JPS59121792A

JPS59121792A - 温度制御回路

Info

Publication number: JPS59121792A
Application number: JP23383982A
Authority: JP
Inventors: 博山本
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1982-12-27
Filing date: 1982-12-27
Publication date: 1984-07-13

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、温度制御回路に係り、特に、交流商用電源で
スイッチング素子を介してヒータに通電加熱し高温を得
る電熱制御による温度制御回路に関するものである。

商用電源に接続して利用される電熱器具には、暖房器具
、ドライヤ、アイロン、調理器具、電気ゴテ等多種多様
にある。その温度制御は、一般にヒータを含む発熱部分
の熱時定数が長く応答が遅れるので、開閉器の１オン”
、６オフ”を制御する方法で、ある程度の性能が得られ
る例が多い。

前記開閉器の無接点化、性能の向上、形状上の理由、あ
るいは１オン”、゛オフ”回数が多い等の諸条件により
半導体スイッチング素子を使用した電子回路も広く用い
られている。この電子回路において温度検出用部品（以
下センサと言う）として代表的なものはサーミスタ又は
熱電対である。

これらによりヒータあるいは制御対象の温度を検出し、
これを電気信号の変化に変換して基準電気信号と比較す
る。この差が最小になるように前記スイッチング素子を
制御する。これらのセンサを使用する方式は、交流商用
電源に接続されたヒータ部とセンサ間において、絶縁と
最適温度検出位置の設計が容易でないこと、サーミスタ
は一般にあまり高温での使用は適していないこと、−力
の熱電対は出力電圧が小さく増幅の必要なこと、零接点
補償が必要になること等の欠点があった。

本発明は従来の上記事情に鑑みてなされたものであり、
従って本発明の目的は、上記センサを不要とし、従って
上記欠点のない新規な温度制御回路を提供しようとする
ものである。

上記目的を達成する為に、本発明に係る温度制御回路は
、温度によシ抵抗値の増大するヒータと双方向半導体ス
イッチング素子と抵抗器からなる第１の直列回路と、任
意の抵抗比を設定可能な２個以上の抵抗器からなる第２
の直列回路を交流電源に並列接続してブリッジ回路を構
成し、前記双方向半導体スイッチング素子を任意の周期
で少なくとも１サイクル以上点弧する機能と、前記ブリ
ッジ回路の交流出力電圧があらかじめ設定した値よシ大
きくしかもその位相が前記交流電源の位相とあらかじめ
設定した条件と一致する場合に少なくとも１サイクル以
上前記双方向半導体スイッチング素子を点弧する機能を
有する点弧回路で制御している。

一般に、ヒータに利用する抵抗体は温度によりその抵抗
値が変化するが、中でもタングステンを使用したヒータ
はその抵抗値の変化が大である。

本発明はこのようにヒータの温度による抵抗値変化が大
きいことを利用して逆にヒータの温度を検知する手段と
している。ヒータと直列接続された抵抗器との比も温度
によシ変化するので、基準とする２つの抵抗器の直列回
路とのブリッジ回路の出力が最小となるようにスイッチ
ング素子を６オン”、′オフ″制御し温度を一定にでき
る。

本発明は２つの抵抗比の差が最小になるように制御する
ので、交流電源電圧変動による設定誤差が小さくでき、
父、スイッチング素子として双方向性のものの制御を行
なうので、制御電力が大で設定温度に達する時間を短縮
できる。

以下本発明をその好ましい一実施例について図面にした
がって詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すブロック構成図である
。図において、参照番号１は商用交流電源、２は温度制
御の対象となるヒータ、３は双方向半導体スイッチング
素子であるトライアック、４．５は抵抗器、６は可変抵
抗器をそれぞれ示す。

７は、ゼロボルトトリガ回路であり、増幅回路７ａ。

アンド回路７ｂ、双安定回路７ｃ、ゼロクロスパルス発
生回路７ｄにより構成される。ヒータ２、トライアック
３及び抵抗器４の第１の直列回路と、抵抗器５及び可変
抵抗器６の第２の直列回路とは、交流電源１に並列接続
されてブリッジ回路を構成している。８は差動増幅回路
、９は比較回路、１０は基準電圧発生回路、１１は周期
信号発生回路、１２は抵抗器、１３．１４は直流電源で
ある。ゼロボルトトリガ回路７、差動増幅回路８、比較
回路９、基準電圧発生回路１０及び周期信号発生回路１
１は、前記トライアック３を任意の周期で少なくとも１
サイクル以上点弧する機能と、前記ブリッジ回路の交流
出力電圧があらかじめ設定した値よシ大きくしかもその
位相が前記交流電源１の位相とあらかじめ設定した条件
と一致する場合に少なくとも１サイクル以上前記トライ
アックを点弧する機能を有する点弧回路を構成している
。伺、ブロック図中の直流電源１３．１４からの配線は
省略している。

