JPH1127933A - 電気消費体の出力を制御する方法及び装置 - Google Patents
電気消費体の出力を制御する方法及び装置Info
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- JPH1127933A JPH1127933A JP12327198A JP12327198A JPH1127933A JP H1127933 A JPH1127933 A JP H1127933A JP 12327198 A JP12327198 A JP 12327198A JP 12327198 A JP12327198 A JP 12327198A JP H1127933 A JPH1127933 A JP H1127933A
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- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
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- Ac-Ac Conversion (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 AC電圧を両方向に導通する、好適にはトライ
アックである、電気的回路要素が電気消費体に直列接続
されると共に、消費体における出力制御は位相制御の所
定角度で行われる、ホットプレート、ファン、熱気ブロ
ワ、電気ヒータなどの特に抵抗性負荷の出力を制御する
方法を提供する。 【解決手段】 第1の直列スイッチング要素TCに並列に
付加的回路要素TDが設けられ、これは装置制御により決
定されたトリガ時間において導通すべく最初に制御され
る。付加的要素の電流は、遅くとも、負荷を通る所定の
スレッショルド電流又は負荷もしくはトライアックのス
レッショルド電圧に達したときに第1の回路要素により
引き継がれる。
アックである、電気的回路要素が電気消費体に直列接続
されると共に、消費体における出力制御は位相制御の所
定角度で行われる、ホットプレート、ファン、熱気ブロ
ワ、電気ヒータなどの特に抵抗性負荷の出力を制御する
方法を提供する。 【解決手段】 第1の直列スイッチング要素TCに並列に
付加的回路要素TDが設けられ、これは装置制御により決
定されたトリガ時間において導通すべく最初に制御され
る。付加的要素の電流は、遅くとも、負荷を通る所定の
スレッショルド電流又は負荷もしくはトライアックのス
レッショルド電圧に達したときに第1の回路要素により
引き継がれる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ACライン電圧に接
続された電気消費体の出力を制御する方法に関する。本
発明は更に、この方法を実施すべく電気消費体の出力を
制御する装置に関する。
続された電気消費体の出力を制御する方法に関する。本
発明は更に、この方法を実施すべく電気消費体の出力を
制御する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般的にはライン電圧であるAC電圧に接
続された電気消費体の出力を制御する装置は種々の形態
で知られているが、通常は位相制御回路を備えて成り、
これにより、該消費体に供給される交流電気量の点弧角
度は所望に応じて調節され、供給出力が調整される。
続された電気消費体の出力を制御する装置は種々の形態
で知られているが、通常は位相制御回路を備えて成り、
これにより、該消費体に供給される交流電気量の点弧角
度は所望に応じて調節され、供給出力が調整される。
【0003】この種の位相制御回路はたとえばドイツ公
報DE 33 03 126 C2 から公知となっているが、該公報
は、真空清浄器の駆動モータに対するエンジン制御ユニ
ットにおけるピークリミットを切り換える装置を開示し
ており、このエンジン制御ユニットは位相制御回路を備
えている。別の例はドイツ公報DE 43 27 070 C1 に開示
されているが、これは、真空清浄器の動力消費の調整装
置を記述するものである。真空清浄器を駆動する電気モ
ータに供給されるAC電圧は位相制御回路により調整され
ることから、その値はモータ電圧の実効値に対応する。
この目的の為に使用される位相制御回路は一般的にトラ
イアックを含み、該トライアックは、この場合には電気
モータである電気消費体と直列にライン電圧に接続され
ると共に、所望の電力に依存した不連続(正弦波)電圧
を電気モータに供給する。
報DE 33 03 126 C2 から公知となっているが、該公報
は、真空清浄器の駆動モータに対するエンジン制御ユニ
ットにおけるピークリミットを切り換える装置を開示し
ており、このエンジン制御ユニットは位相制御回路を備
えている。別の例はドイツ公報DE 43 27 070 C1 に開示
されているが、これは、真空清浄器の動力消費の調整装
置を記述するものである。真空清浄器を駆動する電気モ
ータに供給されるAC電圧は位相制御回路により調整され
ることから、その値はモータ電圧の実効値に対応する。
この目的の為に使用される位相制御回路は一般的にトラ
イアックを含み、該トライアックは、この場合には電気
モータである電気消費体と直列にライン電圧に接続され
ると共に、所望の電力に依存した不連続(正弦波)電圧
を電気モータに供給する。
【0004】回路を実現すべく想起し得る可能性の範囲
は大規模な集積装置から純粋なマイクロプロセッサ制御
までにも亙るが、位相制御の為の個々の構成要素から構
築された回路に基づけば、トライアックのトリガ回路に
おける位相制御は、ポテンショメータもしくはトリマと
して一般的に調節可能な抵抗器と、調節された抵抗器に
依存してトライアックを点弧する充電コンデンサとを備
えて成る。従って、実用的には、点弧角度を適切に移動
することにより、全角度までの任意の所望中間出力が生
成され得る。
は大規模な集積装置から純粋なマイクロプロセッサ制御
までにも亙るが、位相制御の為の個々の構成要素から構
築された回路に基づけば、トライアックのトリガ回路に
おける位相制御は、ポテンショメータもしくはトリマと
して一般的に調節可能な抵抗器と、調節された抵抗器に
依存してトライアックを点弧する充電コンデンサとを備
えて成る。従って、実用的には、点弧角度を適切に移動
することにより、全角度までの任意の所望中間出力が生
成され得る。
【0005】しかし乍ら、この種の位相制御回路におい
ては常に生じると共に最近では関心が高まっている問題
とは、抵抗的に感応する比較的に小さな負荷であっても
電気消費体(明確化の為にこれ以降は電気加熱装置の出
力を例に取るが、本発明は任意の電気消費体に応用され
得ることは理解される)の可能な最大出力は一般的にま
