專利名稱：低切換沖擊的功率控制電負(fù)載的方法和電路裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低切換沖擊的功率控制電負(fù)載的一種方法和一種電路裝置，該負(fù)載被分為至少兩個(gè)部分負(fù)載，其中為了實(shí)現(xiàn)所要求的熱功率，這兩個(gè)部分負(fù)載在一個(gè)確定的功率范圍內(nèi)被同樣繼續(xù)分配到部分負(fù)載。
如果在電源網(wǎng)絡(luò)上例如公共的交流電網(wǎng)上電負(fù)載變化，那么根據(jù)供電線路阻抗，電源電壓出現(xiàn)變化。這些電壓變化(還稱作閃變)在確定的頻率/電壓范圍內(nèi)作為干擾被人們感受到，因此必須根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IEC1000-3-3和IEC1000-3-5將這些電壓變化保持在一個(gè)狹窄限度內(nèi)。如果必須經(jīng)常開關(guān)電負(fù)載例如燈絲，那么為了達(dá)到好的控制特性，因此可以在每個(gè)時(shí)間單位中接通受限制的負(fù)載變化。這通過將全部負(fù)載分配到單獨(dú)的、分離的并且不同時(shí)接通的部分負(fù)載的方法或者通過將全部功率分為功率級(jí)的方法實(shí)現(xiàn)。
DE3601555C2說明一個(gè)控制設(shè)備，該設(shè)備依賴于功率需要以分級(jí)的方法功率接通電連續(xù)加熱器，其中在一個(gè)包括若干個(gè)網(wǎng)絡(luò)全波的循環(huán)內(nèi)，為了功率控制，將較多或者較少的網(wǎng)絡(luò)半波接到至少一個(gè)加熱器上，并且在該循環(huán)內(nèi)出現(xiàn)的正和負(fù)的半波的數(shù)目相同。因此在一個(gè)電子存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)若干個(gè)不同的控制信號(hào)模式，該模式依賴于功率需要在一個(gè)電加熱器上接通相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)半波模式，其中各個(gè)模式的每個(gè)控制信號(hào)將一個(gè)半波或者若干個(gè)連續(xù)的半波接到電加熱器上。這時(shí)設(shè)計(jì)每個(gè)網(wǎng)絡(luò)半波模式，使這些網(wǎng)絡(luò)半波模式的短時(shí)閃變電平位于干擾極限以下，并且在電功率上對(duì)網(wǎng)絡(luò)半波模式分級(jí)，在這些網(wǎng)絡(luò)半波模式中包括數(shù)目不同的被接入脈沖。為了接通一個(gè)包含較多網(wǎng)絡(luò)半波模式的循環(huán)中的功率中間級(jí)，連續(xù)接通不同負(fù)載的網(wǎng)絡(luò)半波模式。根據(jù)權(quán)利說明實(shí)現(xiàn)下面目標(biāo)通過預(yù)先給出不同的、分別與直流無關(guān)的、存儲(chǔ)在控制信號(hào)模式中的網(wǎng)絡(luò)半波模式和在一個(gè)確定循環(huán)中的處理的方法，結(jié)合一個(gè)精細(xì)分級(jí)的熱功率控制器實(shí)現(xiàn)必需的抗閃變。
在DE3726535A1中公開了一種用于低切換沖擊功率控制電負(fù)載的方法，其中熱負(fù)載被分為至少兩個(gè)子負(fù)載，并且每個(gè)負(fù)載的子負(fù)載能夠被選擇的在串聯(lián)電路中的至少三個(gè)主功率級(jí)中交替地單獨(dú)或者并聯(lián)接入到一個(gè)交流網(wǎng)絡(luò)。從其中一個(gè)主功率級(jí)出發(fā)，在一個(gè)反復(fù)運(yùn)行的至少兩個(gè)交流半波的循環(huán)中，在每個(gè)循環(huán)中的至少一個(gè)半波期間，接通當(dāng)時(shí)下一級(jí)的主功率級(jí)。這時(shí)使用的開關(guān)操作循環(huán)均具有六個(gè)半波的長(zhǎng)度，這些半波每次總是根據(jù)功率需要接通。
在DE10504470A1中公開了一個(gè)電連續(xù)加熱器，其中在已經(jīng)公開的方法中，通過相應(yīng)抽取通常的正弦加熱電流的部分范圍實(shí)現(xiàn)加熱功率的分級(jí)。在過零點(diǎn)時(shí)接通加熱電流。在這個(gè)電連續(xù)加熱器中，全部熱功率被分配到不同的加熱器上，并且單獨(dú)的加熱器都具有一個(gè)不同大小的額定加熱功率。借助于控制電路，各自加熱功率被接通到盡可能多的加熱器上。以額定加熱功率的1/3步(0/3,1/3,2/3或者3/3)實(shí)現(xiàn)加熱功率的分級(jí)。在七個(gè)電壓半波期間實(shí)現(xiàn)將加熱功率或者加熱電流接通到加熱器上，其中象在DE-OS 3726535A1中公開的，根據(jù)加熱功率接通相應(yīng)數(shù)目的半波。因此當(dāng)1/3功率時(shí)，接通第一個(gè)和第四個(gè)半波，當(dāng)2/3功率時(shí)，接通第二個(gè)、第三個(gè)和第四個(gè)和第五個(gè)半波，當(dāng)3/3功率時(shí)，接通所有的半波。為了實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功率，連續(xù)接通單獨(dú)的具有不同的額定功率的加熱級(jí)，其中考慮到當(dāng)一個(gè)部分負(fù)載時(shí)，在接通下一個(gè)較高的加熱級(jí)前，所有三個(gè)負(fù)載均勻占用一個(gè)加熱級(jí)。
