JPH02119314A - Zero cross voltage detector - Google Patents

Zero cross voltage detector

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JPH02119314A
JPH02119314A JP63270791A JP27079188A JPH02119314A JP H02119314 A JPH02119314 A JP H02119314A JP 63270791 A JP63270791 A JP 63270791A JP 27079188 A JP27079188 A JP 27079188A JP H02119314 A JPH02119314 A JP H02119314A
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JP
Japan
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output
voltage
conversion circuit
level conversion
signal level
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Application number
JP63270791A
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Japanese (ja)
Inventor
Jinshiyuu Son
孫 人舟
Nobuaki Miyagawa
宣明 宮川
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Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To attain the reduction of the number of out-fitted components and the detection of high sensitivity by comparing an input signal after passing a signal level conversion circuit with a comparative output from a comparative voltage generator by using a comparator, and detecting the transition of a comparison result by using a transition detector. CONSTITUTION:The output 63 of the AC voltage source 61 of electrical equipment 60 is inputted to the signal level conversion circuit 42, and is converted to the one of range that can be handled by a microcontroller. The output 64 of the signal level conversion circuit is inputted to the comparator 43, and is compared with the comparative voltage 69 outputted by the comparative voltage generator 44, The output of the comparator 43 is inputted to the transition detector 45. The detection of the zero cross of the input 63 is always performed by the comparative voltage(Vref) detection of the output 64 of the signal level conversion circuit in the inside of the microcontroller. When the output 63 of the AC voltage source of the electrical equipment 60 crosses with a zero voltage, a leading or trailing transition detecting signal WF or VR is outputted from the transition detector 45, thereby, the detection of the zero cross can be performed.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention] 【産業上の利用分野】[Industrial application field]

本発明は、交番電圧、電流波形を入力し、該入力波形が
零電圧を交差したことを検出すること、いわゆるゼロク
ロスを検出する装置に関するものである。
The present invention relates to an apparatus for inputting alternating voltage and current waveforms and detecting that the input waveforms cross a zero voltage, that is, a so-called zero cross.

【従来技術】[Prior art]

入力信号の正の信号から負の信号及び負の信号から正の
信号への信号変化を検出するもの(ゼロクロス電圧検出
装置)において、従来は第1図に示すようなりC分カッ
ト回路1、バイアス段3及び増幅段4から構成される装
置 該従来技術のゼロクロス電圧検出装置を集積回路内部で
構成した場合の具体的な実施例を第2図に示す。電気機
器60の内部に交流電圧を発生する交流電圧源61があ
って、該交流電圧のゼロクロスを検出し、該電気機器6
0の制御部62に信号を送って制御を行う実施例である
。ゼロクロスを検出するために集積回路であるマイクロ
コントローラ6が用いられる。従来技術のDC分カット
回路lが該電気機器60及びマイクロコントローラ6の
間に置かれていて、従来技術のバイアス段3及び増幅段
4がマイクロコントローラ6内に集積され、内蔵されて
いる。 該電気機器60の交流電圧tA61の出力63が該DC
C分力ヒト回路に入力され、マイクロコントローラ6の
取扱える電圧範囲に変換される。該DC分カット回路I
の出力がマイクロコントローラ6の内部にあるバイアス
段3に入力される。該バイアス段3の出力が該増幅段4
の利得の一番大きい位置(動作点)に設定される。−該
バイアス段3の出力信号の動作点からのずれ分が増幅段
4によって増幅される。該増幅段4の出力5がマイクロ
コントローラ6の内部にある制御部7に送られる。該制
御部7の制御信号67がマイクロコントローラ6から出
力され、該電気機器60の制御部62に入力される。該
制御部62が適切な制御信号を出して電気機器制御を行
う。 第2図の1.3及び4の具体的な一例を第3図に示す。 63は交流電圧源の出力である。11は該交流電圧源の
出力63のピーク電圧をマイクロコントローラ6の取扱
える電圧範囲(通常は0〜5y)に変換する電圧変換器
である。13は該電圧変換器出力の直流成分を取り除く
ための容量である。30は集積回路の製造工程の追加な
しで該バイアス段3の入力インピーダンスを高くするた
めのP−チャネルMO3である。31は第2図で述べた
該増幅段4に動作点を設定するための、入力と出力が短
絡されたインバータである。40.41 は諜亥DC分
カント回路lの出力が該増幅段4の動作点からずれたと
き、そのずれた電圧を増幅するための高利得インバータ
である。5は該増幅段4の出力である。 なお、従来技術に関する文献としては、rNECマイク
ロコンピュータシンクルチノ7”(ll−ント) 19
85J P、  B−423がある。
In a device (zero cross voltage detection device) that detects signal changes from a positive signal to a negative signal and from a negative signal to a positive signal in an input signal, conventionally, as shown in Fig. 1, a C cut circuit 1 and a bias FIG. 2 shows a specific embodiment of the prior art zero-crossing voltage detection device constructed from a stage 3 and an amplification stage 4 inside an integrated circuit. There is an AC voltage source 61 that generates an AC voltage inside the electrical equipment 60, and the electrical equipment 6 detects the zero cross of the AC voltage.
