家庭で使用されるほとんどの電化製品は、それらの操作のためにAC電源を必要とします。このAC電源またはACは、一部のパワーエレクトロニクススイッチのスイッチング操作を通じてアプライアンスに供給されます。負荷の円滑な操作のために、制御する必要があります AC電源が適用されました 彼らへ。これは、SCRなどのパワーエレクトロニクススイッチのスイッチング動作を制御することによって実現されます。
SCRのスイッチング動作を制御する2つの方法
- 位相制御方式 ：これは、AC信号の位相を参照してSCRのスイッチングを制御することを意味します。通常、 サイリスタがトリガーされます AC信号の開始から180度で。言い換えると、AC信号波形のゼロ交差で、トリガーパルスがサイリスタのゲート端子に適用されます。 SCRへのAC電力を制御する場合、これらのパルスの適用は、パルス間の時間を増やすことによって遅延され、これは、点火角度遅延による制御と呼ばれます。ただし、これらの回路は高次の高調波を発生させ、無線周波数RFIと大きな突入電流を生成し、より大きな電力レベルでは、RFIを低減するためにより多くのフィルターが必要になります。
- 一体型サイクルスイッチング： 積分サイクル制御は、ゼロスイッチングまたはサイクル選択として知られるACからACへの直接変換に使用される別の方法です。積分サイクルトリガーは、交流スイッチング回路、特に積分サイクルゼロ電圧交流スイッチング回路に関連しています。モーターや電源変圧器などの低力率（誘導性負荷）の切り替えにゼロ電圧スイッチを使用すると、ユーティリティラインの電源変圧器が過熱します。したがって、負荷の電流の飽和は、過度に高い突入電流です。積分サイクルゼロ電圧スイッチングへの別のアプローチは、双安定ストレージ要素と論理回路の比較的複雑な配置の使用を含み、これは事実上、負荷電流の半サイクルの数をカウントします。積分サイクルスイッチングは、整数サイクルの間電源から負荷へのスイッチをオンにし、次にさらに数の積分サイクルの間電源をオフにすることで構成されます。サイリスタのゼロ電圧およびゼロ電流スイッチングにより、生成される高調波が減少します。積分サイクルスイッチングを使用すると、滑らかな電圧は不可能であり、周波数は可変です。 AC信号のサイクル全体、サイクル、またはサイクルの一部を除去する方法としてのサイリスタのバストトリガーによる一体型サイクルスイッチングは、特にACヒーター負荷全体でAC電力を制御するよく知られた古い方法です。ただし、マイクロコントローラを使用して電圧波形のサイクルスチールを実現するという概念は、Assembly / C言語で記述されたプログラムに従って非常に正確になります。そのため、電圧または現在負荷で発生している平均時間は、信号全体を負荷に接続する場合よりも比例して短くなります。
この方式を利用することの1つの副作用は、サイクルが負荷全体でオンとオフに切り替わるときの入力電流または電圧波形の不均衡です。したがって、THDを最小化するための点火角度制御方法とは対照的に、特定の負荷に適しています。
各タイプのコントロールの例に入る前に、ゼロクロッシング検出について少し簡単に説明しましょう。
ゼロクロッシング検出またはゼロ電圧クロッシング
ゼロ電圧交差という用語は、信号が波形のゼロ基準と交差するAC信号波形のポイント、つまり信号波形がx軸と交差するポイントを意味します。周期信号の周波数または周期を測定するために使用されます。また、同期パルスを生成するために使用することもできます。このパルスを使用して、シリコン制御整流器のゲート端子をトリガーし、180度の点火角度で導通させることができます。
正弦波は本質的に、電圧がゼロ点と交差し、方向を反転して正弦波を完成させるノードを持っています。
ゼロ電圧ポイントでAC負荷を切り替えることにより、電圧による損失とストレスを実質的に排除します。
ゼロクロスセンシングまたはゼロ電圧センシングZVSまたはZVR回路
