TWI417554B - 電源裝置及控制器 - Google Patents

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TWI417554B
TWI417554B TW100139296A TW100139296A TWI417554B TW I417554 B TWI417554 B TW I417554B TW 100139296 A TW100139296 A TW 100139296A TW 100139296 A TW100139296 A TW 100139296A TW I417554 B TWI417554 B TW I417554B
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Takahiko Yamanaka
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Mitsubishi Electric Corp
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Description

電源裝置及控制器
本發明係關於一種具有AC/DC轉換器的電源裝置及具有AC/DC轉換器的控制器。
一般而言，在進行產業用機器之控制的可程式邏輯控制器(PLC)中，係載設有將商用交流電源進行AC/DC轉換以產生直流內部電源的電源單元(電源裝置)。在這樣的電源單元中，為了省電操作之監視、異常之發現等所需之解析，而載設有進行電力監視之功能者。在例如專利文獻1已揭示有關於測量輸入電壓、輸入電流、輸出電壓、輸出電流、電源單元內溫度等並予以輸出之電源單元技術。
然而，當欲直接測量輸入電力時，產生了需要載裝計測儀器用變壓器(VT)及/或變流器(CT)等大型且昂貴的組件，而導致產品流通上的不利。
對此問題，在專利文獻2所揭示之技術中，已揭露測量輸出電壓及輸出電流，並使用測量所得之輸出電壓及輸出電流與預先測得之AC/DC轉換的轉換效率(以下，亦有單以效率稱之的情形)而計算出輸入電力的技術。根據該技術，因從輸出電力與效率間接的求得輸入電力，故而無須前述之組件。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本特開2006-294007號公報。
專利文獻2：日本特開2006-184063號公報。
然而，因效率係因應溫度而大幅變化，故在前述專利文獻2中，有無法精確地求得輸入電力之問題。
本發明係有鑑於前述之問題點所開發者，其目的係為獲致得以儘可能精確地測量輸入電力之電源裝置及可程式控制器。
為了解決前述問題及達成目的，本發明之特徵具備有：AC/DC轉換器，用以輸入交流的商用電源，以產生直流電源並進行輸出；輸出電壓測量部，用以測量前述AC/DC轉換器所輸出之直流電源的輸出電壓；輸出電流測量部，用以測量前述AC/DC轉換器所輸出之直流電源的輸出電流；溫度測量部，用以測量環境溫度；記憶裝置，用以預先記憶記錄有前述AC/DC轉換器的轉換效率η與前述環境溫度的相互對應關係的轉換效率資料；以及運算部，用以根據由前述溫度測量部所測得的環境溫度之測量值與前述轉換效率資料而求得轉換功率η，且使用前述求得的轉換效率η、由前述輸出電壓測量部所測得的輸出電壓之測量值、及由前述輸出電流測量部所測得的輸出電流之測量值來計算出對前述AC/DC轉換器所輸入的商用電源之輸入電力，並輸出前述計算出的輸入電力。
本發明之電源裝置，因係預先記憶記錄有AC/DC轉換器的轉換效率η與環境溫度的相互對應關係的轉換效率資料，且測量環境溫度，根據測量之環境溫度與轉換效率資料而求得轉換效率η，並使用求得的轉換效率η來計算輸入電力，故可達成儘可能精確地測量輸入電力之效果。
以下根據圖面詳細說明本發明之電源裝置及控制器之實施形態。另外，本發明不以下述諸實施形態為限。
(第一實施形態)
第1圖係為顯示本發明第一實施形態PLC之構成例之圖。如圖所示，PLC 1係具備：統合地控制用以控制產業用機器之PLC 1的動作之CPU單元20、用以對PLC 1賦予網路連接功能且屬於副單元的網路單元30、用以在CPU單元20與副單元之間進行資料傳送的PLC匯流排40、及從交流商用電源產生用以驅動各個構成要素(CPU單元20、網路單元30、PLC匯流排40)之直流內部電源的電源單元10。另外，實際上，PLC匯流排40係內建於與前述三個單元不相同且稱為基底單元之其他單元，並於該基底單元藉由裝設電源單元10、CPU單元20及網路單元30而構成PLC 1。另外，基底單元，係除了網路單元30以外，亦裝設具有種種功能之副單元，且配合目的而選擇裝設所期望之單元(對此不另詳細說明)。
