JPH03109614A - 温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電気暖房装置の温度制御を行う温度制御装
置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の温度制御装置は、例えば第４図に示すように、交
流電源５０にヒータ１とトライアック等の制御極付整流
素子２との直列回路を接続するとともに、コンデンサ４
．抵抗５．可変抵抗６およびヒータｌの温度を検知する
正特性サーミスタ等の温度センサ７の直列回路を接続し
、コンデンサ４および抵抗５の接続点と制御極付整流素
子２の制御極との間にダイアック等のトリガ用の電圧応
答スイッチ素子３を接続している。

この温度制御装置では、ヒータ１の温度に応じて温度セ
ンサ７のインピーダンスが変化してコンデンサ４の充電
時定数が変化し、これによって電圧応答スイッチ素子３
の導通タイミングが変化し、したがって制御極付整流素
子２のトリガ位相が変化する。この場合、温度センサ７
の検出温度が低くなると、温度センサ７の抵抗値が減少
して制御極付整流素子２のトリガ位相が進む、また、検
出温度が高くなると、温度センサ７の抵抗値が増加して
制御極付整流素子２のトリガ位相が遅れる。

以上の動作で温度制御が行われることになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、このような温度制御装置は、交流電源５０の
電圧によって充電されるコンデンサ４の電圧が電圧応答
スイッチ素子３のブレークオーバー電圧を超えたときに
電圧応答スイッチ素子３が導通し、このときに電圧応答
スイッチ素子３に流れる電流でもって制御極付整流素子
２をトリガする構成であるため、交流電源５０の電源周
波数が５０Ｈｚの場合と６０Ｈｚの場合とで、可変抵抗
６の設定が同じであっても、電源電圧のゼロクロス点か
らトリガ点までの時間が異なり、角度的にみても異なる
位相でトリガされることになる。

このため、ヒータ１に給電する交流電源５０の電源周波
数が５０Ｈｚの場合と６０Ｈｚの場合とで、可変抵抗６
の設定が同じであってもヒータ１への供給電力が異なり
、制御温度も異なるという課題があった。従来例では、
次表に示す実験結果から明らかなように、電源周波数が
５０Ｈｚの方が６０Ｈｚの方に比べて供給電力が多くな
り、したがって発熱量が多くなる。結果として、従来例
では、６０Ｈｚの交流電源５０を使用する場合より、５
０Ｈｚの交流電源５０を使用する方が制御温度が高くな
り、電源周波数に応じて制御温度が異なることは、使用
者に対して戸惑いを与えるという問題があった。

ここで、制御極付整流素子２のトリガタイミングの違い
による負荷（ヒータ１）への供給電力の違いならびに第
４図の回路におけるトリガタイミングの違いを以下に説
明する。

例えば第５図に示すような電圧Ｖの交流電源。

制御極付整流素子Ｔｈおよび負荷抵抗Ｒからなる電力制
御回路を考える。第５図において、交流電源の電圧Ｖは
、電源電圧の実効値をＶ、としたときに、 ｖ　＝　　Ｗ　Ｖ　Ｓ　ａｌｎωｔ　　　　　　　　”
　”　・−＋１＋で表される。また、負荷抵抗Ｒに印加
される電圧ｖＲは、第５図における電源電圧のゼロクロ
ス点からトリガタイミングまでの時間、すなわち制御時
間を１゜ とし、電源電圧の周期をＴとすると、 ・・・・・・（２） となる。したがって、負荷抵抗Ｒへ供給される実効電力
ＰＲは、負荷抵抗Ｒに加わる電圧の実効値を■３とする
と、 ＲＴ　　　　　　　２Ｔ ・・・・・・（３） となる。

一方、第４図の回路で電源電圧の実効値が１００Ｖであ
る場合において、可変抵抗６の抵抗値による温度設定〔
ｒ高Ｊｒ　　’標準Ｊ＋　　’低」〕と電源周波数（５
０Ｈｚ、　６０）１ｚ）と温度センサ７の検出温度（−
２０℃、２０℃、８０℃〕の各組み合わせについて、電
圧応答スイッチ素子３のブレークオーバー電圧位相、す
なわち第５図における制御時間ｔ１を測定した結果を次
表に示す。

