專利名稱：數(shù)字控制的交流功率調(diào)節(jié)裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明為一種交流功率調(diào)節(jié)裝置，特別是有關于一種數(shù)字控制的交流功率調(diào)節(jié)裝置。
背景技術：
在交流功率的控制技術方面，一般都是采用交流矽控整流器(TRAIC)配合觸發(fā)電路來控制該交流矽控整流器的導通角，進而控制輸送至電器負載的功率。此種公用技術由于是采用模擬電路的技術來控制功率，一般僅能達到簡易的控制功能，而無法達到各種附加功能，故此種技術目前只應用在單純的調(diào)光、調(diào)速的應用。該傳統(tǒng)控制技術若能以數(shù)字控制的方式予以取代，則當更具有實用性。
而在交流電力的電力傳輸技術中，電力源在經(jīng)過長距離輸配電線路的傳輸損失之后，往往在同一條電力傳輸線中，每個節(jié)點的用戶端所接受的交流電壓皆不同。通常在電源傳送源頭會有較高的電壓，因此用戶電器設備實際所承受的電壓會高于設備所預定的額定壓，而在輸配線路末端的用戶的電壓則較低。再者，尖峰用電時段與離峰用電時段的各個用戶節(jié)點的電壓亦皆不相同。
由于電力的傳輸本身即存在了上述的特性，因此，在各國電業(yè)法的規(guī)范中，規(guī)定了供電電壓的變動率只要在一百分比數(shù)(例如±10％-±20％)之內(nèi)皆符合規(guī)定。而在各種電器設備的受電額定電壓值中，亦皆設計成在該規(guī)范內(nèi)的電壓變動率皆符合可接收的標準，并且都能正常、安全地運轉。

發(fā)明內(nèi)容
公用技術在交流功率的控制技術方面由于是采用模擬電路的技術來控制功率，一般僅能達到簡易的控制功能，而無法達到各種附加功能，故此種技術目前只應用在單純的調(diào)光、調(diào)速的應用。再者，該傳統(tǒng)的交流功率控制技術并無電壓調(diào)節(jié)的功能，亦即無法依據(jù)電源側的電壓狀況適當調(diào)節(jié)輸送至電器負載的電壓，而使得負載端的電器設備所接受的電壓穩(wěn)定性及操作穩(wěn)定性皆不良。
于此，本發(fā)明的主要目的即是針對前述公知技術的缺失而提供一種數(shù)字控制的交流功率調(diào)節(jié)裝置，通過本發(fā)明控制電路的控制，可調(diào)節(jié)輸入至電器負載的功率。
本發(fā)明的次一目的是提供一種數(shù)字控制的交流功率調(diào)節(jié)裝置，通過偵測交流電源的電源側電壓大于一預定的電源側電壓基準值時，在本發(fā)明控制電路的控制之下控制一開關電路的導通狀況，以調(diào)節(jié)供應至該電器負載的功率。
本發(fā)明的次一目的是提供一種能節(jié)省無謂電力消耗的數(shù)字控制式交流功率調(diào)節(jié)裝置，通過比較交流電源的電源側電壓與一預定的電源側電壓基準值的大小，而自動調(diào)節(jié)負載側的電壓大小。
本發(fā)明為解決公知技術的問題所采用的技術手段包括有一微控器、一基準值設定單元、一電源側電壓偵測回路、一負載電流偵測回路、一負載側電壓偵測回路、一開關電路，當該微控器經(jīng)由電源側電壓偵測回路及負載側電壓偵測回路偵測到電源側電壓大于該預定的電源側電壓基準值時，則微控器產(chǎn)生一開關控制信號控制開關電路的導通與否，以供應一預定的電功率至該電器負載，而當偵測到電源側電壓小于該預定的電源側電壓基準值時，則微控器產(chǎn)生一旁路開關控制信號以控制一旁路開關，而不作功率的調(diào)節(jié)。該開關電路中可采用交流矽控整流器或是高速電晶體作為開關元件。
經(jīng)過本發(fā)明所采用的技術手段，可以使得數(shù)字控制的交流功率調(diào)節(jié)裝置可調(diào)節(jié)輸入至電器負載的功率。當偵測到交流電源的電源側電壓大于一預定的電源側電壓基準值時，在本發(fā)明控制電路的控制之下控制一開關電路的導通狀況，以調(diào)節(jié)供應至該電器負載的功率。再者，通過比較交流電源的電源側電壓與一預定的電源側電壓基準值的大小，而可自動調(diào)節(jié)負載側的電壓大小。


