CN104953851A - 能量分配方式的供电控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及供电控制方法，尤其涉及能量分配方式的供电控制方法，该方法在以零点控制方式调节使负载与AC电源连接的开关时，将能量分配供给，从而对于响应速度较快的负载也提供优良的控制质量，对于负载量较大的负载也能够以更小的温度变动率精准地控制，并且对于相邻的负载能够稳定地供电，且能够改进上述开关的动作条件并延长使用寿命。

Description

能量分配方式的供电控制方法

技术领域

本发明涉及供电控制方法，尤其涉及能量分配方式的供电控制方法（Method for controlling supply of electric power by distribution of energy），该方法在以零点控制方式调节使负载与AC电源连接的开关时，将能量分配供给，从而对于响应速度较快的负载也提供优良的控制质量，对于负载量较大的负载也能够以更小的温度变动率精准地控制，并且对于相邻的负载能够稳定地供电，且能够改进上述开关的动作条件并延长使用寿命。 

背景技术

在对于与AC电源连接的负载供给电能时，在电源与负载之间仅连接一个开关并使开关接通（ON）或断开（OFF）而直接控制向负载传递的能量的方法最为有效该且经济实惠。这是由于仅仅追加一个开关即可控制供电之故。 

因此，调节向负载传递的电能的量的最为简单的方法就是将负载分割成具有相同的负载量的多个负载，并在所分割的负载上分别连接开关之后仅接通（ON）所需个数的开关。作为一例，可举出具有以强、中、弱的三档或强、弱的两档调节温度或速度的功能的电热器或风扇。 

具有三档温度调节功能的电热器，通常是设置三个具有相同的负载量的电热器负载，并在各个负载连接机械式触点开关之后，以在为‘弱’时向一个负载供给能量，在为‘中’时向两个负载供给能量，且在为‘强’时向三个负载均供给能量而产生热的方式调节电热器的温度。 

与此相似地、风扇是在马达的定子上卷绕线圈时将阻抗互不相同的三个绕组当作一个绕组制作之后，以按照强、中、弱来选择互不相同的绕组的方法调节马达的转速而变换风的强度的方式。虽然有一部分适用了遥控器或触点开关或高级型触摸开关的各种产品，但调节速度的基本原理相同，差异仅在于选择马达的绕组而连接于电源的开关从机械式开关变更为如三端双向可控硅（TRIAC，Triode Alternating Current）开关那样的电磁式开关。 

但严格地讲，利用于上述的电热器和风扇的供电控制方法并不是调节向负载传递的电能的量，而只是以开关动作控制多个负载中接通或断开（下面称之为“切换”）的负载的个数或特定负载的选择。 

因此，这种供电控制方法除了进行预先定义的两级或三级的调节之外不能追加性地细化控制供电，且由于须具备多个负载，因而有产品的体积增加且制造成本也跟着增加的问题。 

尤其，机械式开关不仅因切换动作时刻所产生的高压电火花而导致开关使用寿命缩短，而且，总是蕴藏着起因于电火花的火灾隐患。 

另一方面，作为进一步发展的方式的供电控制方法有在用于电热器的电热器负载的情况下，不是将负载分为多个而是使用双金属方式的温度调节器来设定并维持温度的控制方法。 

但上述双金属方式由于双金属以在所设定的温度附近反复进行一会儿贴合一会儿分开的动作来调节温度，因而在所适用的电热器负载为与热一起放出一定量的光的红外线或远红外线系列的电热器负载的情况下，在放热体出现严重的闪烁现象，且有在电热器的响应速度比双金属的响应速度快的情况下对于所设定的温度的温度变动率相对变得更大的缺点。 

另一方面，有些场合下作为开关操作方式的一种使用二极管控制方式，该方式仅使用一个负载却使用机械式开关和电力二极管，若开关选择‘弱’则使向负载传递的电力通过二极管并向负载仅提供AC电源的半波（50%的能量），若选择‘强’则向负载提供AC电源的100%的能量。 

所列举的上述的技术是调节向负载传递的电能的量的最简单的方法。与此相反，进一步发展的方式的、为了电力控制而控制开关的方法中有相位控制方式和零点控制（周期控制或过零控制，下面称之为“零点控制”）方式。 

首先，相位控制方式，从动作原理上讲，由于控制周期较短因而具有控制质量优良的优点，但由于切换动作在较高的电压进行，因而存在产生高次谐波噪声、功率因数降低、以及包括开关在内的零部件的耐久性和信赖度降低等各种问题。因此，通过相位控制方式的开关控制仅适用于如调节电灯的亮度的调光器或负载量较低的AC感应电动机的速度控制那样的 有限的用途。 

与此相反，通过零点控制方式的开关控制由于以基于AC电源的电压波形的零点切换开关的方式动作，因而在相位控制方式产生的问题不存在，但由于控制周期较长，因而有控制质量低劣的缺点，因此，主要用于对于输入电源的响应速度较慢的电热器系列的控制。 

图1是概略地表示了通过根据现有技术的零点控制方式的供电控制装置的构成框图，该图表示的是在AC电源10与负载20之间设置切换部30并通过电力控制部50切换该切换部30，此时切换部30的切换时刻通过零点检测部40在AC电源10的电压波形检测出的零点信号而设定的零点控制方式。 

