专利名称：用于电负载的低瞬变功率控制方法和电加热装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种用于电负载的低瞬变功率控制方法，尤其是和温度有关的负载，每个这种负载被电气地划分为基本上相等的多个子负载，每个负载的子负载可以和交流电源相连，以便接收功率。
这种方法从EP 303314B1中公知了。在这公知的方法中，每个负载的子负载可以选择地在至少三种主电源级中串联、单独连接或者并联。这是借助于3个三端双向可控硅开关控制器件实现，这些器件被连接成桥式结构，可以借助于控制单元对其控制。
在这种方法中，必须谨慎地考虑，使得在电气负载的功率控制期间，电源的反应不超过最大的允许值。对于电源反应的最大允许值在IEC-1000-3-3:Electro Magnetic Compatibility(EMC),Part3,Limits-Section3:Limitation of voltagefluctuations and flicker in low-voltsge supply systems for equipment with ratedcurrents＜16A中规定了。
按照这个标准，为了限制启动电流，规定了在一个电源半波期间最大可允许的电源电压的相对电压波动。在另一方面，还规定了当负载被周期地接通和断开时所产生最大可允许的电源反应。由于周期地接通和断开负载而产生的电源反应被称为闪烁。对于小的功率值，在温度相关负载的情况下(例如卤灯)，由于负载的冷却，在断开和接通之间功率升高增加时，要满足这个标准是困难的。
在EP 303 314 B1所述的方法中，为了得到最小的功率值，两个子负载基本上串联地设置。这些开关元件被用来控制功率。如果开关元件由半导体器件例如三端双向可控硅实现，由于两个器件没有共同的操作值，因而必须通过光耦合器或触发变压器以交错的方式被驱动。此外，由于开关元件本身的误操作，具有发生短路的危险。如果使用机械继电器作为在串并联之间转换的开关元件，则具有在中功率的范围内产生开关噪声的缺点。此外，还需要附加的元件(继电器或三端双向可控硅)。
本发明的目的在于提供具有最小开关瞬变的电气负载的另一种功率控制方法。该方法也能够获得满足IEC-1000-3-3标准的小的功率值，尤其是在负载额定功率的25％以下。本发明的另一个目的在于，提供一种电加热装置，其在操作时具有最小的开关瞬变，并能够满足IEC标准。
按照本发明，所述方法的目的是这样实现的，对于低功率值范围内的功率控制，交替地提供-电源断开状态，其中至少三个交流半波没有子负载相连以便接收功率，以及-加热状态，其中借助于三个交流半波的至少第一和第二基本周期的时间的结合，使每个子负载被连接以便接收功率，在第一基本周期的一个半波期间第一子负载被连接而接收功率，在第二基本周期的一个半波期间第二子负载被连接而接收功率，在第一和第二基本周期的其它两个半波期间电源被切断。
这种方法不需要进行串并联转换。在电源断开状态下，在至少三个交流半波内禁止向两个子负载输入功率。尤其是，较低的功率范围是在额定功率的25％以下的范围内的功率。
借助于占空比，其定义为加热状态的时间长度和加热与电源断开状态的时间长度的比，可以基本上连续地控制输入的功率。在加热状态下，第一和第二子负载被转换而交替地但不同时地接收功率。为此目的，提供了暂时串联的第一和第二基本周期，第一和第二基本周期每个包括三个交流半波，在第一基本周期的三个半波的一个半波期间，第一子负载被接通而接收功率，在其它的两个半波期间，输入功率被切断。在第二基本周期的三个半波的一个半波期间，第二子负载被接通而接收功率，在其它的两个半波期间，输入功率被切断。