This is an embodiment in which control is performed by sending a signal to the control unit 62 of No. 0. A microcontroller 6, which is an integrated circuit, is used to detect zero crossings. A prior art DC cut circuit 1 is placed between the electrical device 60 and the microcontroller 6, and a prior art bias stage 3 and amplification stage 4 are integrated and contained within the microcontroller 6. The output 63 of the AC voltage tA61 of the electrical equipment 60 is the DC
The C component force is input to the human circuit and converted into a voltage range that can be handled by the microcontroller 6. The DC cut circuit I
The output of is input to the bias stage 3 inside the microcontroller 6. The output of the bias stage 3 is supplied to the amplification stage 4.
is set at the position (operating point) where the gain is greatest. - the deviation of the output signal of the bias stage 3 from the operating point is amplified by the amplification stage 4; The output 5 of the amplification stage 4 is sent to a control section 7 located inside the microcontroller 6. A control signal 67 of the control unit 7 is output from the microcontroller 6 and input to the control unit 62 of the electrical device 60. The control section 62 issues appropriate control signals to control the electrical equipment. A specific example of 1.3 and 4 in FIG. 2 is shown in FIG. 63 is the output of the AC voltage source. Reference numeral 11 denotes a voltage converter that converts the peak voltage of the output 63 of the AC voltage source into a voltage range that can be handled by the microcontroller 6 (usually 0 to 5y). 13 is a capacitor for removing the DC component of the voltage converter output. 30 is a P-channel MO3 for increasing the input impedance of the bias stage 3 without adding an integrated circuit manufacturing process. 31 is an inverter whose input and output are short-circuited for setting the operating point of the amplification stage 4 described in FIG. 40.41 is a high gain inverter for amplifying the deviated voltage when the output of the DC cant circuit 1 deviates from the operating point of the amplification stage 4. 5 is the output of the amplification stage 4. In addition, as a document related to the prior art, rNEC microcomputer synchronized 7'' (ll-nt) 19
There are 85JP and B-423.

【発明が解決しようとする課題】[Problem to be solved by the invention]

このような従来構成でゼロクロス検出を行う場合、以下
に示すような欠点を生ずる。 (1)  マイクロコントローラ等の集積回路の外付部
品、例えば、13の容量が外付けとして必要とされる。 (2)  30の抵抗値の入力端子依存性により、入力
が変化すると、P−M OSの抵抗値も変化する。拡散
抵抗で高抵抗を得ようとすると、大きい面積が必要とさ
れる。 (3)集積回路の製造工程のばらつきにより、該バイア
ス段3によって設定されたインバータ40の動作点が必
ずしもインバータ40の一番利得の大きい所とは限らな
い。従って該増幅段4の感度が集積回路の製造工程によ
ってばらつくことになる。 (4)感度が低くて、数百11Iv程度である。 本発明は、前記した従来技術の欠点を除去、改良するた
めに、外付部品が必要なく、かつ、製造工程のばらつき
に影響されないような高感度の比較器及び遷移検出器を
用いたものである。
When zero-cross detection is performed with such a conventional configuration, the following drawbacks occur. (1) External components of an integrated circuit such as a microcontroller, for example, 13 capacitors are required as external components. (2) Due to the input terminal dependence of the resistance value of 30, when the input changes, the resistance value of the P-MOS also changes. In order to obtain high resistance with a diffused resistor, a large area is required. (3) Due to variations in the manufacturing process of integrated circuits, the operating point of the inverter 40 set by the bias stage 3 is not necessarily the point where the inverter 40 has the largest gain. Therefore, the sensitivity of the amplification stage 4 varies depending on the manufacturing process of the integrated circuit. (4) Sensitivity is low, on the order of several hundred 11 Iv. In order to eliminate and improve the drawbacks of the prior art described above, the present invention uses a highly sensitive comparator and transition detector that do not require external components and are not affected by manufacturing process variations. be.

