JP3184816U - 位相制御機能及びゼロクロス周期制御機能を有する温度調節器 - Google Patents
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Abstract
【課題】高価で大きいSCR位相制御器又はSCRゼロクロス周期制御器の代わりに、低価、小型、簡単な機能の部品を利用して正確に温度制御ができる位相制御機能及びゼロクロス周期制御機能を有する温度制御器を提供する。
【解決手段】AC電源から同期信号を抽出する電源同期回路部140と、変圧器の1次コイルにAC電源が接続され変圧器の2次コイルに駆動電源発生部とトライアック180のトリガ電源発生部とが設置された電源回路部160とを有する。温度センサー30で感知した負荷の温度分析をし、目標温度に制御するために位相制御信号又はゼロクロス周期制御信号を発生させるマイクロコンピューター100と、及びその位相制御信号又はゼロクロス周期制御信号に従いトリガ電源発生部から出力された電源を負荷に接続されたトライアックのゲートへトリガ信号として印加させるトライアック駆動部150とを含む。
【選択図】図2
【解決手段】AC電源から同期信号を抽出する電源同期回路部140と、変圧器の1次コイルにAC電源が接続され変圧器の2次コイルに駆動電源発生部とトライアック180のトリガ電源発生部とが設置された電源回路部160とを有する。温度センサー30で感知した負荷の温度分析をし、目標温度に制御するために位相制御信号又はゼロクロス周期制御信号を発生させるマイクロコンピューター100と、及びその位相制御信号又はゼロクロス周期制御信号に従いトリガ電源発生部から出力された電源を負荷に接続されたトライアックのゲートへトリガ信号として印加させるトライアック駆動部150とを含む。
【選択図】図2
Description
本考案は、温度センサーが感知した負荷側の感知温度に基づいて負荷の温度を目標温度に制御する温度調節器に関し、より詳細には、負荷の制御目標温度に従って位相制御信号又はゼロクロス周期制御信号を発生させ、負荷に印加される電力を制御する位相制御機能及びゼロクロス周期制御機能を有する温度調節器に関する。
一般的に、負荷を制御するために温度調節器から出力される制御信号には、リレーを駆動するリレー出力、SSR(Solid State Relay)を駆動するSSR出力、また、設定範囲内で制御目標値に対応するサイズの電流信号として出力される4〜20mAの電流出力がある。
4〜20mAの電流出力端には、温度をより正確に制御するために、図1に示されたように、温度調節器10の外部に別途の負荷制御器としてSCR位相制御器又はSCRゼロクロス周期制御器20が接続される。この場合、温度センサー30が感知した負荷40の温度に基づいて負荷40の温度を予め設定された目標温度に制御するために、AC電源から負荷40へ供給される電力を加減調節し、例えば、負荷40がヒーターの場合、ヒーターの発熱量を加減調節することでヒーターを正確に温度制御することができる。
しかしながら、SCR位相制御器又はSCRゼロクロス周期制御器のような制御器は、高価で大きいので、この制御器を利用すると製造費用が増加し、空間活用がよくないなどの問題点があった。
本考案は、このような従来技術の問題点を解決するために工夫したものであり、高価で大きいSCR位相制御器又はSCRゼロクロス周期制御器の代わりに、低価、小型、簡単な機能の部品を利用して正確に温度制御を行うことができる位相制御機能及びゼロクロス周期制御機能を有する温度制御器を提供することを課題とする。
上記の課題を解決するための本考案の一つの特徴に従った位相制御機能及びゼロクロス周期制御機能を有する温度調節器は、負荷の温度を温度センサーによって感知して分析した後、前記負荷に印加される電力を位相制御又はゼロクロス制御して前記負荷が予め設定された目標温度を維持するように制御する温度調節器であって、AC電源から同期信号を抽出する電源同期回路部と、変圧器の1次コイルに前記AC電源が接続され、前記変圧器の2次コイルに駆動電源発生部とトライアックのトリガ電源発生部とが設置された電源回路部と、前記温度センサーによって感知した負荷の温度を分析して目標温度に制御するために位相制御信号又はゼロクロス周期制御信号を発生させるマイクロコンピューターと、及び前記マイクロコンピューターの位相制御信号又はゼロクロス周期制御信号に従って前記トリガ電源発生部から出力された電源を前記負荷に接続されたトライアックのゲートへトリガ信号として印加させるトライアック駆動部と、を含む。
上記の課題を解決するための本考案の他の特徴に従った位相制御機能及びゼロクロス周期制御機能を有する温度調節器は、電源同期回路には、フォトカプラーが設置され、AC電源とマイクロコンピューターとの間が絶縁される。
上記の課題を解決するための本考案の更に他の特徴に従った位相制御機能及びゼロクロス周期制御機能を有する温度調節器は、トライアック駆動部には、フォトカプラーが設置され、マイクロコンピューターと負荷側のトライアックとの間が絶縁される。
上記の課題を解決するための本考案の更に他の特徴に従った位相制御機能及びゼロクロス周期制御機能を有する温度調節器は、マイクロコンピューターが有する位相制御機能又はゼロクロス周期制御機能は、使用者操作部によって選択される。
