专利名称：使用相位控制的功率控制装置以及抑制谐波的方法
技术领域：
本发明涉及到利用相位控制来控制施加到用电器上的AC电压的功率、并且利用上述相位控制来抑制谐波的装置，具体的说指落入4kHz范围内的谐波，优选地是三次谐波的范围，该装置包括与上述用电器串连的第一开关，是由执行相位控制的控制装置驱动地。本发明进一步涉及到在执行相位控制的功率控制中，抑制4kHz范围内的、优选的是三次谐波范围内的谐波的方法。
通过本发明的专利DE 198 50 905A1，可以分别了解到使用相位控制及相位调节方法的工率控制装置与方法。相位控制装置的作用是控制提供给用电器的功率，方法是通过开关元件周期性地将用电器切换为开/关。典型情况下，使用TRIAC作为开关元件，它与用电器串连在一起，通过控制单元激活。控制单元由串连的电阻和激活电容构成，串连部分并连在TRIAC上。激活信号在电阻和激活电容中产生，并通过由电阻和DIAC激活元件构成的串连电路施加到TRIAC的控制输入端(门)。除了这些模拟控制装置外，现在还可以用数字电路执行这种驱动功能。
通过控制加在用电器上的AC电压的相位的功率控制方法会引起不希望的谐波，现在已经有相应的欧洲标准用于调节这些谐波的大小。必须用功率控制装置实现这些标准，这就是过去已经提出的用于抑制这些谐波的方法的来源。
在抑制谐波的过程中，由于三次谐波起到独特的作用，以往的方法都关注于对三次谐波的抑制。例如，在本发明的EP 0859 452B1中就公开了一种抑制三次谐波的装置的实例。在其中公开的解决方案中，相位角与激活角分别控制装置改变，在后面完整的波形中，它们的值在预定值附近变化。这种激活角的非对称性会引起只有偶次谐波会缓慢增加，而对奇次谐波会有很大抑制。
尽管这种方法很好地满足了实用，并较方便地满足现有标准，但仍存在着寻找花费更低的解决方案的需求。此外，与所提到的文件中索是的装置相比，还希望装置能够使25Hz范围内的噪声稍微减小一些。
基于前述，本发明的目标是提供使用相位控制的功率控制装置，它能够以更合理的价格生产出来，并具有更好的噪声性能。
在上述的装置中实现这个目标的方法是在电阻元件上串连第二开关元件，串连部分与第一开关元件并连；调节控制装置，使得它能够刚好先于第一开关元件提前驱动第二开关元件，并在短时间内把它切换到导通状态。
换句话说，就是首先将第二开关元件切换到导通状态，当它激活后，由第一开关元件的电流取代此电流。由于电阻元件的作用，通过第二开关元件的电流小于通过第一开关元件的电流。总而言之，通过使用第二开关元件，使得总电流以更缓慢的方式增大，从而使产生的谐波得到抑制。具体来说，将第二开关元件切换为开所产生的谐波部分程度上抑制了激活第二开关元件时产生的谐波。
在根据本发明的功率控制装置中，在不降低抑制谐波的效果的前提下，所使用的必须的额外元件更少，因此节约了制造成本。
总的来说，本发明所依据的思想是在启动真正的激活过程以及打开TRIAC之前，先提供一定电流，电流的大小小于流过第一开关元件的真实电流值。如上所述，由于这个原因，提前产生了额外的谐波，这个谐波可以部分程度上消除真正的相位控制所产生的谐波。
优选地，把TRIAC用作开关元件。进一步，电阻元件最好是纯欧姆电阻。当然也可以使用其它电阻元件，例如导性或容性电阻。然而，欧姆电阻已经被证明了它在尺寸上以及成本上都更合适。
本发明还实现了潜在的目标，即在执行相位控制的功率控制中用来抑制4kHz范围内的谐波的方法，尤其是指三次谐波，其中方法包括如下步骤-根据第一预定激活角驱动第一开关元件，执行相位控制方法；-在激活第一开关元件之前很短时间内，把线路切换到导通状态，上述线路中带有阻抗，与上述第一开关元件并连。
如同前述，将TRIAC用作带阻抗的切换线路，它与欧姆电阻串连起来，并连到第一开关元件上。
需要理解的是，在不背离本发明的范围的情况下，上述的特性以及下文中进行解释的特性不仅仅可以用于所说明的组合中，还可以用在其它组合中，或者被单独应用。
下面，将用实施例以及附图对本发明进行详细说明。在附图中
图1所示为根据本发明的功率控制装置的示意框图；和图2所示为电压-电流曲线示意图。
在图1中示意了功率控制装置，用数字10标注。利用相位控制方法实现了功率控制，该方法已众所周知，在此不再叙述。
为了执行相位控制，装置10中包括TRIAC 12，它与被控制的用电器14串连连接。利用AC电压源Unetz向TRIAC 12及用电器14构成的串连线路供电，其中所有电极都用L和N标注。
在本实施例中，用电器是电机15，用它代表感性负载。
通过控制单元20的控制输入端(门)16把TRIAC 12与控制单元连接起来，控制单元20产生与期望功率对应的激活脉冲，并将这些脉冲施加在控制端16上。
控制装置20还可以用离散电路实现，例如包括用来产生激活脉冲的激活电容。当然，控制装置也可以用集成电路实现。