通過這些已經(jīng)公開的負(fù)載分配方法僅能直接接通一個(gè)負(fù)載。通過按功率比例固定接通部分負(fù)載和調(diào)節(jié)一個(gè)部分負(fù)載的方法實(shí)現(xiàn)分配。在加熱時(shí)特別在涉及加熱空氣時(shí)，例如在熱空氣焊接設(shè)備中或者另一個(gè)焊接設(shè)備和熱空氣設(shè)備中，上述分配方法導(dǎo)致在不同負(fù)載范圍內(nèi)的不同的溫度，因?yàn)榭梢远x在100％以內(nèi)的部分負(fù)載的功率輸出。大的溫度和負(fù)載的不同導(dǎo)致材料應(yīng)力和加熱器的過早老化。
根據(jù)技術(shù)現(xiàn)狀，通過控制單獨(dú)的半波，能夠?qū)崿F(xiàn)功率級(jí)，其中這些脈沖模式控制根據(jù)閃變速率的標(biāo)準(zhǔn)僅可以用于大約2.5KW內(nèi)的負(fù)載。如果必須控制較大的負(fù)載，那么必需大部分復(fù)雜和昂貴的電開關(guān)。因?yàn)橐话愀鶕?jù)功率要求，自由選擇的連續(xù)設(shè)置脈沖模式，所以不能明確識(shí)別期望的網(wǎng)絡(luò)的切換沖擊負(fù)載。
因此本發(fā)明基于的任務(wù)是建議一種控制負(fù)載的可能性，它能夠在多數(shù)部分負(fù)載的一個(gè)預(yù)先給定的規(guī)范內(nèi)實(shí)現(xiàn)無閃變的接通負(fù)載，其中在每個(gè)功率要求中均勻加載部分負(fù)載。
該任務(wù)根據(jù)本發(fā)明通過一個(gè)具有獨(dú)立權(quán)利要求特征的方法以及通過一個(gè)具有權(quán)利要求8的特征的電路裝置解決。本發(fā)明另外的設(shè)計(jì)在與獨(dú)立權(quán)利要求相關(guān)的從屬權(quán)利要求中獲悉。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，從三個(gè)連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)半波構(gòu)成三個(gè)分離的脈沖模式序列A、B和C，上述網(wǎng)絡(luò)半波構(gòu)成一個(gè)所謂的模式周期，上述三個(gè)脈沖模式序列相當(dāng)于各自的網(wǎng)絡(luò)半波，并且它們的負(fù)半波被整流。每個(gè)脈沖模式序列A、B和C在一個(gè)預(yù)定的周期持續(xù)時(shí)間內(nèi)被至少接入到一個(gè)部分負(fù)載，上述預(yù)定周期被稱作PWM周期，其中根據(jù)每個(gè)PWM周期脈沖的最大數(shù)目，每個(gè)脈沖模式A、B或者C最大接入部分負(fù)載的額定功率的三分之一，下面稱作脈沖模式功率。因此一個(gè)或者若干個(gè)脈沖模式序列根據(jù)全部功率要求接通每個(gè)部分負(fù)載，所以當(dāng)100％輸出各自的部分負(fù)載的額定功率時(shí)，在全部PWM周期內(nèi)，部分負(fù)載被加載每個(gè)脈沖模式序列的最大脈沖模式功率。相應(yīng)的，各自的部分當(dāng)1/3額定功率時(shí)接入一個(gè)脈沖模式序列，2/3額定功率時(shí)接入兩個(gè)脈沖模式序列。另外，借助于對(duì)至少一個(gè)脈沖模式序列的脈沖寬度調(diào)制(PWM)，根據(jù)全部功率要求，在一個(gè)預(yù)先給定的PWM周期持續(xù)時(shí)間內(nèi)，通過在這個(gè)PWM周期期間各自的脈沖序列A、B或者C的脈沖的數(shù)目，接入各自的部分負(fù)載。通過這個(gè)脈沖寬度調(diào)制可以設(shè)置以上提到的1/3和2/3和3/3級(jí)之間的中間值，上述脈沖寬度調(diào)制基本上可以在每個(gè)脈沖模式序列時(shí)執(zhí)行。由于分配到三個(gè)脈沖模式上，所以在一個(gè)脈沖模式的一個(gè)PWM周期內(nèi)，接入所涉及的部分負(fù)載的額定功率的三分之一。然而在每個(gè)脈沖的實(shí)際開關(guān)過程中，總是接入部分負(fù)載的額定功率。接入總是使用加倍的網(wǎng)絡(luò)頻率1/3，而當(dāng)一個(gè)脈沖模式序列時(shí)接入半波頻率的1/3。PWM周期和半波頻率在網(wǎng)絡(luò)頻率上同步。還可能以三的倍數(shù)繼續(xù)分離一個(gè)模式周期，但是繼續(xù)遵守基本原理并且可以降低到三個(gè)。總之通過較長(zhǎng)的周期變化，降低單獨(dú)的部分負(fù)載的閃變和溫度變化。
根據(jù)本發(fā)明的另外結(jié)構(gòu)，在一個(gè)PWM周期內(nèi)，通過模式周期的數(shù)目，設(shè)置部分負(fù)載的開關(guān)級(jí)的數(shù)目。因此可以影響以上提到的通過PWM產(chǎn)生的中間值的精確度。
根據(jù)另外特別優(yōu)選的實(shí)施例，僅對(duì)一個(gè)脈沖模式序列特別對(duì)在脈沖模式序列A執(zhí)行脈沖模式調(diào)制，這時(shí)可以將該脈沖模式序列接入到任一個(gè)部分負(fù)載上。當(dāng)超過這個(gè)脈沖模式序列A、B和/或C的最大脈沖模式功率時(shí)，下一個(gè)空閑的脈沖模式序列例如B或者C以最大的脈沖模式功率接通并且根據(jù)全部功率要求降低脈沖模式A的脈沖的數(shù)目。這通過以下方法實(shí)現(xiàn)具有以上提到的最大的脈沖模式功率(額定功率的三分之一)的各自的脈沖模式序列被加載到一個(gè)部分負(fù)載并且當(dāng)已降低脈沖模式序列A時(shí)重新執(zhí)行PWM。這允許功率的精密分級(jí)并且分配到單獨(dú)部分負(fù)載上。現(xiàn)在為了在設(shè)置所要求的功率時(shí)將這個(gè)功率均勻分配到單獨(dú)的部分負(fù)載上，根據(jù)另外一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例，將下一個(gè)空閑的、接到另外一個(gè)負(fù)載上的脈沖模式序列以最大模式功率接到該部分負(fù)載。因此，在一個(gè)PWM周期的范圍內(nèi)，將要接入的功率已經(jīng)被分配到不同的部分負(fù)載上。
