(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源に接続されるように構成されたシステム（１００）であって、
出力（Ｔｏｕｔ）を協働して生成し、電気的負荷成分を備える複数のステージ（１１０、１２０）であって、前記複数のステージに含まれる第１のサブセット（１１０）の各ステージが、第１の負荷を有する少なくとも１つの電気的負荷成分（１１４）を備え、前記複数のステージに含まれる第２のサブセット（１２０）の各ステージが、第２の負荷を有する少なくとも１つの電気的負荷成分（１２２）を備え、前記第１の負荷が前記第２の負荷よりも大きい、前記複数のステージと、
前記電気的負荷成分（１１２、１１４、１２２、１２４）を制御するためのコントローラ（１３０）であって、前記コントローラが、所定の時間フレーム中に前記各電気的負荷成分のスイッチング周波数から前記電源の電圧変動を予測するように構成され、前記予測に応じて、前記第１の負荷を有する前記電気的負荷成分（１１４、１２４）および前記第２の負荷を有する前記電気的負荷成分（１１２、１２２）のスイッチ切り替えパターンを調節し、それによって、次の時間フレーム中に前記電源の前記電圧変動を減少させ、それと同時に、前記次の時間フレーム中に前記複数のステージ（１１０、１２０）が前記出力（Ｔｏｕｔ）を生成できることを保証するアルゴリズムを備える、前記コントローラ（１３０）と
を備えるシステム。
【請求項２】
前記コントローラ（１３０）が、前記所定の時間フレーム中に、前記電源に接続された光源における観察可能なフリッカーの回数を予測するように構成された、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記コントローラ（１３０）が、前記時間フレーム中に前記電気的負荷成分（１１２、１１４、１２２、１２４）のスイッチ切り替えから短時間フリッカー値（Ｐｓｔ）を予測するように構成され、前記アルゴリズムが、前記短時間フリッカー値が前の時間フレームと比較して増加傾向にある場合、前記第１の負荷を有する前記電気的負荷成分（１１４、１２４）の前記スイッチング周波数を減少させ、かつ、前記第２の負荷を有する前記電気的負荷成分（１１２、１２２）の前記スイッチング周波数を増加させるように構成された、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記アルゴリズムが、前記短時間フリッカー値（Ｐｓｔ）が所定のしきい値を超えた場合、前記電気的負荷成分（１１２、１１４、１２２、１２４）の前記スイッチング周波数を調節するように構成された、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記コントローラ（１３０）が、前記短時間フリッカー値（Ｐｓｔ）が臨界しきい値を超えた場合、前記電気的負荷成分（１１２、１１４、１２２、１２４）の中の少なくともいくつかが作動するのを遅延させるためのさらなるアルゴリズムを備える、請求項３または４に記載のシステム。
【請求項６】
前記複数のステージに含まれる第１のサブセットが、第１の温度（Ｔ１）にまで流体を加熱するための第１の流体加熱ステージ（１１０）を備え、前記複数のステージに含まれる第２のサブセットが、前記第１の温度から第２の温度（Ｔｏｕｔ）にまで前記流体を加熱するための第２の流体加熱ステージ（１２０）を備え、前記第１の負荷を有する前記電気的負荷成分が第１の発熱体（１１４）を備え、前記第２の負荷を有する前記電気的負荷成分が別の発熱体（１２２）を備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
それぞれの前記第１の流体加熱ステージ（１１０）および前記第２の流体加熱ステージ（１２０）が、第１の発熱体（１１４、１２４）および別の発熱体（１１２、１２２）の両方を備え、前記アルゴリズムが、前記電源の前記電圧変動を減少させるために、前記第１の発熱体（１１４、１２４）の前記スイッチング周波数を減少させ、かつ、前記第２の発熱体（１１２、１２２）の前記スイッチング周波数を増加させるように構成された、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記アルゴリズムが、さらに、前記電源の前記電圧変動を減少させるために、前記第１の温度（Ｔ１）を調節するように構成された、請求項６または７に記載のシステム。
【請求項９】
前記コントローラ（１３０）が、前記所定の時間フレーム中に前記電源に接続された前記光源における観察可能なフリッカーの回数を予測するソフトウェア実行型フリッカー測定器（１３４）を備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項１０】
電源に接続されたシステム（１００）を制御する方法であって、
前記システム（１００）が、
