電源裝置及控制器的製作方法

2023-08-09 04:57:36 3

專利名稱：電源裝置及控制器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有AC/DC變換器的電源裝置及具有AC/DC變換器的控制器。
背景技術：
通常，在對工業用儀器進行控制的可編程控制器(PLC )中，搭載有對工業用交流電源進行AC/DC變換而生成直流內部電源的電源單元(電源裝置)。作為所涉及的電源單元，具有搭載有進行功率監視的功能的電源單元，以為了進行用於與節能運轉相關的監視、發現異常等的分析。例如在專利文獻I中，公開了一種涉及電源單元的技術，該電源單元對輸入電壓、輸入電流、輸出電壓、輸出電流、電源單元內的溫度等進行測量並輸出。但是，如果直接對輸入功率進行測量，則需要搭載計量儀器用變壓器(VT)或變流器(CT )等大型且高價的部件，導致產品流通上的問題。
針對該問題，在專利文獻2公開的技術中，公開了下述技術，S卩，對輸出電壓及輸出電流進行測量，利用測量到的輸出電壓及輸出電流、和預先測定得到的AC/DC變換的轉換效率(以下，有時也簡稱為效率)，計算輸入功率。根據該技術，由於可以根據輸出功率和效率間接地求出輸入功率，所以不需要上述部件。專利文獻I :日本特開2006-294007號公報專利文獻2 日本特開2006-184063號公報

發明內容
但是存在下述問題，S卩，由於效率與溫度對應而大幅變化，所以上述專利文獻2的技術無法精確地求出輸入功率。本發明就是鑑於上述問題而提出的，其目的在於，提供一種可以儘可能精確地測定輸入功率的電源裝置及控制器。為了解決上述課題，實現目的，本發明的特徵在於，具有AC/DC變換器，其將交流工業用電源作為輸入，生成直流電源並輸出；輸出電壓測定部，其測定所述AC/DC變換器輸出的直流電源的輸出電壓；輸出電流測定部，其測定所述AC/DC變換器輸出的直流電源的輸出電流；溫度測定部，其測定環境溫度；存儲裝置，其預先存儲對所述AC/DC變換器的轉換效率n和所述環境溫度之間的關聯映射進行了記錄的轉換效率數據；以及運算部，其基於由所述溫度測定部得到的環境溫度的測定值和所述轉換效率數據，求出轉換效率n，利用所述求出的轉換效率n、由所述輸出電壓測定部得到的輸出電壓的測定值、由所述輸出電流測定部得到的輸出電流的測定值，計算向所述AC/DC變換器輸入的工業用電源的輸入功率，並將所述計算的輸入功率輸出。發明的效果本發明所涉及的電源裝置，由於預先存儲對AC/DC變換器的轉換效率n和環境溫度之間的關聯映射進行了記錄的轉換效率數據，對環境溫度進行測定，基於測定到的環境溫度和轉換效率數據，求出轉換效率n，利用求出的轉換效率n計算輸入功率，因此，實現可以儘可能精確地測定輸入功率的效果。


圖I是表示實施方式I的PLC的結構例的圖。圖2是說明效率n的溫度依賴性的一個例子的圖。圖3是說明功率因數CP的溫度依賴性的一個例子的圖。圖4-1是說明溫度傳感器的實施方式I的配置例的圖。圖4-2是說明溫度傳感器的實施方式I的配置例的圖。·圖5是說明輸入電壓檢測信號生成部的詳細結構的圖。圖6是說明輸入電壓波形、全波整流波形及輸入電壓檢測信號的波形的圖。圖7是表示輸入電壓計算用數據的數據構造例的圖。圖8是說明實施方式I的運算部的功能部的圖。圖9是說明實施方式I的電源單元計算輸入電流等的動作的圖。圖10是說明實施方式2的電源單元與實施方式I不同的結構的圖。圖11是說明實施方式3的電源單元與實施方式I不同的結構的圖。圖12-1是說明溫度傳感器的實施方式4的配置例的圖。圖12-2是說明溫度傳感器的實施方式4的配置例的圖。標號的說明U2PLC3可編程顯示器10,50,60 電源單元11AC/DC 變換器12輸出電壓測定部13負載電流測定部14溫度傳感器14a、14b溫度傳感器設置位置15輸入電壓檢測信號生成部16、56、66 存儲裝置17、57、67 運算部18 通信 I/F19顯示部20CPU 單元30網絡單元40PLC 總線101CPU102R0M103RAM104AD變換電路1051/0 埠
106功率監視程序111轉換效率數據112功率因數數據113、143、143a n溫度相關數據114輸入電壓計算用數據12IAC輸入檢測電路122信號絕緣電路
131、151、631 溫度計算部132效率 功率因數計算部133輸入電壓計算部134輸入功率計算部135輸入電流計算部615係數數據