通常、ゼロ交差検出で使用されるOPAMPは、脈動するDC信号（AC信号を整流することによって得られる）と基準DC電圧（脈動するDC信号をフィルタリングすることによって得られる）を比較するコンパレータとして機能します。基準信号は非反転端子に与えられ、脈動電圧は反転端子に与えられます。
脈動するDC電圧が基準信号よりも小さい場合、コンパレータの出力でロジックハイ信号が発生します。したがって、AC信号のゼロ交差点ごとに、ゼロ交差検出器の出力からパルスが生成されます。
ゼロクロッシング検出器に関するビデオ
一体型スイッチングサイクル制御（ISCC）：
積分サイクルスイッチングと位相制御スイッチングの欠点を取り除くために、積分スイッチングサイクル制御が加熱負荷の制御に使用されます。 ISCC回路には3つのセクションがあります。 1つ目は、すべての内部増幅器を駆動し、ゲートエネルギーをパワー半導体デバイスに供給するための電源で構成されています。 2番目のセクションは、ゼロ供給電圧のインスタンスを検出することによるゼロ電圧検出で構成され、位相遅延を提供します。 3番目のセクションでは、拡大するアンプ段が必要です 制御信号 電源スイッチをオンにするために必要なドライブを提供します。 ISCC回路は、発射回路とパワーアンプ（FCPA）、および負荷を制御するための電源で構成されています。
FCPAはサイリスタ用のゲートドライバで構成され、TRIACは提案された設計のパワーデバイスとして使用されます。トライアックは、電源を入れるとどちらの方向にも電流を流すことができ、以前は双方向三極真空管サイリスタまたは両側三極真空管サイリスタと呼ばれていました。トライアックは、ミリアンペアスケールの制御電流で大電力の流れを制御できるAC回路用の便利なスイッチです。
積分サイクルスイッチングの応用–積分スイッチングによる産業用電力制御
この方法は、特に電気炉で使用されるヒーターなどの線形負荷全体でAC電力を制御するために使用できます。この場合、マイクロコントローラは、トリガーパルスの生成の基準として受信した割り込みに基づいて出力を提供します。
これらのトリガーパルスを使用して、トライアックをトリガーするためのオプトアイソレーターを駆動して、マイクロコントローラーと接続されているスイッチごとに積分サイクル制御を実現できます。モーターの代わりに、その機能を観察するための電灯が用意されています。
積分サイクルスイッチングによる電力制御のブロック図
ここでは、ゼロ交差検出器を使用して、サイリスタのゲートパルスにトリガーパルスを提供します。これらのパルスの印加は、マイクロコントローラーとオプトアイソレーターを介して制御されます。マイクロコントローラは、パルスをオプトアイソレータに一定時間適用し、次にパルスの適用を別の一定時間停止するようにプログラムされています。これにより、負荷に適用されるAC信号波形の数サイクルが完全に排除されます。したがって、オプトアイソレータは、マイクロコントローラからの入力に基づいてサイリスタを駆動します。したがって、ランプに与えられるAC電力が制御されます。
“電磁場検出器の作り方 ”
位相制御スイッチングのアプリケーション–プログラム可能なAC電力制御
位相制御方式による電力制御のブロック図
この方法は、ランプへのAC電源を制御することによってランプの強度を制御するために使用されます。これは、トライアックへのトリガーパルスの適用を遅らせるか、発射角度遅延法を使用して行われます。ゼロ交差検出器は、マイクロコントローラーに適用されるAC波形のゼロ交差ごとにパルスを供給します。最初に、マイクロコントローラーはこれらのパルスをオプトアイソレーターに与え、オプトアイソレーターはそれに応じて遅延なくサイリスタをトリガーし、ランプは最大強度で点灯します。マイクロコントローラーと接続されたキーパッドを使用して、必要な強度（パーセンテージ）がマイクロコントローラーに適用され、それに応じてオプトアイソレーターへのパルスの適用を遅らせるようにプログラムされています。したがって、サイリスタのトリガーが遅れ、それに応じてランプの強度が制御されます。
