御出力値を算出する一方、電源同期回路部１４０から受信した電源同期信号に従って負荷４０へ供給されるＡＣ電源の位相を判断し、前述したような波形の制御信号を電源周波数に同期させて出力する。制御信号は、図４において温度調節器の制御出力として示された波形と同様に、例えば、１０％、５０％、又は１００％に相当する時間の間、オン状態を維持する信号として出力される。

このような温度調節器の制御出力によってトライアック１８０がターンオンされている間にＡＣ電源が負荷４０へ供給されて、負荷４０の目標温度に維持することができる。

本発明に従った温度調節器は、低価の部品を利用して構成した位相制御手段又はゼロクロス周期制御手段によって負荷へ供給される電力を調節することができる。

Claims

負荷の温度を温度センサーによって感知して分析した後、前記負荷に印加される電力を位相制御又はゼロクロス制御して前記負荷が予め設定された目標温度を維持するように制御する温度調節器であって、
ＡＣ電源から同期信号を抽出する電源同期回路部と、
変圧器の１次コイルに前記ＡＣ電源が接続され、前記変圧器の２次コイルに駆動電源発生部とトライアックのトリガ電源発生部とが設置された電源回路部と、
前記温度センサーによって感知した負荷の温度を分析して目標温度に制御するために位相制御信号又はゼロクロス周期制御信号を発生させるマイクロコンピューターと、及び
前記マイクロコンピューターの位相制御信号又はゼロクロス周期制御信号に従って前記トリガ電源発生部から出力された電源を前記負荷に接続されたトライアックのゲートへトリガ信号として印加させるトライアック駆動部と、
を含むことを特徴とする位相制御機能及びゼロクロス周期制御機能を有する温度調節器。
前記電源同期回路には、フォトカプラーが設置され、ＡＣ電源とマイクロコンピューターとの間が絶縁されることを特徴とする請求項１に記載の位相制御及びゼロクロス周期制御機能を有する温度調節器。
前記トライアック駆動部には、フォトカプラーが設置され、マイクロコンピューターと負荷側のトライアックとの間が絶縁されることを特徴とする請求項１又は２に記載の位相制御機能及びゼロクロス周期制御機能を有する温度調節器。
前記マイクロコンピューターが有する位相制御機能又はゼロクロス周期制御機能は、使用者操作部によって選択されることを特徴とする請求項１に記載の位相制御機能及びゼロクロス周期制御機能を有する温度調節器。