JPH0324753B2

JPH0324753B2 -

Info

Publication number: JPH0324753B2
Application number: JP57093304A
Authority: JP
Inventors: Hideo Sugimori
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-05-31
Filing date: 1982-05-31
Publication date: 1991-04-04
Also published as: JPS58209880A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はヒータ駆動制御装置に関し、更に詳述
すると、ヒータを交流電源により温度制御しなが
ら駆動する装置に関する。

例えば、半田ゴテ、ヘアーアイロン等の小型ヒ
ータでは把手内に制御回路及びその電源回路を組
込まねばならない。従つて、これらの回路を小型
化すると同時に消費電力を小さくして発熱を抑え
ることが肝要となる。

第６図に従来例を示す。交流電源に接続される
ACコンセントの両端子が両方向サイリスタＴを
介してヒータＨに接続され、サイリスタのオンオ
フ制御回路Ａは、センサＳと抵抗R₁，R₂，R₃よ
り成る温度検出用ブリツジ回路、そのブリツジ回
路の検出信号の大小関係を判断して制御信号を出
力するコンパレータCCT、及び、そのコンパレ
ータの出力によりサイリスタＴをトリガするトリ
ガ回路から構成され、このオンオフ制御回路Ａに
対する電源回路Ｂが、整流用ダイオードＤ、降圧
用抵抗Ｒ、ツエナーダイオードＺ、コンデンサＣ
から構成されている。

ここで、制御回路Ａに必要な電流I_Aはブリツジ
回路に流れる電流I₁、コンパレータCCTに流れる
電流I₂、サイリスタＴを点弧するために必要なゲ
ート電流の平均電流I₃の加算値となり、抵抗Ｒに
流れる電流は、上記した電流I_Aに、直流電源＋Ｖ
を安定化するためのツエナーダイオードＺに流す
バイアス電流I_Zを加えたものになる。

通常、交流電源電圧を100V、直流電圧＋Ｖを
10Vの場合、I_A＝6mA程度となり、その場合、抵
抗Ｒとして2W型が用いられていた。半田ゴテ、
ヘアーアイロン等の把手内に回路を組込む場合、
この2W型の降圧用抵抗は小型化と発熱量低減化
にとつて重大な課題である。

一方、本発明者は、特願昭56−200651号におい
て、交流電源のゼロクロス信号発生器を設け、ゼ
ロクロス直後のサイリスタがオフのときに温度測
定を行い、その後の交流電源半サイクル期間をヒ
ータ駆動期間とする発明を提案している。本発明
はこの先願発明の改良に係るものである。

本発明の目的は、サイリスタのオンオフ制御回
路の消費電流、並びにその制御回路に直流電源を
供給するための電源回路自体の消費電流を可及的
に小さくして、降圧用抵抗Ｒの容量を小型化する
とともに、これらの回路による発熱を極力抑えた
ヒータ駆動制御装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、センサが断線したりシヨ
ートした場合にも制御系が暴走しないヒータ駆動
制御装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、サイリスタのオン
オフ制御回路並びに直流電源回路の平均消費電力
を更に一段と減少させるため、従来よりも出力信
号幅の短いゼロクロス信号発生器を用いて制御回
路の電源供給時間を制御する、ヒータ駆動制御装
置を提供することにある。

本発明の構成を要約すれば、ゼロクロス信号発
生期間のみ導通するスイツチング素子を介して温
度検知回路及びサイリスタのトリガ回路へ電流供
給するよう構成したことを特徴としている。

以下、本発明の実施例を図面に基いて説明す
る。

第１図に本発明実施例の回路図を示す。

ヒータ１と両方向性サイリスタ２の直列回路が
交流電源端子３Ａ，３Ｂに接続されている。交流
電源端子３Ａ，３Ｂ間には制御回路へ電力を供給
するため、整流用ダイオード４、抵抗５、ゼナー
ダイオード６及びコンデンサ７より成る電源回路
が設けられ、ゼナーダイオード６負極Ｃ点にはコ
モンライン３Ａに対し常に負電位（−V₁）が出
力されている。