圖1為顯示本發(fā)明的控制電路圖；圖2為顯示圖1中固態(tài)電子開關元件的第一實施例圖3顯示圖2實施例中電源側電壓與負載側電壓間的波形圖；圖4顯示圖1中固態(tài)電子開關元件的第二實施例；圖5顯示圖4實施例中電源側電壓與負載側電壓間的波形圖；圖6顯示圖1中濾波電路的實施例電路圖。
符號說明1電器負載 11第一負載端12第二負載端 2濾波電路
21電感元件 22電容元件3開關電路 31固態(tài)電子開關元件311交流矽控整流器 312高速電晶體313保護電路32旁路開關4電源供應電路 5微控器51顯示單元 52基準值設定單元6電源側電壓偵測回路61電壓放大器62模擬至數(shù)字轉換器 63電壓相位偵測電路7負載電流偵測回路 71負載電流放大器72模擬至數(shù)字轉換器 73電流相位偵測電路74電流檢知元件 8負載側電壓偵測回路81電壓放大器 82模擬至數(shù)字轉換器ACV交流電源L1第一電源線L2第二電源線 Ln接地線+V直流電壓 Vlref電源側電壓基準值Iref負載電流額定值 V2ref負載側電壓基準值Svp電源測電壓相位信號 SI負載電流信號Sip負載電流相位信號SV1電源測電壓信號SV2負載側電壓信號 I負載電流S1開關控制信號 S2旁路開關控制信號具體實施方式
參閱圖1所示，其顯示本發(fā)明的控制電路圖。圖式中顯示一電器負載1的第一負載端11連接至交流電源ACV的第一電源線L1、而第二負載端12則經(jīng)過一濾波電路2以及一開關電路3再連接至交流電源ACV的第二電源線L20交流電源ACV除了具有第一及第二電源線L1、L2之外，一般尚有一接地線Ln。
一電源供應電路4由該交流電源ACV的第一電源線L1、L2取得交流電源之后，轉換為所需的直流電壓+V，作為整個發(fā)明控制電路的工作電壓。
在本發(fā)明的控制電路中，其包括有一微控器5，用以作信號的接收、相關數(shù)據(jù)的計算處理及顯示控制、驅動控制之用。該微控器5連結有一顯示單元51，作為顯示各相關數(shù)據(jù)之用，例如電源側電壓、負載電流、負載側電壓、輸入功率、輸出功率…等。
該微控器5亦連接有一基準值設定單元52，用以提供各項設定數(shù)值、校正值或其它控制參數(shù)，例如該基準值設定單元52可提供預設的電源側電壓基準值Vlref、負載電流額定值Iref、負載側電壓基準值V2ref...等。
一電源側電壓偵測回路6包括有一電壓放大器61，其兩輸入端跨接在電源線L1、L2，用以偵測電源側電壓值V1。一模擬至數(shù)字轉換器62連接于該電壓放大器61的輸出端，用以將電壓放大器61所產(chǎn)生的模擬型態(tài)的電壓值轉換為數(shù)字型態(tài)的電源測電壓信號SV1送至微控器5中。一電壓相位偵測電路63亦連接于該電壓放大器61的輸出端，用以偵測該電源側電壓值VI的零交越時間點，并輸出一電源測電壓相位信號Svp至微控器5中，以作為該微控器5控制開關電路3時的同步之用。
一負載電流偵測回路7包括有一負載電流放大器71用來偵測流至電器負載1的負載電流I的大小。一模擬至數(shù)字轉換器72連接至該負載電流放大器71的輸出端，用以將負載電流放大器71所產(chǎn)生的模擬型態(tài)的負載電流值轉換為數(shù)字型態(tài)的負載電流信號SI送至微控器5中。一電流相位偵測電路73也連接于該負載電流放大器71的輸出端，用以偵測該負載電流I的零交越時間點，并輸出一負載電流相位信號Sip至微控器5中，以作為該微控器5控制開關電路3時的同步之用。
前述負載電流I的感測可以一電流檢知元件74串接在第二電源線L2，再將負載電流放大器71的兩輸入端跨接在該電流檢知元件74的兩端。該電流檢知元件74例如可為一串接在該第二電源線L2的電阻。
一負載側電壓偵測回路8包括有一電壓放大器81，其一輸入端連接至第一電源線L1，而另一端則是連接至電器負載1的第二負載端12，以取得一負載側電壓回授信號V3，如此可以據(jù)以偵測實際送至負載側的電壓值大小。一模擬至數(shù)字轉換器82連接于該電壓放大器81的輸出端，用以將電壓放大器81所產(chǎn)生的模擬型態(tài)的電壓值轉換為數(shù)字型態(tài)的負載側電壓信號SV2至微控器5中。