すます増大していることから、その制御回路を含む電気
消費体により全体的に発生される高調波(harmonics) に
関しては所定の制限があり、さもなければ、満足のいく
ものとは考えられない。この制限は、単純な手法では克
服し得ないものである。
ては常に生じると共に最近では関心が高まっている問題
とは、抵抗的に感応する比較的に小さな負荷であっても
電気消費体(明確化の為にこれ以降は電気加熱装置の出
力を例に取るが、本発明は任意の電気消費体に応用され
得ることは理解される)の可能な最大出力は一般的にま
すます増大していることから、その制御回路を含む電気
消費体により全体的に発生される高調波(harmonics) に
関しては所定の制限があり、さもなければ、満足のいく
ものとは考えられない。この制限は、単純な手法では克
服し得ないものである。
【0006】一般的に、電流と電圧との間に比例関係が
存在しない場合に常に高調波が生ずる。電気ユニバーサ
ルモータの出力制御における高調波は主に、電流と電圧
との間の2次従属(quadratic dependency)からの第1近
似で導出される奇数高調波として先ず形成される。但
し、特にその位相制御自体においても高調波は形成され
る。これらの高調波は特に点弧角度が約90°であるとき
に顕著となり、すなわち、直列トライアックの電流に対
する透過性(permeability)が、対応する点弧の結果とし
て夫々の半波の中間付近で行われたときに顕著となる。
存在しない場合に常に高調波が生ずる。電気ユニバーサ
ルモータの出力制御における高調波は主に、電流と電圧
との間の2次従属(quadratic dependency)からの第1近
似で導出される奇数高調波として先ず形成される。但
し、特にその位相制御自体においても高調波は形成され
る。これらの高調波は特に点弧角度が約90°であるとき
に顕著となり、すなわち、直列トライアックの電流に対
する透過性(permeability)が、対応する点弧の結果とし
て夫々の半波の中間付近で行われたときに顕著となる。
【0007】特に、ACライン電圧におけるトライアック
により抵抗性負荷を切り換えるとき、今日において一般
的に使用されると共に入手し得る唯一のものであるトラ
イアックの短い切り換え時間は極めて急勾配の電流増大
を引起こす結果となり、これは、フーリエ解析により検
出され得る相当の高調波成分に繋がる。以下の数値は試
行例であるが、本発明がこれらの値に限定されないこと
は理解されよう。たとえば、典型的なトライアックの5
μ秒(5μsec)の切り換え時間及び10乃至15アンペアの
負荷電流では、2.5 アンペア/μ秒以上の電流増大が生
ずる結果となる。これにより正に100 乃至300kHzの範囲
における高レベルの干渉が引起こされるが、このレベル
は約500 ワットの負荷によってさえも既に許容限界を越
えている。
により抵抗性負荷を切り換えるとき、今日において一般
的に使用されると共に入手し得る唯一のものであるトラ
イアックの短い切り換え時間は極めて急勾配の電流増大
を引起こす結果となり、これは、フーリエ解析により検
出され得る相当の高調波成分に繋がる。以下の数値は試
行例であるが、本発明がこれらの値に限定されないこと
は理解されよう。たとえば、典型的なトライアックの5
μ秒(5μsec)の切り換え時間及び10乃至15アンペアの
負荷電流では、2.5 アンペア/μ秒以上の電流増大が生
ずる結果となる。これにより正に100 乃至300kHzの範囲
における高レベルの干渉が引起こされるが、このレベル
は約500 ワットの負荷によってさえも既に許容限界を越
えている。
【0008】通常、上述した如き許容高調波部分に関す
る斯かる限界は、当局の規則により決定されるか、さも
なければ、直ちに対応諸規則に取入れられるものであ
る。例えば、欧州においては高調波範囲はEMC すなわち
電磁互換基準(electromagneticcompatibility standar
d)により規定されており、位相制御に関する抵抗性負荷
の操作をこの限度まで制限することが命じられている。
る斯かる限界は、当局の規則により決定されるか、さも
なければ、直ちに対応諸規則に取入れられるものであ
る。例えば、欧州においては高調波範囲はEMC すなわち
電磁互換基準(electromagneticcompatibility standar
d)により規定されており、位相制御に関する抵抗性負荷
の操作をこの限度まで制限することが命じられている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の位相
制御における電流の増大を遅延すること(retardation)
により高調波電流レベルを決定的に減少するという理念
に基づいている。それら自体は公知である以下の可能性
自体を考慮すると、例えば対応して低速のトライアック
を使用する可能性が想起されるが、それらは半導体技術
の観点からは製造することが更に困難であり現在におい
ては入手し得ないものである。
制御における電流の増大を遅延すること(retardation)
により高調波電流レベルを決定的に減少するという理念
に基づいている。それら自体は公知である以下の可能性
自体を考慮すると、例えば対応して低速のトライアック
を使用する可能性が想起されるが、それらは半導体技術
の観点からは製造することが更に困難であり現在におい
ては入手し得ないものである。
【0010】この点、対応する電流増大を相当に遅延す
るインダクタンスの設置も問題外であり、これは、必要
なコイルの相当の大きさだけでなくインダクタンス・コ
イルのスペース要件および重量に依る高コストの故であ
る、と言うのも、インダクタンスが飽和に達しなければ
約16アンペアまでの電流に対して1 mHより大きなコイル
サイズが必要とされるからである。最後に、切り換えら
れる単一の抵抗性負荷の代わりに、順次に切り換えられ
る多数の連続的な部分的負荷を基礎として使用すること
も可能である。しかし乍ら、これもまた高コストである
と共に多くのスペースを必要とする、と言うのも、全て
の負荷に対してトライアックが必要とされ、これに対応
して組立コストが上昇するからである。同様に、フィル
タおよび他の遮蔽手段を使用して供給電源から高調波が
生じない様にすることも費用を伴い且つ手間が掛かり、
小さな負荷に対してのみ有用となる。
るインダクタンスの設置も問題外であり、これは、必要
なコイルの相当の大きさだけでなくインダクタンス・コ
イルのスペース要件および重量に依る高コストの故であ
る、と言うのも、インダクタンスが飽和に達しなければ
約16アンペアまでの電流に対して1 mHより大きなコイル
サイズが必要とされるからである。最後に、切り換えら
れる単一の抵抗性負荷の代わりに、順次に切り換えられ
る多数の連続的な部分的負荷を基礎として使用すること
も可能である。しかし乍ら、これもまた高コストである