具體實施例方式下面，根據附圖，詳細說明本發明所涉及的電源裝置及控制器的實施方式。此外，本發明並不由這些實施方式所限定。實施方式I圖I是表示本發明所涉及的實施方式I的PLC的結構例的圖。如圖所示，PLC I具有CPU單元20，其對控制工業用儀器的PLC I的動作進行集中控制；作為子單元的網絡單元30，其用於在PLC I中添加網絡連接功能；PLC總線40，其用於在CPU單元20和子單元之間進行數據傳送；以及電源單元10，其基於交流工業用電源生成驅動各結構要素(CPU單元20、網絡單元30、PLC總線40)的直流內部電源。此外，實際上，PLC總線40內置在與上述3個單元不同的稱為基座單元的其它單元內，通過在該基座單元上安裝電源單元10、CPU單元20及網絡單元30而構成PLC I。此外，作為基座單元並不詳細說明，但除了網絡單元30之外還可以安裝具有各種功能的子單元，可以與目的對應地選擇所希望的子單元進行安裝。在本發明的實施方式I中，電源單元10輸出來自工業用電源的輸入電流、輸入電壓及輸入有效功率(輸入功率)、作為內部電源的輸出電壓及輸出電流、電源單元10內的平均溫度(裝置內溫度)、PLC I周圍的溫度(裝置周圍溫度)、轉換效率n以及功率因數(以下，將上述列舉出的輸出信息統稱為輸入電流等)。PLC I經由網絡單元30與作為外部儀器的其它PLC 2連接，CPU單元20連接有作為外部儀器的可編程顯示器3，該可編程顯示器3具有顯示設備(device)存儲器的內容等的功能。電源單元10輸出的輸入電流等一旦發送至CPU單元20，隨後則可以利用可編程顯示器3進行監視。另外，發送至CPU單元20的輸入電流等可以經由PLC總線40及網絡單元30而從其它PLC 2進行監視。電源單元10並不直接測定輸入電流，而是測定輸出電流及輸出電源，根據測定出的上述數據的值、效率n及功率因數9，使用下面的關係式求出輸入功率及輸入電流，以無需使用VT或CT等大型且高價的部件就可以求出輸入電流。輸入功率=輸出電壓X輸出電流/效率n (I)
輸入電流=輸入功率/ (輸入電壓X功率因數(p)(2)在這裡，電源單元10的效率n及功率因數(P與環境溫度對應而發生變化。圖2是說明效率n的溫度依賴性的一個例子的圖，圖3是說明功率因數9的溫度依賴性的一個例子的圖。圖2及圖3的橫軸表示電流i。如這些圖所述，效率n具有溫度越高就越大的特性，功率因數 f具有溫度越低就越大的特性。在本發明的實施方式I中，為了儘可能精確地求出輸入功率及輸入電流，存儲有對效率n和環境溫度(及電流)的對應關係進行了記述的數據(轉換效率數據ill)、以及對功率因數中和環境溫度(及電流)的對應關係進行了記述的數據(功率因數數據112)，電源單元10基於這些數據，求出適用於上式(I)及(2)的效率n及功率因數(P。此外，在轉換效率數據ill及功率因數數據112所記述的對應關係中，環境溫度採用裝置周圍溫度，電流採用輸出電流。返回圖1，電源單元10具有AC/DC變換器11、輸出電壓測定部12、負載電流測定部13、溫度傳感器14、輸入電壓檢測信號生成部15、存儲裝置16、運算部17、通信接口(I/F) 18及顯示部19。AC/DC變換器11將輸入的工業用電源變換為內部電源。此外，在本圖中，為了便於理解，將工業用電源的輸入分為輸入電流和輸入電壓進行描繪，將內部電源的輸出分為輸出電流和輸出電壓進行描繪。內部電源向CPU單元20、PLC總線40及網絡單元30供給。輸出電壓測定部12對來自AC/DC變換器11的輸出電壓進行測定，將測定出的輸出電壓的模擬測定值向運算部17發送。負載電流測定部13測定來自AC/DC變換器11的輸出電流、即作為由CPU單元20等所消耗的電流的合計值的負載電流，將測定出的負載電流的模擬值向運算部17發送。負載電流測定部13例如可以利用將較小的負載電阻插入至輸出電流的配線上並對施加在該負載電阻兩端的電壓進行測定等簡單的方法，對電流進行測定。溫度傳感器14例如由熱電偶或熱敏電阻構成。通常，電源裝置(含有開關調節器)的損耗大致由開關元件產生，但其它的裝置內部件(FET、二極體、分流電阻、假負載電阻、LC濾波器、緩衝電路、變壓器、橋式整流器等)也大多存在損耗主要因素，而且每個部件都具有溫度依賴性。即，電源裝置內的溫度根據測定位置不同而產生大幅偏差。因此，為了求出電源裝置的效率n (=100—裝置整體的總損耗(％))，需要高精度地求出電源裝置整體的溫度，而不能僅對開關元件這種的局部溫度進行測定。