鑒于一個(gè)盡可能簡(jiǎn)單的電路結(jié)構(gòu)和一個(gè)盡可能小的閃變速率，為了設(shè)置所要求的全部功率，根據(jù)另外的設(shè)計(jì)，循環(huán)交換脈沖模式序列和接到部分負(fù)載。通過下面方法實(shí)現(xiàn)這些在一個(gè)脈沖模式序列A、B和C隨著接入最大的脈沖模式功率重新配置之前，首先所有的脈沖模式序列A、B和C被配置了最大的脈沖模式功率。
為了進(jìn)一步改善閃變速率，在接下來的PWM周期內(nèi)，PW調(diào)制的脈沖模式序列A被分配給下一個(gè)、還沒有被PWM調(diào)制的部分負(fù)載。因此在脈沖模式序列A中的PWM被從一個(gè)部分負(fù)載繼續(xù)輸出到下一個(gè)負(fù)載上，因此每一個(gè)單獨(dú)的部分負(fù)載在相互連續(xù)的PWM周期內(nèi)至少被加載所要求功率的一部分。因此在單獨(dú)的部分負(fù)載之間不會(huì)出現(xiàn)大的功率不同。另外這種可能性允許降低并且可靠遵循閃變速率。
最終通過下面實(shí)施得以改進(jìn)根據(jù)另外的設(shè)計(jì)連續(xù)循環(huán)交換，PW調(diào)制的脈沖模式序列被分配給單獨(dú)的部分負(fù)載并且同時(shí)兩個(gè)相互連續(xù)的PWM周期的PW調(diào)制的脈沖模式序列與在兩個(gè)PWM周期之間的中間值對(duì)稱安排。這意味著例如在位于一個(gè)PWM周期開始時(shí)的PW調(diào)制的脈沖模式序列A在下一個(gè)PWM周期內(nèi)對(duì)于這兩個(gè)PWM周期間的中間值鏡像，在這個(gè)脈沖模式序列的末尾安排上述脈沖模式序列A。象以上已經(jīng)提到的，這時(shí)在第一個(gè)PWM周期內(nèi)的脈沖模式序列A從一個(gè)部分負(fù)載交換到下一個(gè)PWM周期內(nèi)的下一個(gè)部分負(fù)載。這總在兩個(gè)相互連續(xù)的PWM周期間繼續(xù)，因此一個(gè)系統(tǒng)周期在它結(jié)束負(fù)載接入后通過單獨(dú)的脈沖模式序列重新從頭開始，在偶數(shù)部分負(fù)載時(shí)，從偶數(shù)個(gè)使用的部分負(fù)載的數(shù)目得出，當(dāng)奇數(shù)部分負(fù)載時(shí)從奇數(shù)個(gè)使用的部分負(fù)載的數(shù)目中得出。因此，使用特別的方式和方法，避免不希望的閃變，因?yàn)閷?duì)于網(wǎng)絡(luò)電壓，不執(zhí)行造成閃變的開關(guān)過程。當(dāng)PW調(diào)制的脈沖模式序列從一個(gè)部分負(fù)載接入到下一個(gè)部分負(fù)載時(shí)。這時(shí)僅實(shí)現(xiàn)了斷開一個(gè)負(fù)載并且同時(shí)接入下一個(gè)負(fù)載。通過循環(huán)交換，執(zhí)行以最大脈沖模式功率加載脈沖模式的相同過程并且交換分配給它的部分負(fù)載。
根據(jù)本發(fā)明的電路裝置具有一個(gè)從三個(gè)相互連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)半波中產(chǎn)生三個(gè)分離的被整流的脈沖模式序列(A、B、C)的模式發(fā)生器和控制每個(gè)部分負(fù)載的控制設(shè)備。至少一個(gè)控制設(shè)備至少具有一個(gè)脈沖寬度調(diào)制發(fā)生器(PWM發(fā)生器)，該P(yáng)WM發(fā)生器結(jié)合模式發(fā)生器在一個(gè)預(yù)先給定的周期持續(xù)時(shí)間(PWM周期)內(nèi)根據(jù)全部功率要求產(chǎn)生各自的脈沖模式序列A、B和/或C的脈沖相應(yīng)的數(shù)目，并且每個(gè)控制設(shè)備具有相應(yīng)數(shù)目的比較器，其中PWM發(fā)生器和每個(gè)控制設(shè)備中比較器的總數(shù)總計(jì)為三個(gè)并且每個(gè)PWM發(fā)生器或者比較器最大接入額定功率的三分之一，并且通過比較器結(jié)合模式發(fā)生器在PWM周期持續(xù)時(shí)間內(nèi)可以接入每PWM周期脈沖數(shù)目最大的脈沖模式序列A、B和/或C。另外電路裝置具有邏輯連接設(shè)備，該設(shè)備用于根據(jù)全部功率要求在一個(gè)可預(yù)先給定的PWM周期持續(xù)時(shí)間內(nèi)，通過在這個(gè)PWM周期持續(xù)時(shí)間期間各自脈沖模式序列A、B和/或C的脈沖數(shù)目，至少加載一個(gè)脈沖模式序列到各自部分負(fù)載，并且該電路裝置還具有一個(gè)激活發(fā)生器和比較器的控制設(shè)備。
