CN1510538A - 数字控制的交流功率调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种数字控制的交流功率调节装置，可解决公用模拟式交流功率控制技术仅能达到简易控制功能的缺憾，本发明亦能依据电源侧的电压状况适当调节输送至电器负载的电压。本发明主要包括有一微控器、一基准值设定单元、一电源侧电压侦测回路、一负载电流侦测回路、一负载侧电压侦测回路、一开关电路，该微控器侦测到电源侧电压大于预定的电源侧电压基准值时，则微控器产生一开关控制信号控制开关电路的导通与否，以供应一预定的电功率至该电器负载。本发明可用于各种交流电器负载的数字式功率控制及调节。

Description

数字控制的交流功率调节装置

技术领域

本发明为一种交流功率调节装置，特别是有关于一种数字控制的交流功率调节装置。

背景技术

在交流功率的控制技术方面，一般都是采用交流矽控整流器(TRAIC)配合触发电路来控制该交流矽控整流器的导通角，进而控制输送至电器负载的功率。此种公用技术由于是采用模拟电路的技术来控制功率，一般仅能达到简易的控制功能，而无法达到各种附加功能，故此种技术目前只应用在单纯的调光、调速的应用。该传统控制技术若能以数字控制的方式予以取代，则当更具有实用性。

而在交流电力的电力传输技术中，电力源在经过长距离输配电线路的传输损失之后，往往在同一条电力传输线中，每个节点的用户端所接受的交流电压皆不同。通常在电源传送源头会有较高的电压，因此用户电器设备实际所承受的电压会高于设备所预定的额定压，而在输配线路末端的用户的电压则较低。再者，尖峰用电时段与离峰用电时段的各个用户节点的电压亦皆不相同。

由于电力的传输本身即存在了上述的特性，因此，在各国电业法的规范中，规定了供电电压的变动率只要在一百分比数(例如±10％-±20％)之内皆符合规定。而在各种电器设备的受电额定电压值中，亦皆设计成在该规范内的电压变动率皆符合可接收的标准，并且都能正常、安全地运转。

发明内容

公用技术在交流功率的控制技术方面由于是采用模拟电路的技术来控制功率，一般仅能达到简易的控制功能，而无法达到各种附加功能，故此种技术目前只应用在单纯的调光、调速的应用。再者，该传统的交流功率控制技术并无电压调节的功能，亦即无法依据电源侧的电压状况适当调节输送至电器负载的电压，而使得负载端的电器设备所接受的电压稳定性及操作稳定性皆不良。

于此，本发明的主要目的即是针对前述公知技术的缺失而提供一种数字控制的交流功率调节装置，通过本发明控制电路的控制，可调节输入至电器负载的功率。

本发明的次一目的是提供一种数字控制的交流功率调节装置，通过侦测交流电源的电源侧电压大于一预定的电源侧电压基准值时，在本发明控制电路的控制之下控制一开关电路的导通状况，以调节供应至该电器负载的功率。

本发明的次一目的是提供一种能节省无谓电力消耗的数字控制式交流功率调节装置，通过比较交流电源的电源侧电压与一预定的电源侧电压基准值的大小，而自动调节负载侧的电压大小。

本发明为解决公知技术的问题所采用的技术手段包括有一微控器、一基准值设定单元、一电源侧电压侦测回路、一负载电流侦测回路、一负载侧电压侦测回路、一开关电路，当该微控器经由电源侧电压侦测回路及负载侧电压侦测回路侦测到电源侧电压大于该预定的电源侧电压基准值时，则微控器产生一开关控制信号控制开关电路的导通与否，以供应一预定的电功率至该电器负载，而当侦测到电源侧电压小于该预定的电源侧电压基准值时，则微控器产生一旁路开关控制信号以控制一旁路开关，而不作功率的调节。该开关电路中可采用交流矽控整流器或是高速电晶体作为开关元件。