在本發明之第一實施形態中，電源單元10係輸出：來自商用電源的輸入電流、輸入電壓及輸入有效電力(輸入電力)；作為內部電源之輸出電壓及輸出電流；電源單元10內之平均溫度(裝置內溫度)；PLC 1之周圍溫度(裝置周圍溫度)；轉換效率η；功率因數Φ (以下，將以上列舉的輸出資訊統稱為「輸入電流等」)。PLC 1，係經由網路單元30連接於作為外部機器之其他PLC 2，並在CPU單元20連接有具備顯示裝置記憶體內容等功能且作為外部機器的程式化顯示器3。電源單元10輸出的輸入電流等，一旦傳送至CPU單元20後，可從程式化顯示器3進行監視。此外，傳送至CPU單元20之輸入電流等係可經由PLC匯流排40及網路單元30而從其他的PLC 2進行監視。
電源單元10，為了不必使用VT及/或CT等大型且昂貴組件來求得輸入電流，並非直接測量輸入電流，而是測量輸出電流及輸出電源，並由測量所得之前述諸值與效率η及功率因數Φ ，使用下述之關係式求得輸入電力及輸入電流。
輸入電力=輸出電壓×輸出電流/效率η　(1)
輸入電流=輸入電力/(輸入電壓×功率因數Φ )(2)
在此，電源單元10的效率η及功率因數Φ ，係因應環境溫度而變化。第2圖係為說明效率η的溫度依存性之一例圖；第3圖係為說明功率因數Φ 的溫度依存性之一例圖。第2圖及第3圖之橫軸係表示電流i。如該等圖所示，效率η係具有隨溫度增高而變大之特性，功率因數Φ 係具有隨溫度降低而變大之特性。在本發明之第一實施形態中，為了儘可能精確地求得輸入電力及輸入電流，而記憶有記述了效率η與環境溫度(及電流)之對應關係的資料(轉換效率資料111)、及記述功率因數Φ 與環境溫度(及電流)之對應關係的資料(功率因數資料112)，電源單元10係根據該等資料而求得適用於前述計算式(1)及(2)之效率η及功率因數Φ 。另外，在記述有轉換效率資料111及功率因數資料112之對應關係中，環境溫度係採用裝置周圍溫度，電流係採用輸出電流。
回到第1圖，電源單元10係具備：AC/DC轉換器11、輸出電壓測量部12、負載電流測量部13、溫度感測器14、輸入電壓偵測訊號產生部15、記憶裝置16、運算部17、通信介面(I/F)18、及顯示部19。
AC/DC轉換器11係將輸入之商用電源轉換成內部電源。另外，在本圖中，為了容易理解，而將商用電源之輸入分開描繪成輸入電流與輸入電壓，內部電源之輸出分開描繪成輸出電流與輸出電壓。內部電源係供給於CPU單元20、PLC匯流排40、及網路單元30。
輸出電壓測量部12係測量來自AC/DC轉換器11之輸出電壓，再將測量所得之輸出電壓之類比測量值傳送至運算部17。負載電流測量部13係測量來自AC/DC轉換器11之輸出電流，即是，測量屬於CPU單元20等所消耗電流之合計的負載電流，再將測量所得之負載電流之類比值傳送至運算部17。負載電流測量部13係可以簡易方法測量電流，例如將小負載電阻介插於輸出電流之配線上，並測量作用於該負載電阻兩端之電壓等。
溫度感測器14係由例如熱電偶或熱敏電阻(thermist)所構成。一般而言，電源裝置(包含開關調節器)之損失，大致係由開關元件所造成，但其他裝置內組件(FET、二極體、分流電阻、虛擬電阻、LC濾波器、緩衝電路、變壓器、橋式整流器二極體等)亦存在有多數損失主因，而且每一個組件均有其溫度依存性。換言之，電源裝置內之溫度係隨測量位置而有很大偏差。因此，為了求得電源裝置之效率η(=100-裝置整體之總損失%)，並非測量開關元件之類的局部性溫度，而是必須以良好精確度求得電源裝置整體溫度。在此，溫度感測器14係配置於電源單元10內之複數個點，再求得每個點之溫度偵測值之平均。然後，以該平均溫度代表電源單元10之裝置內溫度。
第4-1圖及第4-2圖皆為說明溫度感測器14之配置例之圖。第4-1圖係為由上面觀察電源單元10內之基板組件面之圖，第4-2圖係為電源單元10之內部斜視圖。PLC 1係以基板組件面與控制盤成平行之方式設置，結果，如第4-2圖所示，基板組件面之垂直線成為對於地面呈平行。在第4-2圖之上面、下面、及左面，設置有用以排熱之通風孔(未圖示)，主要藉由對流從下面向上面通過的空氣來冷卻基板上之各個組件。因此，越接近上面，則溫度越高。為了以良好精確度測量裝置內溫度，於第4-2圖上下方向等間隔地設置有三個溫度感測器14。此外，如第4-1圖所示，於第4-2圖前後方向亦分別等間隔地設置有三個溫渡感測器14，在基板組件面設置有合計9個溫度感測器14。裝置內溫度，係藉由這些9個溫度感測器14之偵測值平均求得。
另外，制定轉換效率資料111及功率因數資料112時，與其對每個裝置內溫度測量效率η及功率因數Φ ，不如測量各個裝置周圍溫度來的簡單。因此，轉換效率資料111及功率因數資料112，係如前述地，分別採用裝置周圍溫度作為環境溫度，而用以求得效率η、功率因數Φ 之裝置周圍溫度係採用由裝置內溫度推斷而得者。關於用以計算裝置周圍溫度之構成，依後述即可明瞭。
