相位截止控制装置和用于相位截止控制装置的方法
【专利摘要】一种相位截止控制装置包括具有一个控制连接端和两个功率连接端的晶闸管/三端双向可控硅开关、用于采样施加在所述晶闸管/三端双向可控硅开关的功率连接端上的电压的采样装置以及用于提供控制连接端上的控制电压以便点火所述晶闸管/三端双向可控硅开关的控制装置。在此，所述控制装置设置用于切断已点火的晶闸管上的控制电压以及当所采样的电压超过预先确定的阈值时检测所述晶闸管/三端双向可控硅开关的不期望的熄灭。
【专利说明】相位截止控制装置和用于相位截止控制装置的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种相位截止控制装置和一种控制方法。本发明尤其涉及一种用于用电器的功率控制的相位截止控制装置。
【背景技术】
[0002]相位截止控制装置(Phasenanschinttsteuerung)用于以可变的功率运行交流电流上的用电器。在此，所述用电器可以包括主要欧姆式的用电器(如白炽灯)或者欧姆式和电感式混合的用电器(如电动机)。为了用电器与交流电流的连接，使用晶闸管或三端双向可控硅开关(Triac)，所述三端双向可控硅开关包括两个晶闸管的反并联的互联。晶闸管具有两个功率连接端，其中一个与用电器连接而另一个与交流电压连接。此外设有控制连接端。当控制连接端上的电压超过预先确定的阈值时，晶闸管提供从第一功率连接端至第二功率连接端的电连接。这个过程称作“点火(Zilnden) ”。当切断控制输入端上的控制电压时，晶闸管在功率连接端之间的传导性也保留。为了熄灭晶闸管一即再次结束功率连接端之间的传导性，必须使经过晶闸管的功率连接端的维持电流减小到预先确定的阈值以下。在每一次电流过零时通常是所述情况。
[0003]为了在其功率方面控制用电器，不在交流电压的每一个半波开始时而是稍后才在控制输入端上施加控制电压。施加控制电压的时刻例如可以取决于功率连接端中的一个上的交流电压的电压值。然后，晶闸管在半波的一个预先确定的点上点火并且保持接通直至半波结束。越迟地进行所述点火，则用电器与交流电流源连接的时间就越少并且因此在用电器中转换的功率也就越少。
[0004]由于震动、磨损或差的换向(如果用电器涉及换向式电动机)，流经晶闸管/三端双向可控硅开关的电流可能短时间地低于维持电流，如果在晶闸管导通期间没有维持已点火的晶闸管上的控制电压，则这可能导致晶闸管的熄灭。然而，控制电压的维持引起确定的损耗功率并且可能需要晶闸管的更耗费的接线。因此，本发明的任务是，说明一种改进的相位截止控制装置、一种用于相位截止控制装置的方法以及一种相关的计算机程序产品，借此能够避免所述缺点。本发明借助具有独立权利要求的特征的相位截止控制装置、用于所述相位截止控制装置的方法以及计算机程序产品来解决所述任务。从属权利要求反映优选的实施方式。
【发明内容】
[0005]根据本发明的相位截止控制装置包括具有晶闸管功能的半导体组件——尤其晶闸管、用于采样施加在晶闸管的功率连接端上的电压的采样装置以及用于提供控制连接端上的控制电压以便点火晶闸管的控制装置，其中所述具有晶闸管功能的半导体组件——尤其晶闸管具有一个控制连接端和两个功率连接端。所述晶闸管可以由三端双向可控硅开关包括。在此，所述控制装置设置用于当所采样的电压超过预先确定的阈值时切断已点火的晶闸管上的控制电压并且检测晶闸管的不期望的熄灭。
[0006]因为三端双向可控硅开关也总是包括晶闸管，所以以下仅仅在涉及三端双向可控硅开关的特定特征的地方才区分晶闸管和三端双向可控硅开关。
[0007]通过切断已点火的晶闸管上的控制电压能够减小晶闸管上的损耗功率。
[0008]在一种特别优选的实施方式中，应对措施包括:借助控制电压重新点火不期望地熄灭的晶闸管。相对于每个半波仅仅一次短时间地点火晶闸管并且容忍偶然熄灭的另一解决方案，所输出的功率可以通过所述熄灭减小。通过在相同半波内的重新点火可以使所输出的功率最大化。
[0009]优选地，也设有输出装置，其中所述控制装置设置用于当所采样的电压超过阈值时借助所述输出装置输出故障信号。所述输出装置例如可以包括朝向相位截止控制装置的用户的光学输出装置、声学输出装置或触觉输出装置。因此，用户可以被要求由有资质的人员实施控制装置的操纵。
