JP2003248520A - Power control circuit and its method - Google Patents
Power control circuit and its methodInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は電力制御回路および
方法に関し、特に、電源投入時の突入電流値をコントロ
ールし、過大な電流発生を防止した半導体ヒータの制御
回路およびそのための制御方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power control circuit and method, and more particularly to a semiconductor heater control circuit for controlling an inrush current value when power is turned on and preventing an excessive current generation, and a control method therefor. is there.
【0002】[0002]
【従来の技術】居住環境改善手段として暖房設備は不可
欠のものであるが、石油ストーブやガスストーブは室内
空気換気の必要性あるいは空気汚染や自然環境汚染の問
題があることから、近年、足元から効率よく身体を温め
ることができ、安全で室内空気の汚染も少ない、電気式
床暖房やパネルヒータ方式の暖房設備が注目されてい
る。電気式床暖房は温水式床暖房等と較べ、ボイラー等
の設備および、それらの据え付け場所が不要であり、し
かも、工事が比較的簡単なことから短納期などの特徴が
ある。また、室内暖房に限らず、例えば融雪システム
や、植物栽培用温室、ペット用暖房器具等においても種
々の衛生的なヒータが使用されている。これらの発熱体
として、近年、昇温すると抵抗値が大きくなる半導体ヒ
ータが注目されている。半導体ヒータは、抵抗発熱体で
ある粒子状の導電性カーボンと、そのなかに分散混合さ
れたポリマー樹脂粒子とで構成されており、半導体ヒー
タが低温の状態では樹脂粒子が収縮し導電性カーボンに
電流が流れ易い状態、すなわち低抵抗状態であるが、通
電によって発熱すると樹脂粒子が膨張する結果、導電性
カーボン粒子間の距離が大きくなって、電流の流れる経
路が狭くなり結果的に抵抗値が増加する特性を有してい
る。図6はこの半導体ヒータと従来のニクロム線ヒータ
との電流/電圧特性を示したもので、太線11は半導体
ヒータを、細線はニクロム線ヒータ10を示している。
この図からも明らかなように、ニクロム線ヒータ10で
は電圧の上昇に伴って電流が比例して大きくなるのに対
して、半導体ヒータヒータ11では、一定電圧Vc以上
では、電流が減少する。これは半導体ヒータ11では、
従来のニクロム線式の発熱体と異なり、発熱に伴って電
気抵抗が大きくなる性質を有しているので、温度制御が
比較的簡単であり、安全性に優れたものである。図7は
この様子を示す電流と時間経過との関係の一例を示すも
ので、電源投入直後は電気抵抗が小さいために大きな電
流が流れるが、温度が上昇すると急激に電流が小さくな
る様子が理解できよう。2. Description of the Related Art A heating system is indispensable as a means for improving the living environment. However, oil stoves and gas stoves have recently been starting to grow due to the need for indoor air ventilation or the problems of air pollution and natural environment pollution. Electric floor heating and panel heater type heating equipment that can efficiently warm the body, are safe, and have little indoor air pollution are drawing attention. Compared to hot water type floor heating, electric floor heating does not require equipment such as boilers and installation places for them, and has features such as short delivery time because the construction is relatively easy. In addition to indoor heating, various hygienic heaters are also used in, for example, snow melting systems, greenhouses for growing plants, heating appliances for pets, and the like. As these heating elements, in recent years, a semiconductor heater, which has a large resistance value when the temperature is raised, has been attracting attention. The semiconductor heater is composed of particulate conductive carbon, which is a resistance heating element, and polymer resin particles dispersed and mixed therein. When the semiconductor heater is in a low temperature state, the resin particles shrink and become conductive carbon. Although the current easily flows, that is, the resistance is low, the resin particles expand when heat is generated by energization, resulting in a large distance between the conductive carbon particles and a narrow current flow path, resulting in a resistance value. It has the property of increasing. FIG. 6 shows the current / voltage characteristics of this semiconductor heater and a conventional nichrome wire heater. The thick line 11 shows the semiconductor heater and the thin line shows the nichrome wire heater 10.
As is clear from this figure, in the nichrome wire heater 10, the current increases proportionally as the voltage rises, whereas in the semiconductor heater heater 11, the current decreases above a certain voltage Vc. This is the semiconductor heater 11,
Unlike the conventional nichrome wire type heating element, it has the property of increasing the electric resistance with heat generation, so that the temperature control is relatively easy and the safety is excellent. FIG. 7 shows an example of the relationship between the current and the passage of time showing this situation. It is understood that a large current flows immediately after the power is turned on because the electric resistance is small, but the current rapidly decreases as the temperature rises. I can do it.