と共に多くのスペースを必要とする、と言うのも、全て
の負荷に対してトライアックが必要とされ、これに対応
して組立コストが上昇するからである。同様に、フィル
タおよび他の遮蔽手段を使用して供給電源から高調波が
生じない様にすることも費用を伴い且つ手間が掛かり、
小さな負荷に対してのみ有用となる。
【0011】従って本発明の目的は、上述の考察から出
発し、電気消費体に対する位相制御において、特にこれ
らの電気消費体が低出力における抵抗性負荷として作用
するときに位相制御で発生する高調波を確実に、容認可
能で許容され得る範囲内に抑制することである。
発し、電気消費体に対する位相制御において、特にこれ
らの電気消費体が低出力における抵抗性負荷として作用
するときに位相制御で発生する高調波を確実に、容認可
能で許容され得る範囲内に抑制することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】この目的、および、後に
明らかとなる他の目的に従い、本発明のひとつの態様
は、AC電圧に接続された電気消費体の出力を制御する方
法であって、AC電圧を両方向に導通する電気的または電
子的な第1の回路要素を消費体に直列接続する段階と、
位相制御の所定角度により消費体における出力制御を実
行する段階と、第1の回路要素と並列に、第2の回路要
素を配置する段階と、装置制御により決定されたトリガ
時間において制御された手法で導通すべく、第2の回路
要素を最初に制御する段階と、消費体を通る所定のスレ
ッショルド電流と、消費体および第1の回路要素の一方
におけるスレッショルド電圧と、の一方に達した直後
に、第1の回路要素により第2の回路要素の電流を実質
的に引き継ぐ段階と、を備えて成る、制御方法を提供す
るに在る。本発明の別の態様は、消費体と直列接続され
て両方向にAC電圧を導通する第1の回路要素と、第1の
回路要素と並列接続されて両方向に導通を行う第2の回
路要素と、消費体を通る所定のスレッショルド電流値と
なるまで第2の回路要素により電流スイッチオンの立ち
上がりエッジ領域がガイドされる一方、該当する半波の
衰退まで残りの電流が第1の回路要素を通過する如く、
第1および第2の回路要素を時間的遅延を以て順次に制
御する手段と、を備えて成る、ACライン電圧に接続され
た電気消費体の出力を制御する装置を提供するに在る。
本発明に係る方法および装置は、特に抵抗性消費体であ
る電気消費体の位相制御回路出力に伴い発生する高調波
部分を相当に減少することが信頼性を以て行われると共
に、それを、回路に対する極めて僅かな付加的費用だけ
で所定のもしくは規定の制限内に安全に収め得る、とい
う利点を有している。
明らかとなる他の目的に従い、本発明のひとつの態様
は、AC電圧に接続された電気消費体の出力を制御する方
法であって、AC電圧を両方向に導通する電気的または電
子的な第1の回路要素を消費体に直列接続する段階と、
位相制御の所定角度により消費体における出力制御を実
行する段階と、第1の回路要素と並列に、第2の回路要
素を配置する段階と、装置制御により決定されたトリガ
時間において制御された手法で導通すべく、第2の回路
要素を最初に制御する段階と、消費体を通る所定のスレ
ッショルド電流と、消費体および第1の回路要素の一方
におけるスレッショルド電圧と、の一方に達した直後
に、第1の回路要素により第2の回路要素の電流を実質
的に引き継ぐ段階と、を備えて成る、制御方法を提供す
るに在る。本発明の別の態様は、消費体と直列接続され
て両方向にAC電圧を導通する第1の回路要素と、第1の
回路要素と並列接続されて両方向に導通を行う第2の回
路要素と、消費体を通る所定のスレッショルド電流値と
なるまで第2の回路要素により電流スイッチオンの立ち
上がりエッジ領域がガイドされる一方、該当する半波の
衰退まで残りの電流が第1の回路要素を通過する如く、
第1および第2の回路要素を時間的遅延を以て順次に制
御する手段と、を備えて成る、ACライン電圧に接続され
た電気消費体の出力を制御する装置を提供するに在る。
本発明に係る方法および装置は、特に抵抗性消費体であ
る電気消費体の位相制御回路出力に伴い発生する高調波
部分を相当に減少することが信頼性を以て行われると共
に、それを、回路に対する極めて僅かな付加的費用だけ
で所定のもしくは規定の制限内に安全に収め得る、とい
う利点を有している。
【0013】その様にする上で、この種の位相制御回路
を実際に使用するときに高調波部分を減少すべく電流増
大を遅延させたとしても機能的な不都合は存在しない。
これは何故かと言えば、例えば50 Hz または60 Hz の基
礎的数値を取る通常のライン周波数では、半波の持続時
間は10 msec である一方、本発明に対応して制御された
漸進的スイッチオン電流増加は約100 乃至200 μsec の
範囲内に通常維持されるからである。これは、トライア
ックのスイッチオンに対する約5 μsec の大きさの極め
て急勾配のエッジよりも長いが、合計の半波期間と比較
するとそれほど重要ではない、と言うのも、特に位相制
御回路の時間制御パラメータに対し、より低速のスイッ
チオン電流増大を含め得るからである。
を実際に使用するときに高調波部分を減少すべく電流増
大を遅延させたとしても機能的な不都合は存在しない。
これは何故かと言えば、例えば50 Hz または60 Hz の基
礎的数値を取る通常のライン周波数では、半波の持続時
間は10 msec である一方、本発明に対応して制御された
漸進的スイッチオン電流増加は約100 乃至200 μsec の
範囲内に通常維持されるからである。これは、トライア
ックのスイッチオンに対する約5 μsec の大きさの極め
て急勾配のエッジよりも長いが、合計の半波期間と比較
するとそれほど重要ではない、と言うのも、特に位相制
御回路の時間制御パラメータに対し、より低速のスイッ
チオン電流増大を含め得るからである。
【0014】従って、通常は、本発明に係る特徴に従っ
て構成された位相制御回路に必要とされるものは、それ
自身の制御回路内に配置された付加的トランジスタのみ
であり、故に、スイッチオン・エッジが制御されて最初
に遮断されたトライアックによるデバイス制御によりト
リガされたとき、それは、このスイッチオン角度におい
て可能な負荷電流の最大値すなわち終端値に達するまで
上昇し、それによってトライアックがスイッチオンされ
る。このときトライアックは夫々の半波における負荷電
流を引き継ぐが、これは即ち、並列接続されたトランジ
スタと比較してそれの飽和電圧が低いという理由による
ものである。
て構成された位相制御回路に必要とされるものは、それ
自身の制御回路内に配置された付加的トランジスタのみ
であり、故に、スイッチオン・エッジが制御されて最初
に遮断されたトライアックによるデバイス制御によりト