[0010]在另一种实施方式中，输出装置包括用于存放故障信息的故障存储器。在故障存储器中能够存放大量信息，所述信息伴随不期望的熄灭或者先于或滞后于所述熄灭。可以基于所收集的信息使相位截止控制装置和/或用电器经受改善的服务。
[0011]在一种特别有利的实施方式中，相位截止控制装置设置用于控制换向式电动机。在此，所述相位截止控制装置与电动机可以共同安装在一个设备中。这样的设备尤其可以包括电手持式工具。
[0012]根据本发明的用于具有晶闸管的相位截止控制装置的方法包括借助控制电压点火晶闸管的步骤、切断已点火的晶闸管上的控制电压的步骤以及当施加在晶闸管的功率连接端上的电压超过预先确定的阈值时检测晶闸管的不期望的熄灭的步骤，所述晶闸管具有一个控制连接端和两个功率连接端。优选地，在所述情形中借助控制电压重新点火晶闸管。
[0013]在一种实施方式中，晶闸管的功率连接端中的一个与交流电压连接并且如果交流电压的下一个过零短于预先确定的时间来临，则不进行晶闸管的重新点火。由此能够避免晶闸管的极短时间的点火。因此能够防止用电器和晶闸管遭受短的电压脉冲。
[0014]在可与以上所述的变型方案组合的另一变型方案中，在交流电压的过零的范围中切断控制电压。通过控制电压的所述无条件的切断能够避免晶闸管的无意的点火，尤其能够将重新点火可靠地限制到当前的半波上。
[0015]根据本发明的计算机程序产品包括程序代码单元，其用于当计算机程序产品在处理装置上运行或存储在计算机可读的数据载体上时实施所描述的方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]现在参考附图更详细地描述本发明，附图示出:
[0017]图1:相位截止控制装置的电路图；
[0018]图2:用于图1的相位截止控制装置的三端双向可控硅开关的电路图；
[0019]图3:图1的相位截止控制装置上的时间流程；
[0020]图4:用于相位截止控制装置的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0021]图1示出相位截止控制装置100的电路图。晶闸管105包括第一功率连接端110、第二功率连接端115和控制连接端120。功率连接端110、115中的一个与用电器130连接，所述用电器尤其可以包括电动机。用电器130的空闲的连接端和剩余的功率连接端115、110与交流电压源135的连接端连接，所述交流电压源例如可以包括具有约50或约60赫兹的频率的交流电压网络。
[0022]相位截止控制装置100包括晶闸管105和控制装置140。控制装置140设置用于在晶闸管105的控制连接端120上提供控制电压，以便点火晶闸管105。可选择地，也设有输入装置145，所述输入装置在图1的示图中示例性地示为电位器，以便可以使用户确定晶闸管105的点火时刻并且因此使用户确定可通过用电器130转换的电功率。优选地，控制装置140包括用于采样所述输入装置145并且用于提供控制电压的处理装置150。此外，控制装置140包括用于采样施加在晶闸管105的功率连接端110、115上的电压的采样装置155。所采样的电压可以提供给处理装置150用于与一个阈值进行比较。替代地，可以已经在采样装置155中进行与阈值的比较，并且所采样的电压是否超过阈值的相应信号可以提供给处理装置150。
[0023]在不出的实施方式中设有两个输出装置160。可选择的第一输出装置160包括用于接收信息的故障存储器165，所述信息伴随晶闸管105的不期望的熄灭或者先于或滞后于所述熄灭。所述信息可以包括时间信息、负载信息、不同的电流和/或电压以及相位截止控制装置100的范围内的一个或多个温度。所述信息中的每一个也可以涉及与此相应的时间变化。可选择的第二输出装置160包括发光二极管170作为光学输出装置的代表，其朝向相位截止控制装置100的用户。作为发光二极管170的附加或替代，也可以设有朝向相位截止控制装置100的用户的声学输出装置和/或触觉输出装置。
[0024]所示出的元素一尤其晶闸管105、控制装置140和用电器130可以由一个共同的设备175包括，所述设备例如包括电手持式工具。