图1的切换部30能够使用一个双向半导体开关元件即三端双向可控硅（TRIAC）或者能够将单向半导体电力元件即晶闸管（Thyristor或SCR:Silicon Controlled Rectifier）、功率晶体管（POWERBJT）、功率MOSFET、IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）等朝向相反的方向并联连接两个而使用。 

零点检测部40用于检测交流电压的相位与0电位相交的时刻，最为简单的方法是组合一个电阻和二极管或光耦合器件（光耦合器）而能够构成，或者组合光耦合器件和晶体管、运算放大器等而能够构成。电力控制部50一般是使用存储器和外部控制电路与中央处理器一体化而集成的微控制单元（MCU：Micro Control Unit）或数字信号处理器（DSP：Digital Signal Processor）等数字控制器而构成。 

电力控制部50在控制供电量时最常用的是脉冲宽度调制（PWM：Pulse Width Modulation），其理由如下：PWM控制方式通过调整表示逻辑1所输出的时间长度对于预先定义的基准时间周期的占空（Duty）比，而能够以所希望的水准简易地控制物理量，且在大部分MCU或DSP等内置有PWM控制电路，也都具备相关程序，因而能够容易达到所期望的目的。 

以对于所定义的周期使逻辑1所输出的时间按照控制输入（是指通过使用者的外部按钮输入等而产生控制信号的输入）可变的方式具体实现PWM控制方式，而图2a和图2b中图示了根据现有技术的固定周期型零点 控制方式的PWM控制波形的一例。如图2a和图2b中所图示，就PWM控制方式而言，向负载传递的交流电压波形的长度随控制输入而异，进行循环（ON cycle）区间相当于数字控制器的逻辑1输出，且中断循环（OFF cycle）区间相当于逻辑0输出。图2a表示电压波形的50个循环为1个周期且在控制输入为40%的情况下进行循环区间为20个循环，图2b表示电压波形的50个循环为1个周期且控制输入为80%的情况，所表示的是切换向负载传递的交流电压的时间随控制输入而相异的情况。在将按照图2a和图2b的控制并经50个循环为1个周期供给交流电压的场合设为100%时，通过按照既定的控制输入设定接通区间以及断开区间即可供给所希望的量的电能。 

但如图2a和图2b所示，观察波形分布即可容易地理解，将50个循环固定为1个周期的固定周期型零点控制方式，以接通和断开之和构成的控制周期较长，因而从负载角度来看，由于断断续续地供电，因此，存在负载的能量变动率相对于一个控制输入来讲相当大的问题。 

而且，若接受上述固定周期型零点控制的负载的负载量较大，则由于流经电源线的电阻并流向负载的较大的电流而在进行循环区间连接于负载的电线的电压降低，且在中断循环区间由于无流向负载的电流而反复进行恢复至原来的电源电压水准的动作，因而发生在连接于与受控制的负载相同的电线上的其它负载供给包括有严重的变动的电源的问题。例如，在较大的负载量的电热器和电灯连接在同一电线上，且以如图2a和图2b那样的方式控制该电热器的情况下，会出现电灯闪烁的现象，且所闪烁的周期随控制输入而相异。 

为了改进具有上述的固定周期的零点控制方式的较长周期问题而使用如图3a和图3b那样变形的PWM控制即具有可变周期的零点控制方式。该方法是按照控制输入而变换控制周期，而在如图3a那样控制输入为40%的情况下，即、在中断循环区间较长的低能量控制区域将周期定义成较短（5个循环的周期=进行2个循环+中断3个循环），并在如图3b那样控制输入为80%的情况下，即、在进行循环区间较长的高能量控制区域将周期定义成较长（10个循环的周期=进行8个循环+中断2个循环）。 

图3a和图3b的可变周期型零点控制方式与固定周期型零点控制方式相比，也许在某种程度上能够提高控制质量，但整体上能量供给时刻和断开时刻以一定的循环单位区分因而解决不了在一定时间区间期间以密集的方式供给电能的根本问题。由此，负载的惯性足够大，从而只有在将以密集于某一区间的方式供给的电能能够在某种程度上均匀地分配到负载的情况下才会现实可行，因而存在不能用于如风扇那样的感应马达或响应快的电热器等而适用于具备了蓄热能力较大的（热惯性较大的）电热器负载的产品上的局限性。 

另一方面，将机械式温度调节器即双金属的控制方法照搬到电磁方式的控制方法以电灶或高级型电热器等为中心在适用，而该方式是一种反馈（Feedback）控制方式，该方式以在负载安装温度传感器之后比较控制输入（设定温度）与负载的温度之差，若负载温度低于设定温度则使开关接通而供给能量，若负载温度高于设定温度则断开开关而断开能量供给的方式进行控制。这种控制方法可看作是可变周期型零点控制方式的变形，而这是由于随外部温度或负载驱动的环境等而即便在相同的控制输入下也会产生具有不同周期的控制输出之故。但该方法也未能解决电能在一定时间区间期间以密集的方式供给，且在一定时间区间期间供给被断开的零点控制方式的根本问题。 

另一方面，如上所述，继电器等带磁零部件响应（动作）由于速度较慢而不能使用于与AC电源的零点同步而使开关动作的零点控制，因而TRIAC、SCR、Power TR、IGBT等半导体元件用作开关。但较大的负载电流流经半导体元件开关而在开关产生较多的热，因而为了对半导体开关元件进行降热而通常安装较大的散热片，或者在仅凭散热片就不够的情况下设置散热风扇。 