輸入電壓偵測訊號產生部15，係產生用於計算輸入電壓之輸入電壓偵測訊號。第5圖係為說明輸入電壓偵測訊號產生部15之更詳細構成之圖。如圖所示，輸入電壓偵測訊號產生部15係具備AC輸入偵測電路121與由光耦合器所構成之訊號絕緣電路122。AC輸入偵測電路121係偵測出輸入電壓，再將偵測所得之交流輸入電壓波藉由二極體電橋等予以整流成全波整流波，復調整該全波整流波大小並輸入於訊號絕緣電路122。訊號絕緣電路122係從所輸入之全波整流波產生脈波訊號，並將所產生之脈波訊號輸出作為輸入電壓偵測訊號。藉此，輸入電壓偵測訊號產生部15，會將根據由AC輸入偵測電路121所得之調整比率、與訊號絕緣電路122輸出上升脈波波形之臨限值而決定之電壓值V設為臨限值，在輸入電壓之波形之振幅超過臨限值V時，輸出成為導通(ON)之脈波訊號。
第6圖係為說明輸入電壓波、全波整流波、及輸入電壓偵測訊號之波形之圖。如圖所示，將輸入電壓波振幅設為Va、頻率設為F、輸入電壓波從零上升至V為止的時間設為T、輸入電壓偵測訊號之截止(OFF)時間設為Toff、輸入電壓偵測訊號之週期設為Fb時，則成立下述之關係。另外，如前述，V係為藉由訊號絕緣電路122使輸入電壓偵測訊號之脈波上升所需之臨限值電壓。
Toff=2T　(3)
F=2Fb　(4)
V=Va×Sin(2πFT)　(5)
因此，輸入電壓波之振幅Va，係可藉由下式簡單求得：
Va=V/Sin(2π×Fb×Toff)　(6)
回至第1圖，裝置記憶體16係由例如ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)所構成，其中預先儲存有轉換效率資料111、功率因數資料112、溫度相關資料113、及輸入電壓計算用資料114。
轉換效率資料111係為記述有效率η、輸出電流、與裝置周圍溫度之關係的表格構成之資料，藉由指定並參照輸出電流值與裝置周圍溫度即可讀出效率η。功率因數資料112係為記述有功率因數Φ 、輸出電流、與裝置周圍溫度之關係的表格構成之資料，藉由指定並參照輸出電流與裝置周圍溫度即可讀出功率因數Φ 。
溫度相關資料113係為記述有裝置內溫度、與裝置周圍溫度之相互對應關係的表格構成之資料。
輸入電壓計算用資料114係為用以從輸入電壓偵測訊號求得輸入電壓之表格。輸入電壓之振幅Va係在V、Fb、Toff之間具有式(6)之關係。此外，輸入電壓之有效值係藉由振幅Va除以2的平方根所求得。輸入電壓計算用資料114，亦可不經式(6)運算之方式，而具備記述有V、Fb、Toff及輸入電壓(有效值)間之關係的表格形式之資料構造，例如第7圖所示者。以下，輸入電壓、輸入電流即使無事先聲明亦可分別意指有效值者。
運算部117係根據輸出電壓測量部12偵測所得之輸出電壓值、負載電流測量部13測量所得之輸出電流值、對應複數個溫度感測器14分別偵測所得之溫度之測量值(溫度偵測值)、輸入電壓偵測訊號產生部15所產生之輸入電壓訊號、及儲存在記憶裝置16之資料，來計算輸入電流等。
運算部17係藉由例如微電腦所構成。具體而言，運算部17係具備有：CPU(Central Processing Unit中央處理單元)101、ROM 102、RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)103、AD(類比數位)轉換電路104、及I/O埠105。
ROM 102係儲存有屬於用以計算輸入電力等之電腦程式之電力監視程式106。AD轉換電路104係將以類比值方式輸入之輸出電壓值、輸出電流值、複數個溫度偵測值、及輸入電壓偵測訊號轉換成數位值。I/O埠105係為用以向記憶裝置16進行存取的介面。CPU 101係藉由從ROM 102讀出並執行電力監視程式106而實現後述之各種功能部。CPU 101係為了計算輸入電力等，而從AD轉換電路104取得各種測量值，再經由I/O埠105從記憶裝置16讀出各種資料。RAM 103係用來當作供CPU 101計算出輸入電力等所需之工作區。
通信I/F 18係為用以將運算部17計算出之輸入電流等傳送至CPU單元20之連接介面。
顯示部19係為用以輸出並顯示運算部17所計算出之輸入電流等之顯示裝置，藉由例如小型液晶顯示器或七段顯示器所構成。
第8圖係說明藉由CPU 101執行電力監視程式106而實現之功能部之圖。如圖所示，運算部17係具備：溫度計算部131，根據由複數個溫度感測器14所測得之溫度偵測值及溫度相關資料113而計算出裝置內溫度及裝置周圍溫度；效率-功率因數計算部132，根據所計算出之裝置周圍溫度、輸出電流值、轉換效率資料111及功率因數資料112而計算出效率η及功率因數Φ ；輸入電壓計算部133，根據輸入電壓偵測訊號與輸入電壓計算用資料114而計算出輸入電壓；輸入電力計算部134，根據輸出電流值、輸出電壓值及計算所得之效率η而計算出輸入電力；及輸入電流計算部135，根據計算出之輸入電力、功率因數ψ及輸入電壓而參照輸入電流。
第9圖係為說明本發明第一實施形態之電源單元10計算輸入電流等之動作之圖。如圖所示，溫度計算部131係取得電源單元10內的溫度偵測值(步驟S1)，再採用所取得之溫度偵測值之平均而計算出裝置內溫度(步驟S2)。然後，溫度計算部131使用溫度相關資料113而將裝置內溫度轉換成裝置周圍溫度(步驟S3)。裝置內溫度、裝置周圍溫度，係暫時儲存至RAM 103內的工作區。另外，不僅裝置內溫度、裝置周圍溫度，在後述之步驟所計算出之輸入電流等，亦全部暫時儲存至該工作區，且於運算時等適宜地予以讀出。