開關電路3中包括有一固態(tài)電子開關元件31(Solid State Switch)，例如可采用交流矽控整流器TRAIC、IGBT等開關元件。該固態(tài)電子開關元件31的兩端31a、31b是串接在第二電源線L2，而與電器負載1、濾波電路2形成串聯(lián)電路。該固態(tài)電子開關元件31的開關動作可由微控器5所產(chǎn)生的一開關控制信號S1所控制。
該開關電路3中另包括有一旁路開關32，其跨接于固態(tài)電子開關元件31與濾波電路2所形成的串聯(lián)電路的兩端。而該旁路開關32的開關動作可由微控器5所產(chǎn)生的一旁路開關控制信號S2所控制。當該旁路開關32閉合時，則電器負載1的供電路徑即由該旁路開關32所控制，此時該固態(tài)電子開關元件31及濾波電路2即失去控制功能。
圖2顯示前述固態(tài)電子開關元件31的第一實施例，圖3顯示此實施例中電源側電壓V1與負載側電壓V2間的波形圖。此實施例中，其主要包括有一交流矽控整流器311(TRAIC)作為開關元件。該交流矽控整流器311在微控器5的開關控制信號S1控制之下，其導通角θ受到控制，進而控制負載側電壓V2的準位，使輸出電壓維持在預定的較低電壓準位。波形圖中，V1表示電源側電壓，V2’是表示經(jīng)過交流矽控整流器311控制所產(chǎn)生的負載側電壓波形，而V2是表示實際輸出的負載側電壓的波形。例如，若電源側電壓V1為115V，則經(jīng)過本發(fā)明控制電路的控制之后，所輸出的負載側電壓V2為105V。
圖4顯示前述固態(tài)電子開關元件31的第二實施例，圖5顯示此實施例中電源側電壓V1與負載側電壓V2間的波形圖。此實施例中，其主要包括有一高速電晶體312(High Speed Switch)作為開關元件，亦可包括有一保護電路313，以使得當負載為電感性負載時，由該保護電路313來保護該高速電晶體312不致受到損壞。該高速電晶體312在微控器5的開關控制信號S1控制之下，產(chǎn)生了高速ON/Off切換的脈波信號，通過控制該脈波信號的工作周期(Duty Cycle)，以及配合濾波電路2的濾波功能，而可在負載側得到一預定的較低電壓準位。波形圖中，V1表示電源側電壓，V2”是表示經(jīng)過高速電晶體312控制所產(chǎn)生的負載側電壓的波形，而V2是表示實際輸出的負載側電壓波形。例如，若電源側電壓V1為115V，則經(jīng)過本發(fā)明控制電路的控制之后，所輸出的負載側電壓V2為105V。
圖6為顯示前述濾波電路2的實施例電路圖，其可用來消除突波電壓及降低干擾問題。該濾波電路2可包括有一電感元件21及一電容元件22，以使實際輸出至負載的電壓電流波形為連續(xù)性的波形。
通過以上的控制電路架構，當微控器5經(jīng)過電源側電壓偵測回路6及負載側電壓偵測回路8偵測到電源側電壓V1大于預定的電源側電壓基準值Vlref時(例如10％)，則微控器5產(chǎn)生開關控制信號S1控制開關電路3的動作，而此時旁路開關32是呈開啟狀態(tài)，故可在負載側得到一預設的負載側電壓V2。在效果上，經(jīng)過本發(fā)明的上述控制，實際上即可調(diào)節(jié)輸送至該電器負載端的功率。
而當微控器5偵測到電源側電壓V1小于預定的電源側電壓基準值Vlref時(例如10％)，則微控器5產(chǎn)生開關控制信號S2控制旁路開關32閉合，亦即不需作輸出電壓的調(diào)整。此時，負載側所得到的負載側電壓V2即等于電源側電壓V1。
綜上所述，本發(fā)明確可提供一極具實用價值的數(shù)字控制式交流功率調(diào)節(jié)裝置，并具有節(jié)省無謂電力消耗的附加價值，故本發(fā)明業(yè)已符合于專利的要件。又其申請前未見于刊物或公開使用，誠已符合專利的要件。
權利要求
1.一種數(shù)字控制的交流功率調(diào)節(jié)裝置，其特征在于可依據(jù)一交流電源的電源側電壓準位而調(diào)節(jié)輸送至一電器負載的負載側電壓準位，其控制電路包括有一微控器；一基準值設定單元，用以提供預設的電源側電壓基準值、負載側電壓基準值至該微控器一電源側電壓偵測回路，連接于該交流電源的電源側電壓，用以感測該電源側電壓，并產(chǎn)生一電源側電壓信號至該微控器；一負載側電壓偵測回路，連接于該電器負載的兩端，用以感測該電器負載兩端的負載側電壓，并產(chǎn)生一負載側電壓信號至該微控器；一開關電路，串聯(lián)于該交流電源與電器負載之間，該開關電路可受微控器所產(chǎn)生的一開關控制信號所控制；當該微控器經(jīng)過電源側電壓偵測回路及負載側電壓偵測回路偵測到電源側電壓大于該預定的電源側電壓基準值時，則微控器產(chǎn)生一開關控制信號控制開關電路的導通與否，以供應一預定的電功率至該電器負載。