第２図は第１図のブロック構成における出力波形を示す
図であり、図においてＡは商用交流電源ｌの波形、Ｂｘ
、Ｂｘは差動増幅回路８の出力波形、Ｃは基準電圧発生
回路１０の出力電圧、ＤＩ　、　Ｄａは比較回路９の出
力波形である。

次に第１図に示した回路の動作について説明する。

第１図において、差動増幅回路８は、抵抗器４の電圧降
下をＶＡ、可変抵抗器６の電圧降下をＶＢとすれば、そ
の出力電圧ｖＯがＶｏ＝Ｋ　（Ｖｎ−ＶＡ）　、−一−−−−−−−−−
−−−−−−−一−−−−（１）と外るように構成され
ている。ここでＫは増幅率を示す係数である。従って、
トライアック３が６オフ”しているときには電圧ＶＪが
零であり、出力電圧Ｖｏは（１）式よりに−ＶＪＩ、即
ち、商用交流電源１と同位相の出力、第２図Ｂ１が得ら
れている。この第２図Ｂｚに示す差動増幅回路８の出力
波形を比較回路９に入力すると、比較回路９の非反転入
力に接続された基準電圧設定回路１０の電圧第２図Ｃよ
り前記出力波形が大きいときに比較回路９の出力は第２
図Ｄ１に示すように６０つ”になる。つまｐトライアッ
ク３が６オフ”のとき比較回路９の出力は、第２図Ａの
交流電源波形に図に示すように正負を定義づければ、正
の半サイクルにおいて１０つ”になる。

次に、トライアック３が”オン”Ｌ／　、ヒータ２に通
電している場合を説明すると、抵抗器４にはヒータ２の
抵抗により制限される電流が流れる。

ヒータ２の温度が高くなり、その抵抗値が大きくなった
ある温度で、ヒータの抵抗値と抵抗器４の抵抗比と、抵
抗器５と可変抵抗器６の抵抗比が一致するように制御す
るのが主目的であるから、通電の初期即ちヒータ２の温
度が低く抵抗が小さい状態では抵抗器４の電圧降下は可
変抵抗器６の電圧降下よシ大きい。従って、差動増幅回
路８の出力波形Ｖｏ　＝Ｋ　（ＶＢ−ＶＡ）は負の係数
がきいて、第２図Ｂ２に示すようにＡの交流電源波形と
位相が逆になる。しかも、ヒータ２の温度上昇と共にＶ
ＪキＶｓとなるので、その波形のピーク値は時間の経過
と共に小さくなっている。この出力波形を比較回路９に
入力すると、基準電圧設定回路１０の電圧、第２図Ｃよ
りも出力波形の電圧が大きいときにその出力は第２図Ｄ
ａに示すように１０つ”になる。つまり、トライアック
３が７オン”のときには、ヒータ２に通電され、第２図
Ａに示す交流電源波形の負の半サイクルにおいて比較回
路９の出力が“ロウ”になる。またその幅はヒータ２の
温度上昇と共に狭くなり、最後には゛ノーイ”のままに
なる。

整理すると、比較回路９の出力第２図Ｄｉ、Ｄ２は、 ■、トライアック３の６オフ”時→交流ＴＪＬ源１の正
の半サイクルのみ１０つ”レベル２、トライアック３の１オシ′時→交流電源１の負の半
サイクルのみ”ロウ”レベル８、ヒータ２の温度の設定値時→常に６ハイ”レベルに
なる。

一力、ゼロボルトトリガ回路７は、前述の如く、増幅回
路７ａ、アンド回路７ｂ、双安定回路７ｃ、ゼロクロス
パルス発生回路７ｄで構成され、双安定回路７Ｃの出力
が“ハイ”のときに抵抗器１２を通じて交流電源１に接
続されたゼロクロスパルス発生回路７ｄのゼロクロスパ
ルス出力がアンド回路７ｂの出力に伝達され、更に増幅
回路７ａにより増幅されてトライアック３をトリガする
ように動作する。前記比較回路９の出力波形による双安
定回路７Ｃの動作を次の様に条件づける。即ち、双安定
回路７Ｃの出力が、交流電源１の負の半サイクルの開始
時ゼロクロスパルス発生後にリセットされて６０つ”レ
ベルになり、比較回路９の出力が交流電源１の負の半サ
イクルに“ロウ”になった場合にセットされて“ハイ”
レベルになる。このように条件づければ、トライブック
３の“オフ”時には、正の半サイクルにのみ比較回路９
の出力は”ロウ”になっているので、双安定回路７ａの
出力は常に１０つ”レベルである。従って、トライアッ
ク３は以上の説明の範囲においては常に６オフ”である
。