出力（Ｔｏｕｔ）を協働して生成し、電気的負荷成分を備える複数のステージ（１１０、１２０）であり、前記複数のステージに含まれる第１のサブセット（１１０）の各ステージが、第１の負荷を有する少なくとも１つの電気的負荷成分（１１４）を備え、前記複数のステージに含まれる第２のサブセット（１２０）の各ステージが、第２の負荷を有する少なくとも１つの電気的負荷成分（１２２）を備え、前記第１の負荷が前記第２の負荷よりも大きい、前記複数のステージを備えるものであり、
当該方法が、
所定の時間フレーム中に、前記各電気的負荷成分のスイッチング周波数から前記電源の電圧変動を予測するステップ（７１０）と、
前記予測に応じて、前記第１の負荷を有する前記電気的負荷成分と前記第２の負荷を有する前記電気的負荷成分とのスイッチ切り替えパターンを調節し、それによって、次の時間フレーム中に前記電源の前記電圧変動を減少させ、同時に、前記次の時間フレーム中に前記複数のステージが前記出力を生成できることを保証するステップ（７２０）と
を備える方法。
【請求項１１】
前記電源の前記電圧変動を予測するステップが、前記所定の時間フレーム中に、前記電源に接続された光源における観察可能なフリッカーの回数を予測するステップを備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記時間フレーム中に前記電気的負荷成分のスイッチ切り替えから短時間フリッカー値（Ｐｓｔ）を予測し、かつ、前記短時間フリッカー値が前の時間フレームと比較して増加傾向にあるどうかを予測するステップと、
前記第１の負荷を有する前記電気的負荷成分の前記スイッチング周波数を減少させ、かつ、前記第２の負荷を有する前記電気的負荷成分の前記スイッチング周波数を増加させることにより、前記電気的負荷成分の前記スイッチ切り替えパターンを調節するステップと
をさらに備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記電気的負荷成分の前記スイッチ切り替えパターンを調節するステップが、前記短時間フリッカー値（Ｐｓｔ）が所定のしきい値を超えた場合、前記周波数を調節するステップを備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記短時間フリッカー値（Ｐｓｔ）が臨界しきい値を超えた場合、前記電気的負荷成分の中の少なくともいくつかが作動するのを遅延させるステップ（７３０）をさらに備える、請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記複数のステージに含まれる第１のサブセットが、第１の温度にまで流体を加熱するための第１の流体加熱ステージを備え、前記複数のステージに含まれる第２のサブセットが、前記第１の温度から第２の温度にまで前記流体を加熱するための第２の流体加熱ステージを備え、前記第１の負荷を有する前記電気的負荷成分が第１の発熱体を有し、前記第２の負荷を有する前記電気的負荷成分が別の発熱体を有する、請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の流体加熱ステージおよび前記第２の流体加熱ステージがそれぞれ、第１の発熱体および別の発熱体の両方を備え、前記アルゴリズムが、前記電源の前記電圧変動を減少させるために、前記第１の発熱体の前記スイッチング周波数を減少させ、かつ、前記第２の発熱体の前記スイッチング周波数を増加させるように構成されており、
当該方法が、
前記第１の発熱体の駆動周波数を減少させるステップと、
前記電源の前記電圧変動を減少させるために、前記第２の発熱体の駆動周波数を増加させるステップと
を備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記電源の前記電圧変動を減少させるために、前記第１の温度（Ｔ１）を減少させるステップをさらに備える、請求項１５または１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源に接続されるように構成されたシステムに関し、このシステムは１つの出力を協働して生成するための複数のステージを備え、それぞれのステージは電気的負荷成分を備えている。
【０００２】
本発明はさらに、例えば電源に接続された光源における電圧変動を人に感知させないように、そのようなシステムによって生じる電源の電圧変動を調整する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
電源における電圧変動、とくに電圧降下の発生は、好ましくない影響をもたらすことがある。例えば、電圧降下は、電気機器に不具合を発生させ、あるいは、少なくとも、その電気機器の出力において観察可能な変動を生じさせることがある。例えば、白熱電球は、その電球の光強度が電圧変動に起因して一時的な変動を示すことがある。この作用は、一般的にはフリッカーとして知られており、とくにフリッカー周波数が人の目に障るようになれば、望ましくない影響であると感じられる。このことは、典型的には、２Ｈｚから１２０Ｈｚまでのフリッカー周波数に対して言えることであり、とくに８．８Ｈｚにおけるフリッカーは、人をいらいらさせる。
【０００４】