表 例えば、温度設定が標準で、温度が２０℃である場合に
ついて、電源周波数が５０Ｈｚの場合と６０Ｈｚの場合
とにおける供給電力を第（３）式にしたがって演算して
みると、電源周波数が５０Ｈｚの場合は、Ｔ−２０＋ｍ
ｓ、　　ｔ　ｌ−１，３ｈａであり、また、６０Ｈｚの
場合は、Ｔ＝２６．６ｍｓ、　　ｔ、　−１，２８ａ＋
ｓであるので、５０Ｈｚの供給電力ＰＲ３６は６０にの
供給電力ＰＲ６゜より大きくなる。

したがって、この発明の目的は、ｖａｎ周波数の違いに
係わらず、制ｔｎ？Ｌ度を同一にすることができる温度
制御装置を捉供することである。

〔課題を解決するための手段〕 この発明の温度制御装置は、ヒータによる発熱を検知す
る温度センサおよび温度センサの検出温度に応じた温度
対応電圧を出力する温度検出回路を設け、交流電源の電
圧に同期した鋸歯状波電圧を発生する鋸歯状波電圧発生
回路を設け、温度検出回路の温度対応電圧と鋸歯状波電
圧とを比較する電圧比較回路および電圧比較回路の出力
に応じてヒータへの給電制御用の制御極付整流素子をト
リガするトリガ回路を設けた温度制御装置において、 交流電源の周波数の高低を判別する周波数判別回路を付
設するとともに、鋸歯状波電圧発生回路から交流電源の
電圧に同期して発生する鋸歯状波電圧の勾配を大小に切
り替え可能に構成し、周波数判別回路の判別結果に基づ
き交流電源の周波数の高低に応じて鋸歯状波電圧発生回
路から発生する鋸歯状波電圧の勾配を切り替えるように
している。

〔作　　　用〕

この発明の構成によれば、電源周波数が高いとき、例え
ば電源周波数が６０ｈの場合には鋸歯状波電圧の勾配が
大きくなり、例えば電源周波数が５０Ｈｚの場合には６
０Ｈｚの場合に比べて鋸歯状波電圧の勾配が小さくなる
。この結果、電源周波数が５０Ｈｚの場合は、６０Ｈｚ
の場合に比べて制御極付整流素子のトリガタイミングを
遅らせることができ、電源周波数の違いによるヒータへ
の供給電力の違いを補正することができ、したがって、
電源周波数の違いにかかわらず制御温度を同一にするこ
とができる。

〔実　施　例〕

以下、この発明の実施例を図面を参照しながら説明する
。

第１図にこの発明の一実施例の温度制御装置のブロック
図を示す、第１図の温度制御装置は、交流電源５０から
ヒータ１への給電経路中に制御極付整流素子２を介挿し
、ヒータ１による発熱を検知する温度センサ７および温
度センサ７の検出温度に応じた温度対応電圧を出力する
温度検出回路８を設けている。

また、交流電源５０の電圧に同期した鋸歯状波電圧を発
生する鋸歯状波電圧発生回路１４を設け、温度検出回路
８の出力の温度対応電圧と鋸歯状波電圧発生回路１４の
鋸歯状波電圧とを比較する電圧比較回路１５および電圧
比較回路１５の出力反転時にヒータ１への給電制御用の
制御極付整流素子２をトリガするトリガ回路１６を設け
ている。