本考案に従った位相制御機能及びゼロクロス周期制御機能を有する温度調節器は、高価で大きいSCR位相制御器又はSCRゼロクロス周期制御器の代わりに、低価、小型、簡単な機能のランダムターンオン方式のSSR又はトライアックを直接接続して位相制御又はゼロクロス周期制御機能を実行することができるので、温度調節器に関する費用を節減し、便利性を図ると同時に、空間活用性を向上させることができる。
以下、添付された図を参照しながら本考案の好ましい実施形態の構造及び作用について説明する。
本考案は、温度調節器1の内部のマイクロコンピューター100の従来の機能に位相制御機能とゼロクロス周期制御機能を加え、使用者が直接に制御機能を選択して使用することで、従来のSCR位相制御器又はSCRゼロクロス周期制御器のような高価で大きい温度調節器の代りに、低価、小型、簡単な機能のランダムターンオン(Random Turn−on)方式のSSR(Solid State Relay)、又は、トライアック(Triac)などを利用することができ、温度調節器1にかかる費用を節減し、便利性を図ると同時に、空間活用性を向上させる。
図2は、本考案に従った温度調節器の構成図である。
温度調節器1の全般的な動作を制御するマイクロコンピューター100の入力端子の一つには、負荷の温度を感知する温度センサー30が入力増幅回路120を介して接続される。入力増幅回路120は、温度センサー30が感知した温度信号をマイクロコンピューター100で利用できるサイズの信号に増幅させる。また、マイクロコンピューター100の出力端子の一つには、負荷の現在温度と負荷の制御目標温度を使用者が容易に分かるように表示する表示部130が接続される。
また、後述するように、マイクロコンピューター100には、負荷40の温度を目標温度に制御するために、温度センサー30を利用して感知した負荷の現在温度と使用者が予め設定した制御目標温度とを比べて制御出力値を算出した後、AC電源に同期した電源信号として負荷へ供給される電力を位相制御又はゼロクロス周期制御するようにプログラミングされる。
特に、負荷へ供給される電力量を制御するために、マイクロコンピューター100の入力端子の一つとAC電源との間に電源同期回路部140が接続される。電源同期回路部140は、フォトカプラー(Photocoupler)PC1を有し、AC電源側に発光ダイオードが接続され、マイクロコンピューター100側に受光トランジスターが接続され、発光ダイオードと受光トランジスターに抵抗R1、R2、R3とコンデンサーC1が接続される。この場合、発光ダイオードに電圧が印加されると、受光トランジスターがターンオンされてAC電源に同期した信号がマイクロコンピューター100に入力される。電源同期回路部140からマイクロコンピューター100に入力された同期信号はフォトカプラーPC1によって発生するので、AC電源との絶縁状態が維持され、電源雑音による誤動作を防止することができる。
また、マイクロコンピューター100の出力端子の一つには、トライアック駆動部150を介して負荷40が接続され、特に、負荷40へ供給されるAC電源をスイッチングするトライアック180のゲートが接続される。電源雑音による誤動作を防止するために、トライアック駆動部150にもフォトカプラーPC2を利用して絶縁状態を維持することが望ましい。即ち、マイクロコンピューター100側には、抵抗R4を介してフォトカプラーPC2の発光ダイオードが接続され、トライアック180側には、抵抗R5を介して受光トランジスターが接続される。
一方、AC電源側には、前述したように、AC電源から電源同期信号を抽出する電源同期回路部140が接続され、温度調節器1の必要とする電源を発生させる電源回路部160が接続される。電源回路部160は、電源変圧器T1によってAC電源を降下させ、温度調節器1を構成する各回路部へ供給する駆動電源Vccを発生させる駆動電源発生部と、トライアック180のゲートに印加するトリガ電源を発生させるトリガ電源発生部とを有する。
駆動電源発生部は、電源変圧器T1の2次側で所定レベルに降下された電圧をダイオードD1とコンデンサーC2によって平滑して出力する。同様に、トリガ電源発生部は、電源変圧器T1の他の2次側で所定レベルに降下された電圧をダイオードD2とコンデンサーC3によって平滑して出力する。トリガ電源発生部で出力された電圧は、トライアック駆動部150を介してトライアック180のゲートに印加される。
使用者操作部170は、マイクロコンピューター100の入力端子の一つに接続され、使用者は、使用者操作部170によってマイクロコンピューターが有する位相制御機能又はゼロクロス周期制御機能を選択することができる。
以上、負荷40へ供給される電源をスイッチングする素子としてトライアック180を利用した実施形態について説明したが、本考案はこの実施形態に限定されず、本考案の技術的思想を外れない範囲で他の形態のスイッチング素子やそれに対応する部品に入れ替えるのができるのは当業者に自明である。
図3は、本考案に従った制御機能のうちゼロクロス周期制御による要部波形図である。