リガされたとき、それは、このスイッチオン角度におい
て可能な負荷電流の最大値すなわち終端値に達するまで
上昇し、それによってトライアックがスイッチオンされ
る。このときトライアックは夫々の半波における負荷電
流を引き継ぐが、これは即ち、並列接続されたトランジ
スタと比較してそれの飽和電圧が低いという理由による
ものである。
【0015】この点において、本発明は、個々のスイッ
チング段階もしくはその作用により本発明を示す添付図
面中に示されたブロック図に限定されるものでなく、且
つ、個々の回路要素を参照して本発明を詳細に記述する
実施例に限定されるものではないことを留意すべきであ
る。寧ろ、ブロック図および実施例は、本発明の機能的
な基礎作用を詳細に示すと共に、特定の機能プロセスを
実現する上で可能な手法を示す役割を果たすものであ
る。個々の構成ブロック、モジュールおよび個々の回路
要素は、アナログ、デジタルまたはこれらを混合した技
術により構成することも可能であり、或いは、プログラ
ム制御されたデジタルシステムの対応領域は、例えばマ
イクロプロセッサ、単一用途コンピュータ、デジタルも
しくはアナログの論理回路などから全体的にまたは部分
的に構成されても良くもしくは形成又は結合されても良
い。従って、以下に記述される本発明の好適実施例の記
載は、機能的な全体作用および終了時間、夫々のブロッ
クおよび回路要素により達成される作用の態様のみに関
すると共に、個々の回路要素により表される部分的機能
間の夫々の協調関係のみに関することは理解されよう。
個々の回路要素は、より良い理解の為だけに示されたも
のであり、限定的なものと解釈してはならない。
チング段階もしくはその作用により本発明を示す添付図
面中に示されたブロック図に限定されるものでなく、且
つ、個々の回路要素を参照して本発明を詳細に記述する
実施例に限定されるものではないことを留意すべきであ
る。寧ろ、ブロック図および実施例は、本発明の機能的
な基礎作用を詳細に示すと共に、特定の機能プロセスを
実現する上で可能な手法を示す役割を果たすものであ
る。個々の構成ブロック、モジュールおよび個々の回路
要素は、アナログ、デジタルまたはこれらを混合した技
術により構成することも可能であり、或いは、プログラ
ム制御されたデジタルシステムの対応領域は、例えばマ
イクロプロセッサ、単一用途コンピュータ、デジタルも
しくはアナログの論理回路などから全体的にまたは部分
的に構成されても良くもしくは形成又は結合されても良
い。従って、以下に記述される本発明の好適実施例の記
載は、機能的な全体作用および終了時間、夫々のブロッ
クおよび回路要素により達成される作用の態様のみに関
すると共に、個々の回路要素により表される部分的機能
間の夫々の協調関係のみに関することは理解されよう。
個々の回路要素は、より良い理解の為だけに示されたも
のであり、限定的なものと解釈してはならない。
【0016】本発明の別の実施例においては、トライア
ックに並列なトランジスタは、ダイオード・ブリッジを
介してトライアック要素に並列に配置されることにより
両方向に切り換えを行うダーリントン・トランジスタと
して構成される。本発明を特徴付ける種々の新規な特徴
は、本明細書における特許請求の範囲により明示されて
いる。本発明、その作用上の利点、および、その使用に
より達成される特定の課題をより良く理解すべく、本発
明の好適実施例を示す添付図面およびそれを記述する詳
細な説明を参照すべきである。
ックに並列なトランジスタは、ダイオード・ブリッジを
介してトライアック要素に並列に配置されることにより
両方向に切り換えを行うダーリントン・トランジスタと
して構成される。本発明を特徴付ける種々の新規な特徴
は、本明細書における特許請求の範囲により明示されて
いる。本発明、その作用上の利点、および、その使用に
より達成される特定の課題をより良く理解すべく、本発
明の好適実施例を示す添付図面およびそれを記述する詳
細な説明を参照すべきである。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明の基本着想は、通常のトラ
イアックに並列接続されると共に、駆動されたとき、ま
たは、特に立ち上がりエッジにより(監視されて)制御
されて最初に遅延(retard)されるべく負荷を介したスイ
ッチオン電流曲線を設定すべく意図的に制御された電流
増大挙動により立ち上がりエッジが遅延され、該当用途
に当然に依存し乍らその発生高調波部分が容認し得る値
となるべく慣用の電子回路要素を活用する点にある。そ
の結果として、即ち、そうでなければ直ちに制御される
トライアックによる急勾配の電流増大を阻止し乍ら、ト
ライアックはその全体においてもしくは少なくとも優位
的に負荷電流を引き継ぎ、時間的な機能を有する並列回
路要素も完全に切断される。この並列回路要素は好適に
は対応ディメンションとされたパワートランジスタであ
り、これは、付加的な回路要素であると共にそれ自身の
制御手段の故に付加的なスペースを占めるものではある
が、高調波成分を決定的に減少することから他の解決策
よりは好都合なものである。
イアックに並列接続されると共に、駆動されたとき、ま
たは、特に立ち上がりエッジにより(監視されて)制御
されて最初に遅延(retard)されるべく負荷を介したスイ
ッチオン電流曲線を設定すべく意図的に制御された電流
増大挙動により立ち上がりエッジが遅延され、該当用途
に当然に依存し乍らその発生高調波部分が容認し得る値
となるべく慣用の電子回路要素を活用する点にある。そ
の結果として、即ち、そうでなければ直ちに制御される
トライアックによる急勾配の電流増大を阻止し乍ら、ト
ライアックはその全体においてもしくは少なくとも優位
的に負荷電流を引き継ぎ、時間的な機能を有する並列回
路要素も完全に切断される。この並列回路要素は好適に
は対応ディメンションとされたパワートランジスタであ
り、これは、付加的な回路要素であると共にそれ自身の
制御手段の故に付加的なスペースを占めるものではある
が、高調波成分を決定的に減少することから他の解決策
よりは好都合なものである。
【0018】図1に依れば、装置機能に対して慣用の基
本制御部GSが設けられている。この基本制御部GSは、通
常は外部デフォルトに基づき、供給電圧の所定角度にて
負荷がスイッチオンされるべきことを決定し、次に、対
応するトリガ信号を発する。このトリガ信号は半波の任
意の位置において、半波毎に生成される。従ってそれ
は、負荷RLに供給されるべき電流に依存して、早期にも
しくは後期に行われ得る。
本制御部GSが設けられている。この基本制御部GSは、通
常は外部デフォルトに基づき、供給電圧の所定角度にて
負荷がスイッチオンされるべきことを決定し、次に、対
応するトリガ信号を発する。このトリガ信号は半波の任
意の位置において、半波毎に生成される。従ってそれ