在這裡，溫度傳感器14配置在電源單元10內的多個測點處，求出各測點的溫度檢測值的平均值。而且，由該平均溫度代表電源單元10的裝置內溫度。圖4-1及圖4-2都是說明溫度傳感器14的配置例的圖。圖4_1是從上表面觀察電源單元10內的基板部件面的圖，圖4-2是電源單元10的內部的斜視圖。PLC I以基板部件面與控制盤平行的方式設置，其結果，如圖4-2所示，基板部件面的垂線相對於地面平行。在圖4-2的上表面、下表面及左表面上，設置有用於排出熱量的通風孔(未圖示)，主要利用通過對流而來自下表面且從上表面逸出的空氣，對基板上的各部件進行冷卻。因此，越接近上表面溫度越高。為了高精度地測定裝置內溫度，在圖4-2的上下方向上，等間隔地設置有3個溫度傳感器14。另外，如圖4-1所示，在圖4-2的前後方向上也分別等間隔地設置有各3個溫度傳感器14，從而在基板部件面上設置有合計9個溫度傳感器14。裝置內溫度是通過對由這9個溫度傳感器14得到的檢測值進行平均而求出的。
此外，在生成轉換效率數據111及功率因數數據112時，與針對各個裝置內溫度測定效率n及功率因數9相比，針對各個裝置周圍溫度進行測定的方法更簡單。因此，如上所述，轉換效率數據ill及功率因數數據112分別採用裝置周圍溫度作為環境溫度，用於求出效率n、功率因數9的裝置周圍溫度是根據裝置內溫度推定的。用於計算裝置周圍溫度的結構在後面詳述。輸入電 壓檢測信號生成部15生成用於計算輸入電壓的輸入電壓檢測信號。圖5是說明輸入電壓檢測信號生成部15的更詳細的結構的圖。如圖所示，輸入電壓檢測信號生成部15具有AC輸入檢測電路121和由光電耦合器等構成的信號絕緣電路122。AC輸入檢測電路121檢測輸入電壓，將檢測出的交流輸入電壓波形利用橋式整流器等整流為全波整流波形，然後對該全波整流波形的大小進行調整，並向信號絕緣電路122輸入。信號絕緣電路122根據輸入的全波整流波形生成脈衝信號，將生成的脈衝信號作為輸入電壓檢測信號輸出。由此，輸入電壓檢測信號生成部15將由AC輸入檢測電路121的調整比例和信號絕緣電路122輸出脈衝波形的上升沿的閾值而確定的電壓值V作為閾值，輸出在輸入電壓的波形振幅超過閾值V時接通的脈衝信號。圖6是說明輸入電壓波形、全波整流波形、及輸入電壓檢測信號的波形的圖。如圖所示，如果將輸入電壓波形的振幅設為Va、將頻率設為F、將輸入電壓波形從0開始上升至V為止的時間設為T、將輸入電壓檢測信號的斷開時間設為Toff、將輸入電壓檢測信號的周期設為Fb，則以下的關係成立。此外，如上所述，V是用於信號絕緣電路122使輸入電壓檢測信號的脈衝上升的閾值電壓。Toff = 2T (3)F=2Fb (4)V=VaXSin (2 Ji FT) (5)因此，輸入電壓波形的振幅Va可以通過Va=V/Sin (2 Ji Fb Toff) (6)簡單地求出。返回圖1，存儲裝置16例如由ROM (Read Only Memory)構成，預先存儲有轉換效率數據111、功率因數數據112、溫度相關數據113及輸入電壓計算用數據114。轉換效率數據111是記述有效率n、輸出電流和裝置周圍溫度之間的關係的表結構的數據，是可以通過指定輸出電流的值和裝置周圍溫度並進行參照而讀出效率n的數據。功率因數數據112是記述有功率因數f、輸出電流和裝置周圍溫度之間的關係的表結構的數據，是可以通過指定輸出電流和裝置周圍溫度並進行參照而讀出功率因數ip的數據。溫度相關數據113是記述有裝置內溫度和裝置周圍溫度之間的關聯映射的表結構的數據。輸入電壓計算用數據114是用於根據輸入電壓檢測信號求出輸入電壓的表。輸入電壓的振幅Va與V、Fb、Toff之間存在式(6)的關係。另外，輸入電壓的有效值可以通過將振幅Va除以2的平方根而求出。輸入電壓計算用數據114具有以無需進行式(6)的運算的方式對V、Fb、Toff及輸入電壓(有效值)之間的關係進行了記述的表形式的數據構造，例如為圖7所示的數據構造。下面，如果沒有特別說明，輸入電壓、輸入電流是指各自的有效值。