另一方面，效率-功率因數計算部132係取得輸出電壓值、輸出電流值(步驟S4)。然後，效率-功率因數計算部132根據計算出之裝置周圍溫度與輸出電流值而求得效率η及功率因數Φ (步驟S5)。具體而言，效率-功率因數計算部132係參照轉換效率資料111，而求得與計算出之裝置周圍溫度及所取得之輸出電流值對應之效率η，再參照功率因數資料112，求得與裝置周圍溫度及輸出電流值對應之功率因數Φ 。
輸入電壓計算部133係取得輸入電壓偵測訊號(步驟S6)。另外，所取得之輸入電壓偵測訊號係依時間序列積存記憶於RAM 103。輸入電壓計算部133會根據所取得之輸入電壓訊號與輸入電壓計算用資料114而求得輸入電壓(步驟S7)。具體而言，輸入電壓計算部133係從積存記憶於RAM 103之輸入電壓訊號，求得脈波波形週期Fb及截止(OFF)時間Toff。並且，將求得之Fb及Toff與臨限值電壓V作為搜尋關鍵而搜尋輸入電壓計算用資料114，以求得輸入電壓(有效值)。
輸入電力計算部134係將計算出之輸出電壓與輸出電流與效率η代入式(1)而求得輸入電力(步驟S8)。輸入電流計算部135係將求得之輸入電力與輸入電壓與功率因數Φ 代入式(2)而求得輸入電流(步驟S9)。運算部17係藉由前述步驟而求得之裝置內溫度、裝置周圍溫度、輸入電流、輸入電壓、輸入電力、輸出電流、輸出電壓、效率η及功率因數Φ 向顯示部19輸出，及經由通信介面I/F 18向CPU單元20輸出(步驟S10)，動作即告結束。另外，步驟S1至步驟S10之動作，係以所期望的時間間隔或時序反複執行。輸出至CPU單元20之輸入電流等，係傳送至程式化顯示器3。此外，輸入電流等係經由PLC匯流排40、網路單元30而傳送至PLC 2。
另外，步驟S1至步驟S10之處理順序係為一例，處理順序並不限於與此相同之順序。
此外，在本發明第一實施形態中，PLC 1係依每個功能而分成電源單元10、CPU單元20、網路單元30、PLC匯流排40來說明；但這些構成要素構成為一體亦可。
此外，AC輸入偵測電路121，係以輸入電壓波整流成全波整流波之方式來說明，但整流成半波整流波亦可。在該情形下，將式(3)置換成下式(7)、式(4)置換成下式(8)即可。
T=Toff-1/(2×Fb)　(7)
F=Fb　(8)
此外，AC輸入偵測電路121亦可不進行整流而僅進行調整峰值。該情形下，訊號絕緣電路122係僅拾取正極側之訊號，故可使用前述式(7)及式(8)。
此外，在轉換效率資料111及功率因數資料112所記述之對應關係中，分別係溫度採用裝置周圍溫度、電流採用輸出電流作為說明；但溫度以採用裝置內溫度之方式亦可。
如此，依據本發明第一實施形態，由於係採用根據作為環境溫度之裝置周圍溫度或裝置內溫度之測量值、預先記憶於記憶裝置16之記錄有AC/DC轉換器11之轉換效率η與環境溫度之相互對應關係的轉換效率資料111而求得轉換效率η，並使用求得之轉換效率η、測量所得之輸出電壓及輸出電流來計算輸入電力之方式，故得以儘可能精確地測量輸入電力。
此外，根據環境溫度之測量值與預先記憶於記憶裝置16之記錄有AC/DC轉換器11之功率因數Φ 與環境溫度之相互對應關係的轉換效率資料111而求得功率因數Φ ，再測量向AC/DC轉換器11輸入之商用電源之輸入電壓，並使用功率因數Φ 、效率η、輸入電壓、輸出電壓、輸出電流來計算輸入電流之方式，故得以儘可能精確地測量輸入電流。
此外，因設成：於電源單元10內之複數個點具備溫度感測器14，且從由該複數個溫度感測器14所測得之溫度偵測值來計算出環境溫度之方式，故不會受每個組件之溫度偏差及溫度上昇率之偏差的過度影響，而可測量出環境溫度，結果，可更精確地測量輸入電力。
此外，環境溫度係為由複數個溫度感測器14所測得之溫度偵測值的平均值。
此外環境溫度係為PLC 1周圍溫度之推斷值，且構成：根據預先記憶於記憶裝置16之記錄有溫度偵測值之平均值與PLC 1周圍溫度之相互對應關係的溫度相關資料，而得到環境溫度之測量值之方式，故於事前製作轉換效率資料111之作業變得容易。
此外，轉換效率資料111係記錄有效率η和環境溫度與輸出電流之相互對應關係的資料，而功率因數資料112係記錄有功率因數Φ 和環境溫度與輸出電流之相互對應關係的資料；且設成：根據環境溫度之測量值與輸出電流之測量值與轉換效率資料111來求得轉換效率η，並根據環境溫度之測量值與輸出電流之測量值與功率因數資料112來求得功率因數Φ 之方式，故可將因應效率η、功率因數ψ之輸出電流之變化列入考量而計算出輸入電流、輸入電力，故可更精確地計算出輸入電流、輸入電力。
再者，因設成：使用輸入端與輸出端係電性絕緣之訊號絕緣電路，當輸入電壓波中輸入之電壓值為預定臨限值V以上時產生變為導通(ON)的脈波，且根據產生之脈波而計算出輸入電壓之方式，故可在絕緣狀態下簡單地測量輸入電壓。
再者，因採用復具備顯示並輸出輸入電力或是輸入電流之顯示部19之方式，故使用者可當場確認輸入電力或是輸入電流。