【課題を解決するための手段】[Means to solve the problem]

前記したような課題を解決するため、本発明のゼロクロ
ス電圧検出装置では、ゼロ点を検出すべき交流信号の振
幅及び直流レベルを所望の電圧に変換する信号レベル変
換回路と、該信号レベル変(負回路の出力である交流信
号が入力されるゼロクロス検出制御回路とから成り、 該ゼロクロス検出制御回路は、前記信号レベル変換回路
出力の直流レベル電圧と等しい値の電圧である比較電圧
を発生する比較電圧発生器と、第1のクロックパルスに
より該比較電圧をサンプリングする第1のスイッチ素子
と、前記第1のクロックパルスと交互に出され且つオー
バーラツプしない第2のクロックパルスにより前記信号
レベル変換回路の出力をサンプリングする第2のスイッ
チ素子と、一方の端子が前記第1.第2のスイッチ素子
に接続され他方の端子が増幅部の入力に接続されたコン
デンサと、前記第1のクロックパルスによって作動する
動作点設定部と前記第2のクロックパルスによっζ作動
する動作点補償部とにより動作点が高感度の位置に設定
される増幅部を有する比較器と、該比較器の出力により
ゼロ点を検出する遷移検出器とを含むものとした。
In order to solve the problems described above, the zero-crossing voltage detection device of the present invention includes a signal level conversion circuit that converts the amplitude and DC level of an AC signal whose zero point is to be detected into a desired voltage, and a signal level conversion circuit that converts the amplitude and DC level of an AC signal whose zero point is to be detected, and a zero-cross detection control circuit to which an AC signal that is the output of the negative circuit is input, and the zero-cross detection control circuit is a comparison circuit that generates a comparison voltage that is a voltage equal to the DC level voltage of the output of the signal level conversion circuit. a voltage generator; a first switch element that samples the comparison voltage with a first clock pulse; and a second clock pulse that is alternately issued with the first clock pulse and does not overlap with the first clock pulse; a second switch element for sampling the output; a capacitor having one terminal connected to the first and second switch elements and the other terminal connected to the input of the amplifier section; and a capacitor operated by the first clock pulse. a comparator having an amplification section whose operating point is set at a highly sensitive position by an operating point setting section that operates by the second clock pulse and an operating point compensation section that operates by the second clock pulse; and a transition detector for detecting.

【作 用】[For use]

本発明は第4図に示すように、信号レベル変換回路42
を通した後に、入力信号を比較器43を用いて、比較電
圧発生器44からの比較電圧と比較し、遷移検出器45
を用い、比較結果の遷移を検出することによって、外付
部品の削減及び高感度検出を実現できる入力のゼロクロ
ス検出方法である。 また、従来、大容量コンデンサ等の外付部品を必要とし
ていたが、本方法により、小型化できるので、マイクロ
コントローラに内蔵可能な高精度ゼロクロス検出が構成
できる。
The present invention provides a signal level conversion circuit 42 as shown in FIG.
After passing through the input signal, the input signal is compared with a comparison voltage from a comparison voltage generator 44 using a comparator 43 and a transition detector 45