さらに、交流電源５０の周波数の高低、すなわち電源周
波数が５０Ｈｚか６０Ｈｚかを判別する周波数判別回路
５１を設けている。

上記の鋸歯状波電圧発生回路１４は、大勾配・小勾配の
２種の鋸歯状波電圧の発生が可能で、周波数判別回路５
１の判別結果に基づき交流電源５゜の周波数が６０Ｈｚ
であるときは鋸歯状波電圧発生回路１４から交流電源５
０の電圧に同期して大勾配の鋸歯状波電圧を発生し、交
流電源５ｏの周波数が５０Ｈｚであるときは鋸歯状波電
圧発生回路１４から交流電源５０の電圧に同期して小勾
配の鋸歯状波電圧を発生する。

以上の構成により、例えば電源周波数が６０Ｈｚの場合
には鋸歯状波電圧の勾配が大きくなり、例えば電源周波
数が５０１１ｚの場合には６０Ｈｚの場合に比べて鋸歯
状波電圧の勾配が小さくなる。この結果、電源周波数が
５０Ｈｚの場合は、６０Ｈｚの場合に比べて制御極付整
流素子２のトリガタイミングを遅らせることができ、電
源周波数の違いによるヒータｌへの供給電力の違いを補
正することができる。したがって、２種の鋸歯状波電圧
の勾配を適切に設定することにより、電源周波数の違い
にかかわらず制御温度を同一にすることができる。

ここで、前記した周波数判別回路５１の具体構成につい
て説明する。この周波数判別回路５１は、交流同期回路
１０とタイマ回路１１と例えばＡＮＤ回路からなる論理
回路１２とラッチ回路１３とで構成される。

交流同期回路１０は、交流１ｔｉｌｉ５０の電圧の半周
期毎のゼロクロスのタイミングでパルスを発生する。タ
イマ回路１１は、タイマ設定時間を例えば５０Ｈｚ　（
６（Ｎｌｚでもよい）の交流電源５０の電圧の半周期に
相当する値、すなわち１０ｍ５に設定してあり、交流同
期回路１０の最初のパルスの例えば立ち上がりで起動し
てｌ０ｍ５経過後に交流同期回路１０の出力パルスより
やや幅広のパルスを発生する。

論理回路１２は、交流同期回路１０の出力パルスとタイ
マ回路１１の出力パルスとの論理積をとる構成であり、
電源周波数が５０Ｈｚの場合は、交流同期回路１０の出
力パルスとタイマ回路１１の出力パルスとが重なり、論
理回路１２の出力が上記のパルスの重なりのタイミング
でハイレベルとなる。一方、電源周波数が６０）１ｚの
場合には、交流同期回路１０の出力パルスとタイマ回路
１１の出力パルスとが重ならないため、論理回路１２の
出力はローレベルのままである。したがって、交流同期
回路１０の２番目のパルスのタイミングにおいて、論理
回路１２の出力がハイレベルとなるかどうかで電源周波
数が５０Ｈｚか６０Ｈｚかを判定することができる。

ラッチ回路１３は、論理回路１２による周波数判定結果
を保持するもので、例えばセット・リセット型のフリツ
ブフロップからなり、論理回路１２のハイレベルの出力
でセットされることにより論理回路１２の出力を保持す
る構成になっている。

そして、このラッチ回路１３の出力のハイ・ローでもっ
て鋸歯状波電圧発生回路１４から出力させる鋸歯状波電
圧の勾配を切り替えるようになっている。この場合、ラ
ッチ回路１３の出力がハイレベルのとき（５０Ｈｚの場
合）は鋸歯状波電圧の勾配が小さくなり、ランチ回路１
３の出力がローレベルのとき（６０Ｈｚの場合）は鋸歯
状波電圧の勾配が大きくなる。

鋸歯状波電圧発生回路１４は、コンデンサと抵抗の直列
回路およびコンデンサの充放電を制御するスイッチング
要素とで構成され、コンデンサの充放電によって鋸歯状
波電圧を発生させる構成で、ラッチ回路１３の出力でコ
ンデンサの容量の切替（抵抗値の切替でもよい）を行う
ことで充電電圧の上昇値を切り替え、これによって鋸歯
状波電圧の勾配を切り替えるようにしている。