再者，因採用具備：將輸入電力或是輸入電流連接於PLC 1之作為外部機器之程式化顯示器3、及作為對PLC 2輸出之外部輸出部之CPU單元20、網路單元30及PLC匯流排40之方式的構成，故使用者可在遠端確認輸入電力或是輸入電流。
(第二實施形態)
在第一實施形態中，PLC 1之安裝方向係為固定者，且如第4-2圖所示，說明了以基板組件面與控制盤呈平行之方式安裝PLC 1之組構。在此PLC 1中，例如以上下相反安裝等，安裝方向與預先設想之方向不相同之情形時，因裝置內之空氣流會改變，各個溫度感測器14所測得之溫度偵測值亦改變。於是，裝置內溫度與意圖值變得不相同，結果，變得無法精確地求得輸入電力等。因此，在第二實施形態中，乃藉由準備按每個安裝方向記述裝置內溫度之計算值與裝置周圍溫度之間關係的溫度相關資料，故不論設置在哪一種安裝方向均可精確地求得輸入電流。
因包含於第二實施形態之PLC之電源單元以外的構成要素，係為與第一實施形態相同，故有關電源單元50以外之構成要素，係使用相同名稱及元件符號，且省略重複說明。再者，在第二實施形態電源單元構成要素上，具有與第一實施形態相同之功能者，係使用相同之名稱及元件符號，且省略其詳細說明。
第10圖係為說明第二實施形態之電源單元與第一實施形態不相同之構成之圖。如圖所示，電源單元50係具備：取代記憶裝置16之記憶裝置56、取代運算部17之運算部57。記憶裝置56係預先儲存有：轉換效率資料111、功率因數資料112、按每個預先設想之安裝方向而準備之溫度相關資料143(溫度相關資料143a、143b、………、143n)、輸入電壓計算用資料114。
運算部57係具備：溫度計算部151、效率-功率因數計算部132、輸入電壓計算部133、輸入電壓計算部134、及輸入電流計算部135。溫度計算部151，在從裝置內溫度計算出裝置周圍溫度時，係從溫度相關資料143a至143n中選擇對應PLC 1安裝方向之溫度相關資料，並使用所選擇之溫度相關資料來計算裝置周圍溫度。另外，安裝方向可以依據使用者之設定來賦予方式；亦可以載設用以偵測該安裝方向之機構，並由該機構來賦予之方式。
第二實施形態之電源單元50之動作，係只在第一實施形態中說明之步驟S3處理中增加選擇溫度相關資料之動作，而其他則為相同，故在此省略說明。
如此，依據本發明第二實施形態，係於記憶裝置56預先記憶按自身PLC 1每個設置方向而製作之複數個溫度相關資料143，將該複數個溫度相關資料中要使用之溫度相關資料因應自身PLC 1之設置方向而變更之方式，故即使PLC 1之設置方向改變，亦可精確地計算出輸入電力等。
(第三實施形態)
轉換效率資料111係具有記述有效率η與裝置周圍溫度的相互對應關係之表格構成。該相互對應關係一般而言係記述於每個預定的單位寬度。單位寬度愈精密，則愈精確地表現效率η與裝置周圍溫度的對應關係。此外，依據溫度相關資料113，裝置周圍溫度係與裝置內溫度(溫度感測器14之偵測值的平均溫度)為一對一的相互對應關係。另一方面，組件的溫度依存性大小與組件之對效率η造成影響的大小之間係為具有正相關。此外，溫度依存性大的組件容易發熱；愈鄰近該組件溫度愈容易上升。因此，在第三實施形態中，演算部係使溫度感測器14依據鄰近的組件對於效率η影響愈大的偵測值的變化能夠愈大地反映在所計算出作為裝置內溫度的值，來當做裝置內溫度的溫度感測器14之偵測值的加權平均。藉此，演算部對於對效率η造成之影響愈大的組件附近之溫度偵測值，能以小的單位寬度來計算出效率η；而對於對效率η造成之影響愈小的組件附近之溫度偵測值，能以大的單位寬度來計算出效率η。結果，演算部形成相較於將均等地配置在電源單元內之溫度感測器14的單純平均予以當做裝置內溫度之情形，可更精確地求得輸入電力。
因包含於第三實施形態之PLC之電源單元以外的構成要素，係為與第一實施形態相同，故有關電源單元以外之構成要素，係使用相同名稱及元件符號，且省略重複說明。再者，在第三實施形態電源單元構成要素上，具有與第一實施形態相同之功能者，係使用相同之名稱及元件符號，且省略其詳細說明。
第11圖係為說明第三實施形態之電源單元與第一實施形態不相同之構成之圖。如圖所示，電源單元60係具備：取代記憶裝置16之記憶裝置66、取代運算部17之運算部67。記憶裝置66係預先儲存有：轉換效率資料111、功率因數資料112、溫度相關資料113、輸入電壓計算用資料114、以及係數資料615。
係數資料615係為記述有分別將第4-1圖所示9個溫度感測器14與加權係數予以建立對應關聯的資料。在係數資料615中，鄰近的組件對效率η造成的影響愈大之溫度感測器14，就與愈大加權係數值建立對應關連。所謂對於效率η的影響較其他組件為大的組件，係例如有FET、變壓器、分流電阻、以及二極體。在該等中，以FET及變壓器較於分流電阻或二極體對效率η造成的影響還大。亦即，加權係數的大小係成為：(FET、鄰近變壓器的溫度感測器14)＞(分流電阻、鄰近二極體的溫度感測器14)＞(其他的溫度感測器14)。