This is an input zero-cross detection method that can reduce the number of external components and achieve high-sensitivity detection by detecting the transition of the comparison result. Furthermore, although external components such as large-capacity capacitors have conventionally been required, this method allows for miniaturization, making it possible to construct a high-precision zero-cross detection that can be built into a microcontroller.

【実施例】【Example】

本発明を集積回路内部で構成した場合の具体的な実施例
を第5 U!!!Iに示す。電気機器60の内部に交流
電圧を発生ずる交流電圧源6Iがあって、該交流電圧の
ゼロクロスを検出し、該電気機器60の制御部62に信
号を送って制御を行う実施例である。ゼロクロスを検出
するために、集積回路であるマイクロコントローラ65
が用いられる。本発明の比較器43、比較電圧発生器4
4及び遷移検出器45がマイクロコントローラ65に集
積され、内蔵されている。 本発明の信号レベル変換回路42が該電気機器60及び
マイクロコントローラ65の間に置かれている。 本発明のゼロクロス電圧検出装置に用いられる基準電圧
49が該信号レベル変換回路42及び該比較電圧発生器
44に入力される。 該電気機器60の交流電圧#61の出力63が該信号レ
ベルf?A回路42に入力され、マイクロコントローラ
の取扱える範囲に変換される。該信号レベル変換回路の
出力64がマイクロコントローラ65の該比較器43に
入力され、該比較電圧発生器44によって出力される比
較電圧69と比較される。該比較器43の出力は該遷移
検出器45に入力される。該i!2移検比検出器の出力
がマイクロコントローラの制御部66に送られ、該制御
部66の制?IO信号67がマイクロコントローラから
出力され、該電気機器60の制御部62に入力される。 該制御部62が適切な制御信号を出して、電気機器制御
を行う。 本発明の信号レベル変換回路42の構成を第6図に示す
。該信号レベル変換回路42は電圧変換器46及びシフ
ト回路50から構成される。該電圧変換器46によって
、入力63のピーク電圧が本発明の比較器43、比較電
圧発生器44及び遷移検出器45の内蔵されているマイ
クロコントローラの取扱える電圧範囲に変換される。比
較電圧Vrefの二倍の基準電圧49が該シフト回路5
0に入力される。該シフト回路50によって該電圧変換
器46の出力47が設定された比較電圧Vrefを中心
に振幅するようにシフトされる。シフト回路50の出力
が信号レベル変換回路の出力64になる。 本発明の信号レベル変換回路42の動作は次のようにな
る。該信号レベル変換回路42の入力63及び出力64
を第7図に示す、入力波形63の振幅が正負100V、
マイクロコントローラ65の取扱える電圧範囲がOvか
ら5vまでとする。該電気機器60の交流電圧源の出力
63が電圧変iA器46によって振幅が正負5vの交流
電圧47に変換される。入力63が零電圧と交差すると
き、電圧変換器の出力47も零電圧と交差するごkにな
る。 Vrefが比較の基準となる比較電圧である。基準電圧
49はVrefの二倍の電圧2Vre4である。 このVrefがユーザによって設定できる。この実施例
においては、Vrefが3vとする。 シフト回路50が同し砥面値を持つ抵抗器R,,11゜
から構成される。抵抗器が直列につながっていて、抵抗
器の両端にそれぞれ電圧変換器の出力47(Vin)及
び基準電圧49(2Vref )が印加されている。 シフト回路の出力64(Vi)が直列抵抗器の中間点か
ら取り出されるとすると、Viは次のように計算できる
。 2Vref−Vin       Vinこの実施例に
おいては、V refが3vであるので、Viが次の式
で表される。 1n Vi =3ν+−・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・(2)第(2)式により、Vinが正のピーク
電圧5vになったとき、Viが5.5vになり、Vin
が負のピーク電圧5vになったとき、Viが0.5vに
なる。Viの波形、つまり、信号レベル変換回路の出力
64波形を第7図に示す。Vinが零電圧OVと交差す
るとき、第(2)式により、Viが3νとなり、Vre
4と交差することになる。従って入力63が零電圧と交
差するとき信号レベル変喚回路の出力64(Vi)がV
refと交差することになる。言い換えれば、信号レベ
ル変換回路42の出力64(Vi)がvref と交差
する点に’、N’    n 及びρ′が検出できれば、電気機器60の交流電圧S6
tの出力63のゼロクロス点に、1.鋤、n及びρが検
出できることになる。 本発明の比較電圧発生器44の構成を説明する。 基準電圧49(2Vref )が該比較電圧発生器44
に入力され、該基準電圧49(2Vref )とマイク
ロコントローラ65の接地電圧Ovとの間に電圧分圧器
が置かれている。該電圧分圧器は、同じ抵抗値をもつ抵
抗器R,t、R,からなる。比較電圧Vrefが直列に
つながっているR、、I?、の中間点から取り出されて
、本発明の比較器43に出力される。この実施例では、
)fE′$電圧49が6vになっているので、抵抗?:
’ath及びR4の抵抗値の比率が1:1になっていれ
ば、Vrefが3vになる。 本発明の比較器43の構成を第8図に示す。交流増幅型
のチタンパコンバレータの構成になっている。72はス
イッチ1173はスイ・ンチ2.75はコンデンサ、7
7は増幅部、78は動作点設定部、79は補償部である
。スイッチl及び動作点設定部78はマイクロコントロ
ーラ65の内部クロックであるクロックlによって駆動
され、スイッチ2及び補償部79はマイクロコントロー
ラの内部クロックであるクロック2によって駆動される