トライアック３を６オン”するには周期信号発生回路１
１が重要な働きをする。周期信号発生回路１１は、前記
ゼロボルトトリガ回路７をあらかじめ設定した周期で少
なくともトライアック３を１サイクル以上６オン”する
ように駆動する。トライアック３が１サイクル１オン”
すると、すでに説明したように、ヒータ２の温度が設定
値より低いという条件で、交流電源１の負の半サイクル
に比較回路９の出力が１０つ”になる。このために、双
安定回路７ａの出力が１ノ・イ”になってその後も引キ
続キトライアツク３ヘゼロボルトトリカバルスを供給し
トライアック３の６オン”が継続するのでヒータ２が加
熱される。ヒータ２の温度が設定値付近になると、比較
回路出力の”ロウ”になる期間が狭くなシ、ついには１
ハイ”のままになるので、双安定回路７Ｃはリセットさ
れ、その出力は１０つ”になってトライアック３のトリ
ガは停止する。以後、周期信号発生回路１１の出力で再
びトリガされるまでトライアックの９オフ”が継続する
。周期信号発生回路１１がゼロボルトトリガ回路７を駆
動する周期を最適値にしておけば、設定された周期内で
設定温度に応じてトライアック３の７オン”、１オフ”
比率が変化し、ヒータ２の温度を一定に保つよう動作す
る。

以上説明したように、本発明による温度制御回路は、温
度により抵抗値が増大するヒータと双方向導体スイッチ
ング素子と抵抗器を直列接続した回路と、温度に相関の
ある抵抗比を設定する２つの抵抗器の囲動回路とを交流
電源に並列接続してブリッジ回路を構成し、前記双方向
半導体スイッチング素子をあらかじめ設定した周期で、
少なくとも１サイクル以上６オン”する手段によシヒー
タに通電し、その温度が設定値より低い場合に得られる
前記ブリッジ回路出力位相は温度が設定値より高い場合
あるいは前記半導体スイッチング素子が０オフ”時の位
相と逆になり、しかもヒータの温度上昇と共にそのピー
ク値が小さくなることを利用し、それを増幅して比較す
ることで得られる２値信号出力があらかじめ設定した交
流電源の極性において得られた場合にのみ、前記双方向
半導体スイッチング素子を引き続き少なくとも１サイク
ル以上トリガする手段からなる点弧回路で制御するので
、温度検出用部品を必要とせず、廉価に、しかもシンプ
ルに構成でき、電源電圧変動の影響も実質上受けないの
で、実用上の利点は極めて大である。

以上本発明をその好ましい一実施例について説明したが
、それは単なる例示的なものであり、ここで説明された
実施例によってのみ本願発明が限定されるものではなく
、その範囲から逸脱することなしに種々の変形、変更を
含むことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による温度制御回路の一実施例を示すブ
ロック構成図、第２図は第１図に示した各ブロックの出
力波形を示す図である。１・・・商用交流電源、２・・・ヒータ、３・・・トラ
イアック、４．５．１２・・・抵抗器、６・・ｍ　０Ｔ
変抵抗器、７＠・・ゼロボルトトリガ回路、７ａ１１１
１＋１増幅回路、７ｂ・・・アンド回路、７Ｃ・・・双
安定回路、７ｄ・・・ゼロクロスパルス発生回路、８・
・・差動増幅回路、９・・・比較回路、１０・・・基準
電圧発生回路、１１・・・周期信号発生回路、１３．１
４・拳・直流電源、Ａ＠−・交流電源電圧波形、Ｂｘ、
Ｂｓ・・・差動増幅回路出力波形、ＣΦ・・基準電圧出
力波形、Ｄ１１Ｄ２・・・比較回路出力波形特許出願人　　　日本電気株式会社代　理　人　　　弁理士　熊谷雄太部（Ｏコｎ

Claims

【特許請求の範囲】

温度によシ抵抗値の増大するヒータと双方向半導体スイ
ッチング素子と抵抗器からなる第１の直列回路と、任意
の抵抗比を設定可能な２個以上の抵抗器からなる第２の
直列回路を交流電源に並列接続してブリッジ回路を構成
し、前記双方向半導体スイッチング素子を任意の周期で
少なくとも１サイクル以上点弧する機能と、前記ブリク
ジ回路の交流出力電圧があらかじめ設定した値より大き
くしかもその位相が前記交流電源の位相とあらかじめ設
定した条件と一致する場合に少なくとも１サイクル以上
前記双方向半導体スイッチング素子を点弧する機能を有
する点弧回路で制御することを特徴とした温度制御回路
。