激活脉冲把TRIAC 12切换到导通状态，从而使功率加到用电器14上。TRIAC 12一直保持导通状态，直到电源电压的半波结束，然后把它切换到非导通状态。在电源电压的半波内选定相应的激活时间，就可以控制功率。
在这种方式的功率控制中，产生了谐波，并反向作用到AC电压电源网络中。按照欧洲标准，这些谐波不应超过预定值。因此，有必要考虑抑制这些谐波。
因此，在装置10中提供了开关单元30。开关单元30的作用是在真正的激活时刻到来之前使一定量电流通过用电器14，这个电流值要小于真正的名义电流。在图2中，用数字41对这个电流进行标注。可以很清楚地看到，这个电流41在真实电流之前就开始了，真正的电流用数字43进行标注，在激活TRIAC之后开始。在小电流41的起始时刻t1与名义电流43的起始时刻t2之间的时间差大约是1到2ms，并且可根据激活角而变化。具体来说，当激活角很小和/或很大时，时间差可以设为零，此时开关单元30的状态为无效。
通过让较小的电流41在真正的名义电流43之前流动，产生了通过用电器14的总电流，总电流的上升变得平缓了。这种平缓化带来的效果是使产生的谐波被抑制，具体的原因是破坏了电流41与名义电流43产生的谐波之间的干涉。
总而言之，这种类型的控制可以抑制低次谐波，特别是抑制了此处的三次谐波。
本实施例中，开关单元30是用电阻32和TRIAC 34构成的串连线路实现的，串连线路与TRIAC 12并联。因此，当TRIAC 34处于导通状态时，通过用电器14、电阻32和TRIAC 34形成了从电压输入端到第二端N的电流通路。在这种情况下，TRIAC 12被旁路了。
TRIAC 34也用控制单元20驱动，它向TRIAC 34的控制输入端36(门)提供激活脉冲。如同前述，这个激活脉冲在t1时刻产生，它是在加给TRIAC 12的真正激活脉冲的产生时刻t2之前产生的。相应的差t2-t1可以是固定值，也可以由控制单元20根据加给TRIAC 12的激活脉冲的激活角进行调整。
在开关单元30中使用的电阻32最好是欧姆电阻，作用是将电流41保持在名义电流43的量值之下。例如，已经证明了阻值在10ohm量级的电阻尤其适合。然而，需要注意的是，可以用不同方式和不同部件实现对电流41的限制。
如前所述，在TRIAC 12被通过开关单元30激活之前，它被短暂地旁路了，因此，有电流通过用电器14。这个过程在电源电压的每个半波周期性地重复。
已经说明了可以用非常简单且节约成本的开关单元30抑制谐波，从而满足了现有的标准。此外，还说明了噪声也可以被极大地抑制，这些噪声是在前面用于抑制谐波的的开关单元中产生的。
权利要求
1.一种用相位控制来控制施加到用电器(14)上的AC电压的功率并且抑制由于上述相位控制引起的谐波的装置，所述谐波是落入4kHz范围内的谐波，优选地是三次谐波的范围内的谐波，该装置包括与所述用电器(14)串连的、并用执行相位控制的控制装置(20)来驱动的第一开关元件(12)(TRIAC)，其特征在于提供了与电阻元件(32)串连的第二开关元件(34)，上述串连线路与第一开关元件(12)并连，调节上述控制装置(20)，使它可以刚好在第一开关元件(12)之前很短的时间内驱动第二开关元件(34)，并将它短时间切换为导通状态。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于第二开关元件(34)是TRIAC。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于电阻元件(32)是欧姆电阻。
4.一种在执行相位控制的功率控制中用来抑制4kHz范围内的谐波的方法包括如下步骤根据第一组激活角驱动第一开关元件(12)，执行相位控制方法；在激活第一开关元件之前很短时间内，把线路(30；32，34)切换到导通状态，上述线路中带有阻抗，并且跨接上述第一开关元件(12)。
全文摘要
本发明涉及到利用相位控制来控制向用电器(14)提供AC电压的电源功率，并且抑制由于上述相位控制引起的谐波的装置，所述谐波具体地说是指落4kHz范围内的谐波，或者说是三次谐波的范围内，该装置包括与上述用电器(14)串连的第一开关元件(12)(TRIAC)，是由执行相位控制的控制装置(20)所确动。装置的特点是提供了与电阻元件(32)串连的第二开关元件(34)，上述串连线路与第一开关元件(12)并连，调节上述控制装置(20)，是它可以在第一开关元件(12)之前很短的时间内驱动第二开关元件(34)，并将它短时间切换为导通状态。本发明还涉及到在执行相位控制的功率控制中，抑制4kHz范围内的谐波的方法。
文档编号H02M5/257GK1692543SQ03819403
公开日2005年11月2日 申请日期2003年8月13日 优先权日2002年8月14日
发明者德特勒夫·舒尔茨 申请人:格哈德·库尔茨