電源における電圧変動は、典型的には、電源に接続された負荷の変化に起因する。負荷のそのような変化の頻度と変化の量とが、そのような変動を生じさせることがある。そのような変動は、例えば、電源に接続されたシステムに起因することがあり、そのシステムは、出力を協働して生成し、電気的な負荷成分を備える複数のステージを備える。そのようなシステムの例は、複数の発熱体を備える電気機器であってもよく、それらの複数の発熱体は、頻繁にスイッチをオンおよびオフにされ、そのために、とくに発熱体の負荷が大きい場合には、電源の電圧変動を頻繁に発生させる。このために、そのようなシステムのスイッチ切り替え動作によって発生する人の目に見えるフリッカーを減少させるためのいくつかの解決策が提案されてきた。
【０００５】
米国特許第４，８２９，１５９号は、オーブン内のヒータ負荷を制御する方法を開示している。それらの負荷は、それらの負荷が同相の交流電流に結合されているとき、フリッカーを防止するために、順々に駆動される。それらの負荷は、電源の電圧変動をさらに減少させるために、漸次、スイッチをオンおよびオフにされてもよい。
【０００６】
米国特許第６，２４６，８３１号は、複数の加熱室を有する瞬時フロースルーヒータシステムを開示しており、複数の加熱室のそれぞれが、発熱体を備える。このシステムは、典型的な流体ヒータ応答時間、例えば、７．５秒よりも短い時間間隔中に発熱体によって消費されるべき必要電力を計算する電力変調器を備える。この時間間隔は、１／２秒の間隔に分割され、そして、発熱体は、その１／２秒の間隔中に供給される電力の所定のパターンに基づいて、スイッチを切り替えられる。そのパターンは、発熱体が所定量の電力を消費するように設計される。時間間隔中、電力変調器は、１／２秒のそれぞれの間隔中に必要とされる電力消費値よりもわずかに大きい電力消費値を有するパターンとわずかに小さい電力消費値を有するパターンとの間を行き来（ｄｉｔｈｅｒ）し、その結果として、時間間隔全体において発熱体によって消費される電力は、必要とされる電力消費量から大きくずれることがない。パターンは、高周波スイッチ切り替え特性または低周波スイッチ切り替え特性を発熱体に与えるものであり、そのために、このスイッチ切り替えによって引き起こされるフリッカーは、人の目で見ることはできない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このアプローチは、いくつかの制限を有する。例えば、このアプローチは、目に見えるフリッカーが防止されるのを保証するために、所定のスイッチ切り替えパターンに頼らなければならない。さらにまた、このアプローチは、電源の電圧変動を増大させることがあり、このことは、そのような電圧変動に曝されたときに一時的に動作していないかもしれない電気機器に電源が電力を供給する場合、望ましいことではないかもしれない。また、このアプローチは、目に見えるフリッカーを減少させるために、電圧変動の周波数成分だけを対象とするものである。
【０００８】
本発明は、電源の電圧変動を減少させるために、負荷変動周波数および負荷変動強度の両方を調節することのできる複数の負荷を備えたシステムを提供することを目的とする。
【０００９】
さらに、本発明は、そのようなシステムを制御するための方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、電源に接続されるように構成されたシステムが、提供され、このシステムは、出力を協働して生成し、電気的負荷成分を備える複数のステージを備え、上記複数のステージに含まれる第１のサブセットの各ステージは第１の負荷を有する少なくとも１つの電気的負荷成分を備え、上記複数のステージに含まれる第２のサブセットの各ステージは第２の負荷を有する少なくとも１つの電気的負荷成分を備え、第１の負荷が第２の負荷よりも大きい。さらに、このシステムは、電気的負荷成分を制御するためのコントローラを備え、このコントローラは、所定の時間フレーム中に各電気的負荷成分のスイッチング周波数から電源の電圧変動を予測するように構成され、コントローラは、上記予測に応じて、第１の負荷を有する電気的負荷成分および第２の負荷を有する電気的負荷成分のスイッチ切り替えパターンを調節し、それによって、次の時間フレーム中に電源の電圧変動を減少させ、それと同時に、次の時間フレーム中に複数のステージが出力を生成できることを保証するアルゴリズムを備える。
【００１１】
本発明のシステムは、システムの電気的負荷成分のスイッチ切り替えによって発生するフリッカーの回数を予測し、スイッチ切り替え動作を適宜調節することのできるコントローラを提供する。より詳細には、コントローラは、コントローラによるフリッカー予測をおこなうアルゴリズムを実行し、システムの出力能力を大きく損なうことなく、システムの仕事負荷をより大きな負荷成分からより小さな負荷成分へ再分配する。これは、以下に示すように、人のフリッカー知覚に有利に働く。大きな負荷成分は、電源の電圧変動を発生させる可能性が高いので、大きな負荷成分のスイッチング周波数の減少は、フリッカーが発生する可能性を減少させる。これは、より小さな負荷成分のスイッチをより頻繁に切り替えなければならないという犠牲を払うことになるが、より小さな負荷成分のスイッチを切り替えることによって発生する何らかのフリッカーの強度は、より大きな負荷成分によって発生するフリッカーと比較すれば、ほとんど気にならず、これは、観察可能なフリッカーを全体的に減少させる。