作为一例，在为既是双向开关且具有驱动电路简便的优点而最为常用于零点控制的三端双向可控硅（TRIAC）元件的情况下，动作（Turn on）时在元件两端施加大致1V左右的电压，因而若负载电流为10A左右（在为220V电源的情况下，负载量为大致2.2kW的负载）则在三端双向可控硅被接通时，在三端双向可控硅内部有8-10W左右的能量转换为热而向外 部发散。在三端双向可控硅内部产生的该热蓄积使得元件过热而引起故障。因此，须对该热进行降温，而最为简单的方法就是在元件上安装散热片。此时，若所降温的热较多，则与其成比例地加宽散热片的面积，而不能无限加大散热片，因而在这种情况下一般除了散热片之外还要安装散热风扇。 

但若追加散热风扇，则由于风扇所引起的噪声问题和与其它零部件相比相对非常短的风扇的使用寿命（风扇因吸入外部的灰尘等受物理性损伤且在高温环境下动作，因而使用寿命比通常的场合更短），对于产品的整体质量带来不良影响。 

另一方面，若要不使用散热风而以散热片（面积相对较小的散热片）解决开关元件的散热问题，则须减少流向元件的电流量，而能够最为容易地想到的方法就是并联连接一个以上的完全相同的开关元件的方法。但就该方法而言，即便是在同一生产线上生产的具有相同的规格的半导体元件其特性也不尽相同，从而产生电流向并联连接的各元件中具有相对更小的接通电阻的开关偏流的现象，因而存在难以解决所要减少元件发热的原来目的的问题。 

发明内容

所要解决的问题 

旨在解决上述问题的本发明的目的在于提供一种利用控制数据模式控制切换，从而能够提供仅次于相位控制方式的控制质量的能量分配方式的供电控制方法。其中，控制数据模式能够将向负载提供的电能以在能量供给区间平坦化而不会偏向一定区间供给的方式供给。 

而且，本发明的另一目的在于提供一种能量分配方式的供电控制方法，该方法在以零点控制方式调节在AC电源连接负载的开关时分配供给能量，从而对于负载量较大的负载能够以更小的温度变动率精准地控制，并且能够向相邻的负载稳定地供电。 

而且，本发明的其它目的在于提供一种能量分配方式的供电控制方法，该方法改进半导体元件开关的动作条件以及动作环境而延长开关的使用寿命，并能够提高供电控制装置整体的稳定性。 

解决问题的方案 

旨在达到上述的目的的根据本发明的能量分配方式的供电控制方法，是供电控制装置的供电控制方法，上述供电控制装置具备：多个开关，并联连接在上述交流电源与上述负载之间，以使交流电源输入至负载；开关驱动部，根据开关控制信号使相应开关切换；零点检测部，检测上述交流电源的电压波形与0电位相交的时刻并输出具有上升沿或下降沿的零点信号；以及，控制部，根据上述零点信号输出上述开关控制信号，上述能量分配方式的供电控制方法，其特征在于，包括：（a）上述控制部根据向上述负载供给的供电量对于上述交流电源的比率设定规定个数的控制输入步骤的过程；（b）与上述所设定的控制输入步骤分别对应而以数字控制数据模式定义使得向上述负载供给的电能对于规定供给周期以均一比率分布的过程；（c）将上述所定义的数字控制数据模式以查找表（Lookup Table）存储在存储器中的过程；（d）若检测到控制输入，则在上述查找表选择对应的数字控制数据模式的过程；（e）等待从上述零点检测部输出上述零点信号的过程；（f）若产生上述零点信号，则根据上述所产生的零点信号将上述所选择的数字控制数据模式的位依次以第一开关控制信号输出的过程；（g）若上述所输出的位为‘1’，则输出第二开关控制信号的过程；以及（h）检查上述所检测的控制输入是否已变更，若上述控制输入已变更，则返回上述（d）过程，若上述控制输入未变更，则返回上述（e）过程的过程。 

此时，根据本发明的能量分配方式的供电控制方法，其特征在于，上述数字控制数据模式，由与上述交流电压的每半个周期对应并表示向上述负载供电的区间的高（High）位即‘1’、以及与上述交流电压的每半个周期对应并表示向上述负载不供电的区间的低（Low）位即‘0’构成，并将它们以十六进制数记录在上述查找表中，上述高位和低位对于上述规定供给周期以均一比率分布。 

发明效果 

本发明将向负载提供的能量在所有区间平坦化而供给，从而具有能够提供仅次于相位控制方式的控制质量的优点。 

而且，本发明在以零点控制方式调节使负载与AC电源连接的开关时，将能量分配供给，从而具有对于响应速度较快的负载也提供优良的控制质 量，并且对于负载量较大的负载也能够以更小的温度变动率精准地控制的效果。 

而且，本发明对于负载量较大的负载能够以更小的温度变动率精准地控制，因而具有对于相邻的负载能够稳定地供电的效果。 

而且，本发明对于负载量较大的负载并联连接多个开关，并将驱动开关的控制数据模式依次适用到各个开关，并使一个开关所承担的供电量减少至负载的全部供电量除以开关的个数的量，从而改进开关的动作条件并增加使用寿命，具有能够提高供电控制装置整体的稳定性的效果。 