一方、ヒータ１により加熱される被加熱物の温
度を検知するための、正温度係数をもつ温度セン
サ８は、抵抗９，１０，１１及び可変抵抗１２と
ともに温度検知用ブリツジ回路を構成し、そのブ
リツジ回路の負側の共通端子Ｄ点は、トランジス
タ１３のコレクタ、エミツタ電極を通して負電圧
のＣ点に接続されている。交流電源端子３Ａ，３
Ｂ間のゼロ電圧を検知するゼロクロス信号発生器
１４の出力端子Ｅがトランジスタ１３のベース電
極に接続され、ゼロクロス時のみトランジスタ１
３が導通するようになつている。ブリツジ回路の
出力端子Ｆ，Ｇ両点はコンパレータ１５に入力さ
れ、その出力端子Ｈは抵抗１６を介して両方向性
サイリスタ２の制御ゲートに接続されている。ま
た、コンパレータ１５の電源は、ブリツジ回路と
同様に、Ｄ点に接続されている。

次に作用を説明する。交流電源端子３Ａ，３Ｂ
間に第２図Ａ図に示す交流電圧が印加されるとゼ
ロクロス信号発生器１４は第２図Ｂ図に示すよう
なパルス信号を出力する。トランジスタ１３はベ
ースにゼロクロス出力信号が印加されたときだけ
導通し、そのコレクタ電位すなわちＤ点の電位は
第２図Ｃ図に示すようにトランジスタ１３が導通
時のみＣ点の電位にほぼ等しくなり、非導通時に
はコモンラインの電位にほぼ等しくなる。このよ
うにしてブリツジ回路及びコンパレータにはゼロ
クロス信号出力時のみ電源が供給される。ブリツ
ジ回路の可変抵抗器１２は温度設定用であつて、
所定の設定電位をコンパレータ１５の非反転入力
端子（＋）に与えている。センサ８は正の温度係
数をもつているためＧ点の電位は温度が低いとき
は高く、温度が高くなると下降する。このＧ点の
電位はコンパレータ１５の反転入力端子（−）に
入力されている。従つてコンパレータ１５の出力
は、センサ８の温度が所定の設定温度に達してい
ないときはゼロクロス期間中のみL₀レベルにな
つて、両方向性サイリスタ２のゲートをトリガし
サイリスタを導通させるが、センサ８の温度が所
定の設定温度をこえるとコンパレータ１５の出力
はHiレベルを維持しサイリスタは導通しない。
第２図Ｄ図にコンパレータ１５の出力端子の電圧
波形を示し第２図Ｅ図にヒータ１に印加される電
圧波形を示す。

次にゼロクロス期間のみ電源電圧が印加されて
動作するコンパレータ１５の内部回路例を第３図
に示す。トランジスタ２１，２２及び抵抗２３が
差動増幅器を構成し、トランジスタ２２のコレク
タ出力をトランジスタ２４で増幅し、その出力を
抵抗２５を通して出力用トランジスタ２６のベー
スに導入している。このトランジスタ２６のコレ
クタに出力端子２７を接続し、差動増幅器を構成
するトランジスタ２１，２２のベースに入力端子
２８，２９を接続し、回路全体の電源端子３０及
び３１を設ける。みた正極（COM）電源端子３
０とトランジスタ２４のエミツタの間にダイオー
ド３２を接続する。

このような回路構成において、負電源端子３１
に電源電圧−V₁が印加されると、差動増幅器が
動作状態となり、非反転入力端子２８の電位に比
べ反転入力端子２９の電位が低いときはトランジ
スタ２２が非導通状態にあるが、反対に反転入力
端子２９の電位が高くなるとトランジスタ２２が
導通状態に反転する。これに従つてトランジスタ
２４及び２６が導通し、出力端子２７からコレク
タ電流を引込む。

ダイオード３２は、センサが接続される反転入
力端子２９がコモン端子３０に対し所定の電位差
以上負になつている場合に限り、コンパレータの
出力が得られる論理回路を構成している。即ち、
センサが何らかの理由でシヨートした場合には、
ゼロクロス期間、非反転入力端子２８が反転入力
端子２９よりも負の電位になり、トリガーが発生
し暴走することを防止している。以下これを更に
詳述する。ダイオード３２の順方向電圧−V_Dと、
トランジスタ２４のベースエミツタ間電圧−V_BE
の加算値−（V_D＋V_BE）が、トランジスタ２４を
駆動し得る動作電圧である。いま端子２９がセン
サのシヨートによりコモンレベルに上昇するとト
ランジスタ２２のエミツタは−V_BEとなり、たと
えトランジスタ２２のベースエミツタ間が導通し
てもトランジスタ２４は駆動されない。このよう
な理由により、反転入力端子２９がダイオード３
２の順方向電圧−V_D以下の電位のときのみ温度
制御が可能となり、センサがシヨートしたときに
はトリガー信号の発生を防止する保護回路を構成
している。