は、負荷RLに供給されるべき電流に依存して、早期にも
しくは後期に行われ得る。
【0019】従来の位相制御回路と対比して、基本制御
部GSにより生成されたトリガ信号は傾斜制御部RSを起動
させ、生成された傾斜に従ってトランジスタTDは漸進的
に制御された傾斜によりスイッチオンされ、従って、夫
々の半波の曲線によりプリセットされた最大電流が負荷
RLにより達成されるまで、立ち上がりエッジは例えば10
0 乃至200 μsec の所望のトリガ時間における時間遅延
t を伴う結果となる。負荷電流は、パワートランジスタ
TDに続くブリッジ整流器D に進むが、パワートランジス
タTDはブリッジの横断ブランチに存在している。ブリッ
ジ整流器D が負荷RLに対する直列トライアックTCに並列
であることは理解される。ブリッジ整流器D の代わり
に、各々がダイオードを直列に備えた2個のトランジス
タを使用することも可能である。
部GSにより生成されたトリガ信号は傾斜制御部RSを起動
させ、生成された傾斜に従ってトランジスタTDは漸進的
に制御された傾斜によりスイッチオンされ、従って、夫
々の半波の曲線によりプリセットされた最大電流が負荷
RLにより達成されるまで、立ち上がりエッジは例えば10
0 乃至200 μsec の所望のトリガ時間における時間遅延
t を伴う結果となる。負荷電流は、パワートランジスタ
TDに続くブリッジ整流器D に進むが、パワートランジス
タTDはブリッジの横断ブランチに存在している。ブリッ
ジ整流器D が負荷RLに対する直列トライアックTCに並列
であることは理解される。ブリッジ整流器D の代わり
に、各々がダイオードを直列に備えた2個のトランジス
タを使用することも可能である。
【0020】既に上述した如く、夫々の場合において使
用される回路要素に適合された制御曲線自体は、任意の
所望手法で実施され得る。従って、たとえば計数回路を
作動させることにより傾斜が開始した後、直列トライア
ックTCが切り換えられるまで、即ち、直列トライアック
がその急勾配の立ち上がりエッジによりトリガされるま
で、所定時間だけ待機することが可能となる。しかし乍
ら、付加的な論理回路により、最終的な電流値に到達し
たことを決定することも可能であり、この目的の為に電
圧センサ回路SSが配備されている。この電圧センサ回路
SSはトライアックTCにおける電圧降下を検出すると共
に、パワートランジスタTDを介してのスイッチングによ
りこのトライアックTCにて所定の下側電圧限界に達する
と直ちに作用する。電圧センサ回路SSはまた、トライア
ック制御部TSを介したトライアックTCの点弧による論理
AND 作用の意味において供給されたトリガ信号を受信す
る。引続き、トライアックTCは残りの時間、即ち、ACラ
イン電圧の次の半波まで、負荷電流を通じる。
用される回路要素に適合された制御曲線自体は、任意の
所望手法で実施され得る。従って、たとえば計数回路を
作動させることにより傾斜が開始した後、直列トライア
ックTCが切り換えられるまで、即ち、直列トライアック
がその急勾配の立ち上がりエッジによりトリガされるま
で、所定時間だけ待機することが可能となる。しかし乍
ら、付加的な論理回路により、最終的な電流値に到達し
たことを決定することも可能であり、この目的の為に電
圧センサ回路SSが配備されている。この電圧センサ回路
SSはトライアックTCにおける電圧降下を検出すると共
に、パワートランジスタTDを介してのスイッチングによ
りこのトライアックTCにて所定の下側電圧限界に達する
と直ちに作用する。電圧センサ回路SSはまた、トライア
ック制御部TSを介したトライアックTCの点弧による論理
AND 作用の意味において供給されたトリガ信号を受信す
る。引続き、トライアックTCは残りの時間、即ち、ACラ
イン電圧の次の半波まで、負荷電流を通じる。
【0021】この型式の基礎制御は、相互に対しては並
列接続されると共に負荷に対しては直列に接続された2
個の電気回路要素もしくは電子回路要素(図示実施例で
は一方がトライアックTCであり他方が並列なパワートラ
ンジスタTD)は時間に関して順序正しく順次に負荷RLに
接続されることにより、回路要素に対してその立ち上が
りエッジが緩やかなトリガ時間に優位性を与える、と言
う事実を考慮しているが、この基礎制御は、図3に示さ
れた実施例により特に示される如く、極めて多くの改変
および好適な発展を伴うものである。図1に示されたの
と同様の要素には同一の参照番号が付されている。比較
し得る回路ブロックは点線により囲まれており、これも
同一の参照番号が付されている。
列接続されると共に負荷に対しては直列に接続された2
個の電気回路要素もしくは電子回路要素(図示実施例で
は一方がトライアックTCであり他方が並列なパワートラ
ンジスタTD)は時間に関して順序正しく順次に負荷RLに
接続されることにより、回路要素に対してその立ち上が
りエッジが緩やかなトリガ時間に優位性を与える、と言
う事実を考慮しているが、この基礎制御は、図3に示さ
れた実施例により特に示される如く、極めて多くの改変
および好適な発展を伴うものである。図1に示されたの
と同様の要素には同一の参照番号が付されている。比較
し得る回路ブロックは点線により囲まれており、これも
同一の参照番号が付されている。
【0022】好適な抵抗性負荷RLは供給電源入力端子N
1、N2にてトライアックTCに直列接続されており、トラ
イアック制御部TSは、例えば±10ボルトのプリセット・
スイッチング電圧源を備えたバイポーラ・シュミット・
トリガST1 を備えて成る。負荷RLとトライアックとの間
の接続点で検出されたスイッチング電圧値は抵抗器R5を
介してシュミット・トリガST1 に到達する。また、以下
で論ずる如くトライアックTCは、抵抗器R6を介してシュ
ミット・トリガST1 により切り換えられる。
1、N2にてトライアックTCに直列接続されており、トラ
イアック制御部TSは、例えば±10ボルトのプリセット・
スイッチング電圧源を備えたバイポーラ・シュミット・
トリガST1 を備えて成る。負荷RLとトライアックとの間
の接続点で検出されたスイッチング電圧値は抵抗器R5を
介してシュミット・トリガST1 に到達する。また、以下
で論ずる如くトライアックTCは、抵抗器R6を介してシュ
ミット・トリガST1 により切り換えられる。
【0023】トライアック接続端子にはダイオード整流
器回路が並列接続されるが、該回路は、パワートランジ
スタ回路TDを備えたダイオード・ブリッジD1、D2、D3お
よびD4から形成され、該パワートランジスタ回路TDは、
コレクタ段として抵抗器R2を備えるプリトランジスタ(p
re-transistor)TVと、エミッタ回路における抵抗器R1を
備える次段のダーリントン・トランジスタTD' とから成
るブリッジの横断ブランチに存している。装置機能に対