運算部17基於輸出電壓測定部12檢測出的輸出電壓值、負載電流測定部13測定的輸出電流值、與多個溫度傳感器14分別檢測出的溫度對應的測定值(溫度檢測值)、輸入電壓檢測信號生成部15生成的輸入電壓信號和存儲在存儲裝置16中的數據，計算輸入電流等。運算部17例如由微型計算機構成。具體地說，運算部17具有CPU (CentralProcessing Unit) 10KR0M 102、RAM (Random Access Memory) 103>AD (Analog Digital)變換電路104及I/O埠 105。在ROM 102中存儲有作為用於計算輸入功率等的電腦程式的功率監視程序106。AD變換電路104將作為模擬值輸入的輸出電壓值、輸出電流值、多個溫度檢測值及輸入電壓檢測信號變換為數字值。1/0埠 105是用於訪問存儲裝置16的接口。CPU 101通過將功率監視程序106從ROM 102讀出並執行，從而實現後述的各種功能部。CPU 101為了計算輸入功率等，從AD變換電路104取得各種測定值，經由1/0埠 105從存儲裝置16讀出各種數據。RAM 103用作為用於計算輸入功率等的工作區域。 通信I/F 18是用於將運算部17計算出的輸入電流等發送至CPU單元20的連接接口。顯示部19是用於將運算部17計算出的輸入電流等進行顯示輸出的顯示裝置，例如由小型的液晶顯示器或7段顯示器等構成。圖8是說明通過CPU 101執行功率監視程序106而實現的功能部的圖。如圖所示，運算部17具有溫度計算部131，其基於由多個溫度傳感器14測定出的溫度檢測值及溫度相關數據113，計算裝置內溫度及裝置周圍溫度；效率 功率因數計算部132，其基於計算出的裝置周圍溫度、輸出電流值、轉換效率數據111及功率因數數據112，計算效率n及功率因數輸入電壓計算部133，其基於輸入電壓檢測信號和輸入電壓計算用數據114，計算輸入電壓；輸入功率計算部134，其基於輸出電流值、輸出電壓值及計算出的效率n，計算輸入功率；以及輸入電流計算部135，其基於計算出的輸入功率、功率因數f及輸入電壓，對照得出輸入電流。圖9是說明本發明的實施方式I的電源單元10對輸入電流等進行計算的動作的圖。如圖所示，溫度計算部131取得電源單元10內的溫度檢測值(步驟SI)，對所取得的溫度檢測值進行平均而計算裝置內溫度(步驟S2)。然後，溫度計算部131利用溫度相關數據113，將裝置內溫度變換為裝置周圍溫度(步驟S3)。裝置內溫度、裝置周圍溫度暫時存儲在RAM 103內的工作區域中。此外，不僅是裝置內溫度、裝置周圍溫度，在之後的步驟中計算出的輸入電流等也全部暫時存儲在該工作區域中，在運算時等適時讀出。另一方面，效率 功率因數計算部132取得輸出電壓值、輸出電流值(步驟S4)。然後，效率 功率因數計算部132基於計算出的裝置周圍溫度和輸出電流值，求出效率n及功率因數9(步驟S5)。具體地說，效率 功率因數計算部132參照轉換效率數據111，求出與計算出的裝置周圍溫度及取得的輸出電流值對應的效率H，參照功率因數數據112，求出與裝置周圍溫度及輸出電流值對應的功率因數輸入電壓計算部133取得輸入電壓檢測信號(步驟S6)。此外，假定取得的輸入電壓檢測信號以時間序列積累存儲在RAM 103中。輸入電壓計算部133基於取得的輸入電壓信號和輸入電壓計算用數據114，求出輸入電壓(步驟S7)。具體地說，輸入電壓計算部133根據積累存儲在RAM 103中的輸入電壓信號，求出脈衝波形的周期Fb及斷開時間Toff。而且，將求出的Fb及Toff和閾值電壓V作為檢索關鍵詞，對輸入電壓計算用數據114進行檢索，求出輸入電壓(有效值)。輸入功率計算部134將計算出的輸出電壓、輸出電流和效率n應用於式(I )，求出輸入功率(步驟S8)。輸入電流計算部135將求出的輸入功率、輸入電壓和功率因數f應用於式(2)，求出輸入電流(步驟S9)。運算部17將通過上述步驟求出的裝置內溫度、裝置周圍溫度、輸入電流、輸入電壓、輸入功率、輸出電流、輸出電壓、效率n及功率因數和環境溫度之間的關聯映射的轉換效率數據111，求出功率因數f，還對向AC/DC變換器11輸入的工業用電源的輸入電壓進行測定，利用功率因數(P、效率n、輸入電壓、輸出電壓、輸出電流，計算輸入電流，因此，可以儘可能精確地測定輸入電流。另外，在電源單元10內的多個測點具有溫度傳感器14，根據由該多個溫度傳感器14測定的溫度檢測值，計算環境溫度，因此，可以測定不會由於各個部件的溫度波動及溫度上升率的波動產生過度影響的環境溫度，其結果，可以更精確地測定輸入功率。另外，環境溫度是由多個溫度傳感器14測定的溫度檢測值的平均值。另外，環境溫度為PLC I的周圍溫度的推定值，基於預先存儲在存儲裝置16中的記錄有溫度檢測值的平均值和PLC I的周圍溫度之間的對應關係的溫度相關數據，得到環境溫度的測定值，因此，易於事先生成轉換效率數據111。