而且，本发明在负载的负载量较大的情况下，在负载并联连接一个以上的开关而减少流向个别开关的有效电流（Effective Current，Irms），从而能够调节由于较大的负载电流而在动作时所产生的发热量，因而在为了消除开关的发热而需要散热风扇的情况下仅以散热片代替即可而无需设置散热风扇，且在仅使用散热片的情况下较大地缩小散热片，因此，具有解决散热风扇噪声问题和因散热片面积而引起的空间问题、费用问题等的效果。

附图说明 

图1是概略地表示了通过根据现有技术的零点控制方式的供电控制装置的构成框图。 

图2a和图2b是根据现有技术的固定周期型零点控制方式的波形图。 

图3a和图3b是根据现有技术的可变周期型零点控制方式的波形图。 

图4是根据本发明的能量分配方式供电控制装置的电路图。 

图5是表示了根据本发明的优选实施例的能量分配方式的供电控制方法的控制流程图。 

图6是表示了根据本发明的另一实施例的能量分配方式的供电控制方法的控制流程图。 

图7a和图7b是根据本发明的能量分配方式的供电控制方法的波形图。 

具体实施方式

下面参照附图详细说明本发明的各优选实施例。应当注意各附图中相同的各符号无论在何处尽可能表示相同的各构成，在下述说明中出现具体的特定事项，而这只是为了有助于对本发明的更为全面的理解而提供的， 本发明并不限定于特定的实施方式，应当理解为涵盖包括在本发明的思想以及技术范围的所有变更、等同物或替代物。而且，在说明本发明时，在判断为对于相关的公知功能或构成的具体说明有可能使本发明的要旨不必要地模糊的情况下，省略其详细说明。 

第一、第二等用语可用于说明多种构成要素，但上述各个构成要素不得限定于上述各个用语。上述各个用语仅用于将一个构成要素区别于另一构成要素的目的。例如在未逸出本发明的权利范围的情况下，第一构成要素可命名为第二构成要素，与此类似地、第二构成要素亦可命名为第一构成要素。所谓“和/或”的用语包括所记载的多个相关项目的组合或所记载的多个相关项目中的某一个。 

在提及到某个构成要素“连接于另一构成要素”或“与另一构成要素相接”时，虽然有可能直接连接于该另一构成要素或与该另一构成要素直接相接，但应当理解为在中间也可能存在其它构成要素。与此相反，在提及到某个构成要素“直接连接于另一构成要素”或“与另一构成要素直接相接”时，应当理解为在中间不存在其它构成要素。 

在详细的说明中所使用的用语只是为了说明特定的实施例而使用的，并非要限定本发明。只要单数的表达在文脉上并不明显地不同就包括复数的表达。 

在本申请中，应当理解为“包括”或“具有”等用语是为了指定说明书中所记载的特征、数字、步骤、动作、构成要素、零部件或它们的组合存在，而不是预先排除一个或其以上的其它特征或数字、步骤、动作、构成要素、零部件或它们的组合的存在或附加可能性。 

除非另行定义，这里所使用的包括技术或科学用语在内的所有用语具有与本领域普通技术人员所通常理解的相同的含义。如通常使用的、辞典中已有定义的用语应当解释为具有与相关技术的文脉所具有的含义一致的含义，除非在本申请中未明确定义，不得解释成理想的或过分的形式上的含义。 

如上所述，在以零点控制方式控制向负载供给的电力时，为了使能量成为尽可能分配的方式而非为密集的方式，对于各个控制输入，不要考虑 相互间的法则或相关关系，而要分别制作最适合于相应控制输入的独立的输出波形（向负载施加的电压波形）。因此，以在控制输入与输出波形之间适用一定的数学法则的现有的PWM控制方法或与其类似地变形的方法就不能解决问题。 

根据本发明的能量分配方式的供电控制方法将最适合于各自的控制输入的输出波形均以数字控制数据模式定义并记录在查找表（Lookup Table）中，若控制输入被选择，则输出与相应控制输入对应而记录的、以数字控制数据模式定义的切换控制信号，从而解决上述的问题。 

图7a和图7b表示了根据本发明的能量分配方式的供电控制方法的输出波形的一例。图7a和图7b中所图示的根据本发明的输出波形，不同于进行循环和中断循环被区分并以密集的方式进行能量的供给和断开的图2a和图2b以及图3a和图3b所示的根据现有技术的零点控制方式，从根据本发明的输出波形可知，接通区间和断开区间以均一比率分布，从而对于各自的控制输入（图7a表示控制输入为40%的场合，图7b表示控制输入为80%的场合），能量在整个控制周期区间以均匀地分配的方式供给。 

因此，在以根据本发明的能量分配方式的供电控制方法控制零点的情况下，能够以比现有技术更小的温度变动率精准地控制热惯性较大的电热器负载，并将现实中以现有的零点控制方法不可能实现的、热惯性小响应快的电热器负载的温度控制或如风扇那样的AC感应马达的速度控制等，能够以零点控制方式实现。 

而且，就以现有的零点控制方式控制负载量较大的负载时作为副作用而发生的电源电压的不稳问题而言，由于负载的较大的电流而随控制输入有可能产生电源电压整体上降低或升高等变动，但一个所选择的控制输入几乎不会产生电源的浪涌即不稳现象，因而能够向相邻的其它负载稳定地供电。 