する基本制御部GSはトリガ回路TS1 を更に備えるが、該
回路TS1 は電流供給要素R4、D6、C1および該トリガ回路
TS1 と並列のツェナー・ダイオードZDと組み合わされて
おり、これらもまたシュミット・トリガST1 に同時に電
流を供給する。
器回路が並列接続されるが、該回路は、パワートランジ
スタ回路TDを備えたダイオード・ブリッジD1、D2、D3お
よびD4から形成され、該パワートランジスタ回路TDは、
コレクタ段として抵抗器R2を備えるプリトランジスタ(p
re-transistor)TVと、エミッタ回路における抵抗器R1を
備える次段のダーリントン・トランジスタTD' とから成
るブリッジの横断ブランチに存している。装置機能に対
する基本制御部GSはトリガ回路TS1 を更に備えるが、該
回路TS1 は電流供給要素R4、D6、C1および該トリガ回路
TS1 と並列のツェナー・ダイオードZDと組み合わされて
おり、これらもまたシュミット・トリガST1 に同時に電
流を供給する。
【0024】斯くして、次の機能が得られる。所定の時
点においてトリガ回路TS1 はトリガ信号を生成すると共
にこのトリガ信号を、フォトダイオードPDおよびフォト
トランジスタPTから形成された光カプラOKに導く。トリ
ガ信号の結果として、フォトトランジスタPTはその遮断
状態にスイッチされ、フォトトランジスタTVに対する制
御回路において抵抗器R とRCネットワーク形態で接続さ
れたコンデンサC3に対する充電回路となる。ライン電圧
からの電圧供給はダイオードD5を介して行われるが、該
ダイオードD5は安定化の為に、抵抗器R3と直列とされる
と共にツェナー・ダイオードZD1 を介してコンデンサC2
と並列とされる。
点においてトリガ回路TS1 はトリガ信号を生成すると共
にこのトリガ信号を、フォトダイオードPDおよびフォト
トランジスタPTから形成された光カプラOKに導く。トリ
ガ信号の結果として、フォトトランジスタPTはその遮断
状態にスイッチされ、フォトトランジスタTVに対する制
御回路において抵抗器R とRCネットワーク形態で接続さ
れたコンデンサC3に対する充電回路となる。ライン電圧
からの電圧供給はダイオードD5を介して行われるが、該
ダイオードD5は安定化の為に、抵抗器R3と直列とされる
と共にツェナー・ダイオードZD1 を介してコンデンサC2
と並列とされる。
【0025】これにより、パワートランジスタTDの領域
において、すなわち、プリトランジスタTVにもとづいて
電流増大が制御され、充電コンデンサC3における指数的
電圧増大の直線的開始領域(例えば、RCネットワークに
おける電圧増大の曲線の最初の1/4 )のみが使用され
る。これによりダーリントン・トランジスタTD' はスイ
ッチされ、回路全体が、制御された電流源として作用す
ると共にダイオード・ブリッジを介して連続的な電流増
大を保証するが、これは換言すると、負荷RLを通る電流
の立ち上がりエッジB が、図2に示された曲線に対応す
るコンデンサC3にかかる電圧増大のミラー・イメージに
なることを意味する。
において、すなわち、プリトランジスタTVにもとづいて
電流増大が制御され、充電コンデンサC3における指数的
電圧増大の直線的開始領域(例えば、RCネットワークに
おける電圧増大の曲線の最初の1/4 )のみが使用され
る。これによりダーリントン・トランジスタTD' はスイ
ッチされ、回路全体が、制御された電流源として作用す
ると共にダイオード・ブリッジを介して連続的な電流増
大を保証するが、これは換言すると、負荷RLを通る電流
の立ち上がりエッジB が、図2に示された曲線に対応す
るコンデンサC3にかかる電圧増大のミラー・イメージに
なることを意味する。
【0026】この点に関し、図2に示された電流曲線は
次の様に解釈される。電流曲線A は通常通り、以下の式
に対応すると共にライン電圧に追随する。
次の様に解釈される。電流曲線A は通常通り、以下の式
に対応すると共にライン電圧に追随する。
【0027】
【数1】
【0028】電流増大B は、例えばΔt ≒100 μsec な
ど、上記で説明した如き傾斜制御に対応し、且つ、電流
増大C はトライアックTCのみの駆動の結果でありΔt ’
≒5μsec である。(図2は明瞭化の為に、ラインの半
波に関して時間比を相当に誇張した形態で比率を示して
いるが、)図2に係るパワートランジスタTDの先行トリ
ガ(prior triggering)により与えられる連続的な電流増
大はトライアックTCにかかる対応電圧降下に繋がり、こ
れは抵抗R5を介してバイポーラ・シュミット・トリガST
1 により検出されることから、該トリガは、値が例えば
±10ボルトとされる自身のスレッショルド以下に降下し
たときに抵抗R6を介して自身の(次回の)トリガ信号を
トライアックTCのゲートに導くことになる。この時点に
おいてトライアックTCは導通し、その相当に低い飽和電
圧(もしくは、低い内部抵抗)に依り負荷電流を完全に
引き継ぐことになる。しかし乍ら、これに加え、今や低
電流により並列にのみ作用されるパワートランジスタTD
のスイッチングオフも(有用に)生ずるが、これは、
(図中に示される如く)トライアックTCに対するシュミ
ット・トリガST1 のトリガ信号が光カプラOKのスイッチ
オンに対して同時に使用され、または、所定時間の経過
後にパワートランジスタTDが適宜な手法でスイッチオフ
されるからであり、これは、トランジスタが過負荷とな
らない様にトランジスタにかかるエネルギ積分値から生
ずるものである。
ど、上記で説明した如き傾斜制御に対応し、且つ、電流
増大C はトライアックTCのみの駆動の結果でありΔt ’
≒5μsec である。(図2は明瞭化の為に、ラインの半
波に関して時間比を相当に誇張した形態で比率を示して
いるが、)図2に係るパワートランジスタTDの先行トリ
ガ(prior triggering)により与えられる連続的な電流増
大はトライアックTCにかかる対応電圧降下に繋がり、こ
れは抵抗R5を介してバイポーラ・シュミット・トリガST
1 により検出されることから、該トリガは、値が例えば
±10ボルトとされる自身のスレッショルド以下に降下し
たときに抵抗R6を介して自身の(次回の)トリガ信号を
トライアックTCのゲートに導くことになる。この時点に
おいてトライアックTCは導通し、その相当に低い飽和電
圧(もしくは、低い内部抵抗)に依り負荷電流を完全に
引き継ぐことになる。しかし乍ら、これに加え、今や低
電流により並列にのみ作用されるパワートランジスタTD
のスイッチングオフも(有用に)生ずるが、これは、
(図中に示される如く)トライアックTCに対するシュミ
ット・トリガST1 のトリガ信号が光カプラOKのスイッチ
オンに対して同時に使用され、または、所定時間の経過
後にパワートランジスタTDが適宜な手法でスイッチオフ