一方、温度検出回路８は、例えば温度センサ７に対して
抵抗を直列接続することで構成している。

そして、この温度検出回路８の出力温度対応電圧（温度
センサ７と抵抗との分割電圧）と前記の鋸歯状波電圧発
生回路１４の出力の鋸歯状波電圧とを比較することによ
り、交流電源５０の電圧の周期に同期した信号を温度セ
ンサ７の検出温度に応じたタイミングで電圧比較回路１
５の出力として発生させ、この電圧比較回路１５の出力
でトリガ回路１６を介して制御極付整流素子２を導通さ
せるようになっている。

以上のように構成すると、温度センサ７の検出温度の変
化に応じて温度検出回路８の出力電圧が変化し、したが
って制御極付整流素子２の導通位相が変化することにな
る。この結果、温度制御が行われ、温度検出回路８にお
ける温度設定手段（図示せず）による温度設定に対応し
た制御温度に温度制御されることになる。

また、周波数判別回路５１でもって、電源周波数が５０
Ｈｚであるか６０Ｈｚであるかを判定し、５０Ｈｚの場
合には鋸歯状波電圧の勾配を小さくし、６０ｂの場合に
は鋸歯状波電圧の勾配を大きくしているので、制御極付
整流素子２の導通位相を変化させることができ、電源周
波数の違いによるヒータ１への供給電力の違いを補正す
ることができ、電源周波数の違いにかかわらず、制御温
度を同一にすることができる。

第２図に第１図の温度制御装置の具体構成の一例を示し
、その各部の波形を第３図に示す。

第２図において、２０〜２３は全波整流器を構成するダ
イオード、２６はダイオード、２８はツェナーダイオー
ド、３０はコンデンサで、これらは交流電源５０の電圧
を直流電圧に変換する直流電源回路を構成する。２４．
２５，２７．２９は抵抗、３１はコンパレータで、これ
らは第１図の交流同期回路１０を構成する。

３２．３３はトランジスタ、３４は抵抗、３５゜３６は
コンデンサ、４５は反転回路で、これらは電圧勾配の異
なる２種の鋸歯状波電圧を発生する鋸歯状波電圧発生回
路１４を構成する。３７は可変抵抗、３日は抵抗で、こ
れらは温度センサ７と直列接続されて温度検出回路８を
構成する。３９はコンパレータで、電圧比較回路１５を
構成する。

４０はダイオード、４１は抵抗、４２はトランジスタ、
４４はパルストランスで、これらはトリガ回路１６を構
成する。

１１ａはコンパレータ３１の最初のパルスによって起動
され一定時間、例えば１０ＩＩＳ経過後にローレベルか
らハイレベルに変化するタイマ回路本体で、ｌｌｂはタ
イマ回路本体１１ａの出力がハイレベルになった後所定
時間遅れてタイマ回路本体１１ａをリセットしてその出
力をローレベルに復帰させる遅延回路であり、これらが
第１図におけるタイマ回路１１を構成する。論理回路１
２は、この図ではＮＡＮＤ回路になっている。ラッチ回
路１３は、第１図と同様にフリツプフロツプで構成され
る。

以上の構成の温度制御装置では、ダイオード２０〜２３
により例えば５０Ｈｚの交流電源５０の電源電圧（第３
図（ａ））を全波整流する。そして、全波整流された電
圧を抵抗２４．２５により分圧する。

一方、全波整流された電圧をダイオード２６．ツェナー
ダイオード２８およびコンデンサ３０で一定の直流電圧
に変換し、この直流電圧を抵抗２７゜２９で分圧する。

抵抗２４．２５による分圧電圧と抵抗２６．２７による
分圧電圧とをコンパレータ３１により比較する。このコ
ンパレータ３１の出力は、第３図ｆｂｌのように、第３
図（ａ）の電源電圧のゼロクロスのタイミングでハイレ
ベル（一定の直流電圧値）となるパルス電圧となる。な
お、破線は、電源周波数が６０Ｈｚの場合のコンパレー
タ３１の出力のパルス電圧を示している。以上の回路部
が第１図における交流同期回路ｌＯおよび他の回路の駆
動用の直流電源回路を構成する。