而且，若在负载附着温度传感器或速度传感器等并组合其信号和控制输入而控制的现有的反馈控制方式中适用根据本发明的供电控制方式，则根据控制输入和传感器输出的能量调节以已定义的模式为基准并以按照传感器的值选择上一位模式的数据或者选择下一位模式的数据的方式控制， 从而总是供给均匀地分配的能量，因而与现有的反馈控制方式相比，明显改进负载的温度变化率。 

作为用于说明根据本发明的能量分配方式的供电控制方法的具体实施例，说明以9个步骤控制用于电灶的1800W电热器负载的温度的情况。 

在表1中整理了对于各步骤的控制输入的控制数据模式和对于该控制数据模式的能量传递比率、以及由此向负载供给的电力。 

表1表示了将控制输入和负载电力以线性关系成比例地定义的控制模式的一例。在以电磁方式控制供电的情况下，为了显示控制输入的步骤而通常使用七段（7-segment）元件，因而按照一个七段元件所能表达的数字将控制输入的步骤从0至9区分为10个步骤。这里，步骤0通常表示向负载不供电即电灶未通电的状态，因而下表1中仅表示了步骤1至步骤9的根据控制输入的控制数据模式。 

表1 

在上述表1的控制数据模式中，能量传递比率以在整体控制数据模式的位数中逻辑1所输出的比率定义，举出模式的长度相对较短的步骤3控制输入的例子，在该步骤控制数据模式的长度为12位（将十六进制数924H以二进制数表达，则为1001_0010_0100），1的个数是4个，因而以（4/12）×100%计算则大致为33%。因此，向负载传递的电力为1800W的33.3%即 600W，对于其它控制输入也能够以同样的方法计算。 

最后步骤9，由于AC电源全部传递至负载，因而模式均成为逻辑1，而在十六进制数表达上均为1的数据是FH，因而以在表1中最短的模式登记。 

作为控制数据模式的另一实施例，可以做出向负载供给的电力对于控制输入满足指数函数方式的关系式。即、指数函数方式在控制输入较低的步骤因电力变化量较小而缓慢地变化，并经某个步骤以上的步骤之后通过控制输入的电力变化量变得非常大，因而是为了与所要控制的负载特性或与所要适用的产品的特性相符而能够适用的控制数据模式。下表2表示了负载电力随控制输入变化的、以指数函数关系定义的控制数据模式的一例。 

在下表2中控制数据模式的对于各个控制输入的能量传递比率与在上述表1中所说明的内容相同，因而不再进行重复说明。 

在下表2中对于9个步骤的控制输入以指数函数方式进行控制，以在向负载供给的能量较低的步骤能够更为细致地调节。 

表2 

作为控制数据模式的其它实施例，可以做出向负载供给的电力对于控制输入满足对数函数方式的关系式。即、对数函数方式在控制输入较低的步骤电力变化量非常大并经某个步骤以上的步骤之后通过控制输入的电力 变化量较小而缓慢地变化的情况下能够适用。下表3表示了控制输入与负载输出为对数函数关系的控制数据模式。 

表3 

控制输入与向负载供给的电力之间的关系，不仅能够做成上述表1至表3中所例示的关系，还能够根据负载或产品的特性做成所需的任意方式的关系式。 

而且，即便在线性关系的控制数据模式的情况下，表1也只是例示而已，通过调整与控制输入步骤1即最低的电力值相接的步骤的值就能调节线性关系的斜率和起始点。而且，还可对于一个控制模式某种程度上牺牲完整的分配，并仅选择使AC电源的上方模式个数和下方模式个数相同的方式，从而在所有控制区间向负载供给完整的AC电力而不会存在直流偏移（DC offset）。 

因此，控制数据模式其方式随所要适用的负载和应用产品、控制目的等各种状况可以互不相同，因而根据本发明的能量分配方式的供电控制方法无论在何种情况下也使用通过查找表的控制数据模式参照方式，从而提供一种能够以在每一个控制步骤以最佳状态向负载供给能量的方式控制的方案。 

如表1至表3那样在对于各个控制输入定义了相应的固有的控制数据 模式时，旨在使用该控制数据模式进行零点控制的根据本发明的能量分配方式的供电控制装置的电路图图示在图4中。而且，在图5和图6中表示了在图4的控制器（MCU）进行的根据本发明的能量分配方式的供电控制方法的控制流程图。 

图4是根据本发明的能量分配方式的供电控制装置的电路图，首先参照图4详细说明根据本发明的能量分配方式的供电控制装置。 

如图4图示，根据本发明的供电控制装置包括第一开关130、第一开关驱动部135、零点检测部140、控制部150、第二开关160、第二开关驱动部165、操作部180、以及显示部190而构成。 

上述第一开关130设置有一个控制三端双向可控硅132，通过第一开关驱动部135控制该控制三端双向可控硅132。 

上述第一开关驱动部135包括由外部信号（即、从电力控制部输出的切换控制信号）而发光的发光二极管、以及动作由该发光二极管的发光而控制的光耦可控硅137而构成。上述光耦可控硅137一旦接通（导通）而电流流通，则该电流就用作使具备于第一开关130的控制三端双向可控硅132接通的信号。这种利用了发光二极管和光耦可控硅137的构成能够使来自交流电源110的高压或大电流与其它电路绝缘。 