最好是，在各个加热状态内的第一和第二基本周期的三个半波的同一个半波被触发，即，或者每次第一和第二基本周期的三个半波的第一个半波，或者每次第一和第二基本周期的三个半波的第二个半波。因此，第一和第二子负载总是在每次的三个交流半波的时间间隔内接通。这对于得到小的电源反应是有利的。此外，作为另一种方案，在下面确定的例子中，总是三个半波的第一个半波被接通。
利用这种方法，可以实现满足标准IEC-3-3的甚至最小的功率值的控制(例如1700W的额定功率的12％以下)。
本发明的一种有利的改型的特征在于，每个加热状态包括第一基本周期状态，其中第一基本周期被串联地重复，以及第二基本周期状态，其中第二基本周期被串联地重复。
在本方法的这种改型中，例如第一基本周期状态在开始时被重复多次，即，在每个第三个交流半波期间第一子负载被接通而接收功率。接着，第二基本周期状态被周期地重复多次，即，在每个第三个交流半波期间第二子负载被接通而接收功率。在此之后是电源断开状态，其中没有子负载被接通而接收功率。此后，接着另一个加热状态，其可以以第一基本周期状态开始，或者以第二基本周期状态开始。尤其是在卤灯的情况下，这种改型的优点在于，在第一和第二基本周期状态期间，第一和第二卤灯的光对于人的眼睛作为连续的光源而分别出现。在各个基本周期状态期间用于加热的卤灯的闪烁不会被人的眼睛觉察到。在基本周期状态之间的转换期间，由第一和第二卤灯产生的光相当像从第一到第二卤灯和从第二到第一卤灯的行进波。
有利的是，这种改型的改变在于，在加热状态内第一和第二基本周期状态具有不同的长度，在时间上交替地一个接一个的加热状态中，第一基本周期状态由较短的周期状态构成，而第二基本周期状态由较长的周期状态构成，或者第一基本周期状态由较长的周期状态构成，而第二基本周期状态由较短的周期状态成，在加热状态开始时，提供每次的较短的周期状态。
电源断开状态之后总是首先跟随着较短的周期状态，其中，例如在一个短的时间内第一负载被接通从而接收功率。接着，在较长的周期状态期间，接通另一个基本周期，在本例中为第二基本周期，结果，第二子负载被接通以便接收功率。这第二基本周期的较长的周期状态之后是电源断开状态，电源断开状态之后是下一个加热状态，在本例中其由第二基本周期状态构成。第二基本周期的较短的周期状态之后是第一基本周期的较长的周期状态。
这样，各个加热状态被以这样的方式划分，即首先是较短的周期状态，然后是较长的周期状态，较短的和较长的周期状态由分别由第一和第二周期状态交替地构成。
在加热状态内这种交替原理和不同长度的周期状态相结合使得在温度相关负载例如卤灯的情况下，以及在低的功率值下，即长的转换状态下能够实现非常小的电源反应。借助于这种交替原理，可以实现在电源断开状态之后，总是在电源断开状态之前接通的最后子负载被首先接通，即仅仅在较短的周期状态期间接通。对于其它的较冷的因而也是较大的子负载的随后的转换操作，和在较长的电源断开状态之后的第一个转换操作相比，将产生小得多的电源反应，因为此时只有总负载的变化产生影响。
在这种改型中，已经证明，较短的周期状态每次包括6个交流半波是极为有利的。这样，在电源断开状态之后，第一或第二基本周期只被重复两次，然后是各自的其它基本周期的较长的周期状态。例如，如果在电源断开状态之后第一基本周期被重复两次，然后是第二基本周期的多个重复。这后面是电源断开状态，并且在相继的加热状态中，第二基本周期作为较短的周期状态被重复两次，在此之后，第一基本周期作为较长的周期状态被重复多次。这种方法使得即使是最小的功率值(例如额定功率为1700W的5％)，也能满足标准IEC-1000-3-3。