[0025]控制装置140设置用于在晶闸管已经点火之后切断所述晶闸管105的控制连接端120上的控制电压。然后，根据在功率连接端110和115上采样的电压可以确定是否发生了晶闸管105的不期望的熄灭。在所述情形中，通过输出装置160中的一个来输出相应的信息。附加地，可以采取另一措施，尤其可以借助控制连接端120上的控制电压来重新点火晶闸管105。
[0026]图2示出用于图1中的相位截止控制装置100的三端双向可控硅开关的电路图。三端双向可控硅开关205相应于两个晶闸管105(相应于图1中的晶闸管)的反并联的互联。因为晶闸管105仅仅在功率连接端110和115之间的一个方向上允许电流，所以三端双向可控硅开关205适合于使相位截止控制装置100在交流电压源135上运行，以便不仅充分利用正半波而且充分利用负半波。相对于晶闸管105，三端双向可控硅开关205在图1中的相位截止控制装置100中是可容易更换的。替代地，在图1中的相位截止控制装置100中的晶闸管105的位置处也能够使用两个反并联的晶闸管105的所示连接。晶闸管105或三端双向可控硅开关205的以下其他结构形式也可没有问题地使用:所述其他结构形式例如包括用于稱合输入控制电压的光电稱合器。
[0027]图3示出图1中的相位截止控制装置100上的时间流程。在上方区域中示出用电器130上的电压的第一变化过程305，在中间区域中示出控制连接端120上的控制电压的第二变化过程310，而在下方区域中示出功率连接端110和115上的电压的第三变化过程
310。
[0028]在第一变化过程305上可以看出，如何在过零320之后的预先确定的时间由于第二变化过程310的控制电压的脉冲接通用电器130上的电压。过零320与控制电压的脉冲之间的持续时间例如取决于图1中的输入装置145的位置。在示出的实施方式中，不以三端双向可控硅开关205而是以晶闸管105为前提，如能够在第一变换过程305的仅仅正电压部分看到的那样。
[0029]分别仅仅对于短的脉冲施加控制电压以点火晶闸管105。在一种实施方式中，预先确定所述脉冲的持续时间、例如数百毫秒。由此，如果已经点火晶闸管105，则控制电压可以迅速回归至零或接近零的值，并且可以减小由控制电压决定的损耗功率。
[0030]在时刻T4发生晶闸管105的不期望的熄灭——例如由于用电器130内的电流的短时中断。作为对此的响应，第三变化过程315的电压上升超过预先确定的阈值325。根据所述超过，借助采样装置155能够检测晶闸管105的不期望的熄灭。如果紧接着没有采取其他措施，则用电器130上的第一变化过程305的电压对于当前半波的剩余部分保持为O。
[0031]然而，在所述情形中，控制装置104优选控制晶闸管105，重新进行点火。自时刻T5起示出相应的关系。在时刻T5，向晶闸管105的控制输入端120输出第一脉冲，以便点火晶闸管。在时刻T6发生晶闸管的不期望的熄灭，如先前在时刻T4时那样。结果，第三变化过程315的电压上升超过阈值325。在位于时刻T6之后的预先确定的反应时间的时刻T7，控制装置140已经检测到不期望的熄灭并且向晶闸管105的控制连接端120输出另一控制脉冲，以便重新点火所述晶闸管。点火晶闸管105，并且对于当前半波的剩余部分在用电器130上再次施加交流电压源135的电压。与时刻T7的重新点火并行地，控制装置140也可以向输出装置160中的一个输出相应的信息。如果多次发生无意的熄灭，则也可以在相同的半波中进行多次重新点火尝试。
[0032]图4示出用于控制图1的相位截止控制装置100的方法400的流程图。在步骤405中，不失一般性地，从交流电压源135的交流电压的过零320出发并且从控制输入端120上的控制电压为零出发。随后在步骤410中，优选基于输入装置145的位置确定接通时刻。在步骤415中一直等待，直至达到先前确定的接通时间。然后在步骤420中向晶闸管105或者三端双向可控硅开关205的控制输入端120输出控制电压。由此点火晶闸管105并且以电压供给用电器130。仅仅短时地维持控制电压，例如直至施加在功率连接端110和115上的电压已经低于预先确定的值或者在预先确定的时间之后。