因此本發(fā)明可以低切換沖擊的控制大量單相或者三相負(fù)載，其中網(wǎng)絡(luò)的電流脈沖負(fù)載通過可接入的負(fù)載預(yù)先精確的得到計(jì)算。通過對(duì)單獨(dú)開關(guān)級(jí)和每時(shí)間單位脈沖的相應(yīng)的選擇，在考慮相應(yīng)的閃變規(guī)則下，可以安全實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)應(yīng)用情況需要計(jì)算的優(yōu)化。這時(shí)同時(shí)在部分負(fù)載上實(shí)現(xiàn)功率分配，其中對(duì)于每個(gè)新的功率級(jí)不再必須產(chǎn)生一個(gè)新的控制方法。部分負(fù)載不必同樣大小，而對(duì)于閃變速率，同樣大小的部分負(fù)載是有益的。如果產(chǎn)生另外的部分負(fù)載，那么可以僅用較小的變化，將這些安裝到全部電路系統(tǒng)中，不要改變方法原理。基本原則是在三相負(fù)載(在星型或者三角電路)能夠改用的，其中特別在三角形接入負(fù)載時(shí)，在專業(yè)人員常用的方式和方法中必須考慮三相電網(wǎng)的特性，以便于避免電網(wǎng)的不對(duì)稱。在星型接入的負(fù)載中，在關(guān)于一相的若干個(gè)負(fù)載時(shí)，如單相負(fù)載。在使用一個(gè)由兩個(gè)部分負(fù)載的電路裝置時(shí)，對(duì)于這兩個(gè)單相負(fù)載或者對(duì)于三相負(fù)載為了低切換沖擊控制，使用這個(gè)電路裝置。該控制當(dāng)(空氣)加熱設(shè)備是具有特別優(yōu)點(diǎn)全部負(fù)載被同時(shí)加熱并且從一個(gè)部分負(fù)載到下一個(gè)的空氣溫度沒有受到大的波動(dòng)。另外通過均勻控制，根據(jù)微小的溫度區(qū)別，繞組受到一個(gè)較小的應(yīng)力。在高功率要求時(shí)，對(duì)加熱繞組不再必需高要求。
下面根據(jù)實(shí)施例結(jié)合說明字符詳細(xì)說明本發(fā)明。圖示

圖1基于電源頻率的脈沖模式分配；圖2在不同功率要求中用于兩個(gè)負(fù)載的一個(gè)脈沖模式；圖3在不同功率要求中用于三個(gè)負(fù)載的一個(gè)脈沖模式和與圖2相比每個(gè)PWM級(jí)模式周期變化的數(shù)目；圖4(a)在比較級(jí)上所要求功率的分配；(b)一個(gè)PWM電路級(jí)的脈沖占空和(c)；和圖5用于兩個(gè)負(fù)載的一個(gè)電路裝置。
圖1示出了脈沖模式分配，具有一個(gè)交流電網(wǎng)W和分配給交流電網(wǎng)半波的脈沖模式序列A、B、C。借助于這個(gè)脈沖模式序列A、B和C實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)部分負(fù)載的控制。這時(shí)可以為每個(gè)脈沖模式序列分配一個(gè)或者若干個(gè)部分負(fù)載，以便于影響開關(guān)過程。在接下來的實(shí)施例中，三個(gè)網(wǎng)絡(luò)半波和單獨(dú)脈沖模式序列A、B、C的所分配的脈沖構(gòu)成一個(gè)模式周期。
圖2示出了脈沖模式在基本上兩個(gè)PWM周期內(nèi)對(duì)于具有兩個(gè)部分負(fù)載全部功率的8％、18％、33％、60％和93％四個(gè)不同的負(fù)載級(jí)。在這個(gè)實(shí)施例中，每PWM周期確定八個(gè)開關(guān)級(jí)。從中得出當(dāng)一個(gè)最大功率為額定功率的33％(=1/3)時(shí)的一個(gè)部分負(fù)載，每個(gè)開關(guān)級(jí)大約可以接入額定功率的4％(33％/8≈4％)。另外選擇一個(gè)模式周期(=3半波)/PWM開關(guān)級(jí)。在一個(gè)PWM周期內(nèi)可用的半波的數(shù)目從下面的公式中得出開關(guān)級(jí)的數(shù)目*(每個(gè)開關(guān)級(jí)模式周期的數(shù)目*每個(gè)模式周期波的數(shù)目)。
在根據(jù)圖2的實(shí)施例中，在一個(gè)PWM周期內(nèi)得出這24個(gè)半波8*(1*3)。在實(shí)施例中，為簡(jiǎn)化，使用大寫字符A、B或者C表示每個(gè)半波。因?yàn)閷?shí)際兩個(gè)負(fù)載并且因此負(fù)載的數(shù)目是偶數(shù)的，所以一個(gè)全部周期包括兩個(gè)PWM周期。在全部周期后，從開始重復(fù)這個(gè)過程。為了解釋清楚，在每個(gè)模式周期中說明功率增長(zhǎng)，該增長(zhǎng)通過接入一個(gè)用于各個(gè)部分負(fù)載的模式得出。第二個(gè)模式周期是第一個(gè)模式周期的鏡像，因此相應(yīng)的對(duì)于第二個(gè)模式周期為了結(jié)束第二個(gè)模式周期相應(yīng)的減小開關(guān)級(jí)值。在這個(gè)說明方法中通過叉符號(hào)表示接入脈沖模式A、B或者C的各個(gè)脈沖。
在實(shí)施例中，總是PW調(diào)制脈沖模式A，而另一個(gè)脈沖模式在一個(gè)PWM周期內(nèi)或者完全的接入或者完全的斷開。通過接入一個(gè)脈沖模式例如B，在一個(gè)部分負(fù)載上的PWM周期的全部長(zhǎng)度內(nèi)，在這段時(shí)間內(nèi)，向該負(fù)載提供額定功率的33％。