【0003】このように、半導体ヒータでは、温度が上
昇すると抵抗値が大きくなるため、昇温すると電流が小
さくなり、その結果一定温度が維持されるという自己制
御がある。しかしながら、半導体ヒータを用いたヒータ
装置は、起動開始時の低温状態では、電源投入時に突入
電流として大電流が流れる。この突入電流の発生によっ
て、急激に温度が上昇するので、迅速な暖房効果がもた
らされることが半導体ヒータの一つの特徴ではあるが、
電源として突入電流に耐え得る大電流容量の電源設備が
必要となる。通常、一般家庭に限らず、商用電力供給に
は安全維持のため一定値以上の電流発生を阻止するため
のブレーカが備えられており、突入電流許容値にも制限
がある。仮に大きな突入電流発生に対応するために、ブ
レーカ制限電流値を大きくすれば、それに伴って電力契
約金額が高くなり、電力需給コストが高くなるという問
題があった。As described above, in the semiconductor heater, since the resistance value increases as the temperature rises, the current decreases as the temperature rises, and as a result, there is self-control in which a constant temperature is maintained. However, in the heater device using the semiconductor heater, a large current flows as an inrush current when the power is turned on in a low temperature state at the start of activation. One of the features of the semiconductor heater is that a rapid heating effect is brought about because the temperature rises rapidly due to the generation of this inrush current.
A power supply facility with a large current capacity that can withstand inrush current is required as a power supply. Usually, not only for general households, commercial power supply is equipped with a breaker for preventing current generation above a certain value to maintain safety, and the inrush current allowable value is also limited. If the breaker limit current value is increased in order to cope with the occurrence of a large inrush current, there is a problem that the power contract amount is accordingly increased and the power supply and demand cost is increased.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述したよう
な半導体ヒータを使用する際の問題を解決するためにな
されたものであって、半導体ヒータの特性に適した制御
を行い、その特性を損なうことなく、しかも、電力需給
コストの上昇を防止し得る半導体ヒータの制御回路およ
び方法を提供することを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problem when using a semiconductor heater as described above, and performs control suitable for the characteristics of the semiconductor heater and An object of the present invention is to provide a semiconductor heater control circuit and method that can prevent an increase in power supply and demand costs without damaging the power supply.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1記載の発明は、温度上昇に伴って電気抵抗
が大きくなる発熱体に電力を供給する電力制御回路にお
いて、前記発熱体に供給される電流値を検出する電流検
出手段と、前記電流値を制御する電流制御手段と、前記
発熱体の温度を検出する温度検出手段と、前記電流検出
手段及び前記温度検出手段からの情報に基づいて前記電
流制御手段を制御する電力制御手段と、を備え、前記電
力制御手段は、電源投入後、該電源からの全電力を所定
時間前記発熱体に供給し、該供給の結果前記電流検出手
段から検出される電流値が所定の電流値を超過すると判
断した場合、前記電流制御手段を介して前記全電力を一
旦遮断し、その後前記電源の位相を制御することにより
前記電流検出手段からの電流値が所定の電流値となるよ
うに電圧を制御することを特徴とする。通常電源投入時
は負荷に対して大きな突入電流が流れる。このとき負荷
として半導体ヒータを使用した場合は、温度上昇に伴っ
て電気抵抗が大きくなり、その結果電流が徐々に減少す
る。しかし、突入時に所定の時間を経過して規定の電流
値が流れ続けると、ブレーカの定格を超えてしまい、ブ
レーカが落ちてしまう。これを防ぐために突入時に10
0%の電源電圧を加えた時に電流値を検出して、ブレー
カの定格を超えると判断した場合、一旦電源をOFFに
して、そこから徐々に位相制御により電圧を上昇して、
ブレーカの定格付近まで電流が流れるようにする。そし
て、ヒータが温まって抵抗値が上昇して、電流値が下が
るに追従して、位相制御で電圧を上げてやりブレーカの
定格付近まで電流が流れるようにして、これを100%
の出力になるまで繰り返す。かかる発明によれば、前記
電力制御手段は、電源投入後、該電源からの全電力を所
定時間前記発熱体に供給し、該供給の結果前記電流検出
手段から検出される電流値が所定の電流値を超過すると
判断した場合、前記電流制御手段を介して前記全電力を
一旦遮断し、その後前記電源の位相を制御することによ
り前記電流検出手段からの電流値が所定の電流値となる
ように電圧を制御するので、突入時の電力を有効に活用
し、しかも、ブレーカを落とさずにヒータへの電力を効
率よく供給することができる。In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 is a power control circuit for supplying power to a heating element whose electric resistance increases as temperature rises. Current detecting means for detecting the current value supplied to the device, current controlling means for controlling the current value, temperature detecting means for detecting the temperature of the heating element, and information from the current detecting means and the temperature detecting means. Power control means for controlling the current control means on the basis of the power supply means, the power control means supplies all the electric power from the power supply to the heating element for a predetermined time after the power is turned on, and as a result of the supply, the current When it is determined that the current value detected by the detection means exceeds a predetermined current value, the total current is temporarily cut off via the current control means, and then the phase of the power source is controlled to control the current detection means. The current value of the Luo and controls the voltage to be a predetermined current value. When the power is turned on normally, a large inrush current flows to the load. At this time, when the semiconductor heater is used as the load, the electric resistance increases as the temperature rises, and as a result, the current gradually decreases. However, if a specified current value continues to flow for a predetermined time at the time of entry, the breaker rating will be exceeded and the breaker will fall. 10 to prevent this
When the current value is detected when 0% power supply voltage is applied and it is determined that the breaker rating is exceeded, the power supply is turned off once and then the voltage is gradually increased by phase control.