されるからであり、これは、トランジスタが過負荷とな
らない様にトランジスタにかかるエネルギ積分値から生
ずるものである。
【0029】本発明は、例示的なものとしてのみ示され
た上述された実施例に限定されるものでなく、特許請求
の範囲により定義された保護範囲内で種々の手法により
改変され得るものである。
た上述された実施例に限定されるものでなく、特許請求
の範囲により定義された保護範囲内で種々の手法により
改変され得るものである。
【図1】ACライン電圧に接続された負荷の出力制御を行
うことにより高調波を効率的に減少させる、本発明に係
る位相制御回路の1実施例の基本構造を簡略形態で示す
ブロック図である。
うことにより高調波を効率的に減少させる、本発明に係
る位相制御回路の1実施例の基本構造を簡略形態で示す
ブロック図である。
【図2】位相制御により制御されると共に電気消費体に
より消費される電流の時間曲線を示す図であり、種々の
スイッチオン電流増大エッジが示されている。
より消費される電流の時間曲線を示す図であり、種々の
スイッチオン電流増大エッジが示されている。
【図3】本発明の1実施例を詳細に示す図である。
GS…装置機能の制御部 RS…傾斜制御部 RL…負荷 TC…トライアック TD…パワートランジスタ TS…トライアック制御部 SS…電圧センサ回路
Claims (13)
- 【請求項1】 AC電圧に接続された電気消費体の出力を
制御する方法であって、AC電圧を両方向に導通する電気
的または電子的な第1の回路要素を該消費体に直列接続
する段階と、 位相制御の所定角度により該消費体における出力制御を
実行する段階と、 該第1の回路要素と並列に、電気的または電子的な第2
の回路要素を配置する段階と、 装置制御により決定されたトリガ時間において制御され
た手法で導通すべく、該第2の回路要素を最初に制御す
る段階と、 該消費体を通る所定のスレッショルド電流と、該消費体
および該第1の回路要素の一方におけるスレッショルド
電圧と、の一方に達した直後に、該第1の回路要素によ
り該第2の回路要素の電流を実質的に引き継ぐ段階と、
を備えて成る方法。 - 【請求項2】 該第1の回路要素はトライアックであ
る、請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 該第2の回路要素を通して所定エッジに
よる、制御された立ち上り電流増大を引起こす装置制御
によるトリガ信号を生成する段階と、供給ライン電圧の
夫々の曲線において負荷電流の最大値に達した時点で並
列な第1の回路要素にスイッチングする段階とを含む、
請求項1記載の方法。 - 【請求項4】 負荷およびトリガ時間の範囲を整合させ
るべく最小限の高調波干渉電圧しか生じないように、位
相制御時間においてスイッチオンされる消費体電流の立
ち上がりエッジの勾配をディメンジョニングする段階を
含む、請求項3記載の方法。 - 【請求項5】 トリガ時間の関数として該エッジの勾配
を変化させる段階を含む、請求項4記載の方法。 - 【請求項6】 AC電圧に接続された電気消費体の出力を
制御する装置であって、電気消費体と、 該消費体と直列接続されて両方向にAC電圧を導通すると
共に、出力制御は位相制御の所定角度により該消費体に
おいて行われる、電気的または電子的な第1の回路要素
と、 該第1の回路要素と並列接続されて両方向に導通を行う
第2の回路要素と、 該消費体を通る所定のスレッショルド電流値となるまで
該第2の回路要素により電流スイッチオンの立ち上がり
エッジ領域がガイドされる一方、該当する半波の衰退ま
で残りの電流が該第1の回路要素を通過する如く、前記
第1および第2の回路要素を時間的遅延を以て順次に制
御する手段と、を備えて成る装置。 - 【請求項7】 該第1の回路要素はトライアックであ
る、請求項6記載の装置。 - 【請求項8】 該第2の回路要素はパワートランジスタ
である、請求項6記載の装置。 - 【請求項9】 前記制御手段は、トリガ信号を出力すべ
く作用する基本制御部と、タイミング回路と、該基本制
御部のトリガ信号に応じて該タイミング回路を駆動する
ように接続された傾斜制御部とを含み、 該タイミング回路は、該第2の回路要素を通って流れる
電流が、制御された電流源を形成する一方で、並列の第
1の回路要素を通る負荷電流の引き継ぎまで所定の立ち
上がりエッジによる制御手法で上昇するのを許容するよ
うに構成されている、請求項6記載の装置。 - 【請求項10】 該傾斜制御部は、次段のダーリントン
・パワートランジスタへのプリトランジスタの制御回路
内におけるタイミング要素を含み、該ダーリントン・パ
ワートランジスタは、該第1の回路要素の二つの接続点
と接続された別の接続点を有する整流器−ダイオードブ
リッジの横断ブランチ内に出力を有する、請求項9記載
の装置。 - 【請求項11】 該第1の回路要素はトライアックであ
り、且つ、 該トライアックを引続きトリガする電圧センサ回路手段
であって、該トライアックの電圧降下を検出するととも
に、両方向における所定制限値以下に降下したときに該
トライアックをトリガし、該消費体を通る電流を引き継
がせるべく作用する電圧センサ回路手段を更に備えて成
る、請求項6記載の装置。 - 【請求項12】 該第2の回路要素はパワートランジス
タであり、 該制御手段は、該トライアックが電流を引き継いだ後で
あって、該パワートランジスタにかかるエネルギ積分値
に依存する満了時間の直後に該パワートランジスタをス
イッチオフもしくは遮断すべく作用する、請求項11記
載の装置。 - 【請求項13】 該トライアックを制御する手段は、該
パワートランジスタを駆動するトリガ信号の入力の後に
AND 要素として作用することにより両スイッチング方向
における該トライアックでの電圧スレッショルド値以下
への引続く降下を検出し且つそれによって該トライアッ
クに対する引続くトリガ信号を発生するバイポーラ・シ
ュミット・トリガを含む、請求項12記載の装置。
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19718814A DE19718814C2 (de) | 1997-05-05 | 1997-05-05 | Verfahren und Vorrichtung zur Leistungsssteuerung von an ein Wechselspannungs-Versorgungsnetz angeschlossenen elektrischen Verbrauchern |
DE29707902:6 | 1997-05-05 | ||
DE29707902U DE29707902U1 (de) | 1997-05-05 | 1997-05-05 | Vorrichtung zur Leistungssteuerung von an ein Wechselspannungs-Versorgungsnetz angeschlossenen elektrischen Verbrauchern |