另外，轉換效率數據ill為記錄有效率n、環境溫度和輸出電流之間的關聯映射的數據，功率因數數據112為記錄有功率因數V、環境溫度和輸出電流之間的關聯映射的數據，基於環境溫度的測定值、輸出電流的測定值和轉換效率數據111，求出轉換效率n，基於環境溫度的測定值、輸出電流的測定值和功率因數數據112，求出功率因數9，因此，可以將效率n、功率因數的與輸出電流對應的變化也考慮進去而計算輸入電流、輸入功率，因此，可以更精確地計算輸入電流、輸入功率。另外，利用輸入側和輸出側電氣絕緣的信號絕緣電路，生成在輸入電壓波形中所輸入的電壓值大於或等於規定閾值V時接通的脈衝波，基於生成的脈衝波計算輸入電壓，因此，可以在絕緣狀態下簡單地測定輸入電壓。另外，還具有將輸入功率或輸入電流進行顯示輸出的顯示部19，因此，用戶可以直接確認輸入功率或輸入電流。另外，構成為具有作為外部輸出部的CPU單元20、網絡單元30及PLC總線40，外部輸出部用於將輸入功率或輸入電流向與PLCl連接的作為外部儀器的可編程顯示器3或CPL2輸出，因此,用戶可以遠程確認輸入功率或輸入電流。 實施方式2在實施方式I中，PLC I的安裝方向是固定的，如圖4-2所示，說明了以使得基板部件面與控制盤平行的方式安裝PLC I的情況。在上述PLC I中，例如在上下相反地進行安裝等、安裝方向與預想的方向不同的情況下，由於裝置內的空氣的流動改變，因此，各溫度傳感器14測定的溫度檢測值改變。而且，裝置內溫度與所需要的值不同，其結果，無法精確地求出輸入功率等。因此，在實施方式2中，通過針對各個安裝方向準備記述有裝置內溫度的計算值和裝置周圍溫度之間的關係的溫度相關數據，從而無論設置在哪個安裝方向上，都可以精確地求出輸入電流等。由於實施方式2的PLC中含有的除電源單元之外的構成要素與實施方式I相同，因此，對電源單元50之外的構成要素，使用相同的名稱及標號，省略重複的說明。另外，在實施方式2的電源單元的構成要素中，對具有與實施方式I相同功能的部分，使用相同的名稱及標號，省略詳細的說明。圖10是說明實施方式2的電源單元的與實施方式I不同的結構的圖。如圖所示，在電源單元50中，替代存儲裝置16而具有存儲裝置56，替代運算部17而具有運算部57。存儲裝置56預先存儲有轉換效率數據111、功率因數數據112、對於預想的各個安裝方向準備的溫度相關數據143 (溫度相關數據143a、143b、…、143n)、輸入電壓計算用數據114。運算部57具有溫度計算部151、效率 功率因數計算部132、輸入電壓計算部133、輸入功率計算部134及輸入電流計算部135。溫度計算部151在根據裝置內溫度計算裝置周圍溫度時，從溫度相關數據143a n中選擇與PLC I的安裝方向對應的溫度相關數據，利用所選擇的溫度相關數據計算裝置周圍溫度。此外，安裝方向可以通過用戶進行的設定而得到，也可以搭載對該安裝方向進行檢測的機構，根據該機構得到。實施方式2的電源單元50的動作與實施方式I相比，除了在所說明的步驟S3的處理中增加對溫度相關數據進行選擇的動作之外，其它是相同的，因此，在這裡省略說明。如上所述，根據本發明的實施方式2，在存儲裝置16中預先存儲針對本PLC I的各個設置方向生成的多個溫度相關數據143，將該多個溫度相關數據中的所使用的溫度相關數據與本PLC I的設置方向對應地進行變更，因此，即使PLC I的設置方向改變，也可以精確地計算輸入功率等。實施方式3
轉換效率數據111具有記述有效率n和裝置周圍溫度之間的關聯映射的表結構。該關聯映射通常按照規定的間隔進行記述，間隔越細，就能越精確地表現效率n和裝置周圍溫度之間的對應關係。另外，通過溫度相關數據113，裝置周圍溫度與裝置內溫度(溫度傳感器14的檢測值的平均溫度)一一關聯。另一方面，部件的溫度依賴性的大小與部件對效率n產生的影響的大小之間，存在正相關關係。另外，溫度依賴性大的部件容易發熱，越靠近該部件，溫度越容易上升。因此，在實施方式3中，運算部將溫度傳感器14的檢測值的加權平均作為裝置內溫度，以可以使得附近的部件對效率n的影響越大的溫度傳感器14，其檢測值的變化就越大地反映在作為裝置內溫度計算出的值中。由此，運算部針對對效率n產生的影響較大的部件附近的溫度檢測值，可以利用較細的間隔計算效率n，針對對效率n產生的影響較小的部件附近的溫度檢測值，可以利用較寬的間隔計算效率n。