Make sure the current flows near the breaker rating. Then, as the heater warms up, the resistance value rises, and the current value falls, the voltage is increased by phase control so that the current flows near the rated value of the breaker.
Repeat until the output of. According to the invention, the power control means supplies all the electric power from the power supply to the heating element for a predetermined time after the power is turned on, and the current value detected by the current detection means as a result of the supply is a predetermined current. When it is determined that the value exceeds the value, the total electric power is temporarily cut off via the current control means, and then the phase of the power source is controlled so that the current value from the current detection means becomes a predetermined current value. Since the voltage is controlled, it is possible to effectively utilize the electric power at the time of rush, and to efficiently supply the electric power to the heater without dropping the breaker.
【0006】請求項2又は9記載の発明では、前記電流
検出手段からの電流値が所定の電流値となるように前記
電流制御手段を介して制御される出力電圧は、前記電源
電圧と等しくなるまで漸次上昇制御されることも本発明
の有効な手段である。半導体ヒータは電流が流れてその
温度が上昇すると抵抗値が上昇して電流を下げる働きが
ある。しかし、ヒータとして一定の温度を保つために
は、ある一定の電流を流す必要がある。抵抗値が上昇し
て電流が減少したときには、電圧を高くしていき所定の
電流を確保する必要がある。従って、温度上昇に伴って
ヒータに供給する電圧は徐々に上昇させる制御が有効で
ある。かかる技術手段によれば、前記電流検出手段から
の電流値が所定の電流値となるように前記電流制御手段
を介して制御される出力電圧は、前記電源電圧と等しく
なるまで漸次上昇制御されるため、ヒータ温度の低下を
抑え、しかも、電流変化を緩やかにすることができる。In the invention of claim 2 or 9, the output voltage controlled by the current control means so that the current value from the current detection means becomes a predetermined current value becomes equal to the power supply voltage. It is an effective means of the present invention that the temperature is gradually controlled to rise. When a current flows and the temperature of the semiconductor heater increases, the resistance value of the semiconductor heater increases and the current decreases. However, in order to maintain a constant temperature as the heater, it is necessary to flow a certain constant current. When the resistance value increases and the current decreases, it is necessary to increase the voltage and secure a predetermined current. Therefore, it is effective to control the voltage supplied to the heater gradually as the temperature rises. According to the technical means, the output voltage controlled by the current control means so that the current value from the current detection means becomes a predetermined current value is gradually controlled to increase until it becomes equal to the power supply voltage. Therefore, it is possible to suppress the decrease in the heater temperature and to moderate the change in current.
【0007】請求項3又は10記載の発明では、前記電
力制御手段は、所定の時間間隔で前記電流制御手段を制
御して前記発熱体に電圧を供給若しくは遮断することに
より前記発熱体の温度を制御することも本発明の有効な
手段である。ここで、ヒータ温度を一定に保つには、ヒ
ータへの供給電力をON/OFFして制御する方法があ
る。この場合予め、ON/OFFの時間と温度との関係
を調べておき、指定された温度に対して所定の間隔でO
N/OFFを繰り返して温度制御する。かかる技術手段
によれば、前記電力制御手段は、所定の時間間隔で前記
電流制御手段を制御して前記発熱体に電圧を供給若しく
は遮断することにより前記発熱体の温度を制御するた
め、温度検出手段を必要とせず、安価なヒータを実現す
ることができる。請求項4又は11記載の発明では、前
記電力制御手段は、温度検出手段からの情報に基づいて
前記電流制御手段を制御して前記発熱体に電圧を供給若
しくは遮断することも本発明の有効な手段である。ヒー
タに設けられた温度検出手段により温度を検出して、そ
れによりヒータへの電力をON/OFFして制御する。
かかる技術手段によれば、前記電力制御手段は、温度検
出手段からの情報に基づいて前記電流制御手段を制御し
て前記発熱体に電圧を供給若しくは遮断するので、正確
な温度制御が可能である。請求項5記載の発明では、前
記電力制御手段が、交流電源サイクル波形の一部を通電
するよう制御されたものであることも本発明の有効な手
段である。かかる技術手段によれば、位相制御により、
交流電源サイクル波形の一部を通電するので、ゼロクロ
ス制御が可能となり制御によるノイズの発生を除去する
ことができる。In the invention according to claim 3 or 10, the power control means controls the current control means at a predetermined time interval to supply or cut off a voltage to the heating element to control the temperature of the heating element. Controlling is also an effective means of the present invention. Here, in order to keep the heater temperature constant, there is a method of controlling the power supplied to the heater by turning it on and off. In this case, the relationship between the ON / OFF time and the temperature is checked in advance, and the O
The temperature is controlled by repeating N / OFF. According to the technical means, the power control means controls the temperature of the heating element by controlling the current control means at a predetermined time interval to supply or cut off voltage to the heating element. An inexpensive heater can be realized without requiring any means. In the invention according to claim 4 or 11, it is also effective that the power control means controls the current control means based on the information from the temperature detection means to supply or cut off a voltage to the heating element. It is a means. The temperature is detected by the temperature detecting means provided in the heater, and the electric power to the heater is turned on / off to be controlled thereby.