经过本发明所采用的技术手段，可以使得数字控制的交流功率调节装置可调节输入至电器负载的功率。当侦测到交流电源的电源侧电压大于一预定的电源侧电压基准值时，在本发明控制电路的控制之下控制一开关电路的导通状况，以调节供应至该电器负载的功率。再者，通过比较交流电源的电源侧电压与一预定的电源侧电压基准值的大小，而可自动调节负载侧的电压大小。

附图说明

图1为显示本发明的控制电路图；

图2为显示图1中固态电子开关元件的第一实施例：

图3显示图2实施例中电源侧电压与负载侧电压间的波形图；

图4显示图1中固态电子开关元件的第二实施例；

图5显示图4实施例中电源侧电压与负载侧电压间的波形图；

图6显示图1中滤波电路的实施例电路图。

符号说明

1：电器负载             11：第一负载端

12：第二负载端          2：滤波电路

21：电感元件                 22：电容元件

3：开关电路                  31：固态电子开关元件

311：交流矽控整流器          312：高速电晶体

313：保护电路                32：旁路开关

4：电源供应电路              5：微控器

51：显示单元                 52：基准值设定单元

6：电源侧电压侦测回路        61：电压放大器

62：模拟至数字转换器         63：电压相位侦测电路

7：负载电流侦测回路          71：负载电流放大器

72：模拟至数字转换器         73：电流相位侦测电路

74：电流检知元件             8：负载侧电压侦测回路

81：电压放大器               82：模拟至数字转换器

ACV：交流电源                L1：第一电源线

L2：第二电源线               Ln：接地线

+V：直流电压                 Vlref：电源侧电压基准值

Iref：负载电流额定值         V2ref：负载侧电压基准值

Svp：电源测电压相位信号      SI：负载电流信号

Sip：负载电流相位信号        SV1：电源测电压信号

SV2：负载侧电压信号          I：负载电流

S1：开关控制信号             S2：旁路开关控制信号

具体实施方式

参阅图1所示，其显示本发明的控制电路图。图式中显示一电器负载1的第一负载端11连接至交流电源ACV的第一电源线L1、而第二负载端12则经过一滤波电路2以及一开关电路3再连接至交流电源ACV的第二电源线L20交流电源ACV除了具有第一及第二电源线L1、L2之外，一般尚有一接地线Ln。

一电源供应电路4由该交流电源ACV的第一电源线L1、L2取得交流电源之后，转换为所需的直流电压+V，作为整个发明控制电路的工作电压。

在本发明的控制电路中，其包括有一微控器5，用以作信号的接收、相关数据的计算处理及显示控制、驱动控制之用。该微控器5连结有一显示单元51，作为显示各相关数据之用，例如电源侧电压、负载电流、负载侧电压、输入功率、输出功率…等。

该微控器5亦连接有一基准值设定单元52，用以提供各项设定数值、校正值或其它控制参数，例如该基准值设定单元52可提供预设的电源侧电压基准值Vlref、负载电流额定值Iref、负载侧电压基准值V2ref...等。

一电源侧电压侦测回路6包括有一电压放大器61，其两输入端跨接在电源线L1、L2，用以侦测电源侧电压值V1。一模拟至数字转换器62连接于该电压放大器61的输出端，用以将电压放大器61所产生的模拟型态的电压值转换为数字型态的电源测电压信号SV1送至微控器5中。一电压相位侦测电路63亦连接于该电压放大器61的输出端，用以侦测该电源侧电压值VI的零交越时间点，并输出一电源测电压相位信号Svp至微控器5中，以作为该微控器5控制开关电路3时的同步之用。

一负载电流侦测回路7包括有一负载电流放大器71用来侦测流至电器负载1的负载电流I的大小。一模拟至数字转换器72连接至该负载电流放大器71的输出端，用以将负载电流放大器71所产生的模拟型态的负载电流值转换为数字型态的负载电流信号SI送至微控器5中。一电流相位侦测电路73也连接于该负载电流放大器71的输出端，用以侦测该负载电流I的零交越时间点，并输出一负载电流相位信号Sip至微控器5中，以作为该微控器5控制开关电路3时的同步之用。