而且，上述第一开关130和第一开关驱动部135与第二开关160和第二开关驱动部165并联连接。上述第二开关160和第二开关驱动部165的构成以及动作与第一开关130和第一开关驱动部135相同，因而省略其说明。 

上述零点检测部140用于检测交流电压的相位与0电位相交的时刻并设定交流电压波形的切换时刻，图4图示了组合电阻和二极管而简单地构成的一例。这种零点检测部140与交流电源110的电压波形成为0电位的时刻同步而输出具有上升沿或下降沿的方波信号（零点信号），该零点信号输入控制部150。 

即、上述零点检测部140利用桥式二极管从交流电源110整流电波，并从所整流的波形中检测电压为0的时刻而判断0电位时刻。 

另一方面，上述零点检测部140还能够进一步具备用于补偿因所具备 的二极管的阈值电压或绝缘击穿电压而引起的信号的滞后的电路。 

控制部150与从零点检测部140输入的零点信号同步而向第一开关驱动部135和第二开关驱动部165输出第一、第二切换控制信号。此时，第一、第二切换控制信号可以是与对应于通过操作部180选择的控制输入的控制数据模式相应而表示高值和低值的信号。第一或第二切换控制信号在第一开关驱动部135或第二开关驱动部165切换发光二极管。 

控制部150内置有存储器154，从该存储器154能够读取所希望的信息。在存储器154中存储有对于上述的控制数据模式的查找表。而且，这种存储器154还能够另设在控制部150的外部。 

而且，控制部150通过使用者的操作能够从操作部180接受用于增加或减少供电量的控制输入的提供，应对这种控制输入，从查找表读取与使用者所要调节的供电量对应的控制数据模式，并将所读取的控制数据模式作为切换控制信号输出。 

另一方面，控制部150能够输出用于以视觉或听觉方式显示当前在输出的供电量的显示信号。 

操作部180能够包括一个或多个机械式开关或按钮，还能够包括如触摸板那样的输入单元。 

显示部190利用LED或LCD等显示单元能够以视觉方式显示所输出的显示信号。 

图5是表示了根据本发明的优选实施例的能量分配方式的供电控制方法的控制流程图，图6是表示了根据本发明的另一实施例的能量分配方式的供电控制方法的控制流程图。下面参照图4至图6详细说明根据本发明的优选实施例的能量分配方式的供电控制方法。 

如上述的表1至表3那样定义了控制数据模式的查找表不仅能够在图4中所图示的控制器150的存储器154中内置，而且在图1所示的根据现有技术的电力控制器50中也能够内置。 

首先，参照图4和图5，控制部150首先设定如与控制输入相应的表1至表3那样的能够使用固有的控制数据模式的状态（S101）。 

在步骤S101，若在控制部150的内部存储器154的查找表中记录有控 制数据模式，且在动作中能够随机存取（Random Access）该数据，则也许不需要该过程。与此相反、若在包括外部存储器装置在内的其它存储器装置或控制器内部以在动作过程中不能直接存取的方式记录有控制数据模式，则为了顺利地进行动作也许需要向如缓冲存储器那样能够随机存取数据的装置转移数据。 

接着，若检测出控制输入则控制部150在存储器154选择与该输入相应的控制数据模式（S103）之后，等待零点检测器140的输出即零点信号（S105）。若在步骤S105产生零点信号，则控制部150将根据零点信号选择的控制数据模式的位依次以开关控制信号输出（S107）。例如，若在第一个零点信号输出了控制数据模式的第一个位，则在紧接着的其下一个零点信号输出第二个位，并在其下一个零点信号输出第三个位。此时，若已定义的模式结束则从其下一个零点信号开始反复进行从控制数据模式的第一个位开始重新进行依次输出的动作。 

实际具体实现该动作的方法可以有多种，而作为其它例，可以从控制数据模式的最后位开始倒过来进行，还可以临时定义移动缓冲器（shift buffer）而输出当前所选择的位之后，使该移动缓冲器的位向左侧或右侧连续地分配移动一位，而此时使当前输出的位反馈至移动的缓冲器的输入，从而能够以如位移寄存器那样将零点信号用作时钟的动作具体实现。 

作为另一方法，还可以定义仅有一个逻辑1且分配产生零点信号时向左侧或右侧连续地分配移动一位的掩模图案，并对该掩模图案和所选择的控制模式数据进行逻辑与（AND）运算并将其结果作为开关控制信号输出。 

这样，在实际应用时有以多种方式具体实现的方法，但步骤S107的核心是执行将预先定义的控制数据模式中与控制输入相应的控制数据模式与零点信号相应地以位单位依次输出的动作。 

另一方面，在由于负载120的负载量较大而在开关动作时所产生的热较多的情况下，为了解决这一问题而在负载120并联连接如第一开关130和第一开关驱动部135、第二开关160和第二开关驱动部165那样的多个开关。在图4中第一开关部130、135和第二开关部160、165并联连接电源与负载120之间，但在控制部150独立控制各开关。此时，在控制部150 不进行同时接通两开关的动作，因而不会发生两开关同时接通时电流偏向两个开关中接通电阻更小的开关的问题。 

即便在多个开关并联连接于负载120的情况下，控制部150将整个控制数据模式装入存储器154（S101）之后选择与当前的控制输入相应的控制数据模式的过程（S103）与使用一个开关的场合相同。但在开关为一个的情况下，若产生零点信号，则按照零点信号进行将控制数据模式的位依次以开关控制信号输出的动作，但若开关为多个，则要决定使用哪一个开关并在两开关中的一个开关施加开关控制信号。 