According to the technical means, the power control means controls the current control means based on the information from the temperature detection means to supply or cut off the voltage to the heating element, so that accurate temperature control is possible. . In the invention according to claim 5, it is also an effective means of the present invention that the power control means is controlled so as to energize a part of the AC power supply cycle waveform. According to such technical means, by the phase control,
Since a part of the alternating-current power supply cycle waveform is energized, zero-cross control can be performed, and generation of noise due to control can be eliminated.
【0008】請求項6記載の発明では、前記電力制御手
段が、サイリスタを含むことも本発明の有効な手段であ
る。かかる技術手段によれば、サイリスタを使用するこ
とにより、論理信号により電力制御を行うことができ
る。請求項7記載の発明では、前記電源が直流に変換さ
れる手段を有するものであって、前記電力制御手段が、
DCチョッパのパルス変調方式であることも本発明の有
効な手段である。かかる技術手段によれば、交流電圧を
直流に変換してその直流電圧を利用して電力制御する方
法として、DCチョッパのパルス変調方式がある。この
方式を利用することにより、パルス幅を変調することに
より、容易に温度制御が可能である。請求項8記載の発
明では、温度上昇に伴って電気抵抗が大きくなる発熱体
に電力を供給する電力制御方法において、前記発熱体に
供給される電流値を検出する電流検出手段と、前記電流
値を制御する電流制御手段と、前記発熱体の温度を検出
する温度検出手段と、前記電流検出手段及び前記温度検
出手段からの情報に基づいて前記電流制御手段を制御す
る電力制御手段と、を備え、前記電力制御手段は、電源
投入後、該電源からの全電力を所定時間前記発熱体に供
給し、該供給の結果前記電流検出手段から検出される電
流値が所定の電流値を超過すると判断した場合、前記電
流制御手段を介して前記全電力を一旦遮断し、その後前
記電源の位相を制御することにより前記電流検出手段か
らの電流値が所定の電流値となるように電圧を制御する
ことを特徴とする。かかる発明によれば、請求項1と同
様な作用効果を奏する。In the invention according to claim 6, it is also an effective means of the present invention that the power control means includes a thyristor. According to such a technical means, the power control can be performed by the logic signal by using the thyristor. According to a seventh aspect of the present invention, the power source has means for converting to direct current, and the power control means comprises:
The pulse modulation method of the DC chopper is also an effective means of the present invention. According to this technical means, there is a pulse modulation method of a DC chopper as a method of converting an AC voltage into a DC voltage and controlling the electric power using the DC voltage. By using this method, the temperature can be easily controlled by modulating the pulse width. In the invention according to claim 8, in a power control method for supplying power to a heating element whose electric resistance increases as temperature rises, current detection means for detecting a current value supplied to the heating element, and the current value. Current control means for controlling the temperature of the heating element, temperature detection means for detecting the temperature of the heating element, and power control means for controlling the current control means based on information from the current detection means and the temperature detection means. The power control means supplies all the electric power from the power supply to the heating element for a predetermined time after the power is turned on, and as a result of the supply, the current value detected by the current detection means exceeds a predetermined current value. In such a case, the total power is once cut off via the current control means, and then the phase of the power source is controlled to control the voltage so that the current value from the current detection means becomes a predetermined current value. And wherein the door. According to this invention, the same effect as that of the first aspect can be obtained.
【0009】[0009]
【発明の実施形態】以下、本発明を図に示した実施形態
を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載さ
れる構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置
などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれ
のみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図1は本発明に係る半導体ヒータ制御回路1の一実施例
を示すブロック構成図である。同図において符号2は一
般家庭用の交流電源であって、ブレーカ3を介して、制
御対象の半導体ヒータ等の負荷4に接続される。この例
に示す制御回路1は、半導体ヒータ4に供給される電流
を検出する電流センサ5と、通電電流を制御する半導体
素子(例えばサイリスタあるいはトライアック)6と、
それらの信号を受け取り、また制御信号を発生するため
のCPUを含む制御部7を備えている。さらに、半導体
ヒータ等の負荷機器4の温度を精密にコントロールする
ために、負荷機器4内に、温度検出素子として熱電対等
の温度センサ8を備えており、このセンサの出力が前記
制御部7のCPUに供給されるようになっている。図2
は電流制御の一例として、所謂、位相制御を使用する場
合の通電波形図を示したもので、前記図1の半導体素子
(サイリスタ、トライアック)6のゲート制御信号の入
力方法によって、同図(a)に示す立上り基準方式のよ
うに交流信号波形の立上り部分のゼロクロス点をトリガ
として一定期間通電することによって、流れる電流値を
制御することができる。また、ゲートターンオン・オフ
スイッチ(GTO)サイリスタを使用すれば、同図
(b)の立下り基準方式や、基本波利用効率に優れた
(C)の中央基準方式の位相制御が可能となるが、制御
を簡単にするために図3に示す、半波波形通電方式を採
用してもよい。なお、各波形の通電タイミングや通電時
間は、CPUを含む制御部7において決定し制御する。
また、近年、太陽電池や、夜間電力をバッテリィに蓄積
しておき、利用することも検討されているが、そのよう
な直流電源を使用する場合、供給電力の制御には、例え
ば図4に示すようなDCチョッパ方式が有用である。す
なわち、その一例として、同図(a)、(b)に示すよ
うに、直流電流を断続してトータル電流を制御すればよ
い。(a)は一定周期で発生する通電パルスの時間tO
N時間(パルス幅)を変化させてトータル電流を制御す
る方法(PWM;Pulse Width Modulation)や、同図
(b)に示すように、パルスのオン時間またはパルスの
オフ時間のいづれかを一定として、入力に応じて繰り返
し周期を変化させることによって総合電流を制御する方
法(PFM;Pulse Frequency Modulation)等が好適で
あろう。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in detail below with reference to the embodiments shown in the drawings. However, the constituent elements, types, combinations, shapes, relative arrangements, and the like described in this embodiment are merely explanatory examples, not the gist of limiting the scope of the present invention thereto, unless specifically stated. .