為了設(shè)置預(yù)期的功率要求，必須按下面方式將要求的功率分配到單獨(dú)的部分負(fù)載上只有分配到一個(gè)部分負(fù)載上的脈沖模式A被PW調(diào)制，而全部另一個(gè)脈沖模式在全部PWM周期內(nèi)被接入。在一個(gè)具有18％額定功率要求的例子上，在第一個(gè)PWM周期內(nèi)，這得出借助于脈沖模式A全部接入第二個(gè)負(fù)載，僅在第一個(gè)開關(guān)級(jí)期間借助于脈沖模式A接入第一個(gè)部分負(fù)載。這總計(jì)給出37％的功率，被分配到兩個(gè)負(fù)載(在中間值)上從中計(jì)算出大約18％的全部功率。在第一個(gè)PWM周期運(yùn)行后，脈沖模式A被提供給第二個(gè)部分負(fù)載，脈沖模式A被PW調(diào)制，而第一個(gè)部分負(fù)載被完全提供脈沖模式B。這些在兩個(gè)連續(xù)的PWM周期之間的值上的循環(huán)交換和鏡像一方面用作降低閃變速率，因?yàn)樵诰W(wǎng)絡(luò)一側(cè)不能識(shí)別斷開一個(gè)部分負(fù)載和為此接通另一個(gè)部分負(fù)載，并且此外為了連續(xù)加熱，同樣加載部分負(fù)載。在第二個(gè)PWM周期運(yùn)行后，結(jié)束系統(tǒng)周期并且重新開始過程。在所有說明的實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)這個(gè)原理。
在8％的功率要求中，在第一個(gè)PWM周期內(nèi)被PW調(diào)制的脈沖模式A被施加到第一個(gè)部分負(fù)載上。第二個(gè)部分負(fù)載上的交換在第二個(gè)PWM周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)。全部功率總計(jì)16％/2=8％。
在33％的功率要求中，在實(shí)施例中，脈沖模式序列C被完全接到第一個(gè)部分負(fù)載，并且脈沖模式序列B被接到第二個(gè)部分負(fù)載。在一個(gè)PWM周期后，交換部分負(fù)載到脈沖模式序列的順序，象在圖中所表示的。
在60％的功率要求中，在第一個(gè)PWM周期期間，脈沖模式序列A和脈沖模式序列B被完全提供給部分負(fù)載，這得出66％的部分負(fù)載占用。第一個(gè)部分負(fù)載完全占用脈沖模式序列C，并且當(dāng)脈沖模式序列A時(shí)，執(zhí)行一個(gè)PWM，該P(yáng)WM調(diào)制相抵一個(gè)部分負(fù)載提供20％。對(duì)于第一個(gè)部分負(fù)載，這總共給出大約53％，因此從中得出一個(gè)大約60％(53％+66％)/2的全部負(fù)載。在結(jié)束第一個(gè)PWM周期后，實(shí)現(xiàn)了以上提到的接入鏡像和接入換向。在其他每個(gè)PWM周期中，與之相符。
在相應(yīng)的方式和方法中，現(xiàn)在從圖2中說明的脈沖模式序列中得出93％的全部功率。此后在第一個(gè)PWM周期期間，第二個(gè)部分負(fù)載被100％占用，而第一個(gè)部分負(fù)載通過脈沖模式序列B和C占用66％而通過PW調(diào)制的脈沖模式序列A占用20％。這相應(yīng)的得出對(duì)于全部負(fù)載大約93％(186％./.2)。
圖3與圖2相類似說明一個(gè)脈沖模式，而它提供給三個(gè)負(fù)載。另外，在這個(gè)實(shí)施例中，選擇每個(gè)開關(guān)級(jí)兩個(gè)模式周期。此外開關(guān)級(jí)對(duì)于脈沖寬度調(diào)制同樣確定在兩個(gè)脈沖上，因此從中得出每個(gè)開關(guān)級(jí)大約16％功率(33％/2)。結(jié)果一個(gè)PWM周期具有2*(2*3)=12半波。在這個(gè)在圖3用于說明的實(shí)施例中，選擇三個(gè)具有5％、45％和83％的功率要求。始終使用脈沖模式序列A進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制并且它象上面已經(jīng)說明的從第一個(gè)PWM周期內(nèi)一個(gè)部分負(fù)載接到下一個(gè)PWM周期內(nèi)的第二個(gè)負(fù)載上并且然后在第三個(gè)周期內(nèi)接入到第三個(gè)部分負(fù)載上。還在這兩個(gè)相互連續(xù)的PWM周期的脈沖模式序列接入的脈沖與這兩個(gè)相互連續(xù)的PWM周期的中間值對(duì)稱，以便于得到對(duì)閃變速率有效的開關(guān)值。根據(jù)奇數(shù)負(fù)載數(shù)目，對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)周期允許六個(gè)PWM周期，直到這個(gè)循環(huán)重新從頭開始。根據(jù)選擇的模式周期的數(shù)目，對(duì)于最小的功率值，接入一個(gè)具有兩個(gè)脈沖的脈沖模式序列。在第一個(gè)PWM周期期間，剩下的脈沖模式序列B和C保持?jǐn)嚅_，因此為在部分負(fù)載1上的脈沖模式序列A提供了大約16％的功率，而在其他兩個(gè)部分負(fù)載上的余下的脈沖模式序列占用0％功率。從中得出平均值大約5％。
在45％功率要求時(shí)的情況與之相對(duì)應(yīng)，其中當(dāng)在第一個(gè)PWM周期內(nèi)，第一個(gè)部分負(fù)載占用完整的脈沖模式序列A，即在這種情況下，不會(huì)進(jìn)行PWM。第二個(gè)部分負(fù)載完全占用脈沖模式序列A和B并且第三個(gè)部分負(fù)載在一個(gè)PWM周期內(nèi)完全占用脈沖模式序列C。從中得出第一個(gè)部分負(fù)載的占用為33％，第二個(gè)部分負(fù)載為67％，第三個(gè)部分負(fù)載33％，在三個(gè)部分負(fù)載時(shí)大約得出全部值的44％。在第一個(gè)PWM周期后，向上面已經(jīng)多次提到的，再次實(shí)現(xiàn)關(guān)于兩個(gè)相互連續(xù)的PWM周期的間的中間值的循環(huán)交換和鏡像。根據(jù)全部占用脈沖模式序列，然而在這里鏡像不能明顯的顯露出來，例如具有5％功率要求。在第二個(gè)PWM周期內(nèi)，脈沖模式序列接入到第二個(gè)部分負(fù)載，而開始時(shí)接入到第三個(gè)部分負(fù)載的脈沖模式序列C從現(xiàn)在起接入到底一個(gè)部分負(fù)載。相應(yīng)的開始時(shí)接入到第二個(gè)部分負(fù)載的脈沖模式序列A、B從現(xiàn)在起接入到第三個(gè)部分負(fù)載。從PWM周期到PWM周期繼續(xù)這個(gè)循環(huán)交換。
