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公開番号2025130048
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-05
出願番号2025025527
出願日2025-02-20
発明の名称温度制御機器用のゼロクロス制御
出願人トゥルーマニュファクチャリングカンパニーインコーポレイテッド,True Manufacturing Company, Inc.
代理人弁理士法人河崎特許事務所
主分類H01H 9/54 20060101AFI20250829BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】温度制御機器用のゼロクロス制御を提供する。
【解決手段】機器制御器は、交流電源に構成要素を接続するスイッチングデバイスを選択的に作動させるために、スイッチングデバイスに動作可能に接続されている。機器制御器は、スイッチングデバイスの作動を交流電源のゼロクロッシングに同期させるゼロクロス制御モジュールを実行する。ゼロクロス制御モジュールは、交流電源の振幅及び周波数に依存しない。例えば、ゼロクロス制御モジュールは、スイッチングデバイスの作動を交流電源のゼロクロッシングに同期させ、直流ファン又は冷却圧縮機への突入電流を最小化する。制御器を使用し、ゼロクロス制御モジュールによって判定されたスイッチ作動時刻に機器のスイッチングデバイスを作動させ、スイッチングと交流電源の真のゼロクロスとの間の位相ずれは、±35度未満になる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
筐体と、
前記筐体内で負荷を冷却するための圧縮駆動冷却システムであって、前記圧縮駆動冷却システムは、冷媒が充填されている冷却回路を含み、前記冷却回路は、前記負荷と熱的連通している熱吸収熱交換器と、前記負荷から熱的に分離されている熱排除熱交換器と、前記熱吸収熱交換器と前記熱排除熱交換器との間で冷媒を循環させる圧縮機とを含む、圧縮駆動冷却システムと、
前記熱吸収熱交換器及び前記熱排除熱交換器のうち１つを横切って空気を移動させるように構成されている、ファンと、
交流電源の電圧がゼロである周期的ゼロクロッシングを有する交流電源に、前記圧縮機及び前記ファンからなる構成要素のグループから選択されている１つの構成要素を選択的に接続するように作動可能な、スイッチングデバイスと、
前記交流電源に前記１つの構成要素を接続する前記スイッチングデバイスを選択的に作動させるために、前記スイッチングデバイスに動作可能に接続されている機器制御器であって、前記機器制御器は、プロセッサと、前記プロセッサによって実行される場合、前記スイッチングデバイスの作動を前記交流電源のゼロクロッシングに同期させるゼロクロス制御モジュールを実行するように前記プロセッサを構成するプロセッサ実行可能命令を記憶するメモリとを含み、前記ゼロクロス制御モジュールは、前記交流電源の振幅及び周波数に依存しない、機器制御器と
を含む、冷却機器。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記機器制御器は、前記交流電源に動作可能に接続されているアナログフロントエンドを更に含み、前記アナログフロントエンドは、前記交流電源を処理し、前記交流電源に同期されている低電圧周期的信号を出力するように構成されている、請求項１に記載の冷却機器。
【請求項３】
前記機器制御器は、前記アナログフロントエンド及び前記プロセッサに動作可能に接続されている比較器を更に含み、前記比較器は、前記低電圧周期的信号を基準電圧と比較し、前記低電圧周期的信号と前記基準電圧との間の関係を示すデジタルパルス信号を前記プロセッサに出力するように構成されている、請求項２に記載の冷却機器。
【請求項４】
前記デジタルパルス信号は、パルス幅及び周期を有し、前記ゼロクロス制御モジュールは、前記パルス幅及び前記周期を判定し、前記パルス幅及び前記周期の関数としてスイッチ作動時刻を判定するように構成されている、請求項３に記載の冷却機器。
【請求項５】
前記ゼロクロス制御モジュールは、前記アナログフロントエンド、前記プロセッサ実行可能命令を実行する前記プロセッサ、及び前記スイッチングデバイスの作動のうち１つ又は複数に関連付けられている所定遅延の関数としてスイッチ作動時刻を判定するように構成されている、請求項４に記載の冷却機器。
【請求項６】
前記ゼロクロス制御モジュールは、次の関数に従って前記スイッチ作動時刻を判定するように構成されている、請求項５に記載の冷却機器。
Ｔ
ｓｗｉｔｃｈ
＝１／２＊Ｔ
ｐｗ
＋３／４＊Ｔ
ｐ
－Ｔ
ｄｅｌａｙ
（但し、
Ｔ
ｓｗｉｔｃｈ
は、前記スイッチ作動時刻であり、
Ｔ
ｐｗ
は、前記パルス幅であり、