1 is a block diagram showing an embodiment of a semiconductor heater control circuit 1 according to the present invention. In the figure, reference numeral 2 is a general household AC power supply, and is connected via a breaker 3 to a load 4 such as a semiconductor heater to be controlled. The control circuit 1 shown in this example includes a current sensor 5 that detects a current supplied to the semiconductor heater 4, a semiconductor element (for example, a thyristor or a triac) 6 that controls a current flowing,
A control unit 7 including a CPU for receiving these signals and generating control signals is provided. Further, in order to precisely control the temperature of the load device 4 such as a semiconductor heater, the load device 4 is provided with a temperature sensor 8 such as a thermocouple as a temperature detecting element, and the output of this sensor is output from the control unit 7. It is supplied to the CPU. Figure 2
Shows an energization waveform diagram when so-called phase control is used as an example of the current control, and in the same figure (a) by the input method of the gate control signal of the semiconductor element (thyristor, triac) 6 of FIG. The current value flowing can be controlled by energizing for a certain period of time by using the zero-cross point of the rising portion of the AC signal waveform as a trigger as in the rising reference method shown in FIG. Moreover, if a gate turn-on / off switch (GTO) thyristor is used, phase control of the falling reference method of FIG. 7B or the central reference method of FIG. 7C, which is excellent in fundamental wave utilization efficiency, becomes possible. In order to simplify the control, the half-wave waveform energization method shown in FIG. 3 may be adopted. The energization timing and energization time of each waveform are determined and controlled by the control unit 7 including the CPU.
Further, in recent years, it has been considered to accumulate and use a solar cell or nighttime electric power in a battery. When such a DC power supply is used, control of the supplied electric power is performed, for example, as shown in FIG. Such a DC chopper method is useful. That is, as an example, as shown in FIGS. 7A and 7B, the total current may be controlled by connecting and disconnecting the DC current. (A) is the time tO of the energizing pulse generated in a constant cycle.
A method of changing the N time (pulse width) to control the total current (PWM; Pulse Width Modulation), or as shown in FIG. 7B, either the pulse on-time or the pulse off-time is set to be constant. A method (PFM; Pulse Frequency Modulation) or the like in which the total current is controlled by changing the repetition period according to the input may be suitable.
【0010】図5は本発明に係る半導体ヒータ制御方法
の一例を示すフローチャートである。この例に示す手順
では、まず電源を投入すると、ブレーカ等の電流遮断手
段が動作しない程度の短時間100%の電圧にて通電す
る(ステップ1)。短時間であれば大電流が流れても危
険はないが、もし、過大電流発生の可能性がある場合
は、初期電圧を予め定めた低電圧にしておくことも安全
上好ましいであろう。ステップ1において短時間、例え
ば0.5秒以下初期電流通電時における電流値を前記電
流センサ5によって検出し、その値をデジタル化してC
PUが取り込み、初期通電電圧に対する電流が、規定値
比較され再電源投入時の電圧を計算する。すなわち、半
導体ヒータは電源投入初期の大きな突入電流によって急
速に加熱され、迅速な暖房効果が得られるから、許容さ
れる範囲でできる限り大きな電流を通電したほうが効果
的である。そこで、初期短時間通電時に、許容範囲最大
限の突入電流値を算出し、その電流となるような電圧に
設定する(ステップ2、3)。その後、再通電を行い
(ステップ4)、同時に電流を検出する(ステップ
5)。一般的に、再通電時の設定電圧は比較的小さな電
圧値に設定されることになるが、再通電に伴って半導体
ヒータは温度上昇し、電気抵抗が急激に大きくなるの
で、そのままの電圧値では迅速な保温効果は少なくなる
ので、以後連続的に通電電流値を検出し(ステップ
5)、予め設定した規定電流値と比較しつつ(ステップ
6)印加すべき電圧値を算出する。比較の結果電流が規
定、例えば最大許容電流値より小さい場合は、電圧値を
上昇させて(ステップ8)上記ステップ5に戻り、続け
てステップ6に至る。またステップ6における比較の結
果、規定値より電流が大きい場合は電圧を降下させて同
様にステップ5,6を繰り返す。一般的に再電源投入時
の初期設定電圧は大幅に小さくなるはずであるから、通
常は、ステップ5、ステップ6,ステップ8、ステップ
5をサイクリックに繰り返し、温度上昇に伴い電気抵抗
が大きくなるので順次印加電圧を高くなるように変化さ
せ、突入電流期間を過ぎると100%の印加電圧値にな
って定常状態となる。FIG. 5 is a flow chart showing an example of the semiconductor heater control method according to the present invention. In the procedure shown in this example, when the power is first turned on, the power is supplied at a voltage of 100% for a short time such that the current interrupting means such as a breaker does not operate (step 1). If a large current flows for a short time, there is no danger, but if an excessive current is likely to occur, it may be preferable for safety to set the initial voltage to a predetermined low voltage. In step 1, the current value is detected by the current sensor 5 for a short time, for example, when an initial current is supplied for 0.5 seconds or less, and the value is digitized to C