此时，控制数据模式中混合有未接通开关而维持断开状态的位‘0’和接通开关的位‘1’，因而在零点信号产生时若简单地交替选择两开关而送出开关控制信号则在为极端地反复进行与50%相应的‘0’和‘1’的数据模式的情况下，与‘0’相应的开关一直断开，且与‘1’相应的开关每次接通，因而发生不能达到将流向负载的有效电流（Irms）各分一半给两个开关的原来目的的问题。 

因此，若数据位为‘0’，则由于开关维持断开的状态因而对此忽略，而仅在数据位为‘1’的情况下使开关控制信号产生。 

即、若零点信号产生（S105）则控制部150据此依次输出控制数据模式的位（S107），并检查当前的数据位是否为‘1’（S109）。 

上述步骤S109的判断结果，若当前的数据位为‘0’则不接通开关，因而控制部150直接检查控制输入是否已变换（S117），之后，若控制输入已变换，则重新选择与已变换的控制输入相符的数据模式（S103），之后检查零点信号，不然直接反复进行至零点信号产生为止等待的动作（S105）。 

另一方面，上述步骤S109的判断结果，若当前的数据位为‘1’，则检查在控制信号输出刚好之前的动作中是否使用了第一开关130（S111），若已使用了第一开关130，则向第二开关160输出控制信号（S113）而接通开关，并解除定义第一开关130使用的标志（S115）。但若上述步骤S111的判断结果，在之前动作中未使用第一开关130，则向第一开关130输出控制信号（S112）而接通开关，并设定定义第一开关130使用的标志（S114）。此后，控制部150输出控制信号之后检查控制输入状态（S117），并根据检 查结果重新选择与此后控制输入相符的数据模式（S103），之后检查零点信号（S105），或者反复进行至零点信号产生为止等待的动作（S105）。 

若使控制部150按照图5的控制流程图动作，则各个开关对于所有控制数据模式仅处理控制数据模式所定义的电力的1/2，因而流向开关的有效电流（Irms）与其相应地减少，且开关元件的发热量也与其成比例地减少。因此，在使用了散热风扇的情况下能够仅使用散热片而无需使用散热风扇，并在仅使用了散热片的情况下，能够使散热片面积最小化。 

图5例示的是使用一个控制数据模式的情况下的控制流程，但若存储记录了控制数据模式的查找表的存储器154空间有富余时，能够给各个开关分配独立的模式。例如，在为持续接通负载120的步骤9的情况下是数据模式均为1的FH，而在该情况下，在第一开关分配1010…...所反复的AH模式，在第二开关分配0101…...所反复的5H模式。这样一来，每次产生零点信号（S105）时向第一开关130和第二开关160交替输出控制信号（S107）即可，而无需进行检查当前的控制数据模式位的动作和设定定义刚好之前使用了哪一个开关的标志的过程（S109至S115）。 

另一方法是能够以如下方式构成，即、两个开关中的一个定义为主开关（Main Switch），并将另一个定义为辅助开关（Sub Switch）之后，若向负载120传递的能量为一定量例如为50%以下的量，则仅使主开关动作，若为其以上的量则使主开关和辅助开关按照零点信号交替接通。 

图4和图5中所提出的使用两个开关的方法用于说明基本动作原理，在负载的负载量非常大的情况下能够使三个以上的开关并联连接而动作，在该情况下，控制部150的控制动作将使用两个开关的场合扩展即可。 

使用两个开关的场合与使用三个开关的场合的最大的区别在于，在为两个开关的情况下使用判断在之前动作中哪一个开关动作的标志位，与此相反，在为三个以上的开关的情况下能够根据开关个数使用2位或3位计数器加以区分。 

图5的控制流程通常以程序方式具体在如MCU或DSP那样的数字控制器中实现，还能够使用模式存储器、位移寄存器、以及简单的状态机（State Machine）而以逻辑电路具体实现。在这种情况下，能够在PCB基片装配个 别半导体元件而具体实现控制动作，还能够使用如FPGA（Field Programmable Gate Array）那样的元件作为一个控制电路模块包括在执行其它功能的IC元件的内部。 

图6是表示了根据本发明的另一实施例的能量分配方式的供电控制方法的控制流程图，基本控制动作与图5相同，但检查零点信号和检查控制输入的过程的位置有了变换，由此整个控制流程有了变化。 

参照图4和图6，控制部150一旦开始则首先设定与各自控制输入相应的固有的控制数据模式（S201），而该部分如在图5中所说明，在控制部150自身动作过程中能够容易地存取的存储器154区域以查找表方式存储有控制数据模式的情况下，也许不需要该步骤。控制部150在设定了控制数据模式（S201）之后，接受外部的控制输入并检查是否在与当前选择的值之间有差异（S203）。此时，控制部150刚开始的状态通常是在控制部150的内部对应控制输入的变量初始化为0的状态，因而若外部控制输入非为0则判断为控制输入已变换。 

上述步骤S203的判断结果，若控制输入已变换，则控制部150选择与控制输入相应的控制数据模式（S205），不然不进行控制数据模式选择过程并此后等待零点信号（S207），一旦产生零点信号则将根据零点信号选择的控制数据模式的位依次以开关控制信号输出（S209）。 