Ｔ
ｐ
は、前記周期であり、
Ｔ
ｄｅｌａｙ
は、前記所定遅延である）
【請求項７】
前記アナログフロントエンドは、分圧器を含む、請求項２に記載の冷却機器。
【請求項８】
前記アナログフロントエンドは、高周波数雑音を除去するように構成されている容量性フィルターを含む、請求項２に記載の冷却機器。
【請求項９】
前記アナログフロントエンドは、前記低電圧周期的信号を前記交流電源の整流半波にするように構成されているダイオードを含む、請求項２に記載の冷却機器。
【請求項１０】
前記スイッチングデバイスは、機械的リレーであり、前記ゼロクロス制御モジュールは、前記ゼロクロス制御モジュールを有しない同じ条件下で使用される同じタイプの機械的リレーと比較すると、少なくとも１００％前記機械的リレーの耐用年数を増加する、請求項１に記載の冷却機器。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
この開示は一般的に、温度制御機器（例えば、冷却機器）に関する。より詳細には、この開示は、機器の動力構成要素に交流電源を選択的に接続するスイッチングデバイス用の低コスト、高精度ゼロクロス制御に関する。
続きを表示（約 3,700 文字）【背景技術】
【０００２】
温度制御機器（例えば、冷却機器）は、動力構成要素を主ＡＣ（交流）電源に接続することによって動力構成要素を選択的に作動させるスイッチングデバイスを利用する。例えば、冷却機器で、圧縮機のスイッチをオンオフするために機械的リレーを使用することは一般的である。このような機械的リレーは、スイッチング素子が開閉の間で移動する時に発生する電気的アーク放電のために故障することがあることがよく知られている。交流電源の電圧がゼロでない場合にスイッチングデバイスを作動させると、アーク放電が発生する。スイッチ作動時刻における電圧の絶対値が大きければ大きいほど、アーク放電がより激しくなることがある。アーク放電の問題は典型的に、アーク放電がない場合に別の方法で必要であるものよりも強固な特大リレーを使用することによって解決される。これにより、機器のコストが増大する。
【０００３】
スイッチ作動タイミングは、他の経路により動力機器構成要素の信頼性に影響を与えることもある。例えば、機器産業は最近、ＡＣ動力ファンからＤＣ（直流）動力ファンに移行し始めている。これらのファンは、主交流電源を直流に変換し、直流電源でファンモーターを駆動する集積交流／直流変換回路構成を有する。上述の冷却圧縮機のように、これらのファンへの交流電力の供給を、スイッチングデバイス（例えば、機械的リレー、ソリッドステートリレー、トライアック、サイリスタなど）によって制御することができる。交流電源の電圧がゼロでない場合にこれらのスイッチングデバイスを作動させると、突入電流を引き起こす。残念なことに、交流／直流変換回路構成は、このような突入電流の損傷を容易に受けることが判明しており、直流ファンの耐用年数が大幅に減少して予想を下回る。
【０００４】
上述を考慮して、交流電源の電圧が略ゼロである場合に機器スイッチングデバイスの作動のタイミングを「ゼロクロッシング」に同期させる精密制御が必要である。ゼロクロス制御に専用の独立型マイクロコントローラを開発するように努力している。このようなゼロクロス制御器は、主機器制御器とスイッチングデバイスとの間に位置する。しかし、追加のマイクロコントローラを使用すると、望ましくないコスト及び複雑さが増す。更に、既存のゼロクロス制御器は、周波数及び／又は振幅に依存するアルゴリズムを使用する。その結果、ゼロクロス制御器は、交流電源が予想特性を有する特定の標準電力網で単に動作可能である。このようなゼロクロス制御器を、例えば、交流電源が異なる周波数及び／又は振幅を有する外国で使用した場合、ゼロクロス制御器は、より悪い性能、例えば、ゼロクロス制御を全く行わなかった場合よりも大きいリレーアーク放電及び大きい突入電流を引き起こす可能性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１つの態様において、冷却機器は、筐体を含む。圧縮駆動冷却システムは、筐体内で負荷を冷却する。圧縮駆動冷却システムは、冷媒が充填されている冷却回路を含む。冷却回路は、負荷と熱的連通している熱吸収熱交換器と、負荷から熱的に分離されている熱排除熱交換器と、熱吸収熱交換器と熱排除熱交換器との間で冷媒を循環させる圧縮機とを含む。ファンは、熱吸収熱交換器及び熱排除熱交換器のうち１つを横切って空気を移動させるように構成されている。スイッチングデバイスは、交流電源の電圧がゼロである周期的ゼロクロッシングを有する交流電源に、圧縮機及びファンからなる構成要素のグループから選択されている１つの構成要素を選択的に接続するように作動可能である。機器制御器は、交流電源に１つの構成要素を接続するスイッチングデバイスを選択的に作動させるために、スイッチングデバイスに動作可能に接続されている。機器制御器は、プロセッサと、プロセッサによって実行される場合、スイッチングデバイスの作動を交流電源のゼロクロッシングに同期させるゼロクロス制御モジュールを実行するようにプロセッサを構成するプロセッサ実行可能命令を記憶するメモリとを含む。ゼロクロス制御モジュールは、交流電源の振幅及び周波数に依存しない。