The current taken in by the PU and compared to the initial energization voltage is compared with the specified value to calculate the voltage when the power is turned on again. That is, since the semiconductor heater is rapidly heated by a large rush current at the initial stage of power-on and a quick heating effect can be obtained, it is more effective to supply a current as large as possible within an allowable range. Therefore, during the initial short-time energization, the rush current value with the maximum allowable range is calculated, and the voltage is set to be that current (steps 2 and 3). Then, re-energization is performed (step 4), and at the same time, the current is detected (step 5). Generally, the set voltage at the time of re-energization is set to a relatively small voltage value, but the temperature of the semiconductor heater rises with re-energization and the electric resistance rapidly increases. Since the rapid heat retention effect decreases, the energizing current value is continuously detected thereafter (step 5), and the voltage value to be applied is calculated while comparing it with the preset specified current value (step 6). As a result of the comparison, if the current is a prescribed value, for example, smaller than the maximum allowable current value, the voltage value is increased (step 8) and the process returns to step 5 and then step 6. If the result of comparison in step 6 is that the current is larger than the specified value, the voltage is dropped and steps 5 and 6 are repeated. Generally, the initial setting voltage when the power is turned on again should be significantly reduced, so normally step 5, step 6, step 8, and step 5 are cyclically repeated, and the electric resistance increases as the temperature rises. Therefore, the applied voltage is sequentially changed to increase, and after the rush current period, the applied voltage value becomes 100% and the steady state is achieved.
【0011】なお、以上の説明においては、電源投入初
期の突入電流制限を主眼とした制御方法を示したが、通
常の運用において設定温度調整や迅速な暖房等における
制御を、上記CPUによって行うことができることは云
うまでもない。また、上述した実施例は一例であって、
他にも種々変形が可能である。例えば、使用する発熱体
としては、半導体ヒータに限らず、同様に突入電流が発
生する性質のヒータに広く適用可能である。In the above description, the control method has been shown focusing on the inrush current limitation at the initial stage of power-on. However, in the normal operation, the CPU controls the preset temperature adjustment and quick heating. It goes without saying that you can do it. Further, the above-mentioned embodiment is an example,
Other various modifications are possible. For example, the heating element to be used is not limited to the semiconductor heater, but can be widely applied to a heater that similarly generates an inrush current.
【0012】[0012]
【発明の効果】以上説明したように構成するので、本発
明はそれぞれ以下のような効果がもたらされる。すなわ
ち、請求項1、8記載の発明は、前記電力制御手段は、
電源投入後、該電源からの全電力を所定時間前記発熱体
に供給し、該供給の結果前記電流検出手段から検出され
る電流値が所定の電流値を超過すると判断した場合、前
記電流制御手段を介して前記全電力を一旦遮断し、その
後前記電源の位相を制御することにより前記電流検出手
段からの電流値が所定の電流値となるように電圧を制御
するので、突入時の電力を有効に活用し、しかも、ブレ
ーカを落とさずにヒータへの電力を効率よく供給するこ
とができる。請求項2、9記載の発明では、前記電流検
出手段からの電流値が所定の電流値となるように前記電
流制御手段を介して制御される出力電圧は、前記電源電
圧と等しくなるまで漸次上昇制御されるため、ヒータ温
度の低下を抑え、しかも、電流変化を緩やかにすること
ができる。請求項3、10記載の発明では、前記電力制
御手段は、所定の時間間隔で前記電流制御手段を制御し
て前記発熱体に電圧を供給若しくは遮断することにより
前記発熱体の温度を制御するため、温度検出手段を必要
とせず、安価なヒータを実現することができる。Since the present invention is constructed as described above, the present invention has the following effects. That is, in the invention according to claims 1 and 8, the power control means is
After the power is turned on, all the electric power from the power source is supplied to the heating element for a predetermined time, and when it is determined that the current value detected by the current detection means exceeds the predetermined current value as a result of the supply, the current control means Voltage is controlled so that the current value from the current detection means becomes a predetermined current value by temporarily shutting off all the electric power via the In addition, it is possible to efficiently supply electric power to the heater without dropping the breaker. In the invention according to claims 2 and 9, the output voltage controlled by the current control means so that the current value from the current detection means becomes a predetermined current value gradually increases until it becomes equal to the power supply voltage. Since the temperature is controlled, it is possible to suppress a decrease in the heater temperature and to moderate the change in current. In the inventions according to claims 3 and 10, the power control means controls the temperature of the heating element by controlling the current control means at a predetermined time interval to supply or cut off voltage to the heating element. An inexpensive heater can be realized without the need for temperature detecting means.