また、サイリスタ２は非常に狭いパルス幅、例
えば1μSでも動作する可能性があり、ゼロクロス
信号で電源が印加された過渡状態における誤動作
を防止している。すなわち、ゼロクロス時に負電
源端子３１（第１図Ｄ点）が負に振れる途中にお
いて電気的ノイズが発生し入力端子２８よりも入
力端子２９が高電位になつても、入力端子２９の
電位が所定レベル以下にならないとコンパレータ
として機能しないので誤動作の可能性を少くして
いる。このダイオード３２は、トランジスタのダ
イオード接続によつても実施することができる。

次に、本発明の更に好ましい実施例として、ゼ
ロクロス信号発生器１４のパルス幅を従来のもの
よりも狭くして制御回路全体の電力消費を更に低
減化する回路例を第４図に示す。

交流電源端子３Ａをコモン側入力端子４１に、
もう一つの交流電源端子３Ｂを非コモン側入力端
子４２に接続し、入力端子４２を抵抗４３を通つ
てトランジスタ４４のエミツタ並びにトランジス
タ４５のベースに接続し、トランジスタ４４のベ
ース並びにトランジスタ４５のエミツタをコモン
側入力端子４１に接続し、両トランジスタ４４，
４５のコレクタを共通接続して抵抗４６を介して
負電源端子４７に接続し、抵抗４６の出力点を出
力用トランジスタ４８のベースに接続して増幅し
そのコレクタ出力を抵抗４９を通して出力端子５
０に接続している。

このような回路構成において、非コモン側入力
端子４２の電位がコモンに対し充分高いときは、
トランジスタ４４が導通し、従つて、出力用トラ
ンジスタ４８がオフになつている。これと反対
に、非コモン側入力端子４２の電位が充分低い負
の電位のときはトランジスタ４５が導通し、この
ときも出力用トランジスタ４８はオフとなる。両
入力端子４１，４２間の電位が接近し、電位差が
±V_BEの範囲になると、トランジスタ４４，４５
にいずれもがオフとなり、従つて、出力用トラン
ジスタ４８がオンになつてゼロクロス信号を出力
する。なお、上記V_BEはトランジスタ４４又は４
５のベース、エミツタ間電圧である。

このゼロクロス検出回路によればパルス幅約
100μSの検出信号が得られた。ちなみに従来のダ
イオードブリツジ回路とトランジスタのスイツチ
ング回路の組合わせによる回路では、パルス幅が
300〜400μSであつたから、約1/3又はその以下に
短くなつたことになる。

第５図に本発明の他の実施例を示す。この実施
例は、ヒータの電流制御のためのスイツチング素
子として単方向性サイリスタ５１を用い、交流電
源の半サイクルのみヒータに通電するもので、小
電力のヒータに適している。そのほかに第１図に
示す実施例と相違する点は直流電源＋V₂がコモ
ンラインCOMに対し正にとつており、従つてト
ランジスタ１３ａがPNP形に変つていることで
ある。第１図と同一要素には参照番号にａを付し
て表わしている。センサ８ａの感知温度が設定温
度に達していないときは、コンパレータ１５ａ内
の出力段トランジスタがオフとなり抵抗５３、ダ
イオード５２を通してサイリスタ５１のゲートが
トリガーされる。これと反対に、センサ８ａの感
知温度が設定温度をこえたときは、コンパレータ
１５ａ内の出力段トランジスタがオンになり抵抗
５３から出力段トランジスタに電流が流入するか
らサイリスタ５１はトリガーされない。