コンパレータ３１の出力によりタイマ回路本体１１ａが
起動し、１０ａ＋ｓ経過後にタイマ回路本体１１ａの出
力が第３図ｔｃ＋のようにハイレベルとなる。タイマ回
路本体１１ａの出力がハイレベルとなると、遅延回路１
１ｂの出力で所定時間遅れてタイマ回路本体１１ａがリ
セットされ、その出力がローレベルに戻る。

そして、タイマ回路本体１１ａの出力と先のコンパレー
タ３１の出力とを論理回路１２に加えて両方の論理積を
とると、電源周波数が５０１１ｚの場合には再出力のタ
イミングが重なるため、その演算結果は第３図（ｄｌの
ようになる。なお、論理回路１２は、第２図ではＮＡＮ
Ｄ回路であるため、その出力としては、第３図（ｄｌの
波形を反転したものとなる。この電圧で例えばセット・
リセット型フリップフロップからなるラッチ回路１３の
出力が第３図［８１のようにローレベルからハイレベル
へ変化する。したがって、反転回路４５がローレベルと
なってコンデンサ３６の両端間を短絡することになる。

この結果、抵抗３４と接続されるのはコンパレータ３５
のみとなり、コンデンサ３５．３６の直列回路が抵抗３
４に接続される場合に比べて容量は大きい。

なお、電源周波数が６０Ｈｚの場合は、再出力のタイミ
ングが重ならないため、論理回路１２はハイレベルの電
圧を持続して発生する。したがって、ラッチ回路１３の
出力はローレベルのままで、反転回路４５の出力がハイ
レベルとなり、コンデンサ３６の両端間は開放状態とな
る。この結果、抵抗３４にコンデンサ３５．３６の直列
回路が接続されることになり、その容量は先に比べて小
さくなる。

電源周波数が５０Ｈｚであって反転回路４５の出力がロ
ーレベルのときは、トランジスタ３３がオンとなること
によりコンデンサ３５が抵抗３４を介して充電され、時
間経過とともに電圧が上昇する。そして、この電位がコ
ンパレータ３９の反転入力端子に加えられる。

トランジスタ３２．３３はコンデンサ３５の充放電を切
り替えるもので、交流同期回路１０のコンパレータ３１
の出力がハイレベルのときにトランジスタ３２がオンと
なるとともにトランジスタ３３がオフとなってコンデン
サ３５を放電し、コンパレータ３１の出力がローレベル
のときにトランジスタ３２がオフとなるとともにトラン
ジスタ３３がオンとなってコンパレータ３５を充電し、
前記したように鋸歯状波電圧発生回路１４を構成するこ
とになる。電源周波数が５　Ｏｆｉｚの場合は、鋸歯状
波電圧の勾配が小さい。

一方、温度センサ７は、例えば負特性サーミスタからな
り、この温度センサ７と可変抵抗３７゜抵抗３８とによ
る分圧電圧がコンパレータ３９の非反転入力端子に加え
られており、低温のときにコンパレータ３９の非反転入
力端子の電位が低く、温度上昇とともに高い電位となる
。

したがって、コンパレータ３９の出力は、低温時には交
流電源５０の電圧のゼロクロス点から短い時間でハイレ
ベルからローレベルに変化し、高温になるにしたがって
コンパレータ３９の非反転入力端子の電圧が上昇し、交
流電源５０の電圧のゼロクロス点から長い時間でハイレ
ベルカラローレヘルに変化することになる。