【0013】請求項4、11記載の発明では、前記電力
制御手段は、温度検出手段からの情報に基づいて前記電
流制御手段を制御して前記発熱体に電圧を供給若しくは
遮断するので、正確な温度制御が可能である。請求項5
記載の発明では、位相制御により、交流電源サイクル波
形の一部を通電するので、ゼロクロス制御が可能となり
制御によるノイズの発生を除去することができる。請求
項6記載の発明では、サイリスタを使用することによ
り、論理信号により電力制御を行うことができる。請求
項7記載の発明では、交流電圧を直流に変換してその直
流電圧を利用して電力制御する方法として、DCチョッ
パのパルス変調方式がある。この方式を利用することに
より、パルス幅を変調することにより、容易に温度制御
が可能である。According to the present invention, the electric power control means controls the current control means based on the information from the temperature detection means to supply or cut off the voltage to the heating element. Temperature control is possible. Claim 5
In the invention described above, since a part of the AC power supply cycle waveform is energized by the phase control, zero-cross control can be performed and the generation of noise due to the control can be eliminated. In the invention described in claim 6, by using the thyristor, the power can be controlled by the logic signal. In a seventh aspect of the invention, as a method of converting an alternating voltage into a direct current and controlling the electric power using the direct current voltage, there is a pulse modulation method of a DC chopper. By using this method, the temperature can be easily controlled by modulating the pulse width.
【図1】本発明の半導体ヒータ制御回路の要部構成例を
示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a main part of a semiconductor heater control circuit of the present invention.
【図2】(a)、(b)、(c)は本発明における電流
/電圧制御方法例として示す位相制御波形図である。2 (a), (b), (c) are phase control waveform diagrams shown as an example of a current / voltage control method in the present invention.
【図3】本発明における電流/電圧制御方法例として示
す半波整流式の位相制御波形図である。FIG. 3 is a half-wave rectification type phase control waveform diagram showing an example of a current / voltage control method in the present invention.
【図4】(a)、(b)は、本発明における電流/電圧
制御方法例として、直流電源対応型のDCチョッパ・パ
ルス方式の電流・電圧制御例を示す図である。4A and 4B are diagrams showing a current / voltage control example of a DC chopper / pulse system corresponding to a DC power supply as an example of a current / voltage control method in the present invention.
【図5】本発明に係る半導体ヒータ制御方法の一例を示
すフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart showing an example of a semiconductor heater control method according to the present invention.
【図6】半導体ヒータの電流と電圧との関係例を示す図
である。FIG. 6 is a diagram showing an example of the relationship between current and voltage of a semiconductor heater.
【図7】半導体ヒータの電流と電圧との関係を示す図で
ある。FIG. 7 is a diagram showing a relationship between current and voltage of a semiconductor heater.
1 半導体ヒータの制御回路 2 交流電源 3 ブレーカ 4 パネルヒータ(半導体ヒータ) 5 電流センサ 6 半導体素子(サイリスタ、トライアック等) 7 制御部 8 温度センサ 1 Semiconductor heater control circuit 2 AC power supply 3 breakers 4 panel heater (semiconductor heater) 5 Current sensor 6 Semiconductor elements (thyristors, triacs, etc.) 7 control unit 8 Temperature sensor
Claims (11)
発熱体に電力を供給する電力制御回路において、 前記発熱体に供給される電流値を検出する電流検出手段
と、前記電流値を制御する電流制御手段と、前記発熱体
の温度を検出する温度検出手段と、前記電流検出手段及
び前記温度検出手段からの情報に基づいて前記電流制御
手段を制御する電力制御手段と、を備え、 前記電力制御手段は、電源投入後、該電源からの全電力
を所定時間前記発熱体に供給し、該供給の結果前記電流
検出手段から検出される電流値が所定の電流値を超過す
ると判断した場合、前記電流制御手段を介して前記全電
力を一旦遮断し、その後前記電源の位相を制御すること
により前記電流検出手段からの電流値が所定の電流値と
なるように電圧を制御することを特徴とする電力制御回
路。1. A power control circuit for supplying electric power to a heating element whose electric resistance increases as the temperature rises. Current detecting means for detecting a current value supplied to the heating element, and controlling the current value. Current control means, temperature detection means for detecting the temperature of the heating element, and power control means for controlling the current control means based on information from the current detection means and the temperature detection means; When the control means determines that the current value detected by the current detection means exceeds the predetermined current value as a result of supplying all the electric power from the power supply to the heating element for a predetermined time after the power is turned on, The voltage is controlled so that the current value from the current detection unit becomes a predetermined current value by once shutting off all the electric power via the current control unit and then controlling the phase of the power supply. Power control circuit.