。該コンデンサ75はマイクロコントローラ等の集積回
路内部で作れる小さな容量て十分である。もちろんデイ
プレッジタンMOSトランジスタを用いた容量でもよい
。 本構成の動作は次のようになる。該比較電圧発生器44
の出力69(Vref)と該信号レベル変換回路42の
出力64(Vi)がそれぞれ、クロックlとクロック2
によって選択され、該比較器43に入力される。 増幅部77の動作点が動作点設定部78によって設定さ
れる。補償部79は増幅部のミラー容l (MOSトラ
ンジスタのソース及びトレインとゲートとの市なり容f
f1)等による影響を除去するための回路である。入力
スイッチと増幅部との間にあるコンデンサ75がクロッ
クlの間に比較電圧発生器の出力69(Vref)によ
って充電され、クロック2の間に、信号レベル変換回路
の出力64(Vi)によって充電される。その二つの電
圧(VrefとVi)の電圧差による電荷差が増幅部に
よって増幅され、比較器出力68 (Vc)が出力され
る。 該比較器43に用いられるクロックlとクロック2のタ
イミング・チャートを第9図に示す。80と81はそれ
ぞれクロック1とクロック2がアクティブになる時間で
ある。クロック1とクロック2が互いにオーバーラツプ
しない。82が該ノンオーバーラツプ時間である。 該比較器43のコンデンサ75の電位のタイミング・チ
ャートを第10.11図に示す。クロック1がアクティ
ブになる時間80の間に、スイッチ1がオンになり、ス
イッチ2がオフになって、比較電圧発生器の出力V r
efがサンプリングされ、コンデンサ75の入力端74
(f点)が76軸点)を基準にしてVrefに対応した
電位に充放電される。クロック2がアクティブになる時
間81の間に、スイッチlがオフになり、スイッチ2が
オンになって、信号レベル変換回路の出力64(Vi)
がサンプリングされ、f点がg点を基準にし′ζv1に
対応した電位に充放電される。ViがVrefより大き
い場合の、f点の電位変化を第10図に示す。ViがV
rerより小さい場合の、f点の電位変化を第11図に
示す。 該比較器の増幅部がコンデンサの入力側f点の電位変化
に伴う出力側g点の電位変化を増幅して出力する。増幅
部の動作点V−はクロックlのアクティブになっている
間(80)、動作点設定部によって設定される。動作点
を増幅部の一番利得の大きい所に設定すれば、増幅部が
コンデンサの出力側g点の微小電位差に敏感に反応でき
、高感度の増幅部が得られる。動作点設定部がクロック
lによって駆動されるため、ミラー容量等の影響によっ
て該増幅部の入力の電位が、クロック1のオフからオン
にスイッチするとき、ミラー容量に対応した分だけ上が
り、クロック1のオンからオフにスイッチするとき、ミ
ラー容量に対応した分だけ下がる。該ミラー容量の影響
を除去し、精度を上げるために、クロック2によって駆
動される補償部が設けられた。クロック2がクロックl
と逆相になっており、クロックlのオフからオンへのス
イッチングあるいはオンからオフへのスイッチングに対
して必ずクロック2のオンからオフへのスイッチングあ
るいはオフからオンへのスイッチングが対応して存在す
るので、クロックlのスイッチングによる該増幅部の入
力端の電位変動誤差がクロック2のスイッチングによっ
て相殺され、補償される。 クロック1,2に対する該コンデンサの電位変化と該比
較器出力68(Vc)の関係を第10.11図に示す。 ViがV refより大きい場合、第10図に示したよ
うに、スイッチ2がアクティブになっている間(81)
、比較器出力Vcが増幅部の動作点Vwから論理値0に
相当する低い電圧に変動する。vlがVrefより小さ
い場合、第11図に示したようにVcが増幅部の動作点
り一から論理値1に相当する高い電圧に変動する。 本発明の遷移検出器45の構成を第12図に示す。 比較器の出力68(VC)がクロック1及びクロック2
によってサンプリングされ、該遷移検出器45の記憶部
89に記憶される。該記憶部89によって記憶されたク
ロックl及びクロック2における比較器出力6B(Vc
)の値がデコーダー90によって解読される。 デコーダー90の出力が本発明のゼロクロス電圧検出装
置の出力となる。 該遷移検出器45の動作を第13.14図に示す。信号
レベル変換回路の出力64 (V i )がVrefよ
り小さい電圧からV refより大きい電圧へ遷移する
例を第13図に示す。比較器出力68(Vc)が第13
図に示したように変化する。クロック2でサンプリング
されたVcの値は、−回目では論理値lであり、二回目
では、論理値0である。該サンプリングされたVcの値
がデコーダーによって解読され、立上り遷移検出信号8
8(V、 )がアクティブになる。Vi′h(Vrer
より大きい電圧からVrefより小さい電圧へ遷移する
例を第14図に示す。比較器出力68(Vc)が第14
図に示したように変化する。クロック2でサンプリング
されたVCの値は、−回目では論理値Oであり、二回目
では論理値lである。該サンプリングされたVcの値が
デコーダーによって解読され、立下がり遷移検出信号8
7(VF )がアクティブになる。 本発明の遷移検出器45の具体的な構成を第15図に示
す。記i、α部89がラッチ素子91(ラッチl)及び
ラッチ素子92(ランチ2)からなり、デコーダー90
がNAND論理素子94、NOR論理素子95及びイン
バータ93(inν2)からなる。比較器出力68(V
c)がクロック2によってサンプリングされ、ラッチl
によって記憶される。ラッチlの負出力q、がクロック
1によってサンプリングされ、ラッチ2によって記憶さ
れる。該ランチ1の負出力σ1及び。 ランチ2の負出力ζ2がデコーダーによって解読され、
立下り遷移検出信号a7(vr)あるいは立上り遷移検
出信号88(VR)が出力される。 信号レベル変換回路の出力64(Vi)がVrefより
低い電圧からV refより高い電圧へ遷移するとき、
比較器出力VC,V、、、及び■、が第13図のように
出力される。信号レベル変換回路の出力64(Vi)が
Vrefより高1電圧からVrefより低い電圧へX!