2.如權利要求1所述的數(shù)字控制的交流功率調(diào)節(jié)裝置，其特征在于其還包括有一負載電流偵測回路，其具有一電流檢知組件串聯(lián)連接于該交流電源與電器負載之間，用以感測該交流電源供應至電器負載的電流值大小，并產(chǎn)生一負載電流信號至該微控器。
3.如權利要求1所述的數(shù)字控制的交流功率調(diào)節(jié)裝置，其特征在于其還包括有一濾波電路，連接于該開關電路與電器負載之間。
4.如權利要求1所述的數(shù)字控制的交流功率調(diào)節(jié)裝置，其特征在于還包括有一顯示單元，用以顯示各相關數(shù)據(jù)之用，例如電源側電壓、負載電流、負載側電壓。
5.如權利要求1所述的數(shù)字控制的交流功率調(diào)節(jié)裝置，其特征在于該電源側電壓偵測回路中包括有一電壓相位偵測電路，用以偵測該電源側電壓值的零交越時間點，并輸出一電源測電壓相位信號至微控器中。
6.如權利要求1所述的數(shù)字控制的交流功率調(diào)節(jié)裝置，其特征在于該負載電流偵測回路中包括有一電流相位偵測電路，用以偵測該負載電流的零交越時間點，并輸出一電流相位信號至微控器中。
7.如權利要求1所述的數(shù)字控制的交流功率調(diào)節(jié)裝置，其特征在于該負載側電壓偵測回路包括有一電壓放大器，其一輸入端連接至交流電源的其中一電源線，而另一端則是連接至電器負載，以取得一負載側電壓的回授信號；一模擬比至數(shù)字轉換器連接于該電壓放大器的輸出端，用以將電壓放大器所產(chǎn)生的模擬型態(tài)的電壓值轉換為數(shù)字型態(tài)的負載側電壓信號送至微控器中。
8.如權利要求1所述的數(shù)字控制的交流功率調(diào)節(jié)裝置，其特征在于該開關電路中包括有一固態(tài)電子開關組件，該固態(tài)電子開關組件可受微控器所產(chǎn)生的開關控制信號所控制，據(jù)以控制交流電源供應至該電器負載的功率。
9.如權利要求8所述的數(shù)字控制的交流功率調(diào)節(jié)裝置，其特征在于該固態(tài)電子開關組件包括有一交流硅控整流器TRAIC，該微控器所產(chǎn)生的開關控制信號控制該交流硅控整流器的導通角，進而控制該交流電源供應至該電器負載的功率。
10.如權利要求8所述的數(shù)字控制的交流功率調(diào)節(jié)裝置，其特征在于該固態(tài)電子開關組件包括有一高速電晶體作為開關組件，該高速電晶體在微控器的開關控制信號控制之下，產(chǎn)生了高速ON/Off切換的脈波信號，通過控制該脈波信號的工作周期，進而控制該交流電源供應至該電器負載的功率。
11.如權利要求8所述的數(shù)字控制的交流功率調(diào)節(jié)裝置，其中該開關電路中還包括有一旁路開關，其跨接于該固態(tài)電子開關組件與一濾波電路所形成的串聯(lián)電路的兩端，該旁路開關的開關動作可由微控器所產(chǎn)生的一旁路開關控制信號所控制。
全文摘要
本發(fā)明提供一種數(shù)字控制的交流功率調(diào)節(jié)裝置，可解決公用模擬式交流功率控制技術僅能達到簡易控制功能的缺憾，本發(fā)明亦能依據(jù)電源側的電壓狀況適當調(diào)節(jié)輸送至電器負載的電壓。本發(fā)明主要包括有一微控器、一基準值設定單元、一電源側電壓偵測回路、一負載電流偵測回路、一負載側電壓偵測回路、一開關電路，該微控器偵測到電源側電壓大于預定的電源側電壓基準值時，則微控器產(chǎn)生一開關控制信號控制開關電路的導通與否，以供應一預定的電功率至該電器負載。本發(fā)明可用于各種交流電器負載的數(shù)字式功率控制及調(diào)節(jié)。
文檔編號G05F1/10GK1510538SQ0215815
公開日2004年7月7日 申請日期2002年12月23日 優(yōu)先權日2002年12月23日
發(fā)明者劉英彰 申請人:博計電子股份有限公司