【００１２】
コントローラは、フリッカー測定のソフトウェアを実行してもよい。これは、コンパクトなコントローラを実現できるという利点を有し、それによって、システムの全体的なサイズを減少させる。コントローラは、現時点の時間フレーム中に電気的負荷成分の切り替えから短時間フリッカー値（Ｐｓｔ）を予測するように構成されてもよく、アルゴリズムは、予測された短時間フリッカー値が前の時間フレームと比較して増加傾向にあれば、第１の負荷を有する電気的負荷成分のスイッチング周波数を減少させ、かつ、第２の負荷を有する電気的負荷成分のスイッチング周波数を増加させるように構成される。これは、システムのフリッカー動作が悪化したときに、コントローラは、システムの負荷分配を再調整するだけでよいという利点を有する。不必要な負荷の再調整をさらに減少させるために、フリッカー削減アルゴリズムは、短時間フリッカー値が所定のしきい値を超えるまで、起動されなくてもよい。
【００１３】
コントローラは、短時間フリッカー値が臨界しきい値を超えた場合、例えば、Ｐｓｔ＜１である場合、電気的負荷成分の中の少なくともいくつかが作動するのを遅延させるためのさらなるアルゴリズムを備え、それによって、短時間フリッカー値が１を超えないことを保証してもよい。換言すれば、このさらなるアルゴリズムは、第１のアルゴリズムが短時間フリッカー値を臨界しきい値以下に維持できない場合に後退メカニズム（ｆａｌｌｂａｃｋ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）を提供する。その結果として、出力の品質がわずかに低下することが発生するかもしれず、例えば、システムがマルチステージ流体ヒータを実施する場合には、出力流体温度制御におけるより大きなずれが得られる。本発明に関しては、出力品質のそのような低下は、規格に準拠するための臨界しきい値以下にフリッカーの回数を維持することができれば、許容できるものであるとみなされる。例えば、オンデマンドヒータにおいては、規格準拠は、Ｐｓｔが１を超えてはならないことを指示している。
【００１４】
本発明のさらなる態様によれば、
電源に接続されたシステムを制御する方法が提供され、そのシステムは、出力を協働して生成し、電気的負荷成分を備える複数のステージであって、複数のステージに含まれる第１のサブセットの各ステージは第１の負荷を有する少なくとも１つの電気的負荷成分を備え、複数のステージに含まれる第２のサブセットの各ステージは第２の負荷を有する少なくとも１つの電気的負荷成分を備え、第１の負荷が第２の負荷よりも大きい、複数のステージを備える。この方法は、所定の時間フレーム中に各電気的負荷成分のスイッチング周波数から電源の電圧変動を予測するステップと、上記予測に応じて、第１の負荷を有する電気的負荷成分と第２の負荷を有する電気的負荷成分とのスイッチ切り替えパターンを調節し、それによって、次の時間フレーム中に電源の電圧変動を減少させ、同時に、次の時間フレーム中に複数のステージが出力を生成できることを保証するステップとを備える。
【００１５】
そのような方法は、上述したような観察可能なフリッカーをもたらすかもしれない電源の電圧変動を効果的に減少させる。
【００１６】
本発明は、添付の図面を参照しつつ、より詳細にかつ限定される例ではないものとして説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係るシステムの一実施形態を示す図である。
【図２】本発明に係るシステムの一つの側面をより詳細に示す図である。
【図３】脳・目−モデルを概略的に説明する図である。
【図４】本発明に係るシステムの他の側面をより詳細に示す図である。
【図５】本発明に係る方法のフローチャートの一部分を示す図である。
【図６】本発明に係る方法のフローチャートの他の一部分を示す図である。
【図７】本発明に係る方法の他のフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
これらの図面は、単に概略的なものであり、正確な縮尺率で描写されていないことを理解すべきである。また、これらの図面を通して、同じ符号は、同じかまたは類似する部品を示すのに使用されていることを理解すべきである。
【００１９】