其結果，與將均勻地配置在電源單元內的溫度傳感器14的簡單平均作為裝置內溫度的情況相比，運算部可以更精確地求出輸入功率。由於實施方式3的PLC中含有的除電源單元之外的構成要素與實施方式I相同，因此，對電源單元之外的構成要素，使用相同的名稱及標號，省略重複的說明。另外，在實施方式3的電源單元的構成要素中，對具有與實施方式I相同功能的部分，使用相同的名稱及標號，省略詳細的說明。圖11是說明實施方式3的電源單元的與實施方式I不同的結構的圖。如圖所示，在電源單元60中，替代存儲裝置16而具有存儲裝置66，替代運算部17而具有運算部67。存儲裝置66預先存儲有轉換效率數據111、功率因數數據112、溫度相關數據113、輸入電壓計算用數據114及係數數據615。係數數據615是將圖4-1所示的9個溫度傳感器14的每一個與加權係數相關聯而進行記述的數據。在係數數據615中，對於附近的部件對效率n產生的影響越大的溫度傳感器14，其所關聯的加權係數的值越大。對效率n的影響大於其它部件的部件例如有FET、變壓器、分流電阻、二極體。在這些部件中，FET及變壓器與分流電阻或二極體相比，對效率n產生的影響較大。即，加權係數的大小為(FET、變壓器的附近的溫度傳感器14) >(分流電阻、二極體附近的溫度傳感器14) > (其它溫度傳感器14)。運算部67具有溫度計算部631、效率 功率因數計算部132、輸入電壓計算部133、輸入功率計算部134及輸入電流計算部135。溫度計算部631利用係數數據615計算9個溫度傳感器14的檢測值的加權平均，將計算出的加權平均作為裝置內溫度。而且，參照溫度相關數據113，計算與所述求出的裝置內溫度對應的裝置周圍溫度。實施方式3的電源單元60的動作與實施方式I相比，除了在實施方式I所說明的步驟S2的處理中，溫度計算部631利用係數數據615所記述的每個溫度傳感器14的加權係數，計算加權平均，其它是相同的，因此，在這裡省略說明。如上所述，根據本發明的實施方式3，溫度計算部631構成為，以使得對效率n產生的影響越大的部件附近的溫度檢測值的加權係數越大的方式，計算溫度傳感器14的測定值的加權平均，並將計算出的值作為裝置內溫度，因此，運算部67可以針對對效率n產生的影響較大的部件附近的溫度檢測值，以較細的間隔計算效率n，針對對效率n產生的影響較小的部件附近的溫度檢測值，以較寬的間隔計算效率n。其結果，與將均勻地配置在電源單元內的溫度傳感器14的簡單平均作為裝置內溫度的情況相比，運算部67可以更精確地求出輸入功率。此外，與效率n的情況相同地，部件的溫度依賴性的大小和部件對功率因數9產生的影響的大小之間，存在正相關關係。因此，溫度計算部631通過將溫度傳感器14的檢測值的加權平均作為裝置內溫度，從而針對對功率因數<P產生的影響較大的部件附近的溫度檢測值，以較細的間隔計算功率因數(P，針對對功率因數f產生的影響較小的部件附近的溫度檢測值，以較寬的間隔計算功率因數9。實施方式4
在實施方式3中，運算部67通過將各個溫度傳感器14的值的檢測值的加權平均作為裝置內溫度，從而提高輸入功率的計算精度，但也可以通過對溫度傳感器14的配設位置下工夫，從而得到與實施方式3相同的效果。實施方式4的PLC的結構除了溫度傳感器14的配設位置之外與實施方式I相同，因此，僅說明溫度傳感器14的配設位置，省略重複說明。圖12-1及圖12-2都是說明溫度傳感器14的實施方式4的配置例的圖。圖12_1是從上表面觀察電源單元10內的基板部件面的圖。如圖所示，在集中配置對效率n產生大幅影響的變壓器、FET、分流電阻、二極體的部分，集中配設溫度傳感器14 (溫度傳感器設置位置14a)，在其它部位，與溫度傳感器設置位置14a相比隔著更大的間隔配置溫度傳感器14(溫度傳感器設置位置14b)。圖12-2是電源單元10的內部的斜視圖。在圖12-2中，為了簡化而省略了 FET、分流電阻、二極體的描繪。如圖12-1及圖12-2所示，溫度傳感器設置位置14a的密度為溫度傳感器設置位置14b密度的2倍。溫度計算部131通過對溫度傳感器設置位置14a、14b中的溫度傳感器14的檢測值進行簡單平均，從而計算裝置內溫度。由於對效率n產生的影響越大的部件，其附近就配設越多的溫度傳感器14，因此，溫度計算部131通過對這些溫度傳感器設置位置14a、14b中的溫度傳感器14的檢測值的簡單平均進行計算，從而得到與對均勻地配置在電源單元內的溫度傳感器14的檢測值的加權平均進行計算的情況相同的值。