移するとき、比較器出力■。、■4.及びV、lが第1
4図のように出力される。 以上述べたことにより、入力63のゼロクロス検出は、
マイクロコントローラ内部では、常に信号レベル変換回
路の出力64(Vi)のV refクロス検出になる。 電気機器60の交流電圧源の出力63が零電圧と交差す
るとき、本発明のa糸検出器45から、■、あるいは■
。が出力されて、ゼロクロスが検出できる。本実施例で
は、Vrefを3vにしたがもちろん、VrefをVc
c (5V)の半分2.5vにしても、まったく支障な
く、入力63のゼロクロスが検出できる。 遷移検出器45の出力V、あるいは■、がマイクロコン
トローラの制御部に送られ、制御信号67が該制御部6
6から出力され、マイクロコントローラから電気機器の
制御部62に入力される。該制御部62から、制御信号
が出力され、ゼロクロスに対し°ζ適切な制御が行われ
る。 第16図は本発明の変形例を示すもので、第8図の比較
器と異なるのは、信号レベル変換回路の出力64(Vt
)とスイッチ2の間に、増幅器96が入っていることで
ある。該増幅器96によって、Viが増幅されて、クロ
ック2及びスイ・ンチ2によってサンプリングされる。 本発明では、入力のゼロクロス検出の感度はViがV 
ref と交差するときの勾配によって変わる。 該勾配が大きいほど、高感度になり、勾配が小さいほど
、感度が悪くなる。それは、交流増幅型のチョンバコン
パレータのオフセントによるものである。ViがVre
fとの電圧差が小さすぎると、比較器の増幅部によって
増幅されても、遷移検出器45の記憶部から見れば論理
値1にも、0にもなっていないので、遷移としては認め
られないからである。 本変形例では、増幅器9Gを用いるごとによって、vl
の勾配が小さくても増幅器96によって増幅され、いつ
も高感度がはかれる。
A specific example in which the present invention is implemented inside an integrated circuit is described in Section 5 U! ! ! Shown in I. In this embodiment, there is an AC voltage source 6I that generates an AC voltage inside the electric device 60, and the zero cross of the AC voltage is detected and a signal is sent to the control unit 62 of the electric device 60 for control. A microcontroller 65, which is an integrated circuit, is used to detect zero crossings.
is used. Comparator 43 and comparison voltage generator 4 of the present invention
4 and a transition detector 45 are integrated and contained in a microcontroller 65. A signal level conversion circuit 42 of the present invention is placed between the electrical equipment 60 and the microcontroller 65. A reference voltage 49 used in the zero-crossing voltage detection device of the present invention is input to the signal level conversion circuit 42 and the comparison voltage generator 44. The output 63 of the AC voltage #61 of the electric device 60 is at the signal level f? The signal is input to the A circuit 42 and converted into a range that can be handled by the microcontroller. The output 64 of the signal level conversion circuit is input to the comparator 43 of the microcontroller 65 and compared with the comparison voltage 69 output by the comparison voltage generator 44. The output of the comparator 43 is input to the transition detector 45. That i! The output of the two-shift ratio detector is sent to the control section 66 of the microcontroller, and the control section 66 is controlled by the control section 66 of the microcontroller. An IO signal 67 is output from the microcontroller and input to the control section 62 of the electrical device 60. The control section 62 issues appropriate control signals to control the electrical equipment. The configuration of the signal level conversion circuit 42 of the present invention is shown in FIG. The signal level conversion circuit 42 is composed of a voltage converter 46 and a shift circuit 50. The voltage converter 46 converts the peak voltage at the input 63 into a voltage range that can be handled by the microcontroller in which the comparator 43, comparison voltage generator 44, and transition detector 45 of the present invention are incorporated. A reference voltage 49 twice the comparison voltage Vref is applied to the shift circuit 5.
It is input to 0. The shift circuit 50 shifts the output 47 of the voltage converter 46 so that it oscillates around the set comparison voltage Vref. The output of the shift circuit 50 becomes the output 64 of the signal level conversion circuit. The operation of the signal level conversion circuit 42 of the present invention is as follows. Input 63 and output 64 of the signal level conversion circuit 42
is shown in FIG. 7, the amplitude of the input waveform 63 is positive and negative 100V,
It is assumed that the voltage range that the microcontroller 65 can handle is from Ov to 5V. The output 63 of the AC voltage source of the electrical equipment 60 is converted by the voltage converter 46 into an AC voltage 47 with an amplitude of positive and negative 5V. When the input 63 crosses zero voltage, the output 47 of the voltage converter also crosses zero voltage. Vref is a comparison voltage serving as a reference for comparison. The reference voltage 49 is a voltage 2Vre4 which is twice Vref. This Vref can be set by the user. In this embodiment, Vref is assumed to be 3V. The shift circuit 50 is composed of resistors R, 11° having the same abrasive value. Resistors are connected in series, and an output 47 (Vin) of a voltage converter and a reference voltage 49 (2Vref) are applied to both ends of the resistors, respectively. Assuming that the output 64 (Vi) of the shift circuit is taken from the midpoint of the series resistor, Vi can be calculated as follows. 2Vref-Vin Vin In this example, since Vref is 3v, Vi is expressed by the following equation. 1n Vi =3ν+-・・・・・・・・・・・・・・・・・・
...(2) According to equation (2), when Vin reaches a positive peak voltage of 5v, Vi becomes 5.5v and Vin
When becomes a negative peak voltage of 5v, Vi becomes 0.5v. The waveform of Vi, that is, the output 64 waveform of the signal level conversion circuit is shown in FIG. When Vin crosses zero voltage OV, Vi becomes 3ν and Vre
It will intersect with 4. Therefore, when the input 63 crosses zero voltage, the output 64 (Vi) of the signal level conversion circuit becomes V
It will intersect with ref. In other words, if ', N' n and ρ' can be detected at the point where the output 64 (Vi) of the signal level conversion circuit 42 intersects with vref, the AC voltage S6 of the electrical equipment 60 can be detected.