本発明によれば、交流電源のゼロクロス時のみ
温度検知回路へ電源供給されるから、常時温度検
知する従来装置に比べて制御回路及びその電源回
路の電力消費量、すなわち発熱量が極度に低減さ
れた。この効果を明らかにするため、本発明を実
施した半田ごてと、それと同一ヒータを用い、ブ
リツジ回路とコンパレータの電源ラインにゼロク
ロス信号発生時のみ導通する単方向性スイツチン
グ素子を介在しない点のみ相違する比較品を設計
してシユミレイシヨンを行つたところ、制御回路
用直流電源回路の負荷電流が、比較例において
16.51mAを要したのに対し、本発明実施例では、
わずか0.66mAと1/25に激減した。ちなみに、こ
の比較例または実施側におけるゼロクロス信号発
生器に常時消費される電流は10μAであつて、ブ
リツジ回路およびコンパレータの消費電流に比べ
て無視しても差しつかえないオーダである。

従つて、商用交流電源から制御回路用直流電源
を抵抗５，５ａの電圧降下により得る場合、上記
した比較例において2W型抵抗器を必要としたの
に対し、本発明によれば0.1W型の抵抗器で充分
であり、この電圧降下用抵抗器を含む制御回路全
体の発熱量も激減した。その結果、ヘアアイロン
や半田ごてに本発明を実施した場合、プラスチツ
ク製の把手内に制御回路すべてを内蔵させること
がはじめて可能になつた。

また、本発明によれば、１個の直流電源に測定
温度出力回路と設定温度出力回路が共通接続され
ているため、電源変動があつてもその影響を殆ど
受けず、しかも、ヒータの配設場所と加熱目的場
所、例えば半田ゴテのコテ先との間に温度勾配が
生じている場合でも、温度センサを加熱目的場所
へ配設することにより理想的な高精度の温度制御
を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例を示す回路図、第２図は
第１図に示す装置の作用説明図、第３図は第１図
のコンパレータ１５の内部構成を示す回路図、第
４図は第１図のゼロクロス信号発生器１４の内部
構成を示す回路図、第５図は本発明の他の実施例
を示す回路図である。第６図は従来例を示す回路
図である。１，１ａ……ヒータ、２，５１……制御端子付
きスイツチング素子、３Ａ，３Ｂ……交流電源端
子、８，８ａ……温度センサ、１４，１４ａ……
ゼロクロス信号発生器、１３，１３ａ……ゼロク
ロス時のみ導通するスイツチング素子、１５，１
５ａ……コンパレータ。

Claims

【特許請求の範囲】１ヒータとサイリスタの直列回路を交流電源端
子に接続し、温度検出のためのブリツジ回路、お
よびそのブリツジ回路の出力により作動して上記
サイリスタの制御信号を出力するコンパレータ
と、上記交流電源端子に接続され、かつ、上記ブ
リツジ回路とコンパレータへ電源供給する制御回
路用直流電源回路を備えた装置において、上記交
流電源端子間電圧のゼロクロス時を検出してパル
ス状ゼロクロス信号を出力するゼロクロス信号発
生器と、上記制御回路用直流電源回路から上記ブ
リツジ回路とコンパレータの電源ラインの間に接
続されて上記ゼロクロス信号発生時のみ導通する
単方向性スイツチング素子を設けたことを特徴と
するヒータ駆動制御装置。２特許請求の範囲第１項記載の温度検知回路を
構成するコンパレータが、二個のトランジスタ２
１及び２２を能動素子とする差動増幅器を構成
し、両トランジスタのベースをそれぞれ入力端子
に接続し、一方のトランジスタ２１のコレクタを
電源線に直接接続し、他方のトランジスタ２２の
コレクタをトランジスタ２４とダイオードの直列
接続を通して上記電源線に接続し、上記トランジ
スタ２２のベースに接続されている入力端子と上
記電源線間の電位差が所定値以下であるとき上記
差動増幅器が作動しないよう構成されたことを特
徴とする、特許請求の範囲第１項記載のヒータ駆
動制御装置。３特許請求の範囲第１項記載のゼロクロス信号
発生器が、第一のトランジスタ４４のベースと第
二のトランジスタ４５のエミツタを共通接続して
交流電源のコモン側に接続し、上記第一のトラン
ジスタ４４のエミツタと上記第二のトランジスタ
４５のベースを共通接続して交流電源の非コモン
側に抵抗を通して接続し、上記両トランジスタ４
４及び４５のコレクタを共通接続して負荷抵抗を
通して直流電源に接続し、上記コレクタの共通接
続接点からゼロクロス信号を出力するよう構成し
たことを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載
のヒータ駆動制御装置。