隨著在第一個(gè)PWM周期內(nèi)脈沖模式序列B和C提供66％給第一個(gè)部分負(fù)載，并且16％用于PW調(diào)制脈沖模式序列A，由脈沖模式序列A和C提供100％給第二個(gè)部分負(fù)載并且提供66％給第三個(gè)部分負(fù)載，相應(yīng)得出圖3中83％功率要求。這實(shí)現(xiàn)248％((66％+16％)+100％+66％)，分配到三個(gè)負(fù)載(248％/3)大約為83％。在接下來的周期內(nèi)，再次在部分負(fù)載上實(shí)現(xiàn)脈沖模式序列的循環(huán)交換。在六個(gè)PWM周期后，結(jié)束一個(gè)系統(tǒng)周期。
為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法，所要求的功率被分配到比較級(jí)(比較器)，其中，單獨(dú)的比較器總是被分成相同的功率級(jí)，直到100％功率為止保持活動(dòng)。比較器的數(shù)目依賴于負(fù)載的分配，其中從下面的等式中得出比較器的數(shù)目比較器的數(shù)目=3*(部分負(fù)載的數(shù)目)-1圖4a中，在一個(gè)圖表中，說明分配到五個(gè)比較器上的所要求的功率LA。在兩個(gè)部分負(fù)載時(shí)，上述比較器時(shí)必需的。明顯看出當(dāng)17％時(shí)接入比較器并且在全部功率要求中保持接入。對(duì)于其他的比較器Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ情況相對(duì)應(yīng)。
在圖4b中，示例說明對(duì)于功率要求，具有同樣的兩個(gè)負(fù)載的一個(gè)PWM開關(guān)級(jí)的工作比。一個(gè)PWM與網(wǎng)絡(luò)頻率同步，PWM具有下面特性1、分辨率和最小的離散步時(shí)2/3網(wǎng)絡(luò)頻率；2、固定的周期長(zhǎng)度是網(wǎng)絡(luò)頻率除以3的整個(gè)約數(shù)；3、周期和網(wǎng)絡(luò)頻率同步；4、PWM和一個(gè)模式(A、B或者C)邏輯耦合；5、選擇的或者首先接入偶數(shù)個(gè)PWM周期并且然后斷開并且接著在奇數(shù)個(gè)PWM周期內(nèi)首先控制或者換向抑制部分并且然后接通部分。因此在偶數(shù)或者奇數(shù)PWM周期內(nèi)接通和抑制部分之間存在相同的工作比，象在圖2和3中說明和闡述的；6、PWM的工作比(調(diào)制)依賴于被控制部分負(fù)載的數(shù)目。如果使用較多的分離的被控制的功率調(diào)節(jié)器，那么從功率要求-3*功率調(diào)節(jié)器的數(shù)目中得出工作比，象具有兩個(gè)負(fù)載的圖中說明的。
圖4b說明在17％的功率要求中，工作比總計(jì)100％，即在這個(gè)功率中，另一個(gè)脈沖模式序列完全接到一個(gè)部分負(fù)載。
圖5以框圖的形式說明用于兩個(gè)負(fù)載L1和L2的一個(gè)控制電路的原理結(jié)構(gòu)。上述負(fù)載例如通過一個(gè)沒作說明的作為功率調(diào)節(jié)器的三端雙向可控硅操作。量取交流電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)頻率并且通過一個(gè)脈沖形成器1將加倍的網(wǎng)絡(luò)頻率輸出到一個(gè)模式發(fā)生器2并且將2/3網(wǎng)絡(luò)頻率輸出到PWM發(fā)生器3。與PWM發(fā)生器并聯(lián)的是根據(jù)圖4a的比較器KⅠ至KⅤ。因此數(shù)字4表示在1/3功率時(shí)接入的比較器KⅡ，數(shù)字5表示當(dāng)2/3功率時(shí)接入的比較器KⅣ，數(shù)字6表示在1/6功率時(shí)接入的比較器KⅠ，數(shù)字7表示在1/2功率時(shí)接入的比較器KⅢ，數(shù)字8表示在5/6功率時(shí)接入的比較器KⅤ。PWM發(fā)生器3的輸出功率和模式發(fā)生器2的輸出一起被提供給一個(gè)UND網(wǎng)絡(luò)9，模式發(fā)生器的這個(gè)輸出被稱為脈沖模式序列A。用參考符號(hào)4表示的比較器KⅢ的輸出和模式發(fā)生器2在輸出B上輸出的脈沖模式序列B被一起提供給UND網(wǎng)絡(luò)10，用參考符號(hào)5表示的比較器KⅣ的輸出和模式發(fā)生器2在輸出C上輸出的脈沖模式序列C被一起提供給UND網(wǎng)絡(luò)11。UND網(wǎng)絡(luò)的輸出和UND網(wǎng)絡(luò)15的輸出邏輯耦合并且并行輸出到一個(gè)UND網(wǎng)絡(luò)18或者20。用參考符號(hào)6、7、和8表示的比較器KⅠ、KⅢ和KⅣ的情況相類似，它們和脈沖模式序列C、A和B共同被提供給UND網(wǎng)絡(luò)12、13或者14。這個(gè)UND網(wǎng)絡(luò)12、13、14的輸出被提供給ODER網(wǎng)絡(luò)16并且它的輸出被并行輸出到UND網(wǎng)絡(luò)19和21。