前述负载电流I的感测可以一电流检知元件74串接在第二电源线L2，再将负载电流放大器71的两输入端跨接在该电流检知元件74的两端。该电流检知元件74例如可为一串接在该第二电源线L2的电阻。

一负载侧电压侦测回路8包括有一电压放大器81，其一输入端连接至第一电源线L1，而另一端则是连接至电器负载1的第二负载端12，以取得一负载侧电压回授信号V3，如此可以据以侦测实际送至负载侧的电压值大小。一模拟至数字转换器82连接于该电压放大器81的输出端，用以将电压放大器81所产生的模拟型态的电压值转换为数字型态的负载侧电压信号SV2至微控器5中。

开关电路3中包括有一固态电子开关元件31(Solid State Switch)，例如可采用交流矽控整流器TRAIC、IGBT等开关元件。该固态电子开关元件31的两端31a、31b是串接在第二电源线L2，而与电器负载1、滤波电路2形成串联电路。该固态电子开关元件31的开关动作可由微控器5所产生的一开关控制信号S1所控制。

该开关电路3中另包括有一旁路开关32，其跨接于固态电子开关元件31与滤波电路2所形成的串联电路的两端。而该旁路开关32的开关动作可由微控器5所产生的一旁路开关控制信号S2所控制。当该旁路开关32闭合时，则电器负载1的供电路径即由该旁路开关32所控制，此时该固态电子开关元件31及滤波电路2即失去控制功能。

图2显示前述固态电子开关元件31的第一实施例，图3显示此实施例中电源侧电压V1与负载侧电压V2间的波形图。此实施例中，其主要包括有一交流矽控整流器311(TRAIC)作为开关元件。该交流矽控整流器311在微控器5的开关控制信号S1控制之下，其导通角θ受到控制，进而控制负载侧电压V2的准位，使输出电压维持在预定的较低电压准位。波形图中，V1表示电源侧电压，V2’是表示经过交流矽控整流器311控制所产生的负载侧电压波形，而V2是表示实际输出的负载侧电压的波形。例如，若电源侧电压V1为115V，则经过本发明控制电路的控制之后，所输出的负载侧电压V2为105V。

图4显示前述固态电子开关元件31的第二实施例，图5显示此实施例中电源侧电压V1与负载侧电压V2间的波形图。此实施例中，其主要包括有一高速电晶体312(High Speed Switch)作为开关元件，亦可包括有一保护电路313，以使得当负载为电感性负载时，由该保护电路313来保护该高速电晶体312不致受到损坏。该高速电晶体312在微控器5的开关控制信号S1控制之下，产生了高速ON/Off切换的脉波信号，通过控制该脉波信号的工作周期(Duty Cycle)，以及配合滤波电路2的滤波功能，而可在负载侧得到一预定的较低电压准位。波形图中，V1表示电源侧电压，V2”是表示经过高速电晶体312控制所产生的负载侧电压的波形，而V2是表示实际输出的负载侧电压波形。例如，若电源侧电压V1为115V，则经过本发明控制电路的控制之后，所输出的负载侧电压V2为105V。

图6为显示前述滤波电路2的实施例电路图，其可用来消除突波电压及降低干扰问题。该滤波电路2可包括有一电感元件21及一电容元件22，以使实际输出至负载的电压电流波形为连续性的波形。

通过以上的控制电路架构，当微控器5经过电源侧电压侦测回路6及负载侧电压侦测回路8侦测到电源侧电压V1大于预定的电源侧电压基准值Vlref时(例如10％)，则微控器5产生开关控制信号S1控制开关电路3的动作，而此时旁路开关32是呈开启状态，故可在负载侧得到一预设的负载侧电压V2。在效果上，经过本发明的上述控制，实际上即可调节输送至该电器负载端的功率。

而当微控器5侦测到电源侧电压V1小于预定的电源侧电压基准值Vlref时(例如10％)，则微控器5产生开关控制信号S2控制旁路开关32闭合，亦即不需作输出电压的调整。此时，负载侧所得到的负载侧电压V2即等于电源侧电压V1。