運算部67係具備：溫度計算部631、效率-功率因數計算部132、輸入電壓計算部133、輸入電壓計算部134、及輸入電流計算部135。
溫度計算部631係使用係數資料615來計算出9個溫度感測器14之偵測值的加權平均，且將計算出的加權平均予以當做裝置內溫度。然後，參照溫度相關資料113，來計算出對應前述求得的裝置內溫度的裝置周圍溫度。
第三實施形態的電源單元60的動作，由於只有在第一實施形態中已說明的步驟S2的處理中，溫度計算部631採用記述於係數資料615的每個溫度感測器14的加權係數來計算出加權平均為不同，其他則為相同，故在此省略說明。
如此，根據本發明之第三實施形態，溫度計算部631以對效率η造成影響愈大的組件附近的溫度測定值愈使加權係數為大之方式，來計算溫度感測器14之偵測值的加權平均，且將算出值予以當做裝置內的溫度，由於有如上述之構成，所以運算部67可以對於對效率η造成影響大的組件附近的溫度偵測值以小的單位寬度來計算效率η；而對於對效率η造成影響小的組件附近的溫度偵測值以大的單位寬度來計算效率η。結果，運算部67形成相較於將均等地配置在電源單元內之溫度感測器14的單純平均予以當做裝置內溫度之情形，可更精確地求得輸入電力。
另外，與效率η的情形同樣地，組件的溫度依存性大小與組件對功率因數Φ 造成影響的大小之間亦為具有正相關。因此，溫度計算部631，藉由將溫度感測器14之偵測值的加權平均予以當做裝置內溫度，對於對功率因數Φ 造成影響大的組件附件的溫度偵測值以小的單位寬度來計算功率因數Φ ；而對於對功率因數Φ 造成影響小的組件附近的溫度偵測值以大的單位寬度來計算功率因數Φ 。
(第四實施形態)
在第三實施形態中，運算部67藉由採用將各個溫度感測器14值之偵測值的加權平均予以當做裝置內溫度，而使輸入電力的計算精密度提升，但藉由對溫度感測器14的配設位置下工夫，亦可得到與第三實施形態同樣的效果。第四實施形態之PLC的構成，由於除了溫度感測器14的配設位置之外為與第一實施形態相等，所以僅就溫度感測器的配設位置進行說明而省略重複說明。
第12-1圖及第12-2圖係皆為說明第四實施形態之溫度感測器14的配置例之圖。第12-1圖係為由上面觀察電源單元10內的基板組件面之圖。如圖所示，在集中地配置對效率η影響大的變壓器、FET、分流電阻、二極體的部分，集中地配設溫度感測器14(溫度感測器設置位置14a)，在其他部位則空開較溫度感測器設置位置14a還大的間隔來配設溫度感測器14(溫度感測器設置位置14b)。第12-2圖係為電源單元10的內部斜視圖。在第12-2圖中，為求簡示，將FET、分流電阻、及二極體的描繪予以省略。如第12-1圖及第12-2圖所示，溫度感測器設置位置14a的密度形成為溫度感測器設置位置14b的兩倍密度。
溫度計算部131，係藉由將溫度感測器設置位置14a、14b中的溫度感測器14之偵測值予以單純平均而計算出裝置內溫度。因為在對效率η造成影響愈大的組件附近配設有較多的溫度感測器14，所以溫度計算部131藉由將諸該溫度感測器設置位置14a、14b中的溫度感測器14之偵測值的單純平均予以計算出，即可獲得與將均等地配置在電源單元內的溫渡感測器14之偵測值的加權平均予以計算出之情形相同的值。亦即，運算部17可以對於對效率η造成影響大的組件附近的溫度偵測值以小的單位寬度來計算效率η；而對於對效率η造成影響小的組件附近的溫度偵測值以相對較大的單位寬度來計算效率η。
如此，根據本發明之第四實施形態，由於在對效率η造成影響愈大的組件附近配設有較多的溫度感測器14，所以與第三實施形態同樣地，運算部17形成相較於將均等地配置在電源單元內之溫度感測器14的單純平均予以當做裝置內溫度之情形，可更精確地求得輸入電力。
另外，在第1至第4實施形態的說明中，雖然說明針對將本發明之實施形態的控制器予以應用於PLC之情形，但能夠應用本發明實施形態之控制器的控制器而言並不僅限定於PLC。例如，可應用於換流器及伺服放大器等具備有AC/DC換換器的控制器，該換流器係用以將一旦從交流商用電源產生直流電源，再從產生的直流電源產生期望的交流電源；而該伺服放大器係用以從商用電源來產生直流電源，使用產生的直流電源來進行驅動馬達。此外，應用本發明之實施形態的電源裝置亦可構成為不可從控制器分離者。
(產業上之可利用性)
綜上所述，本發明電源裝置及控制器，係極適合用於具有AC/DC轉換器的電源裝置及具有AC/DC轉換器的控制器。
1、2．．．PLC
3．．．程式化顯示器
10、50、60．．．電源單元
11．．．AC/DC轉換器
12．．．輸出電壓測量部
13．．．負載電流測量部
14．．．溫度感測器
14a、14b．．．溫度感測器設置位置
15．．．輸入電壓偵測訊號產生部
16、56、66．．．記憶裝置
17、57、67．．．運算部
18．．．通信介面(I/F)
19．．．顯示部
20．．．CPU單元
30．．．網路單元
40．．．PLC匯流排
101．．．CPU
102．．．ROM
103．．．RAM
104．．．AD轉換電路