本发明的另一个有利的改型的特征在于，在加热状态中第一和第二基本周期被交替地重复。
这样，在电源断开状态期间，第一基本周期实现一次，接着是一次第二基本周期，然后是一次以上的第一基本周期，接着是一次以上的第二基本周期等等。在第一和第二总负载之间连续转换的结果是，当使用卤灯作为加热负载时，加热状态下对眼睛有些不舒服。这些图形反应到眼睛上便是“闪烁”。然而，这些图形在例如额定功率为1700W的12％-25％的功率值的范围内，具有呈现小的电源反应的优点。
在上述所有的方法中，在电源断开状态之前已被连接接收功率的最后子负载总是在电源断开状态之后被连接而接收功率的第一子负载是有利的。
如果加热负载是温度相关的电阻负载，例如卤灯，这种方法能够确保总是最热的因而也是电阻最高的卤灯在电源断开状态之后首先被激励。结果，在电源断开状态和加热状态之间转换时的电源反应，和在电源断开状态之后，较冷的因而也是较大的具有较小电阻的子负载被首先激励的情况相比是较小的。在加热状态中，从一个到另一个子负载的随后的转换操作的电源反应和在电源断开之后的第一转换操作的电源反应相比小得多。
在如权利要求7所述的方法的改型中，在加热状态中的功率控制被这样实现，除去第一和第二基本周期之外，还使用第三基本周期，在第三基本周期中，在三个半波的一个半波期间第一子负载被接通以便接收功率，在接着的一个半波期间，第二子负载被接通而接收功率，在另一个半波期间两个子负载都不被接通接收功率。
这第三个基本周期可以以不同的方式使用对于低功率和中功率值(例如额定功率1700W的12％到44％)，上述的改型可以按下述方式组合使用。在第一和第二基本周期之后，发生具有至少三个半波的第三个基本周期。此后，立即或在第一和第二基本周期插入之后，出现至少具有三个半波的电源断开状态。这种方法在低功率值时比从属权利要求2-6的方法具有较高的电源反应。不过，其优点在于，对人的眼睛而言，两个灯似乎同时发光，这产生一种稳定的光学效果。如果要求更加强烈的总的光学效果(例如出于安全的原因)，这也是有利的。
通过所有的三个基本周期和电源断开状态的合适的组合，可以几乎连续地实现从低到中的功率值范围(例如额定功率为1700W的10％-44％)。它导致具有短期瞬变的第三基本周期的长的状态和长的电源断开状态，例如由第一和第二基本周期的方向连续构成。
对于中功率值，(例如额定功率为1700W的25％-44％)，可以完全忽略至少三个半波的电源断开状态，因为这一功率范围仅通过组合所有三个基本周期而获得。此时，包括至少三个半波的第一基本周期之后是至少三个半波的第二基本周期和至少三个半波的第三基本周期，其中在三个半波的至少一个期间第一子负载被接通而接收功率，在接着的一个半波期间第二子负载被接通而接收功率，在另一个半波期间没有子负载被接通而接收功率。较小的电源反应的优点被整个光学效果的缺点抵销了。在头两个子状态中，光从一个卤灯向另一个卤灯行进，这在第一个改型中被避免了。
当只使用第一和第二基本周期而不使用电源断开周期时，维持大约额定功率的25％的功率值。当只使用第三基本周期时，维持大约额定功率的44％的功率值。通过第一、第二和第三基本周期的合适的组合，可以基本上连续地在额定功率的25％-44％之间控制功率值范围。
按照本发明的加热装置是这样实现的和两个子负载的每个串联设置电源开关，和其各自的电源开关串联的两个子负载被并联设置，提供一个控制单元用于控制电源开关，并且控制单元以这样的方式控制电源开关，使得对于低功率值范围交替地进行-电源断开状态，其中至少三个交流半波没有子负载相连而接收功率，以及