即，運算部17可以針對對效率n產生的影響較大的部件附近的溫度檢測值，以較細的間隔計算效率n，針對對效率n產生的影響較小的部件附近的溫度檢測值，以較寬的間隔計算效率n。如上所示，根據本發明的實施方式4，由於對效率n產生的影響越大的部件，其附近就配設越多的溫度傳感器，因此，與實施方式3相同地，與將均勻地配置在電源單元內的溫度傳感器14的簡單平均作為裝置內溫度的情況相比，運算部17可以更精確地求出輸入功率。此外，在實施方式I 4的說明中，針對將本發明的實施方式的控制器應用於PLC中的情況進行了說明，但可以應用本發明的實施方式的控制器的控制器並不僅限定於PLC。例如，可以應用於具有下述AC/DC變換器的控制器中，即，該AC/DC變換器例如是根據交流工業用電源暫時生成直流電源，根據所生成的直流電源生成期望的交流電源的逆變器，或者是根據工業用電源生成直流電源，使用所生成的直流電源驅動電動機的伺服放大器等。另外，應用了本發明的實施方式的電源裝置也可以構成為無法從控制器中分離。
工業實用性如上所述，本 發明所涉及的電源裝置及控制器，適合應用於具有AC/DC變換器的電源裝置及具有AC/DC變換器的控制器。
權利要求
1.一種電源裝置，其特徵在於，具有 AC/DC變換器，其將交流工業用電源作為輸入，生成直流電源並輸出； 輸出電壓測定部，其測定所述AC/DC變換器輸出的直流電源的輸出電壓； 輸出電流測定部，其測定所述AC/DC變換器輸出的直流電源的輸出電流； 溫度測定部，其測定環境溫度； 存儲裝置，其預先存儲對所述AC/DC變換器的轉換效率n和所述環境溫度之間的關聯映射進行了記錄的轉換效率數據；以及 運算部，其基於由所述溫度測定部得到的環境溫度的測定值和所述轉換效率數據，求出轉換效率n，利用所述求出的轉換效率n、由所述輸出電壓測定部得到的輸出電壓的測定值、由所述輸出電流測定部得到的輸出電流的測定值，計算向所述AC/DC變換器輸入的工業用電源的輸入功率，並將所述計算的輸入功率輸出。
2.根據權利要求I所述的電源裝置，其特徵在於， 所述運算部利用 輸入功率=輸出電壓X輸出電流/轉換效率n 這一關係式，計算所述輸入功率。
3.根據權利要求I所述的電源裝置，其特徵在於， 還具有輸入電壓測定部，其測定向所述AC/DC變換器輸入的工業用電源的輸入電壓， 所述存儲裝置預先存儲對所述AC/DC變換器的功率因數<P和環境溫度之間的關聯映射進行了記錄的功率因數數據， 所述運算部基於由所述溫度測定部得到的環境溫度的測定值和所述功率因數數據，求出功率因數(P，利用所述求出的轉換效率n及功率因數(P、由所述輸出電壓測定部得到的輸出電壓的測定值、由所述輸出電流測定部得到的輸出電流的測定值、由所述輸入電壓測定部得到的輸入電壓的測定值，計算向所述AC/DC變換器輸入的工業用電源的輸入電流，並將所述計算的輸入電流輸出。
4.根據權利要求3所述的電源裝置，其特徵在於， 所述運算部利用 輸入電流=輸出電壓X輸出電流/ (輸入電壓X轉換效率nX功率因數(P) 這一關係式，計算所述輸入電流。
5.根據權利要求I所述的電源裝置，其特徵在於， 所述溫度測定部具有溫度傳感器，其設置在本電源裝置內的多個測點處；以及溫度計算部，其根據由所述多個溫度傳感器得到的溫度檢測值，計算所述環境溫度的測定值。
6.根據權利要求5所述的電源裝置，其特徵在於， 所述環境溫度的測定值為由所述多個溫度傳感器得到的溫度檢測值的平均值。
7.根據權利要求5所述的電源裝置，其特徵在於， 所述環境溫度的測定值為所述多個溫度傳感器的溫度檢測值的加權平均，溫度傳感器的附近的部件對轉換效率n產生的影響越大，該溫度傳感器的加權係數就越大。
8.根據權利要求6所述的電源裝置，其特徵在於， 部件對轉換效率n產生的影響越大，該部件附近就配置越多的溫度傳感器。
9.根據權利要求5所述的電源裝置，其特徵在於，所述環境溫度的測定值為搭載有本電源裝置的儀器的周圍溫度的推定值， 所述存儲裝置預先存儲對所述多個溫度傳感器得到的溫度檢測值的平均值和搭載有本電源裝置的儀器的周圍溫度之間的對應關係進行了記述的溫度相關數據， 所述溫度計算部對由所述多個溫度傳感器得到的溫度檢測值的平均值進行計算，基於所述計算的溫度檢測值的平均值、以及所述溫度相關數據，計算環境溫度的測定值。
10.根據權利要求9所述的電源裝置，其特徵在於， 所述存儲裝置預先存儲針對搭載有本電源裝置的儀器的各個設置方向而生成的多個溫度相關數據，所述溫度計算部將存儲在所述存儲裝置中的多個溫度相關數據中的所使用的溫度相關數據，與搭載有本電源裝置的儀器的設置方向對應地進行變更。