105．．．I/O埠
106．．．電力監視程式
111．．．轉換效率資料
112．．．功率因數資料
113、143、143a至143n．．．溫度相關資料
114．．．輸入電壓計算用資料
121．．．AC輸入偵測電路
122．．．信號絕緣電路
131、151、631．．．溫度計算部
132．．．效率-功率因數計算部
133．．．輸入電壓計算部
134．．．輸入電力計算部
135．．．輸入電流計算部
615．．．係數資料
第1圖係為顯示第一實施形態之PLC構成例之圖。
第2圖係為說明效率η的溫度依存性之一例之圖。
第3圖係為說明功率因數Φ 的溫度依存性之一例之圖。
第4-1圖係為說明第一實施形態的溫度感測器配置例之圖。
第4-2圖係為說明第一實施形態的溫度感測器配置例之圖。
第5圖係為說明輸入電壓偵測訊號產生部之詳細構成之圖。
第6圖係為說明輸入電壓波、全波整流波、及輸入電壓偵測訊號之波形之圖。
第7圖係為表示輸入電壓計算用資料之資料構造例之圖。
第8圖係為說明第一實施形態的運算部之功能部之圖。
第9圖係為說明第一實施形態的電源單元計算輸入電流等之動作之圖。
第10圖係為說明第二實施形態電源單元與第一實施形態之不相同構成之圖。
第11圖係為說明第三實施形態電源單元與第一實施形態之不相同構成之圖。
第12-1圖係為說明第四實施形態的溫度感測器配置例之圖。
第12-2圖係為說明第四實施形態的溫度感測器配置例之圖。
1、2．．．PLC
3．．．程式化顯示器
10．．．電源單元
11．．．AC/DC轉換器
12．．．輸出電壓測量部
13．．．負載電流測量部
14．．．溫度感測器
15．．．輸入電壓偵測訊號產生部
16．．．記憶裝置
17．．．運算部
18．．．通信介面(I/F)
19．．．顯示部
20．．．CPU單元
30．．．網路單元
40．．．PLC匯流排
101．．．CPU
102．．．ROM
103．．．RAM
104．．．AD轉換電路
105．．．I/O埠
106．．．電力監視程式
111．．．轉換效率資料
112．．．功率因數資料
113．．．溫度相關資料
114．．．輸入電壓計算用資料

Claims (18)

  1. 一種電源裝置，具備有：AC/DC轉換器，係用以輸入交流的商用電源，以產生直流電源並進行輸出；輸出電壓測量部，用以測量前述AC/DC轉換器所輸出之直流電源的輸出電壓；輸出電流測量部，用以測量前述AC/DC轉換器所輸出之直流電源的輸出電流；溫度測量部，用以測量環境溫度；記憶裝置，用以預先記憶記錄有前述AC/DC轉換器的轉換效率η與前述環境溫度的相互對應關係的轉換效率資料；以及運算部，用以根據由前述溫度測量部所測得的環境溫度之測量值與前述轉換效率資料而求得轉換效率η，且使用前述求得的轉換效率η、由前述輸出電壓測量部所測得的輸出電壓測量值、及由前述輸出電流測量部所測得的輸出電流測量值來計算出對前述AC/DC轉換器所輸入之商用電源之輸入電力，並輸出前述計算出之輸入電力。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電源裝置，其中，前述運算部係使用輸入電力=輸出電壓×輸出電流/轉換效率η之關係式來計算出前述輸入電力。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電源裝置，其中，復具備輸入電壓測量部，用以測量對前述AC/DC轉換器所輸入之商用電源的輸入電壓；前述記憶裝置係預先記憶記錄有前述AC/DC轉換器之功率因數Φ 與環境溫度之相互對應關係的功率因數資料；而前述運算部係根據由前述溫度測量部所測得的環境溫度之測量值與前述功率因數資料而求得功率因數Φ ，且使用前述求得的轉換效率η及功率因數Φ 、由前述輸出電壓測量部所測得的輸出電壓之測量值、由前述輸出電流測量部所測得的輸出電流之測量值、及由前述輸入電壓測量部所測得的輸入電壓之測量值來計算出對前述AC/DC轉換器所輸入的商用電源之輸入電流，並輸出前述計算出的輸入電流。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之電源裝置，其中，前述運算部係使用輸入電流=輸出電壓×輸出電流/(輸入電壓×轉換效率η×功率因數Φ )之關係式來計算出前述輸入電流。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電源裝置，其中，前述溫度測量部係具備：溫度感測器，設置於自身電源裝置內之複數個點；及溫度計算部，用以從由前述複數個溫度感測器所測得之溫度偵測值來計算出前述環境溫度之測量值。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之電源裝置，其中，前述環境溫度之測量值係為由前述複數個溫度感測器所測得之溫度偵測值之平均值。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之電源裝置，其中，前述環境溫度之測量值係為前述複數個溫度感測器之溫度偵測值的加權平均，且鄰近的組件對轉換效率η造成的影響愈大的溫度感測器其加權係數愈大。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之電源裝置，其中，在對轉換效率η造成的影響愈大的組件附近配設有愈多的溫度感測器。