-加热状态，其中借助于三个交流半波的至少第一和第二基本周期的时间的结合，使每个子负载被连接以便接收功率，在第一基本周期的一个半波期间第一子负载被连接而接收功率，在第二基本周期的一个半波期间第二子负载被连接而接收功率，在第一和第二基本周期的其它两个半波期间电源被切断。
作为电源开关，例如可以使用三端双向可控硅。为了驱动两个子负载，这一并联装置只需要两个电源开关，它们可以被控制单元控制。结果，使得这种结构非常简单。下面以举例的方式参照
图1到图6说明本发明的一些改型。其中图1是适合于实施本方法的结构图，其中包括具有两个子负载的一个负载，两个子负载并联设置，每个借助于一个电源开关利用交流电压供电。
图2是表示第一基本周期，其中在每第三个交流半波中第一子负载利用交流电压供电。
图3表示第二基本周期，其中在每个第三交流半波第二子负载利用交流电压供电。
图4表示在加热状态下第一和第二基本周期交替重复的接通周期。
图5表示一种接通周期，其中加热状态包括第一基本周期状态，在此状态下，第一基本周期被串行地重复，和第二基本周期状态，在此状态下，第二基本周期被串行地重复，以及图6表示一种接通周期，其中在加热状态内第一和第二基本周期具有不同的长度。
图1所示的用于实施电气负载的低瞬变功率控制的方法包括控制单元1，其中具有输入键盘2和电子控制单元3。电子控制单元3可以借助于微处理器电路实现。控制单元3用于对电加热负载6进行低瞬变隔离控制，负载6包括第一子负载A和第二子负载B。在本例中，子负载A和B是设置在光烹调设备中的卤灯。第一子负载A和由第一三端双向可控硅7构成的电源开关串联设置。第二子负载B和由第二三端双向可控硅8构成的电源开关串联设置。第一子负载A和第一三端双向可控硅的串联结构和第二子负载B与第二三端双向可控硅8的串联结构并联。设置这一并联结构用于通过安全开关9接收电源电压。电源电压被供给控制单元3的输入端10，从而使得控制单元3可以检测电源电压的交流半波的过零点。电子控制单元3借助于两个控制线4和第一三端双向可控硅7以及第二三端双向可控硅8相连。通过这些控制线4，控制信号可以从控制单元3提供给第一三端双向可控硅7和第二三端双向可控硅8。通过分别适当地控制第一三端双向可控硅7和第二三端双向可控硅8，第一子负载A和第二子负载B可以通过控制单元3和控制线4和电源电压相连。
图2表示第一基本周期，其中在每个第三交流半波期间，第一三端双向可控硅7导通，结果，在每个第三交流半波期间220V的电源电压被加于第一子负载A。
图3表示第二基本周期，其中在每个第三交流半波期间，第二三端双向可控硅8导通，结果，在每个第三交流半波期间220V的电源电压被加于第二子负载B。
对于子负载A和B的功率控制，已经提供了加热状态，其中第一和第二基本周期以合适的方式组合，和转换状态，其中负载A和负载B都不被供电。
这样，基本周期是在每第三交流半波期间被启动的图形。以小于每个第三半波的频率被启动的基本周期产生基本的闪烁，在视觉上也感到不舒服。比在每个第三半波期间启动更频繁的基本周期结合电源断开状态在最低的功率值范围内引起过大的功率瞬变，因此也不特别合适。
图4表示转换图形的第一个例子，其包括第一和第二基本周期的组合。在图4所示的转换图形中，第一基本周期和第二基本周期在第一加热状态Ⅰ中相互交替，结果，第一子负载A和第二子负载B在每个第三交流半波期间被交替地供电。加热状态Ⅰ之后是电源断开状态Ⅱ，其中子负载A和子负载B都不被供电，并且其时间长度可以按照所需的功率改变。电源断开状态Ⅱ之后是加热状态Ⅲ，其中第二基本周期B和第一基本周期A再次相互交替，结果，第一子负载B和第二子负载A在每个第三交流半波期间被交替地供电。在加热状态Ⅰ，子负载B是在电源断开之前Ⅱ之前立即被供电的最后一个子负载。在电源断开状态Ⅱ之后的加热状态Ⅲ，在加热状态Ⅰ中最后一个被供电的这个子负载B是将要被供电的第一个子负载。以后，这一原理被称为交替原理。该原理确保在电源断开状态之后总是在电源断开状态之前被供电的最后一个子负载被首先供电。在由卤灯构成的子负载的情况下，其优点在于，在电源断开状态之后，总是具有最高电阻的最热的卤灯被首先供电。这种交替原理使得即使在5％的额定功率的非常低的功率值下也能满足IEC-1000-3-3标准。