【０００６】
別の態様において、温度制御機器は、筐体を含む。温度制御デバイスは、筐体内で負荷の温度を制御する。直流ファンは、（ｉ）筐体内で空気を分配すること、又は（ｉｉ）温度制御デバイスと周囲環境との間で熱を交換することのうち１つに空気を移動させる。スイッチングデバイスは、交流電源の電圧がゼロである周期的ゼロクロッシングを有する交流電源に直流ファンを選択的に接続するように作動可能である。機器制御器は、交流電源に直流ファンを接続するスイッチングデバイスを選択的に作動させるために、スイッチングデバイスに動作可能に接続されている。制御器は、プロセッサと、プロセッサによって実行される場合、スイッチングデバイスの作動を交流電源のゼロクロッシングに同期させるゼロクロス制御モジュールを実行し、直流ファンへの突入電流を最小化するようにプロセッサを構成するプロセッサ実行可能命令を記憶するメモリとを含む。
【０００７】
別の態様において、温度制御機器を動作させる方法は、回路構成を使用し、交流電源を処理し、交流電源に同期される低電圧周期的信号を出力するステップを含む。比較器を使用し、低電圧周期的信号を基準電圧と比較し、低電圧周期的信号と基準電圧との間の関係を示すデジタルパルス信号を出力する。デジタルパルス信号は、パルス幅及び周期を有する。温度制御機器の制御器のプロセッサを使用し、パルス幅及び周期を判定する。プロセッサを使用し、パルス幅及び周期の関数としてスイッチ作動時刻を判定する。制御器を使用し、温度制御機器のスイッチングデバイスを作動させ、スイッチ作動時刻に温度制御機器の動力構成要素を交流電源に接続し、スイッチングと交流電源の真のゼロクロスとの間の位相ずれは、±３５度未満である。
【０００８】
他の態様及び特徴は、以下に明白である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本開示による冷却機器の略ブロック図である。
冷却機器の制御器用のアナログフロントエンドの回路図である。
（ａ）は６０ｈｚ、１２０ｖの交流電源を表す線図である。（ｂ）は（ａ）における交流電源を処理した後にアナログフロントエンドから出力された低電圧信号を表す線図である。（ｃ）は（ｂ）の低電圧周期的信号と基準電圧ｖ
ｒｅｆ
との間の関係を示すデジタルパルス信号を表す線図である。
（ａ）は５０ｈｚ、２２０ｖの交流電源を表す線図である。（ｂ）は（ａ）における交流電源を処理した後にアナログフロントエンドから出力された低電圧信号を表す線図である。（ｃ）は（ｂ）の低電圧周期的信号と基準電圧ｖ
ｒｅｆ
との間の関係を示すデジタルパルス信号を表す線図である。
本開示のゼロクロス制御モジュールによるスイッチングデバイスの作動の後に交流電源及び２４０ｖ、６０ｈｚの電源から負荷への突入電流を示すＴｅｋｔｒｏｎｉｘ測定機器によって生成された線図である。
略ピーク電圧で従来の制御モジュールによるスイッチングデバイスの作動の後に交流電源及び２４０ｖ、６０ｈｚの電源から負荷への突入電流を示すＴｅｋｔｒｏｎｉｘ測定機器によって生成された線図である。
本開示のゼロクロス制御モジュールによるスイッチングデバイスの作動の後に交流電源及び１２０ｖ、５０ｈｚの電源から負荷への突入電流を示すＴｅｋｔｒｏｎｉｘ測定機器によって生成された線図である。
本開示のゼロクロス制御モジュールによるスイッチングデバイスの作動の後に交流電源及び２４０ｖ、６０ｈｚの電源から負荷への突入電流を示すＴｅｋｔｒｏｎｉｘ測定機器によって生成された線図である。
本開示のゼロクロス制御モジュールによるスイッチングデバイスの作動の後に交流電源及び２４０ｖ、５０ｈｚの電源から負荷への突入電流を示すＴｅｋｔｒｏｎｉｘ測定機器によって生成された線図である。
本開示のゼロクロス制御モジュールによるスイッチングデバイスの作動の後に交流電源及び１２０ｖ、６０ｈｚの電源から負荷への突入電流を示すＴｅｋｔｒｏｎｉｘ測定機器によって生成された線図である。
本開示のゼロクロス制御モジュールによって制御される制御システムを含む異なる制御システムによって制御されるリレーのサイクル寿命を示す棒グラフである。
【００１０】
図面全体にわたって、対応する部分を対応する参照符号で示す。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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