為了實(shí)現(xiàn)上述循環(huán)交換，此外一個(gè)每?jī)蓚€(gè)PWM周期交換的PWM發(fā)生器3的信號(hào)被輸出到一個(gè)反相級(jí)17并且它的輸出信號(hào)被輸出到UND網(wǎng)絡(luò)19和20。另外，這個(gè)PWM發(fā)生器3輸出的信號(hào)在沒有反向的情況下被提供給UND網(wǎng)絡(luò)18和21。UND網(wǎng)絡(luò)18和19的輸出信號(hào)通過ODER網(wǎng)絡(luò)22和UND網(wǎng)絡(luò)20和21的輸出信號(hào)通過ODER網(wǎng)絡(luò)23邏輯耦合，并且各自的輸出信號(hào)被提供給一個(gè)相應(yīng)的用于各個(gè)負(fù)載的功率調(diào)節(jié)器。借助于控制裝置24，功率要求被提供給PWM發(fā)生器3或者比較器4至8并且它們被相應(yīng)的激活。
象已經(jīng)結(jié)合圖2和3已經(jīng)說明的，僅對(duì)脈沖模式序列A執(zhí)行PWM調(diào)制，并且和UND網(wǎng)絡(luò)9耦合。從功率要求>17％起，激活參考符號(hào)6表示的比較器KⅠ并且接入模式序列C。直到接入下一個(gè)比較器，現(xiàn)在再次通過PWM發(fā)生器3和脈沖模式序列A一起實(shí)現(xiàn)了脈沖寬度調(diào)制。從功率要求33％起，激活用參考符號(hào)4表示的比較器KⅡ，因此接入脈沖模式B。對(duì)于所有連續(xù)的中間范圍，向以上提到的，使用脈沖模式A執(zhí)行PWM并且根據(jù)用參考符號(hào)7表示的比較器KⅢ當(dāng)功率要求>50％時(shí)被激活，以便于接入脈沖模式序列A，用參考數(shù)字5表示的比較器KⅣ在功率要求>67％時(shí)被激活，以便于接入脈沖模式序列C，用參考數(shù)字8表示的比較器KⅣ在功率要求>83％時(shí)被激活，以便于接入脈沖模式序列B。
圖4c說明在圖5中虛線表示的兩個(gè)不同的控制途徑Ⅰ和Ⅱ的功率要求LA和輸出功率AL，其中控制途徑Ⅰ由比較器6、7和8構(gòu)成，控制途徑Ⅱ由PWM發(fā)生器3和比較器4、5構(gòu)成。圖4c說明根據(jù)功率要求將輸出功率分配到脈沖模式上。
從實(shí)施例中清楚看出在控制負(fù)載時(shí)一般得出下面的系統(tǒng)1、它必須完全一樣的構(gòu)造很多控制途徑，當(dāng)將要控制負(fù)載時(shí)。
2、第一個(gè)控制途徑包括兩個(gè)比較器和一個(gè)PWM。
3、每一個(gè)其他的控制途徑包括三個(gè)比較器。
4、為一個(gè)脈沖模式分配每一個(gè)比較器或者PWM。
5、對(duì)于一個(gè)PWM周期，為一個(gè)負(fù)載分配每個(gè)控制途徑。在下一個(gè)PWM周期時(shí)，進(jìn)一步接如下一個(gè)部分負(fù)載的控制器。
6、PWM僅和一個(gè)脈沖模式這里是A邏輯耦合。
7、為每一個(gè)另外的控制途徑分配一個(gè)連續(xù)的脈沖模式(例如控制途徑Ⅱ脈沖模式B；控制途徑Ⅲ脈沖模式C；控制途徑Ⅳ脈沖模式A；控制途徑脈沖模式Ⅴ；…)。
8、在每個(gè)控制器上分配脈沖模式后，繼續(xù)進(jìn)行第一個(gè)控制途徑。他的目標(biāo)是為每個(gè)控制途徑分配三個(gè)脈沖模式A、B、C。
9、比較器象結(jié)合圖4a說明的一樣被分級(jí)，并且象脈沖模式一樣以上升的順序分配到控制途徑。這時(shí)比較器和脈沖模式邏輯耦合，在增長(zhǎng)的功率要求時(shí)，是一個(gè)脈沖模式中能以順序A、B、C、A、B、C、A…接入。
借助于本發(fā)明，在遵守相應(yīng)的閃變的標(biāo)準(zhǔn)下，可以接入一個(gè)在大約2kW的功率范圍內(nèi)的多數(shù)的負(fù)載。在一個(gè)PWM周期內(nèi)預(yù)先提供的開關(guān)級(jí)越少，電路的結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單，上述開關(guān)級(jí)可供PWM使用。在一個(gè)實(shí)施例中，實(shí)現(xiàn)一個(gè)具有32個(gè)開關(guān)級(jí)的PWM并且每個(gè)開關(guān)級(jí)實(shí)現(xiàn)一個(gè)脈沖模式。這在兩個(gè)部分負(fù)載似的出96個(gè)半波的一個(gè)PWM周期和一個(gè)192半波的系統(tǒng)周期。
權(quán)利要求
1.低切換沖擊的功率控制電負(fù)載的方法，這些負(fù)載被分配到至少兩個(gè)部分負(fù)載上，其中為了實(shí)現(xiàn)要求的熱功率，這些熱功率在一個(gè)確定的功率范圍內(nèi)被繼續(xù)同樣分配到部分負(fù)載上，其特征在于，-由三個(gè)相互連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)半波(模式周期)構(gòu)成三個(gè)分離的脈沖模式序列A、B和C，這些序列對(duì)應(yīng)于各自的網(wǎng)絡(luò)半波，其中負(fù)的半波被整流；-每個(gè)脈沖模式序列A、B和C在一個(gè)預(yù)定的周期內(nèi)(PWM周期)至少接入一個(gè)部分負(fù)載，其中根據(jù)每PWM周期內(nèi)脈沖的最大數(shù)目，每個(gè)脈沖模式A、B或者C最大接入一個(gè)部分負(fù)載(脈沖模式功率)的額定功率的三分之一；和-借助于至少一個(gè)脈沖模式序列的脈沖寬度調(diào)制(PWM)，根據(jù)全部功率要求，在一個(gè)可以預(yù)定的PWM周期延續(xù)時(shí)間內(nèi)，通過各個(gè)脈沖模式序列A、B和C的脈沖數(shù)目，在這個(gè)PWM周期內(nèi)，接通各個(gè)部分負(fù)載。