[0033]在随后的步骤425中，借助采样装置155采样晶闸管105或者三端双向可控硅开关205的功率连接端110和115上的电压。在步骤430中，将所采样的电压与阈值325进行比较。如果所述电压超过阈值，则发生晶闸管105或者三端双向可控硅开关205的无意的熄灭。然后可选择地在步骤435中仍能够确定是否应实施重新的点火过程。例如，如果距下一个过零320短于预先确定的时间，则可以放弃重新的点火过程。如果控制连接端120上的控制电压的脉冲具有预先确定的长度并且距下一个过零320短于所述脉冲长度，则这尤其是有意义的。
[0034]在另一种实施方式中，如果晶闸管105或者三端双向可控硅开关205的功率连接端110和115上的电压大于零、即恰巧没有发生过零320，则在步骤430之后总是实施重新的点燃过程。当发生过零320时，可以总是切断控制连接端120上的控制电压。
[0035]如果应进行另一次点火，则借助以上已经描述的步骤420使所述方法400继续。否贝U，在步骤440中等待下一个过零320。如果在步骤430中已经确定所采样的电压不大于阈值325，则也实施步骤440。如果在步骤440中没有出现新的过零320，则方法400跳转回步骤425。否则借助步骤410使所述方法400继续。
【权利要求】
1.一种相位截止控制装置(100)，其包括以下元件: 晶闸管(105)，其具有一个控制连接端(120)和两个功率连接端(110，115)； 采样装置(155)，其用于采样施加在所述晶闸管(105)的功率连接端(110，115)上的电压； 控制装置(140)，其用于提供所述控制连接端(120)上的控制电压以便点火所述晶闸管(105)； 其特征在于，所述控制装置(140)设置用于切断已点火的晶闸管(105)上的控制电压以及当所采样的电压超过预先确定的阈值(325)时检测所述晶闸管(105)的不期望的熄灭。
2.根据权利要求1所述的相位截止控制装置(100)，其中，所述控制装置(140)还设置用于借助所述控制电压来重新点火不期望地熄灭的晶闸管(105)。
3.根据权利要求1或2所述的相位截止控制装置(100)，其还包括输出装置(160)，其中，所述控制装置(140)设置用于当所采样的电压超过所述阈值(325)时输出故障信号。
4.根据权利要求3所述的相位截止控制装置(100)，其中，所述输出装置(160)包括用于存放故障信息的故障存储器(165)。
5.根据以上权利要求中任一项所述的相位截止控制装置(100)，其中，所述相位截止控制装置(100)设置用于控制换向式电动机(130)。
6.一种电手持式工具(175)，其具有电动机(130)和根据权利要求5所述的相位截止控制装置(100)。
7.一种用于相位截止控制装置(100)的方法，所述相位截止控制装置具有晶闸管(105)，所述晶闸管具有一个控制连接端(120)和两个功率连接端(110，115)，所述方法包括以下步骤: 借助控制电压点火(420)所述晶闸管(105)； 切断(420)已点火的晶闸管(105)上的控制电压； 当施加在所述晶闸管(105)的功率连接端(110，115)上的电压超过预先确定的阈值(325)时，检测(430)所述晶闸管(105)的不期望的熄灭。
8.根据权利要求7所述的方法(400)，其中，所述晶闸管(105)的功率连接端(110，115)中的一个与交流电压(135)连接，并且当所述交流电压的下一个过零(320)短于预先确定的时间来临时不进行所述晶闸管(105)的重新点火。
9.根据以上权利要求中任一项所述的方法(400)，其中，所述晶闸管(105)的功率连接端(110，115)中的一个与交流电压(135)连接，并且在所述交流电压的过零(320)的范围内切断所述控制电压。
10.一种计算机程序产品，其具有程序代码单元，用于当所述计算机程序产品在处理装置(150)上运行或者存储在计算机可读的数据载体上时实施根据权利要求7至9中任一项所述的方法(400)。
【文档编号】H03K17/687GK104283538SQ201410397182
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年5月23日 优先权日:2013年5月24日
【发明者】K·波戈热尔斯基, J·维什涅夫斯基 申请人:罗伯特·博世有限公司