At the zero cross point of the output 63 of t, 1. Plow, n and ρ can now be detected. The configuration of the comparison voltage generator 44 of the present invention will be explained. The reference voltage 49 (2Vref) is applied to the comparison voltage generator 44.
A voltage divider is placed between the reference voltage 49 (2Vref) and the ground voltage Ov of the microcontroller 65. The voltage divider consists of resistors R, t, R, with the same resistance value. The comparison voltage Vref is connected in series with R,,I? , and output to the comparator 43 of the present invention. In this example,
) fE'$ Voltage 49 is 6V, so is it a resistor? :
If the ratio of the resistance values of 'ath and R4 is 1:1, Vref will be 3V. The configuration of the comparator 43 of the present invention is shown in FIG. It consists of an AC amplification type titanium comparator. 72 is a switch 1173 is a switch 2.75 is a capacitor, 7
7 is an amplification section, 78 is an operating point setting section, and 79 is a compensation section. The switch 1 and the operating point setting section 78 are driven by the clock 1, which is the internal clock of the microcontroller 65, and the switch 2 and the compensation section 79 are driven by the clock 2, which is the internal clock of the microcontroller. As the capacitor 75, a small capacitance that can be made inside an integrated circuit such as a microcontroller is sufficient. Of course, a capacitor using a depressed tandem MOS transistor may also be used. The operation of this configuration is as follows. The comparison voltage generator 44
The output 69 (Vref) of the signal level conversion circuit 42 and the output 64 (Vi) of the signal level conversion circuit 42 are clock 1 and clock 2, respectively.
and is input to the comparator 43. The operating point of the amplifying section 77 is set by the operating point setting section 78. The compensating section 79 has a mirror capacitance l of the amplifying section (the capacitance f between the source, train, and gate of the MOS transistor).
This is a circuit for removing the influence caused by f1), etc. A capacitor 75 between the input switch and the amplifier section is charged during clock l by the output 69 (Vref) of the comparison voltage generator and during clock 2 by the output 64 (Vi) of the signal level conversion circuit. be done. The charge difference due to the voltage difference between the two voltages (Vref and Vi) is amplified by the amplifier section, and a comparator output 68 (Vc) is output. A timing chart of clock 1 and clock 2 used in the comparator 43 is shown in FIG. 80 and 81 are times when clock 1 and clock 2 become active, respectively. Clock 1 and clock 2 do not overlap each other. 82 is the non-overlap time. A timing chart of the potential of the capacitor 75 of the comparator 43 is shown in FIG. 10.11. During the time 80 that clock 1 is active, switch 1 is turned on and switch 2 is turned off so that the output of the comparison voltage generator V r
ef is sampled and the input 74 of the capacitor 75
(point f) is the 76th axis point) and is charged and discharged to a potential corresponding to Vref. During the time 81 when clock 2 is active, switch l is turned off, switch 2 is turned on, and the output 64 (Vi) of the signal level conversion circuit is
is sampled, and point f is charged and discharged to a potential corresponding to 'ζv1 with respect to point g. FIG. 10 shows potential changes at point f when Vi is larger than Vref. Vi is V
FIG. 11 shows the change in potential at point f when the voltage is smaller than rer. The amplification section of the comparator amplifies and outputs a change in potential at point g on the output side due to a change in potential at point f on the input side of the capacitor. The operating point V- of the amplifier section is set by the operating point setting section while the clock l is active (80). By setting the operating point at the point where the gain is the highest in the amplifying section, the amplifying section can respond sensitively to the minute potential difference at point g on the output side of the capacitor, and a highly sensitive amplifying section can be obtained. Since the operating point setting section is driven by the clock 1, when the input potential of the amplifying section is switched from OFF to ON of the clock 1 due to the influence of the Miller capacitance, etc., it increases by an amount corresponding to the Miller capacitance, and the potential of the input of the amplifier section increases by an amount corresponding to the Miller capacitance. When switching from on to off, it decreases by an amount corresponding to the mirror capacitance. In order to eliminate the influence of the mirror capacitance and increase accuracy, a compensator driven by clock 2 was provided. clock 2 is clock l
This means that for every off-to-on or on-to-off switching of clock l, there is always a corresponding on-to-off switching or off-to-on switching of clock 2. Therefore, the potential fluctuation error at the input end of the amplification section due to the switching of the clock 1 is canceled out and compensated for by the switching of the clock 2. The relationship between the potential change of the capacitor and the comparator output 68 (Vc) with respect to clocks 1 and 2 is shown in FIG. 10.11. If Vi is greater than V ref, then while switch 2 is active (81), as shown in FIG.
