用于以交流电压运行的电欧姆负载的功率控制的方法和设备与流程

本发明涉及一种用于以交流电压运行的电欧姆负载的功率控制的方法。

背景技术：

在实践中，例如可以构造为电加热装置或电热空气鼓风机的负载是已知的。在此，这种热空气鼓风机还可以构造为手持式热风枪，该手持式热风枪通常能够以一个或两个功率级来操作。如果希望更准确的功率调节，则功率的无级调节或近似无级调节是必需的。

然而，在以不同的各功率级之间许多小步长对热功率进行这种无级调节或近似无级调节时会存在以下问题：目前的用于功率控制的方法会在该负载在其中运行的电网中造成干扰，由此可能损害其他装置和/或生物。

因此，例如排除在其中周期性地接通和断开电源电压的整个波长并且由此通过接通时间和断开时间的比值来确定有效热功率的振荡转换控制。为了使气流具有几乎恒定的温度，需要至少10 Hz的高切换频率。

如果如同在电加热装置中常见的那样以这种频率切换高功率，则会产生所谓的闪变干扰。这些闪变干扰会在照明体连接到相同的电路并且使人暴露于相应照明的情况下对这些人的健康起到负面影响。

另外，通常的相位前沿控制也是不合适的，该相位前沿控制部分地接通和断开电源电压的半波。通常，在此情况下设置构造为三端双向可控硅开关元件或晶闸管的开关元件，该开关元件被点火并且随后在数毫秒内被完全接通。由此产生陡峭的电流边沿，该陡峭的电流边沿在关于电源相位不利的点火时刻并且在相应热功率的情况下产生作为无线电干扰而可观察到的高次谐波。

在常见的相位前沿控制中的这种不利的陡峭接通沿通常用电感来消除，该电感与有效负载串联或者替换地如电机中那样可以是有效负载的组成部分。然而，在热空气鼓风机中常见的功率大小的情况下，这种电感很大并且此外在经 济上也是没有意义的。

技术实现要素：

本发明的任务在于，避免上述缺点并且提供一种用于以交流电压运行的欧姆负载的功率控制的方法，利用该方法给出了又简单又节省成本的用于功率的无级调节或近似无级调节的可能性。

在所述方法中，该任务通过以下方式来解决：通过控制装置按照指令参量来操作晶体管，以使得分别限制接通沿的陡度和断开沿的陡度，其中

为了相位前沿控制的目的来操作该晶体管，并且在前沿角时通过中间连接的电阻来接通该晶体管，其中通过设置在晶体管的输出端与晶体管的控制端子之间的电容器来限制晶体管的接通沿，并且其中控制装置通过晶体管的相应控制在后续的过零点时再次断开电流，

或者其中，为了相位后沿控制的目的来操作该晶体管，并且在后沿角时通过中间连接的电阻来断开该晶体管，其中通过设置在晶体管的输出端与晶体管的控制端子之间的电容器来限制晶体管的断开沿，并且其中控制装置通过晶体管的相应控制在后续的过零点时再次接通电流。

电容器与电阻一起限制晶体管的接通沿和断开沿的陡度，从而避免或者至少减少不利的高次谐波。

优选地，将双极型晶体管、优选具有绝缘栅极电极(IGBT)的双极型晶体管，或者场效应晶体管、优选金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)用作晶体管。

根据本发明，可以在用户侧改变指令参量，优选无级或近似无级地改变指令参量。为此，例如使用电位计，但是其他用户侧操控变型也是可能的。

在本发明的一个优选实施例中，控制装置可以通过如下方式促成电流的断开：控制装置导致晶体管的输入电容的低欧姆并且由此快速的放电。

在此，控制装置可以通过附加设置的另一个晶体管的相应控制来导致所述晶体管的输入电容的放电，该附加设置的另一个晶体管的漏极或集电极与所述晶体管的控制端子连接并且其源极或发射极与所述晶体管的源极端子或发射极端子连接。

根据本发明，可以将双极型晶体管、具有绝缘栅极电极(IGBT)的双极型晶体管、或者场效应晶体管、优选金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)用作该另一个晶体管。

有利地，可以将至少一个电加热元件用作欧姆负载，或者可以将多个电加热元件用作欧姆负载，其中首先运行一个电加热元件并且可以在用户侧通过相应的开关来再接通至少另一个电加热元件。

由此，可以控制电加热装置或者电热空气鼓风机的功率，其中优选可以无级地或者以许多小步长来控制功率。

此外，本发明还涉及一种用于以交流电压运行的欧姆负载的功率控制的设备。为了避免开头部分描述的缺点，给出了一种用于以交流电压运行的欧姆负载的功率控制的设备，利用该设备能够实现简单且节省成本的用于功率的无级调节或近似无级调节的可能性。

该另一任务通过如下方式来解决：该设备具有整流器、晶体管、以及控制装置，其中控制装置通过中间连接的电阻与晶体管的控制端子连接，其中控制装置被构造成按照指令参量以接通沿或断开沿的受限制的陡度来操作晶体管，其中在晶体管的输出端与晶体管的控制端子之间设置电容器，并且控制装置被构造成：

在相位前沿控制的过程中按照指令参量通过在前沿角时接通并且在后续的过零点时断开的方式操作晶体管，

或者在相位后沿控制的过程中按照指令参量通过在前沿角时断开并且在后续的过零点时接通的方式操作晶体管。

在此，该设备尤其可被用于执行根据本发明的方法。

根据本发明，可以将晶体管构造为双极型晶体管、具有绝缘栅极电极(IGBT)的双极型晶体管，或者场效应晶体管、优选金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。