図１は、本発明によるシステムの例としての実装を示す。図１において、システムは、オンデマンド流体ヒータ１００、例えば、ホットドリンクを調製するためのオンデマンドカートリッジヒータを備え、このオンデマンドカートリッジヒータは、第１の発熱体１１２の形である第１の電気的負荷成分および第２の発熱体１１４の形である第２の電気的負荷成分を備える第１の加熱ステージ１１０と、第１の発熱体１２２の形である第１の電気的負荷成分および第２の発熱体１２４の形である第２の電気的負荷成分を備える第２の加熱ステージ１２０とを有する。第１のステージ１１０は、流入する流体をＴｉｎからＴ１まで加熱するように構成され、そして、第２のステージ１２０は、第１のステージ１１０からの流体をＴ１からＴｏｕｔまで加熱するように構成される。これらの発熱体は、コントローラ１３０によって個々に制御され、そのコントローラ１３０は、センサ測定値に応じて発熱体を作動させるために流体ヒータ内の有利な位置に配置されたセンサ（図示しない）に応答して動作することができる。発熱体１１４および１２４は、発熱体１１２および１２２の２倍の容量を有してもよく、例えば、それぞれ、５３４Ｗおよび２６７Ｗの容量を有してもよい。当然ながら、これら発熱体の負荷間の比率は、同様にして、その他の比でも実施可能である。発熱体は、典型的には、スイッチをオフにされ、あるいは、最大電力状態にまでオンにされる。発熱体は、コントローラ１３０によって制御されるトライアックドライバのような周知のドライバによって制御されてもよい。発熱体は、典型的には、ＡＣ電源のゼロ交差において通電のオン／オフがおこなわれる。
【００２０】
本発明のシステムは、この特定の実装に限定されないことが強調され、例えば、流体ヒータ１００は、２つよりも多いステージを備えてもよく、および／または、１ステージあたり２つよりも多い発熱体を備えてもよい。あるいは、流体ヒータは、１ステージあたり１つの発熱体だけを備えてもよく、異なるステージは、異なる電気的負荷を有する発熱体を備えてもよい。図１においては、限定するものではない単なる例として、発熱体は、直列に取り付けられる。その他の構成、例えば、物理的に共通巻線（ｃｏ−ｗｏｕｎｄ）である発熱体を同様に実施することができる。また、本発明は、流体ヒータに限定されるのではなく、個々のステージに電気的負荷成分を備える任意のマルチステージシステム、例えば、複数の発熱体を備えるオーブンにも適用されてよい。本発明に関しては、ステージという表現は、本発明のシステム内に分離した区画または室が存在することを意味することを意図したものではない。抽象的な用語として、「ステージ」という表現は、電気的負荷成分に関連して使用される場合、その電気的負荷成分を取り囲む空間を意味する。
【００２１】
図２は、本発明の原理を概略的に示す。コントローラ１３０は、制御信号を制御信号経路１３８を介してスイッチ１４０に提供する加熱コントローラ１３２を備える。スイッチ１４０は、第１の加熱ステージ１１０内の第１の発熱体１１２のような発熱体を交流電源、例えば、公共のＡＣ電源に接続し、あるいは、その電源から切り離すのに使用される。コントローラ１３０は、さらに、フリッカー解析器ブロック１３４を備え、そのフリッカー解析器ブロック１３４は、制御信号経路１３８に結合された入力を有する。フリッカー解析器ブロック１３４は、発熱体１１２の電気的負荷を加えたり除いたりすることが照明フリッカーの発生に与える影響を数学的にモデル化するように構成される。モデル化の結果は、フィードバック経路１３６を介して加熱コントローラ１３２に提供され、そしてさらなる制御入力として、例えば温度センサ測定値に追加されて、発熱体１１２の電気的負荷を加えたり除いたりした結果として生じるフリッカー作用を減少させるために利用される。
【００２２】
システムによって生じるフリッカーをモデル化できるように、典型的には、システム内のすべての電気的負荷成分に対する制御信号をフリッカー解析器ブロック１３４が受信することが好ましい。加熱コントローラ１３２の実装は、いくつかの形で具体化されてもよく、それらには、システムのそれぞれの電気的負荷成分に対して複数の制御信号を個々に生成するように構成された単一コントローラ、または、ある特定の電気的負荷成分に対して単一制御信号を生成するようにそれぞれが構成された複数の加熱コントローラ１３２が、含まれる。単一加熱コントローラ１３２の場合、システムに含まれる電気的負荷を再調整するためのアルゴリズムが、加熱コントローラ１３２内において実行されてもよく、また、ある特定の電気的負荷に対する単一制御信号を生成するようにそれぞれが構成された複数の加熱コントローラ１３２の場合、システムに含まれる電気的負荷を再調整するためのアルゴリズムは、加熱フリッカー解析器ブロック１３４内において実行されてもよい。
【００２３】
図１に示したオンデマンドヒータにおける外部フリッカー解析器の測定は、システムを再調整することがＰｓｔを減少させることを示すためにおこなった。これらの測定から、例えば、オンデマンド加熱ステージの目標出力温度の変更によりＰｓｔを減少できることが明らかとなった。目標出力温度の増加および減少のいずれも、実際の負荷需要に応じて、Ｐｓｔを減少させる効果があることに注意されたい。この推測は、以下のフリッカー削減アプローチを展開するのに使用された。
【００２４】