電流値となるように前記電流制御手段を介して制御され
る出力電圧は、前記電源電圧と等しくなるまで漸次上昇
制御されることを特徴とする請求項1に記載の電力制御
回路。2. The output voltage controlled by the current control unit so that the current value from the current detection unit becomes a predetermined current value is gradually increased and controlled until it becomes equal to the power supply voltage. The power control circuit according to claim 1, wherein the power control circuit is a power control circuit.
前記電流制御手段を制御して前記発熱体に電圧を供給若
しくは遮断することにより前記発熱体の温度を制御する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の電力制御回
路。3. The power control means controls the temperature of the heating element by controlling the current control means at a predetermined time interval to supply or cut off a voltage to the heating element. The power control circuit according to item 1 or 2.
の情報に基づいて前記電流制御手段を制御して前記発熱
体に電圧を供給若しくは遮断することを特徴とする請求
項1又は2に記載の電力制御回路。4. The electric power control means controls the current control means based on information from a temperature detection means to supply or cut off a voltage to the heating element. Power control circuit.
波形の一部を通電するよう制御されたものであることを
特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の電力制
御回路。5. The power control circuit according to claim 1, wherein the power control means is controlled so as to energize a part of an AC power cycle waveform.
ことを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の
電力制御回路。6. The power control circuit according to claim 1, wherein the power control means includes a thyristor.
るものであって、前記電力制御手段が、DCチョッパの
パルス変調方式であることを特徴とする請求項1乃至6
の何れか一項に記載の電力制御回路。7. The power source includes means for converting to direct current, and the power control means is a DC chopper pulse modulation system.
The power control circuit according to claim 1.
発熱体に電力を供給する電力制御方法において、 前記発熱体に供給される電流値を検出する電流検出手段
と、前記電流値を制御する電流制御手段と、前記発熱体
の温度を検出する温度検出手段と、前記電流検出手段及
び前記温度検出手段からの情報に基づいて前記電流制御
手段を制御する電力制御手段と、を備え、 前記電力制御手段は、電源投入後、該電源からの全電力
を所定時間前記発熱体に供給し、該供給の結果前記電流
検出手段から検出される電流値が所定の電流値を超過す
ると判断した場合、前記電流制御手段を介して前記全電
力を一旦遮断し、その後前記電源の位相を制御すること
により前記電流検出手段からの電流値が所定の電流値と
なるように電圧を制御することを特徴とする電力制御方
法。8. A power control method for supplying electric power to a heating element whose electric resistance increases as the temperature rises, the current detecting means detecting a current value supplied to the heating element, and controlling the current value. Current control means, temperature detection means for detecting the temperature of the heating element, and power control means for controlling the current control means based on information from the current detection means and the temperature detection means; When the control means determines that the current value detected by the current detection means exceeds the predetermined current value as a result of supplying all the electric power from the power supply to the heating element for a predetermined time after the power is turned on, The voltage is controlled so that the current value from the current detection unit becomes a predetermined current value by once shutting off all the electric power via the current control unit and then controlling the phase of the power supply. Power control method for.
電流値となるように前記電流制御手段を介して制御され
る出力電圧は、前記電源電圧と等しくなるまで漸次上昇
制御されることを特徴とする請求項8に記載の電力制御
方法。9. The output voltage controlled by the current control unit so that the current value from the current detection unit becomes a predetermined current value is gradually controlled to increase until it becomes equal to the power supply voltage. The power control method according to claim 8, which is characterized in that:
で前記電流制御手段を制御して前記発熱体に電圧を供給
若しくは遮断することを特徴とする請求項8又は9に記
載の電力制御方法。10. The power control method according to claim 8, wherein the power control means controls the current control means at a predetermined time interval to supply or cut off a voltage to the heating element. .
らの情報に基づいて前記電流制御手段を制御して前記発
熱体に電圧を供給若しくは遮断することを特徴とする請
求項8又は9に記載の電力制御方法。11. The electric power control means controls the current control means based on information from the temperature detection means to supply or cut off a voltage to the heating element. Power control method.
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JP (1) | JP2003248520A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008503199A (en) * | 2004-06-14 | 2008-01-31 | ヨンチャン チョー | Low power switching method using AC power, system for implementing the method, and power supply using the system |
JP2008234587A (en) * | 2007-03-23 | 2008-10-02 | Matsushita Electric Works Ltd | Power control device |
JP2008281163A (en) * | 2007-05-14 | 2008-11-20 | Sharp Corp | Four-way valve drive circuit and heat transfer device furnished with it |
JP2013166657A (en) * | 2012-02-14 | 2013-08-29 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Method and apparatus for producing silicon carbide single crystal |
JP2015212227A (en) * | 2015-08-26 | 2015-11-26 | 住友電気工業株式会社 | Manufacturing method and manufacturing apparatus for silicon carbide single crystal |
-
2002
- 2002-02-22 JP JP2002047076A patent/JP2003248520A/en active Pending
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