图5表示转换图形的第二实施例，其中加热状态Ⅰ包括加热状态Ⅰa和加热状态Ⅰb。在加热状态Ⅰa中，串行地重复第一基本周期状态，即第一子负载A在每个第三个交流半波内被供电。加热状态Ⅰa和加热状态Ⅰb连接，在加热状态Ⅰb中，第二基本周期状态被串行地重复，结果，在每个第三交流半波期间第二子负载B被供电。在加热状态Ⅰa中第一基本周期的重复次数和在加热状态Ⅰb中第二基本周期的重复次数根据所需的功率值可以选择为不同的值。为了保证第一子负载A和第二子负载B的均匀的功率输出，在本例中加热状态Ⅰa和Ⅰb被给予相同的长度。加热状态Ⅰ之后是电源断开状态Ⅱ，其长度根据所需的功率值选择为不同的值。电源断开状态Ⅱ之后是加热状态Ⅲ，其也包括加热状态Ⅲa和加热状态Ⅲb。电源断开状态Ⅱ之后是加热状态Ⅲa，其中第二基本周期被串行地重复，结果，在每个第三交流半波期间第二子负载B被供电。加热状态Ⅲa之后是加热状态Ⅲb，其中第一基本周期被串行地重复，结果，在每个第三交流半波期间子负载A被供电。应该注意，电源断开状态Ⅱ之后首先是串行重复的第二基本周期状态B，因为第一加热状态Ⅰ以串行重复的第二基本周期状态结束。这样，在电源断开状态Ⅱ之后，子负载B的最热的卤灯被首先供电，它是在电源断开状态Ⅱ之前加热的最后的卤灯，因而具有比子负载A的卤灯较高的电阻，如上所述，这产生有利的闪烁行为和小的电源反应，即小的瞬变作用。
图6是转换图形的第三个例子，其中加热状态Ⅰ和Ⅲ分别包括不同长度的加热状态Ⅰa,Ⅰb和Ⅲa,Ⅲb。在加热状态Ⅰa中，第一基本周期是第一基本周期状态的两倍，结果，这加热状态Ⅰa具有6个交流半波的长度，并且第一子负载A被供电两次。加热状态Ⅰa之后是加热状态Ⅰb，其中第二基本周期被串行地重复几次，结果，在每个第三交流半波期间第二子负载B被供电。在加热状态Ⅰb内第二基本周期的重复次数可以根据所需的功率值改变。加热状态Ⅰ之后是电源断开状态Ⅱ，其时间长度也可以根据所需的功率值改变。电源断开状态Ⅱ之后是加热状态Ⅲ，其从加热状态Ⅲa开始，其中第二基本周期被进行两次，结果，使加热状态Ⅲa具有6个交流半波的长度。应该注意，在电源断开状态Ⅱ之后，开始对子负载B供电，因为子负载B是在电源断开状态Ⅱ之前加热的最后一个子负载，因而，子负载B的卤灯比子负载A的卤灯热，故具有较高的电阻。这样，通过给较大的子负载B供电，比在对较小的子负载A供电的情况下，将产生较小的瞬变作用，即较小的电源反应。加热状态Ⅲa之后是加热状态Ⅲb，其中第一基本周期被串行地重复，结果，在每个第三交流半波期间第一子负载A被供电。在加热状态Ⅲb期间第一基本周期的周期重复次数可以根据所需的功率值改变。不过，加热状态Ⅰb和Ⅲb应该具有相同的长度，从而确保由子负载A和子负载B输出相同的平均功率。
图6所示的转换图形尤其适用于额定功率的5％-12％之间的功率范围。在这功率范围内，图6所示的转换图形能够实现满足标准IEC-1000-3-3的非常小的闪烁值和非常小的瞬变作用。在加热设备中，这是尤其重要的，因为在这功率范围内可以实现保温处理。
在额定功率的12％-25％之间的功率值范围内，图4和图5所示的转换图形比图6所示的转换图形对于电源反应而言是有利的。在这功率范围内，上述的交替原理尤其有利。