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，通過在一個(gè)PWM周期內(nèi)模式周期的數(shù)目，設(shè)置部分負(fù)載開關(guān)級(jí)的數(shù)目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2的方法，其特征在于，僅當(dāng)接入一個(gè)部分負(fù)載的脈沖模式序列(A)中實(shí)現(xiàn)PWM，并且當(dāng)超過這個(gè)脈沖模式序列(A)的最大脈沖模式功率時(shí)，接入下一個(gè)具有最大脈沖模式功率的空閑的脈沖模式序列(B或者C)，并且根據(jù)全部功率要求，降低PW調(diào)制的脈沖模式序列A的脈沖的數(shù)目。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，接入如下一個(gè)空閑的接到另一個(gè)部分負(fù)載的具有部分負(fù)載的最大脈沖模式功率的脈沖模式序列。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，為了設(shè)置所要求的全部功率，循環(huán)交換脈沖模式序列和它的接入負(fù)載，方式如下在為一個(gè)脈沖模式序列A、B或者C重新提供最大脈沖模式功率接入前，首先為所有的脈沖模式序列A、B和C提供最大脈沖模式功率。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求3至5中任一個(gè)的方法，其特征在于，在接著的PWM周期內(nèi)，PW調(diào)制的脈沖模式序列(A)被分配給下一個(gè)沒被PW調(diào)制的部分負(fù)載。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于，被PW調(diào)制的脈沖模式序列被連續(xù)循環(huán)的分配給單獨(dú)部分負(fù)載，并且同時(shí)，兩個(gè)相互連續(xù)的PWM周期的PW調(diào)制的脈沖模式序列與兩個(gè)PWM周期間的中心對(duì)稱安排。
8.用于低切換沖擊功率控制電負(fù)載的電路裝置，該負(fù)載被分配到至少兩個(gè)部分負(fù)載上，其中為了實(shí)現(xiàn)所要求的熱功率，這些熱功率在一個(gè)確定的功率范圍內(nèi)被繼續(xù)同樣分配到部分負(fù)載上，其特征在于-一個(gè)模式發(fā)生器(2)，用于產(chǎn)生從三個(gè)相互連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)半波中構(gòu)成三個(gè)分離的被整流的脈沖模式序列(A、B、C)；-每個(gè)將被控制的部分負(fù)載的一個(gè)控制裝置(Ⅰ、Ⅱ)；-其中至少一個(gè)控制裝置至少具有一個(gè)脈沖寬度調(diào)制發(fā)生器(PWM發(fā)生器)(3)，該發(fā)生器結(jié)合模式發(fā)生器(2)在一個(gè)預(yù)定的周期持續(xù)時(shí)間(PWM周期)內(nèi)根據(jù)全部功率要求產(chǎn)生各個(gè)脈沖模式序列A、B和/或C的脈沖的相應(yīng)的數(shù)目，和-每個(gè)控制裝置(Ⅰ、Ⅱ)具有相應(yīng)數(shù)目的比較器(4、5、6、7)，其中每個(gè)控制裝置的PWM發(fā)生器(3)和比較器的全部數(shù)目總計(jì)為三個(gè)，并且每個(gè)PWM發(fā)生器或者比較器最大接入為部分負(fù)載的額定功率的三分之一，并且通過每個(gè)比較器，結(jié)合模式發(fā)生器，在PWM周期的持續(xù)時(shí)間內(nèi)，脈沖模式序列A、B或者C中的一個(gè)可以和每PWM周期的最大數(shù)目的脈沖接通，-邏輯裝置(9-16、18-23)，根據(jù)全部功率要求，在一個(gè)可預(yù)先提供的PWM周期持續(xù)時(shí)間內(nèi)，通過各個(gè)脈沖模式序列A、B和/或者C的脈沖數(shù)目，在這個(gè)PWM周期內(nèi)，向到各個(gè)部分負(fù)載(L1、L2)提供至少一個(gè)可預(yù)先提供的脈沖模式序列，和-一個(gè)控制裝置，用于激活發(fā)生器(3)和比較器(4)。
全文摘要
低切換沖擊功率控制電負(fù)載的方法和電路裝置,從三個(gè)相互連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)半波中構(gòu)成三個(gè)分離的脈沖模式周期A、B和C。每個(gè)脈沖模式序列A、B和C在一個(gè)預(yù)先給定的周期(PWM周期)內(nèi)至少接入一個(gè)部分負(fù)載,其中根據(jù)每個(gè)PWM周期脈沖的最大數(shù)目,每個(gè)脈沖模式A、B或者C最大接入一個(gè)部分負(fù)載的額定功率的1/3。通過一個(gè)預(yù)先給定的PWM周期持續(xù)時(shí)間內(nèi)通過這個(gè)PWM周期期間各自脈沖模式序列A、B和/或C的脈沖數(shù)目,接入各自部分負(fù)載。
文檔編號(hào)G05B11/01GK1218327SQ9811696
公開日1999年6月2日 申請(qǐng)日期1998年8月28日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月30日
發(fā)明者T·M·格伯 申請(qǐng)人:萊斯特電子儀器制造公司