フリッカー削減アルゴリズムは、常に１≧Ｐｓｔであることを保証するように構成される。さらに、アルゴリズムは、１≧Ｐｓｔ≧「しきい値」である状態が生じるのを防止しようとするように構成され、ここで、「しきい値」は、定数であってもよく、あるいはＰｓｔの変化率に依存して動的に調整される変数であってもよい。このために、アルゴリズムは、発熱体１２２および１２４のスイッチ切り替えパターン履歴を監視し、それぞれの負荷ごとの負荷周波数を識別する。例えば、大きな負荷、例えば、上述した５３４Ｗの負荷のスイッチング周波数は減少させられてもよく、このことは、小さな負荷、例えば、上述した２６７Ｗの負荷のスイッチング周波数を増加させることによって補償されてもよい。本発明において、スイッチング周波数の変化という表現は、負荷がスイッチをオンにされる連続的な時間間隔の増加または減少を含むことを意図している。
【００２５】
これらの負荷のスイッチング周波数は、それぞれのステージの目標出力温度に関連するステージ固有の出力要求に基づいて異なってもよい。アルゴリズムは、最大の重み付け、すなわち、最大の電力およびスイッチング周波数を備える負荷を識別する。この負荷は、Ｐｓｔを増加させている可能性が最も高い負荷である。本発明の実施形態においては、アルゴリズムは、次に、最大重み付け負荷が第１のステージ１１０内にあれば、第１のステージの目標出力温度を増加させ、あるいは、最大重み付け負荷が第２のステージ１２０内にあれば、第１のステージ１１０の目標出力温度を減少させる。これには、最大重み付け負荷のスイッチング周波数が減少するという効果がある。なぜなら、最大重み付け負荷は、流体を目標出力温度まで加熱するために、より長い時間にわたってスイッチをオンにされた状態のままでなければならないためである。温度の調節は、任意の適切な増分、例えば、１℃の増分によってなされる。
【００２６】
そのような調節は、より小さい重み付け負荷のスイッチング周波数を増加させることと同時になされてもよい。これは、通常、Ｐｓｔに悪影響を及ぼすことはない。
【００２７】
ここで、強調されるべきことは、このアルゴリズムが、負荷の最適なスイッチ切り替えパターンを求めるのではなく、そのパターンへの変更を目標温度を変えることによって引き起こすことである。これは、このパターンに間接的に影響を及ぼす。なぜなら、それが負荷コントローラに負荷スイッチ切り替えパターンの変更を生じさせるからである。これは、負荷コントローラが実際のステージ温度と目標温度との差に基づいて負荷パターンを決定するからである。したがって、アルゴリズムによって引き起こされる目標温度の変化は、この差の変化を生じさせ、それは、負荷コントローラによって設定されている負荷パターンの変更をもたらす。
【００２８】
好ましくは、フリッカー解析器ブロック１３４は、ソフトウェアによって、脳・目−モデル（ｈｕｍａｎ  ｂｒａｉｎ  ｅｙｅ  ｍｏｄｅｌ）を実行する。図３に、このモデルの概略的な説明が示されている。図４は、脳・目−モデルに基づいたフリッカー解析器ブロック１３４のあり得る実装をより詳細に示す。この実装は、公開されているＩＥＣ６１０００−４−１５規格に準拠しているために、選択された。このフリッカー解析器ブロックに関する詳細な説明は、この規格から知ることができ、そのため、以下においては、図４に示された種々のサブブロックの簡単な説明のみをおこなう。
【００２９】
ブロック４１０（さらに、ブロック１というラベルも付されている）は、電圧変動を測定する基準となる基準レベルを設定する。このブロックは、入力されるＡＣ信号を、マイクロプロセッサアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）による測定に適した電圧レベルに変換する外部ハードウェア、例えば、ブロック４０５によって実行されてもよい。
【００３０】
ブロック４２０（さらに、ブロック２というラベルも付されている）において、フリッカーに起因する変調は、ＡＣ電源の５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの周波数から分離される。ブロック４２０の２乗乗算器部分は、電圧変動に対応する白熱電球からの光出力の変動をシミュレートする。要するに、このブロックの目的は、変調信号を正常な状態に戻すことであり、それと同時に、公共の電源周波数キャリア信号を除去することである。
【００３１】
ブロック４３０では人の知覚能力を考慮する。典型的には、ブロック４３０は、直列に接続された３つのフィルタと、レンジ設定回路（ｒａｎｇｉｎｇ  ｃｉｒｃｕｉｔ）とを備える。１つのフィルタは、０．０５Ｈｚに設定されたＦｃを有する１次ハイパスフィルタである。また、３５Ｈｚにおけるコーナー周波数を備える６次の最大平均特性（Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ）ローパスフィルタが用いられる。このフィルタは、測定された周波数を目視できるものに限定する。第３のフィルタは、８．８Ｈｚに中心があるバンドパス応答を提供する。このバンドパスフィルタは、０．０５Ｈｚと３５Ｈｚとの間の関心のある周波数帯域内において、きわめて明確な重み付け関数を提供し、平均的な観察者に対するフィラメント・目・脳−応答全体の一部分をシミュレートするように動作する。これは、８．８Ｈｚにおけるピークに応答する。ブロック４３０のレンジ設定回路は、適切な測定レンジを選択する。選択することは、きわめて広い範囲の知覚可能値が存在するかもしれないため、必要である。代替として、レンジの切り替えを必要としないフリッカー測定設計においては対数分類器で実施されてもよい。
