JP4453573B2 - 制御回路および該制御回路を備えた電力制御装置 - Google Patents

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。

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。

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）。

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。

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。
特開２００１−２６５４４６号公報

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。

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・オフを交流電源の半サイクル単位で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）の極性と今回オンしようとした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とするものである。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しようとした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しようとした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。

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。

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。

上記制御回路の好ましい態様として、上記スイッチ部と負荷との間に接続された変流器の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、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正あるいは負のいずれでもない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。

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・オフを交流電源の半サイクル単位で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前回オンするまでの期間の交流の極性変化数の奇偶と今回オンしようとした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とするものである。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期間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しようとした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。

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。

上記制御回路の好ましい態様として、上記スイッチ部と負荷との間に接続された変流器の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、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が奇数あるいは偶数のいずれでもない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。

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。

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。

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。

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。

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の今回オンしようとした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の今回オンしようとした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の極性が正あるいは負のいずれでもないときは電流検出部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。

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しようとする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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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が前回の任意の時点から前回オンするまでの期間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の前回オン時の極性変化数の奇偶（極性変化数が奇数か遇数）と今回オンしようとした時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。

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、今回オンしようとしたとき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。

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。

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。

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が奇数あるいは偶数のいずれでもない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。

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。

本発明の最良の形態に係る温度制御システムの概略構成図である。 図１の形態の動作説明に供するフローチャートである。 図２のステップＳＴ１０の詳細なフローチャートである。 従来と本発明との効果の説明に供する図である。 従来と本発明との効果の説明に供する図である。 従来と本発明との効果の説明に供する図である。 従来と本発明との効果の説明に供する図である。 本発明の他の形態に係る温度制御システムの概略構成図である。

符号の説明

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

Claims (7)

1. 交流電源と負荷との間に接続されたスイッチ部のオン・オフを交流電源の半サイクル単位で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）の極性と今回オンしようとした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、ことを特徴とする制御回路。
2. 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しようとした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しようとした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。
3. 上記スイッチ部と負荷との間に接続された変流器の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、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正あるいは負のいずれでもない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。
4. 交流電源と負荷との間に接続されたスイッチ部のオン・オフを交流電源の半サイクル単位で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前回オンするまでの期間の交流の極性変化数の奇偶と今回オンしようとした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、ことを特徴とする制御回路。
5. 前記交流電源の電圧のゼロクロスを検出するゼロクロス検出部と、
   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期間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しようとした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。
6. 上記スイッチ部と負荷との間に接続された変流器の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、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が奇数あるいは偶数のいずれでもない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。
7. 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、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。

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