  9. 如申請專利範圍第5項所述之電源裝置，其中，前述環境溫度之測量值係為自身載設有電源裝置之機器的周圍溫度之推斷值；前述記憶裝置係預先記憶記載有由前述複數個感測器所測得之溫度偵測值的平均值、與自身載設有電源裝置之機器的周圍溫度的對應關係的溫度相關資料；前述溫度計算部係計算出由前述複數個溫度感測器所測得之溫度偵測值的平均值，並根據前述計算出之溫度偵測值的平均值與前述溫度相關資料而計算出環境溫度之測量值。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之電源裝置，其中，前述記憶裝置係預先記憶按自身載設有電源裝置之機器的各設置方向而作成之複數個溫度相關資料，而前述溫度計算部係因應自身載設有電源裝置之機器的設置方向而變更記憶於前述記憶裝置之複數個溫度相關資料之中所使用之溫度相關資料。
  11. 如申請專利範圍第3項所述之電源裝置，其中，前述轉換效率資料係為記錄有前述AC/DC轉換器之轉換效率η、環境溫度、及前述AC/DC轉換器之輸出電流之相互對應關係的資料；前述功率因數資料係為記錄有前述AC/DC轉換器之功率因數Φ 、環境溫度、及前述AC/DC轉換器之輸出電流之相互對應關係的資料；前述運算部係根據由前述溫度測量部所測得之環境溫度之測量值、由前述輸出電流測量部所測得之輸出電流之測量值、及前述轉換效率資料而求得轉換效率η，且根據前述環境溫度之測量值、由前述輸出電流測量部所測得之輸出電流之測量值、及前述功率因數資料，而求得功率因數Φ 。
  12. 如申請專利範圍第3項所述之電源裝置，其中，前述輸入電壓測量部係具備：輸入電壓偵測部，用以調整前述商用電源之輸入電壓波之波高；訊號絕緣電路，係輸入前述波高經調整之輸入電壓波，當使所輸入之電壓值為預定臨限值以上時，輸出成為導通之脈波，而輸入端與輸出端係呈電性絕緣；以及輸入電壓計算部，用以根據前述訊號絕緣電路所輸出之脈波來計算前述商用電源之輸入電壓。
  13. 如申請專利範圍第3項所述之電源裝置，其中，復具備：顯示部，用以顯示並輸出前述運算部所輸出之輸入電力或輸入電流。
  14. 一種控制器，其係為具備有以交流商用電源作為輸入，並產生直流電源進行輸出之AC/DC轉換器的控制器，具備有：輸出電壓測量部，用以測量前述AC/DC轉換器所輸出之直流電源的輸出電壓；輸出電流測量部，用以測量前述AC/DC轉換器所輸出之直流電源的輸出電流；溫度測量部，用以測量環境溫度；記憶裝置，用以預先記憶記錄有前述AC/DC轉換器的轉換效率η與前述環境溫度的相互對應關係的轉換效率資料；以及，運算部，用以根據由前述溫度測量部所測得的環境溫度之測量值與前述轉換效率資料而求得轉換效率η，且使用前述求得的轉換效率η、由前述輸出電壓測量部所測得之輸出電壓之測量值、由前述輸出電流測量部所測得的輸出電流測量值來計算出對前述AC/DC轉換器所輸入的商用電源之輸入電力，並輸出前述計算出的輸入電力。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之控制器，其中，前述運算部係使用輸入電力=輸出電壓×輸出電流/轉換效率η之關係式來計算出前述輸入電力。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之控制器，其中，復具備輸入電壓測量部，用以測量對前述AC/DC轉換器所輸入之商用電源的輸入電壓；前述記憶裝置係預先記憶記錄有前述AC/DC轉換器之功率因數Φ 與環境溫度之相互對應關係的功率因數資料；而前述運算部係根據由前述溫度測量部所測得的環境溫度之測量值與前述功率因數資料而求得功率因數Φ ，且使用前述求得的轉換效率η及功率因數Φ 、由前述輸出電壓測量部所測得的輸出電壓之測量值、由前述輸出電流測量部所測得的輸出電流之測量值、及由前述輸入電壓測量部所測得的輸入電壓之測量值來計算出對前述AC/DC轉換器所輸入的商用電源之輸入電流，並輸出前述計算出的輸入電流。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之控制器，其中，前述運算部係使用輸入電流=輸出電壓×輸出電流/(輸入電壓×轉換效率η×功率因數Φ )之關係式來計算出前述輸入電流。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之控制器，其係為可程式控制器，其復具備：外部輸出部，用以將前述運算部計算出之輸入電力或輸入電流輸出至與自身可程式控制器連接之外部機器。
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