以上の動作で、トランジスタ４２がオンオフし、パルス
トランス４４を介して制御極付整流素子２カ上記のコン
パレータ３９の出力反転のタイミングでトリガされる。

つまり、制御極付整流素子２の導通位相が大から小へ変
化して温度制御される。

電源周波数が６０Ｈｚであって反転回路４５の出力がハ
イレベルのときは、コンデンサ３６の短絡が解除され、
コンデンサ３５．３６が直列に接続されることになり、
その合成容量はコンデンサ３５単独の場合よりも小さく
なり、充電時間が早くなるので、鋸歯状波電圧の勾配の
大きくなり、コンパレータ３９の反転入力端子の電位は
電源周波数が５０Ｈｚの場合よりも短い時間で非反転入
力端子の電位に達する。したがって、コンパレータ３９
の出力は、温度センサ７の検出温度が同じであれば、５
０Ｈｚの場合より早いタイミングでハイレベルとなり、
制御極付整流素子２の導通位相が進み、電源周波数が５
０Ｈｚの場合とほぼ同じ電力をヒータ１に供給すること
ができ、したがって電源周波数が５０Ｈｚでも６０１！
ｚでも、制御温度を同一にすることができる。

第３図（「）の実線は電源周波数が５０にの場合の鋸歯
状波電圧（コンパレータ３９の反転入力端子の電圧）を
示し、破線は電源周波数が６０Ｈｚの場合の鋸歯状波電
圧を示し、−点鎖線は温度検出回路８の出力の温度対応
電圧（コンパレータ３９の非反転入力端子の電圧）を示
す。第３図（ｇｌの実線は電源周波数が５０Ｈｚの場合
に制御極付整流素子２に流れる電流を示し、同破線は電
源周波数が６０ｔｌｚの場合に制御極付整流素子２に流
れる電流を示している。

〔発明の効果〕

この発明の温度制御装置によれば、交流電源の周波数の
高低を判別する周波数判別回路を設けるとともに、鋸歯
状波電圧発生回路を大勾配・小勾配の２種の鋸歯状波を
発生可能に構成し、周波数判別回路の判別結果に基づき
交流電源の周波数の高低に応じて鋸歯状波電圧発生回路
から発生する鋸歯状波電圧の勾配を切り替えるようにし
ているので、電源周波数が高いとき、例えば電源周波数
が６０Ｈｚの場合には鋸歯状波電圧の勾配を大きくし、
例えば電源周波数が５０Ｈｚの場合には６０Ｈｚの場合
に比べて鋸歯状波電圧の勾配を小さくすることができる
。この結果、電源周波数の違いによるヒータへの供給電
力の違いを補正することができ、したがって、電源周波
数の違いにががゎらず制御温度を同一にすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の温度制御装置の構成を示
すブロック図、第２図は第１図のブロックの具体回路構
成を示す回路図、第３図は第２図の各部の波形図、第４
図は従来の温度制御装置の構成の一例を示す回路図、第
５図は電力制御回路の回路図、第６図は第５図における
負荷抵抗への印加電圧の波形図である。 １・・化−タ、２・・・制御極付整流素子、７・・・温
度センサ、８・・・温度検出回路、１４・・・鋸歯状波
電圧発生回路、１５・・・電圧比較回路、１６・・・ト
リガ回路、５０・・・交流電源、５１・・・周波数判別
回路ぐっ −一一曳 １゛ シフ 図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 交流電源より給電されるヒータと、前記交流電源から前
   記ヒータへの給電を制御する制御極付整流素子と、前記
   交流電源の周波数の高低を判別する周波数判別回路と、
   前記周波数判別回路の判別結果に基づき前記交流電源の
   周波数の高低に応じて交流電源の電圧に同期した鋸歯状
   波電圧の勾配を切り替える鋸歯状波電圧発生回路と、前
   記ヒータによる発熱を検知する温度センサと、前記温度
   センサの検出温度に応じた温度対応電圧を出力する温度
   検出回路と、前記鋸歯状波電圧と前記温度検出回路の温
   度対応電圧とを比較する電圧比較回路と、前記電圧比較
   回路の出力に応じて前記制御極付整流素子をトリガする
   トリガ回路とを備えた温度制御装置。