优选地，可以在用户侧改变指令参量，优选无级地或近似无级地改变指令参量。

优选地，控制装置可以通过如下方式来促成电流的断开：控制装置导致电容的低欧姆并且由此快速的放电。

根据本发明，可以附加地设置另一个晶体管并且控制装置可以被构造成通过附加设置的另一个晶体管的相应控制来使电容放电。

在本发明的一个优选实施例中，可以将该另一个晶体管构造为双极型晶体管、具有绝缘栅极电极(IGBT)的双极型晶体管，或者场效应晶体管、优选金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。

优选地，欧姆负载可以通过至少一个电加热元件来形成，或者欧姆负载可以通过多个电加热元件来形成，其中设置用于首先仅运行一个加热元件并且在用户侧再接通至少另一个电加热元件的连接可能性。

优选地，该设备可以为了相应的功率控制而与电加热装置或者电热空气鼓风机相连接或者集成在电加热装置或者电热空气鼓风机中。

根据本发明，该设备可以被构造为可无级控制或者以许多小步长控制的功率控制装置。在此，指令参量可以固定地或者可改变地预先设置。

附图说明

以下在附图所示的实施例中解释本发明。附图示出：

图1示出了根据本发明的设备的第一实施例，

图2示出了根据本发明的设备的第二实施例，

图3示出了根据图1的设备在相位前沿控制过程中运行时的电流变化曲线，

图4示出了根据图1的设备在相位后沿控制过程中运行时的电流变化曲线，

图5示出了根据本发明的设备的第三实施例，以及

图6示出了根据本发明的设备的第四实施例。

在所有附图中将一致的附图标记用于相同或相似的组件。

具体实施方式

图1示出了用于欧姆负载7的功率控制的设备13，该欧姆负载7是以施加在电源电压端子1和2上的交流电压来运行的。

设备13具有整流器，该整流器在所示的实施例中由相应地连接的二极管 3、4、5和6形成。

此外，设备13还包括晶体管8以及控制装置11，其中控制装置11通过中间连接的电阻10与晶体管8的控制端子14连接，并且在晶体管8的输出端15与晶体管8的控制端子14之间设置了电容器9。

在此，控制装置11被构造成按照指令参量以接通沿或断开沿的受限制的陡度来操作晶体管8。由此，控制装置11可被构造成在相位前沿控制(参见图3)的过程中按照指令参量通过在前沿角时接通并且在后续的过零点时断开的方式操作晶体管8，或者在相位后沿控制(参见图4)的过程中按照指令参量通过在前沿角时断开并且在后续的过零点时接通的方式操作晶体管8。

晶体管8被接通或断开的时刻由控制装置11确定，控制装置11具有端子L和G以及输出端A。在此，端子L与电源电压端子2连接，并且端子G通过二极管3与电源电压端子1连接，以使得通过端子L和G来向控制装置11供电。控制装置11通过输出端A在中间接入有电阻10的情况下与晶体管8的控制端子14连接并且由此连接晶体管8。

电容器9由此与电阻10一起限制晶体管8的接通沿或断开沿的陡度，该晶体管8在所示的实施例中被构造为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。

图2中所示的实施例与根据图1的实施例的不同之处在于，控制装置11具有另一个输出端B并且还设置了另一个晶体管12。该另一个晶体管12在此被构造为双极型晶体管。

由于晶体管8的断开是在电流的过零点时发生的，因而无需限制断开沿的陡度，而是可以取而代之通过(与根据图1的实施例相比附加设置的)另一个晶体管12来促成晶体管8的断开。在此，可以通过如下方式促成断开：控制装置11导致晶体管8的输入电容的放电。这在根据图2的实施例中以如下方式进行：控制装置11被构造成通过附加设置的另一个晶体管12的相应控制来对晶体管8的输入电容进行放电。

在这种情形中，控制装置11的输出端A保持在动作电位上，以使得仅输出端B必须产生控制脉冲。

图3示出了在相位前沿控制的过程中在根据图1的实施例运行时的电源电 压U和电源电流I的变化曲线。在时刻t0晶体管8被接通。通过电容器9和电阻10使电流缓慢上升，该电流直到时刻t1才完全增大。由此，减缓了电流的接通沿的上升速度，直至电流在时刻t1跟随电源电压的变化。

在电流的过零点时，晶体管8随后被断开，并且直到时刻t2才被再次接通。随后，再次通过电容器9和电阻10导致电流的缓慢的上升速度，并且电流直到时刻t3才完全增大并且跟随电源电压的变化。

图1的布置还可以在相位后沿控制的过程中运行，这产生图4中所示的电流变压曲线。

如果应当相应地改进根据图2的实施例，则必须在过零点时促成晶体管8的接通。为此，电阻10不与控制装置11的输出端A连接，而是取而代之必须与控制装置11的端子G连接。此外，另一个晶体管12必须与控制装置11的端子G分开并且与控制装置11的端子A连接。另外，视实施方式改变晶体管12的极性，以使得取代NPN或N沟道晶体管而使用PNP或P沟道晶体管。

图5中所示的实施例与根据图1的实施例的不同之处在于，控制装置11具有另一个输出端B，该输出端B连接在电容器9与电阻10之间并且由此跨接电阻10。通过输出端B的相应控制，还可以用这种变型导致晶体管8的输入电容的放电并且由此促成晶体管8的断开。

图6示出了根据本发明的另一个实施例，其被构造为具有电机20的电热空气鼓风机。该电路未被详细地构造，并且在这里不对其作更进一步的探讨。

在该实施例中，欧姆负载7由两个电加热元件16、17形成。此外，提供了首先仅运行一个加热元件16并且在用户侧再接通第二加热元件17的可能性。

指令参量可以在用户侧通过相应的控制机构19来改变，该控制机构19在所示的实施例中被构造为电位计，由此提供了无级功率控制。