本考案に従ったゼロクロス周期制御は、電源周波数の所定周期を制御周期として設定し、その制御周期のうち所定期間を制御出力値に比例してオン、オフさせて負荷へ供給する方式である。図3は、10個の半周期を制御周期として設定した場合、トライアック駆動部150から出力されたトリガ信号の波形図とトライアック180を介して負荷40に印加された電源の波形図を示す図であり、特に、負荷40の制御出力が各々10%、40%、80%、100%の場合のトライアック180の出力波形を示す。
例えば、制御出力値が10%の場合、AC電源から10個の半周期のうち1個の半周期のみが負荷40へ供給されるような周期を有する制御信号がマイクロコンピューター100から出力され、フォトカプラーPC2の発光ダイオードに印加される。これによって、その周期の間、フォトカプラーPC2の受光ダイオードがターンオンされ、ダイオードD2とコンデンサーC3によって平滑された電圧がターンオンされた受光トランジスターを介してトライアック180のゲートへトリガ信号として印加されてトライアック180をターンオンさせることで、負荷40にはAC電源から10個の半周期のうち1個の半周期に相当する電圧のみが印加される。
同様に、制御出力値が40%の場合、AC電源から10個の半周期のうち4個の半周期が負荷40へ供給されるように制御され、制御出力値が80%の場合、AC電源から10個の半周期のうち8個の半周期が負荷40へ供給されるように制御され、制御出力値が100%の場合、10個の半周期の全部が負荷40へ供給されるように制御される。
この場合、マイクロコンピューター100は、電源同期回路部140がAC電源から抽出した同期信号を利用して電源周波数に同期した制御信号をトライアック駆動部150へ出力することで、前述したように、電源周波数に同期した電源を負荷40へ供給することができる。
図4は、本考案に従った制御機能のうち位相制御による要部波形図である。
本考案に従った位相制御は、図4に示されたように、電源周波数の半周期を制御周期として設定し、電源周波数の半周期のうち制御出力値に比例する時間の間のみに負荷40へ供給するように制御する。
即ち、制御出力値が20%の場合、AC電源の半周期のうち20%のみが負荷40へ供給されるように制御し、制御出力値が50%の場合、AC電源の半周期のうち50%のみが負荷40へ供給されるように制御し、制御出力値が100%の場合、半周期全部が負荷へ供給されるように制御する。
このため、マイクロコンピューター100は、温度センサー30から受信した感知温度と使用者が設定した目標温度とを比較演算して制御出力値を算出する一方、電源同期回路部140から受信した電源同期信号に従って負荷40へ供給されるAC電源の位相を判断し、前述したような波形の制御信号を電源周波数に同期させて出力する。制御信号は、図4において温度調節器の制御出力として示された波形と同様に、例えば、10%、50%、又は100%に相当する時間の間、オン状態を維持する信号として出力される。
このような温度調節器の制御出力によってトライアック180がターンオンされている間にAC電源が負荷40へ供給されて、負荷40の目標温度に維持することができる。
本考案に従った温度調節器は、低価の部品を利用して構成した位相制御手段又はゼロクロス周期制御手段によって負荷へ供給される電力を調節することができる。
Claims (4)
- 負荷の温度を温度センサーによって感知して分析した後、前記負荷に印加される電力を位相制御又はゼロクロス制御して前記負荷が予め設定された目標温度を維持するように制御する温度調節器であって、
AC電源から同期信号を抽出する電源同期回路部と、
変圧器の1次コイルに前記AC電源が接続され、前記変圧器の2次コイルには駆動電源発生部とトライアックのトリガ電源発生部とが設置された電源回路部と、
前記温度センサーによって感知した負荷の温度を分析して目標温度に制御するために電源周波数の半周期を制御周期として、電源周波数の半周期のうち制御出力値に比例する時間の間のみに負荷を通電させるための位相制御信号または電源周波数の一定周期を制御周期として設定し、前記制御周期のうち制御出力値に比例する時間の間のみに負荷を通電させるためのゼロクロス周期制御信号を発生するマイクロコンピューターと、
前記マイクロコンピューターの位相制御信号又はゼロクロス周期制御信号に従って前記トリガ電源発生部から出力された電源を前記負荷に接続されたトライアックのゲートへトリガ信号として印加させるトライアック駆動部と、
を含むことを特徴とする位相制御機能及びゼロクロス周期制御機能を有する温度調節器。 - 前記電源同期回路には、フォトカプラーが設置され、前記AC電源と前記マイクロコンピューターとの間が絶縁されることを特徴とする請求項1に記載の位相制御及びゼロクロス周期制御機能を有する温度調節器。
- 前記トライアック駆動部には、フォトカプラーが設置され、前記マイクロコンピューターと負荷側のトライアックとの間が絶縁されることを特徴とする請求項1又は2に記載の位相制御機能及びゼロクロス周期制御機能を有する温度調節器。
- 前記マイクロコンピューターが有する位相制御機能又はゼロクロス周期制御機能は、使用者操作部によって選択されることを特徴とする請求項1に記載の位相制御機能及びゼロクロス周期制御機能を有する温度調節器。
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