综上所述，本发明确可提供一极具实用价值的数字控制式交流功率调节装置，并具有节省无谓电力消耗的附加价值，故本发明业已符合于专利的要件。又其申请前未见于刊物或公开使用，诚已符合专利的要件。

Claims (11)

1、一种数字控制的交流功率调节装置，其特征在于：可依据一交流电源的电源侧电压准位而调节输送至一电器负载的负载侧电压准位，其控制电路包括有：

一微控器；

一基准值设定单元，用以提供预设的电源侧电压基准值、负载侧电压基准值至该微控器：

一电源侧电压侦测回路，连接于该交流电源的电源侧电压，用以感测该电源侧电压，并产生一电源侧电压信号至该微控器；

一负载侧电压侦测回路，连接于该电器负载的两端，用以感测该电器负载两端的负载侧电压，并产生一负载侧电压信号至该微控器；

一开关电路，串联于该交流电源与电器负载之间，该开关电路可受微控器所产生的一开关控制信号所控制；

当该微控器经过电源侧电压侦测回路及负载侧电压侦测回路侦测到电源侧电压大于该预定的电源侧电压基准值时，则微控器产生一开关控制信号控制开关电路的导通与否，以供应一预定的电功率至该电器负载。

2、如权利要求1所述的数字控制的交流功率调节装置，其特征在于：其还包括有一负载电流侦测回路，其具有一电流检知组件串联连接于该交流电源与电器负载之间，用以感测该交流电源供应至电器负载的电流值大小，并产生一负载电流信号至该微控器。

3、如权利要求1所述的数字控制的交流功率调节装置，其特征在于：其还包括有一滤波电路，连接于该开关电路与电器负载之间。

4、如权利要求1所述的数字控制的交流功率调节装置，其特征在于：还包括有一显示单元，用以显示各相关数据之用，例如电源侧电压、负载电流、负载侧电压。

5、如权利要求1所述的数字控制的交流功率调节装置，其特征在于：该电源侧电压侦测回路中包括有一电压相位侦测电路，用以侦测该电源侧电压值的零交越时间点，并输出一电源测电压相位信号至微控器中。

6、如权利要求1所述的数字控制的交流功率调节装置，其特征在于：该负载电流侦测回路中包括有一电流相位侦测电路，用以侦测该负载电流的零交越时间点，并输出一电流相位信号至微控器中。

7、如权利要求1所述的数字控制的交流功率调节装置，其特征在于：该负载侧电压侦测回路包括有一电压放大器，其一输入端连接至交流电源的其中一电源线，而另一端则是连接至电器负载，以取得一负载侧电压的回授信号；一模拟比至数字转换器连接于该电压放大器的输出端，用以将电压放大器所产生的模拟型态的电压值转换为数字型态的负载侧电压信号送至微控器中。

8、如权利要求1所述的数字控制的交流功率调节装置，其特征在于：该开关电路中包括有一固态电子开关组件，该固态电子开关组件可受微控器所产生的开关控制信号所控制，据以控制交流电源供应至该电器负载的功率。

9、如权利要求8所述的数字控制的交流功率调节装置，其特征在于：该固态电子开关组件包括有一交流硅控整流器TRAIC，该微控器所产生的开关控制信号控制该交流硅控整流器的导通角，进而控制该交流电源供应至该电器负载的功率。

10、如权利要求8所述的数字控制的交流功率调节装置，其特征在于：该固态电子开关组件包括有一高速电晶体作为开关组件，该高速电晶体在微控器的开关控制信号控制之下，产生了高速ON/Off切换的脉波信号，通过控制该脉波信号的工作周期，进而控制该交流电源供应至该电器负载的功率。

11、如权利要求8所述的数字控制的交流功率调节装置，其中该开关电路中还包括有一旁路开关，其跨接于该固态电子开关组件与一滤波电路所形成的串联电路的两端，该旁路开关的开关动作可由微控器所产生的一旁路开关控制信号所控制。

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