【００３２】
ブロック４４０は、変化を認める脳の能力をシミュレートするために、２乗乗算器と１次スライディングフィルタ（ｓｌｉｄｉｎｇ  ｆｉｌｔｅｒ）とを組み合わせる。具体的には、ブロック４４０は、フリッカー知覚に対するフィラメント・目・脳−モデルの残りの部分を実行する機能を提供する。２乗演算器は、非線形の目・脳−応答特性をシミュレートし、１次フィルタは、脳における知覚記憶作用をシミュレートする。１次フィルタは、０．３秒の時定数を有するスライディング中間値フィルタとしての特徴を有し、これは、０．５３Ｈｚのコーナー周波数を備える１次ローパスフィルタとして実行される。最後に、ブロック４５０は、測定されたフリッカーがいらいらさせるものとなる確率、あるいは、例えば、てんかんの発作のある患者にとって実際に有害なものとなる確率を評価するのに必要な統計的解析を実行する。統計的解析の結果は、Ｐｓｔの値の予測値であり、この予測値は、ブロック４５０の出力上に提供される。典型的には、ブロック４５０は、ブロック４１０、４２０、４３０、および、４４０から１０ミリ秒ごとに収集された統計データに基づいて、Ｐｓｔを刻々と更新する。
【００３３】
好ましくは、ブロック４２０〜４４０は、ソフトウェアによって実行される。そのような実行は、例えばＣのようなプログラミング言語により、当業者は容易に実現できる。
【００３４】
フリッカーが短時間において頻発しなければ、そのフリッカーはより許容できるものとなる。許容度は、レベル強度や発生頻度、発生期間が増えれば、減少する。フリッカー測定器４００によって予測されたＰｓｔの値は、加熱コントローラ１３２の動作フローを示す図５に示されるように、人間が知覚することのできるフリッカーの発生を減少させるという目的に使用される。動作フローは、好ましくは、ソフトウェアによって実現される。加熱コントローラ１３２は、Ｐｓｔの更新された値をフリッカー解析器ブロック１３４から受け取り、そして、この値を以前に受け取ったＰｓｔの値と比較する。ステップ５１０において、加熱コントローラ１３２は、Ｐｓｔの値が増加傾向にあるかどうかを判断する。もし増加傾向にあれば、加熱コントローラ１３２は、すぐにステップ５３０に移動し、本発明のフリッカー削減アルゴリズムを適用する。あるいは、Ｐｓｔの最新の値が、上述の所定のしきい値と比較されてもよく、例えばＰｓｔ＜０．８、またはＰｓｔ＜０．５であるかどうかが比較されてもよく、そして、Ｐｓｔの最新の値がこのしきい値よりも大きければ、加熱コントローラ１３２は、ステップ５３０に進んでもよい。
【００３５】
上述したように、フリッカー削減アルゴリズムの適用は、本発明によるシステムの電気的負荷成分のスイッチング周波数を再調整することを発生させる。図１に示される流体ヒータの場合、この再調整は、第１のステージ１１０の出力温度Ｔ１を調節することによって実現されてもよい。このことは、より大きな負荷の発熱体１１４をより頻繁には作動させる一方で、これを補償するようにより小さな負荷の発熱体１１２のスイッチが切り替えられるという効果を有する。Ｔｏｕｔがより低い温度でない場合には、第２のステージ１２０が追加的な加熱に取り組む。
【００３６】
このようにして、要求される出力温度Ｔｏｕｔを達成することができたならば、第２のステージ１２０は、より大きな負荷の発熱体１２４のスイッチング周波数を減少させ、そして、より小さな負荷の発熱体１２２のスイッチング周波数を増加させてもよい。再調整がうまくいくと、ステップ５５０に示されるように、フリッカー解析器ブロック１３４によってＰｓｔを予測する次のサイクルにおいてＰｓｔの減少が示される。これは、少なくともシステムの動作要求が変更されない限り、システムのさらなる再調整を必要としないことを意味する。１つの例外は、Ｐｓｔの値の減少が所定のしきい値以下にまで低下しなかった場合であり、この場合には、さらなる再調整が必要となるかもしれない。
【００３７】
極端な場合、例えば、システムの動作要求がＰｓｔを増加させるスイッチ切り替えパターンとなるならば、電気的負荷成分の再調整はＰｓｔの値を減少させないかもしれない。そのような場合、ステップ５５０は生じないかもしれず、Ｐｓｔは、加熱コントローラ１３２によって実行される再調整ステップにもかかわらず、さらに増加するかもしれない。
【００３８】