11.根據權利要求3所述的電源裝置，其特徵在於， 所述轉換效率數據為對所述AC/DC變換器的轉換效率n、環境溫度和所述AC/DC變換器的輸出電流之間的關聯映射進行了記錄的數據， 所述功率因數數據為對所述AC/DC變換器的功率因數f、環境溫度和所述AC/DC變換器的輸出電流之間的關聯映射進行了記錄的數據， 所述運算部基於由所述溫度測定部得到的環境溫度的測定值、由所述輸出電流測定部得到的輸出電流的測定值和所述轉換效率數據，求出轉換效率n，基於所述環境溫度的測定值、由所述輸出電流測定部得到的輸出電流的測定值和所述功率因數數據，求出功率因數cp。
12.根據權利要求3所述的電源裝置，其特徵在於， 所述輸入電壓測定部具有 輸入電壓檢測部，其對所述工業用電源的輸入電壓波形的峰值進行調整； 信號絕緣電路，其將調整了所述峰值的輸入電壓波形作為輸入，輸出在所輸入的電壓值大於或等於規定閾值時接通的脈衝波，並且輸入側和輸出側電氣絕緣；以及 輸入電壓計算部，其基於所述信號絕緣電路輸出的脈衝波，計算所述工業用電源的輸入電壓。
13.根據權利要求3所述的電源裝置，其特徵在於， 還具有顯示部，其對所述運算部輸出的輸入功率或輸入電流進行顯示輸出。
14.一種控制器，其具有將交流工業用電源作為輸入而生成直流電源並輸出的AC/DC變換器， 其特徵在於，具有 輸出電壓測定部，其測定所述AC/DC變換器輸出的直流電源的輸出電壓； 輸出電流測定部，其測定所述AC/DC變換器輸出的直流電源的輸出電流； 溫度測定部，其測定環境溫度； 存儲裝置，其預先存儲對所述AC/DC變換器的轉換效率n和所述環境溫度之間的關聯映射進行了記錄的轉換效率數據；以及 運算部，其基於由所述溫度測定部得到的環境溫度的測定值和所述轉換效率數據，求出轉換效率n，利用所述求出的轉換效率n、由所述輸出電壓測定部得到的輸出電壓的測定值、由所述輸出電流測定部得到的輸出電流的測定值，計算向所述AC/DC變換器輸入的工業用電源的輸入功率，並將所述計算的輸入功率輸出。
15.根據權利要求14所述的控制器，其特徵在於， 所述運算部利用 輸入功率=輸出電壓X輸出電流/轉換效率n 這一關係式，計算所述輸入功率。
16.根據權利要求14所述的控制器，其特徵在於， 還具有輸入電壓測定部，其測定向所述AC/DC變換器輸入的工業用電源的輸入電壓， 所述存儲裝置預先存儲對所述AC/DC變換器的功率因數9和環境溫度之間的關聯映射進行了記錄的功率因數數據， 所述運算部基於由所述溫度測定部得到的環境溫度的測定值和所述功率因數數據，求出功率因數(P，利用所述求出的轉換效率n及功率因數f、由所述輸出電壓測定部得到的輸出電壓的測定值、由所述輸出電流測定部得到的輸出電流的測定值、由所述輸入電壓測定部得到的輸入電壓的測定值，計算向所述AC/DC變換器輸入的工業用電源的輸入電流，並將所述計算的輸入電流輸出。
17.根據權利要求16所述的控制器，其特徵在於， 所述運算部利用 輸入電流=輸出電壓X輸出電流/ (輸入電壓X轉換效率nX功率因數cp) 這一關係式，計算所述輸入電流。
18.根據權利要求16所述的控制器，其特徵在於， 所述控制器為可編程控制器，控制器還具有外部輸出部，其將所述運算部計算出的輸入功率或輸入電流向本可編程控制器所連接的外部儀器輸出。
全文摘要
為了儘可能精確地測定輸入功率，電源裝置(10)具有AC/DC變換器(11)，其基於交流工業用電源生成直流內部電源；輸出電壓測定部(12)，其測定內部電源的輸出電壓；輸出電流測定部(12)，其測定內部電源的輸出電流；溫度測定部(14等)，其測定本電源裝置的環境溫度；存儲裝置(16)，其預先存儲對AC/DC變換器(11)的轉換效率(η)和環境溫度之間的關聯映射進行了記錄的轉換效率數據(111)；以及運算部(17)，其基於由溫度測定部得到的環境溫度的測定值和轉換效率數據(111)，求出轉換效率(η)，利用求出的轉換效率(η)、由輸出電壓測定部(12)得到的輸出電壓的測定值、由輸出電流測定部(13)得到的輸出電流的測定值，計算工業用電源的輸入功率。
文檔編號G01R21/06GK102782512SQ201180011649
公開日2012年11月14日 申請日期2011年10月17日 優先權日2010年11月2日
發明者山中孝彥 申請人:三菱電機株式會社