控制部150在上述步骤S209的开关控制信号输出之后，检查当前的数据位是否为‘1’（S211）。上述步骤S211的判断结果，若当前的数据位为‘‘0’，则由于不接通开关，因而控制部150直接反复进行检查控制输入是否已变换（S203）的动作。 

另一方面，上述步骤S211的判断结果，若当前的数据位为‘1’，则检查是否已使用第一开关130（S213），若已使用了第一开关130则向第二开关160输出控制信号（S215）而接通开关，并解除定义第一开关130使用的标志（S217）。但上述步骤S213的判断结果，若在之前动作未使用第一开关130，则向第一开关130输出控制信号（S214）而接通开关并设定定义第一开关130使用的标志（S216）。此后，控制部150返回确认控制信号输出之后控制输入是否已变换的步骤（S203），并继续反复进行其后的动作。 

在图5和图6的控制流程中，最大的差异在于检查控制输入的次数。在为图5的情况下，等待零点信号并一旦产生零点信号就输出控制位，其后检查控制输入的状态并处理完相关动作就不检查控制输入直至重新产生零点信号为止。即、图5是在每次产生零点信号的时刻仅确认一次控制输入的状态，与此相反，图6是在检查零点信号之后若未产生零点则紧接着确认控制输入的状态。其后，根据控制输入的状态处理相应动作，并重新反复进行检查零点信号的状态的动作，因而图6的控制流程具有控制输入的状态立即反映到控制部150的效果。因此，在需要立即反映外部控制输入的状态变化的应用方面，图6的控制流程图有可能更适合。 

如上所述，根据本发明的能量分配方式的供电控制方法，如在图7a和图7b中所图示，供给电压的接通区间和断开区间彼此均匀地分配，从而对于热惯性较大的电热器负载也能以较小的温度变动率精准地控制温度。 

而且，根据本发明的能量分配方式的供电控制方法，能够以所希望的程度准确地进行现实中以现有的零点控制方法不可能实现的、热惯性小响应快的电热器负载的温度控制或如风扇那样的小负载量的AC感应电动机的速度控制等。 

而且，根据本发明的能量分配方式的供电控制方法，除了因负载量较大的负载根本上消耗较大的电流而出现的整体电源电压的忽高忽低的现象之外，在供电过程中不会出现以电压波形的1个周期单位产生的暂时的电源电压的变动，从而对于其它负载能够更稳定地供电。 

另一方面，在根据本发明的供电控制装置的其它实施例中，还能够对于负载附加检测负载的动作状态的规定的检测单元，利用从该检测单元检测出的结果，并根据负载的动作状态自动调整控制输入。即、在负载为电热器的情况下能够适用数字温度传感器或双金属而作为检测单元，在负载为电动机的情况下能够适用旋转速度传感器而作为检测单元。 

例如，在利用电热器和温度传感器的情况下，若使用者已设定了任意温度，则供电控制装置将以与所设定的温度对应的控制数据模式供给电能，若电热器通过这样供给的电能动作，则基于温度传感器所检测的电热器的温度能够自动地将控制数据模式适当地变更为比当前的所设定的控制输入 高的控制输入的控制数据模式，或者比当前的所设定的控制输入低的控制输入的控制数据模式而进行控制。 

通过上述的控制，能够实际检测因所施加的电能而引起的负载的动作状态并能够自动变更能量供给量，因而能够进行更准确的供电控制。 

Claims (2)

1.一种能量分配方式的供电控制方法，是供电控制装置的供电控制方法，上述供电控制装置具备：多个开关，并联连接在上述交流电源与上述负载之间，以使交流电源输入至负载；开关驱动部，根据开关控制信号使相应开关切换；零点检测部，检测上述交流电源的电压波形与0电位相交的时刻并输出具有上升沿或下降沿的零点信号；以及，控制部，根据上述零点信号输出上述开关控制信号，上述能量分配方式的供电控制方法，其特征在于，包括：

（a）上述控制部根据向上述负载供给的供电量对于上述交流电源的比率设定规定个数的控制输入步骤的过程；

（b）与上述所设定的控制输入步骤分别对应而以数字控制数据模式定义使得向上述负载供给的电能对于规定供给周期以均一比率分布的过程；

（c）将上述所定义的数字控制数据模式以查找表存储在存储器中的过程；

（d）若检测到控制输入，则在上述查找表选择对应的数字控制数据模式的过程；

（e）等待从上述零点检测部输出上述零点信号的过程；

（f）若产生上述零点信号，则根据上述所产生的零点信号将上述所选择的数字控制数据模式的位依次以第一开关控制信号输出的过程；

（g）若上述所输出的位为‘1’，则输出第二开关控制信号的过程；

（h）检查上述所检测的控制输入是否已变更，若上述控制输入已变更，则返回上述（d）过程，若上述控制输入未变更，则返回上述（e）过程的过程。

2.根据权利要求1所述的能量分配方式的供电控制方法，其特征在于，

上述数字控制数据模式，

由与上述交流电压的每半个周期对应并表示向上述负载供电的区间的高位即‘1’、以及与上述交流电压的每半个周期对应并表示向上述负载不供电的区间的低位即‘0’构成，并将它们以十六进制数记录在上述查找表中，

上述高位和低位对于上述规定供给周期以均一比率分布。