利用所述的方法，因为不需要机械开关元件，在整个功率值范围内，可以实现无噪声功率控制。
权利要求
1一种用于电气负载的低瞬变功率控制的方法，尤其是温度相关负载，所述负载的每一个被电气地分为基本上相等的子负载，每个所述负载的子负载可以和交流电源相连，以便接收功率，其特征在于为了进行低功率值范围内的功率控制，交替地提供-电源断开状态，其中至少三个交流半波没有子负载相连以便接收功率，以及-加热状态，其中借助于三个交流半波的至少第一和第二基本周期的时间的结合，使每个子负载被连接以便接收功率，在第一基本周期的一个半波期间第一子负载被连接而接收功率，在第二基本周期的一个半波期间第二子负载被连接而接收功率，在第一和第二基本周期的其它两个半波期间电源被切断。
2如权利要求1所述的方法，其特征在于，每个加热状态包括第一基本周期状态，其中第一基本周期被串行地重复，以及第二基本周期状态，其中第二基本周期被串行地重复。
3如权利要求2所述的方法，其特征在于，在加热状态内，第一和第二基本周期状态具有不同的长度，在时间上交替的彼此相继的加热状态中，由较短的周期状态形成第一基本周期状态，由较长的周期状态形成第二基本周期状态，或者由较短的周期状态形成第二基本周期状态，由较长的周期状态形成第一基本周期状态，较短的周期状态每次在加热状态的开始被提供。
4如权利要求3所述的方法，其特征在于，较短的周期状态每次包括6个交流半波。
5如权利要求1所述的方法，其特征在于，在加热状态中第一和第二基本周期被交替地重复。
6如权利要求1所述的方法，其特征在于，在电源断开状态之前已被连接而接收功率的最后的子负载总是在电源断开状态之后被连接而接收功率的第一个子负载。
7如权利要求1所述的方法，其特征在于，在加热状态中，提供有第一、第二和第三基本周期的时间的结合，在第三基本周期的一个半波期间第一子负载被连接而接收功率，在第三基本周期的另一个半波期间，第二子负载被连接而接收功率，在第三基本周期的其它半波期间电源被断开。
8一种包括至少一个加热负载的电加热装置，所述加热负载包括两个子负载，尤其是卤灯，其特征在于，和两个子负载的每一个串联设置有电源开关，和其各自的电源开关串联的两个子负载被并联设置，提供一个控制单元用于控制电源开关，并且控制单元以这样的方式控制电源开关，使得对于低功率值范围交替地获得一电源断开状态，其中至少三个交流半波没有子负载相连而接收功率，以及一加热状态，其中借助于三个交流半波的至少第一和第二基本周期的时间的结合，使每个子负载被连接以便接收功率，在第一基本周期的一个半波期间第一子负载被连接而接收功率，在第二基本周期的一个半波期间第二子负载被连接而接收功率，在第一和第二基本周期的其它两个半波期间电源被切断。
全文摘要
本发明涉及一种用于电气负载的低瞬变功率控制的方法,尤其是温度相关负载。为了进行低功率值范围内的功率控制,交替地提供有:电源断开状态,其中至少三个交流半波没有子负载相连以便接收功率,以及加热状态,其中借助于三个交流半波的至少第一和第二基本周期的时间的结合,使每个子负载被连接以便接收功率;在第一基本周期的一个半波期间第一子负载被连接而接收功率,在第二基本周期的一个半波期间第二子负载被连接而接收功率,在第一和第二基本周期的其它两个半波期间电源被切断。本发明还涉及实施上述方法的电加热装置。
文档编号H05B1/00GK1222784SQ98120298
公开日1999年7月14日 申请日期1998年9月2日 优先权日1998年9月2日
发明者R·克斯滕, A·格里斯哈默 申请人:皇家菲利浦电子有限公司