DE19718814:1 | 1997-05-05 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1127933A true JPH1127933A (ja) | 1999-01-29 |
Family
ID=26036318
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP12327198A Pending JPH1127933A (ja) | 1997-05-05 | 1998-05-06 | 電気消費体の出力を制御する方法及び装置 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5949158A (ja) |
EP (1) | EP0877470A3 (ja) |
JP (1) | JPH1127933A (ja) |
KR (1) | KR19980086732A (ja) |
AU (1) | AU6370598A (ja) |
TR (1) | TR199800795A3 (ja) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AUPQ553100A0 (en) * | 2000-02-09 | 2000-03-02 | Bytecraft Research Pty. Ltd. | Phase control method and device |
DE60030704T2 (de) | 2000-07-10 | 2007-10-04 | Stmicroelectronics S.R.L., Agrate Brianza | Spannungschaltregler, mit einer Treiberschaltung eines MOS-Leistungsschalters |
US7211964B2 (en) * | 2005-02-04 | 2007-05-01 | Osram Sylvania Inc. | Lamp including phase-control power controller with digital RMS load voltage regulation |
BRPI0700844A (pt) * | 2007-03-20 | 2008-11-04 | Whirlpool Sa | sistema de controle de um compressor acionado por um motor elétrico, conjunto de motor elétrico de indução e controle eletrÈnico, arranjo para motor-compressores e método de controle de um motor elétrico |
DE102008034109B4 (de) * | 2008-07-21 | 2016-10-13 | Dspace Digital Signal Processing And Control Engineering Gmbh | Schaltung zur Nachbildung einer elektrischen Last |
US9013060B2 (en) * | 2010-04-30 | 2015-04-21 | Infosys Limited | Method and system for measuring, monitoring and controlling electrical power consumption |
US8933688B2 (en) * | 2011-09-29 | 2015-01-13 | Hamilton Sundstrand Corporation | Fast AC voltage detector |
FR3111757B1 (fr) * | 2020-06-23 | 2023-02-24 | Legrand France | Gradateur électronique |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3303126A1 (de) * | 1983-01-31 | 1984-08-09 | Gerhard 7262 Althengstett Kurz | Vorrichtung zur einschaltstrombegrenzung von wechselspannungsbetriebenen verbrauchern |
JPS60117518A (ja) * | 1983-11-28 | 1985-06-25 | オムロン株式会社 | リレ−装置 |
US4933798A (en) * | 1987-10-22 | 1990-06-12 | Widmayer R&D Ventures | Self protecting and automatic resetting capacitor synchronous switch apparatus for control of AC power to inductive loads |
FR2696062B1 (fr) * | 1992-09-23 | 1994-12-09 | Sgs Thomson Microelectronics | Commutateur électrique de puissance commandé et procédé de commutation d'un circuit électrique de puissance. |
IT1271151B (it) * | 1994-03-21 | 1997-05-27 | Bticino Spa | Dispositivo per la regolazione dell'energia trasferita a un carico elettrico |
HU210725B (en) * | 1994-05-06 | 1995-12-28 | Fazakas | Power controller containing switch with controlled running up/down |
FI964021A (fi) * | 1996-10-07 | 1998-04-08 | Ahlstroem Oy | Parannettu elektroninen tehonsäädin |
-
1997
- 1997-11-03 US US08/963,098 patent/US5949158A/en not_active Expired - Fee Related
-
1998
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