これは、Ｐｓｔが臨界しきい値を超えるという現実的に危険な状態、例えば、Ｐｓｔ＞１になるという危険な状態を生じさせる。このＰｓｔの値は、そのようなフリッカーに曝される人の５０％以上がそのフリッカーがいらいらさせるものと感じる値である。上述したように、オンデマンドヒータのようなある特定の種類のシステムは、それらのシステムが適用規格に準拠するものであるならば、この値を超えることは許されない。図６は、そのようなシナリオにおける加熱コントローラ１３２の動作フローを示す。ステップ６１０において、加熱コントローラは、Ｐｓｔが臨界しきい値を超えたことを検出し、これがきっかけとなって、加熱コントローラ１３２のマイクロプロセッサによってフリッカー防止アルゴリズムが実行される。このアルゴリズムは、ステップ６３０に示されるように、大きな負荷の発熱体１２４のような電気的負荷成分が作動するのを遅延させる。これは、そのような成分のスイッチング周波数を減少させ、その結果として、ステップ６５０に示されるように、Ｐｓｔを臨界しきい値以下にまで減少させる。しかしながら、結果は、ステップ６４０に示されるように、出力性能の潜在的な低下であり、例えば図１に示される流体ヒータ１００の場合における流体温度の出力温度Ｔｏｕｔの大きなずれである。フリッカー防止アルゴリズムは、典型的には、ＩＥＣ６１０００のようなフリッカー規格に準拠する必要がある本発明のシステムにおいて使用され、そこでは電気機器に１より大きな値のＰｓｔでのフリッカーは生じないかもしれない。
【００３９】
換言すると、第１のステージ１１０の目標出力温度を制限範囲内に調節しても依然Ｐｓｔが減少しない環境下においては、例えば、比較的短い時間にわたって加熱需要が大きな変動を示す環境下においては、そのアルゴリズムが、それの再調整作用がＰｓｔを減少させないことに気付く。そのようなシナリオにおいては、このアルゴリズムは、システムの意図した出力温度からの（より大きな）ずれを生じさせる加熱遅延アルゴリズムを起動する。Ｐｓｔが１を超えることが許されないオンデマンドヒータの規格要求のような規格要求をシステムが満たす必要がある状況においては、そのような加熱遅延アルゴリズムを必要とすることが望まれる。
【００４０】
図７は、加熱コントローラ１３２およびフリッカー解析器ブロック１３４によって実施される本発明による方法を概略的に示す。ステップ７１０では、所定の時間フレームの間に、本発明によるシステムの各電気的負荷成分のスイッチング周波数から、電源の電圧変動の予測がおこなわれる。好ましくは、ステップ７１０は、所定の時間フレームの間に、電源に接続された光源における観察可能なフリッカーの回数を予測することを備える。
【００４１】
ステップ７２０において、第１の負荷を有する電気的負荷成分と第２の負荷を有する電気的負荷成分とのスイッチング周波数が、予測ステップ７１０に応じて調節され、次の時間フレーム中に電源の電圧変動を減少させ、それと同時に、複数のステージが次の時間フレーム中にその出力を生成することができることを保証する。
【００４２】
ステップ７１０および７２０は、ステップ７１０において、その時間フレーム中に電気的負荷成分のスイッチ切り替えから短時間フリッカー値を予測し、短時間フリッカー値が、これまでの時間フレームと比較して増加傾向にある場合、ステップ７２０において、第１の負荷を有する電気的負荷成分のスイッチング周波数を減少させ、かつ、第２の負荷を有する電気的負荷成分のスイッチング周波数を増加させることによって、電気的負荷成分のスイッチング周波数を調節することによって実施されてもよい。これは、図５に示される動作フローとして実行できる実装である。ステップ７２０は、短時間フリッカー値Ｐｓｔが所定のしきい値を超えているかどうかを判定するステップ７１５の後に実行されてもよい。
【００４３】
本発明の方法は、ステップ７２５において判定されるように、短時間フリッカー値が臨界しきい値を超えていれば、電気的負荷成分の中の少なくともいくつかが作動することを遅延させるステップ７３０をさらに備えてもよい。これは、図６に示される動作フローとして実行できる実装である。
【００４４】
本発明の方法は、好ましくは、図１の流体加熱システム１００に適用されるが、本発明の方法は、これまでに示唆したように、その他の利用分野においても同様に実施することができる。
【００４５】
上述した実施形態は、本発明を限定するものではなく本発明を例示するものであり、当業者は、添付の「特許請求の範囲」の範囲から逸脱することなく、多くの異なる実施形態を考え出すことができることに注意すべきである。いくつかの手段を列挙する装置請求項において、これらの手段の中のいくつかは、ハードウェアの同一部品によって実施されてもよい。ある特定の手段が異なる従属請求項において互いに参照されたという事実だけによって、これらの手段を組み合わせたものが有利に使用されることができないことを意味するものではない。
【符号の説明】
【００４６】
１００…オンデマンド流体ヒータ、１１２、１１４、１２２、１２４…発熱体、１１０、１２０…加熱ステージ、１３０…コントローラ、１３２…加熱コントローラ、１３４…フリッカー解析器ブロック、１３６…フィードバック経路、１３８…制御信号経路、１４０…スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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