, the comparator output Vc changes from the operating point Vw of the amplifier section to a low voltage corresponding to a logical value of 0. When vl is smaller than Vref, as shown in FIG. 11, Vc changes from the operating point of the amplifier section to a high voltage corresponding to a logical value of one. The configuration of the transition detector 45 of the present invention is shown in FIG. Comparator output 68 (VC) is clock 1 and clock 2
is sampled by and stored in the storage section 89 of the transition detector 45. The comparator output 6B (Vc
) is decoded by the decoder 90. The output of the decoder 90 becomes the output of the zero-cross voltage detection device of the present invention. The operation of the transition detector 45 is shown in FIGS. 13 and 14. FIG. 13 shows an example in which the output 64 (V i ) of the signal level conversion circuit transitions from a voltage smaller than V ref to a voltage larger than V ref. Comparator output 68 (Vc) is the 13th
Changes as shown in the figure. The value of Vc sampled at clock 2 is the logical value 1 at the -th time, and is the logical value 0 at the second time. The sampled Vc value is decoded by a decoder and a rising transition detection signal 8
8(V, ) becomes active. Vi'h (Vrer
An example of transition from a larger voltage to a voltage smaller than Vref is shown in FIG. Comparator output 68 (Vc) is the 14th
Changes as shown in the figure. The value of VC sampled at clock 2 is the logical value O at the -th time, and is the logical value l at the second time. The sampled Vc value is decoded by a decoder and a falling transition detection signal 8
7 (VF) becomes active. A specific configuration of the transition detector 45 of the present invention is shown in FIG. Note i, the α section 89 consists of a latch element 91 (latch l) and a latch element 92 (lunch 2), and the decoder 90
consists of a NAND logic element 94, a NOR logic element 95, and an inverter 93 (inν2). Comparator output 68 (V
c) is sampled by clock 2 and latch l
remembered by. The negative output q, of latch l is sampled by clock 1 and stored by latch 2. The negative output σ1 of the launch 1 and. The negative output ζ2 of launch 2 is decoded by a decoder,
A falling transition detection signal a7 (vr) or a rising transition detection signal 88 (VR) is output. When the output 64 (Vi) of the signal level conversion circuit transitions from a voltage lower than Vref to a voltage higher than Vref,
Comparator outputs VC, V, , and ■ are output as shown in FIG. The output 64 (Vi) of the signal level conversion circuit changes from a voltage higher than Vref to a voltage lower than Vref X!
When transferring, the comparator output ■. , ■4. and V, l is the first
The output will be as shown in Figure 4. As described above, the zero cross detection of input 63 is as follows:
Inside the microcontroller, it is always V ref cross detection of the output 64 (Vi) of the signal level conversion circuit. When the output 63 of the AC voltage source of the electrical equipment 60 crosses zero voltage, the a-thread detector 45 of the present invention detects ■ or ■.
. is output and zero crossing can be detected. In this embodiment, Vref is set to 3V, but of course Vref is set to Vc.
Even if the voltage is 2.5V, which is half of c (5V), the zero cross of the input 63 can be detected without any problem. The output V or ■ of the transition detector 45 is sent to the control section of the microcontroller, and the control signal 67 is sent to the control section 6.
6 and is input from the microcontroller to the control section 62 of the electrical equipment. A control signal is output from the control section 62, and appropriate control is performed on the zero cross. FIG. 16 shows a modification of the present invention, which differs from the comparator in FIG. 8 in that the output 64 (Vt
) and the switch 2, an amplifier 96 is inserted between the switch 2 and the switch 2. Vi is amplified by the amplifier 96 and sampled by clock 2 and switch 2. In the present invention, the sensitivity of input zero-cross detection is as follows:
It varies depending on the slope when intersecting ref. The larger the slope, the higher the sensitivity, and the smaller the slope, the worse the sensitivity. This is due to the offset of the AC amplification type Chomba comparator. Vi is Vre
If the voltage difference with f is too small, even if it is amplified by the amplification section of the comparator, the logic value will not be 1 or 0 from the perspective of the storage section of the transition detector 45, so it will not be recognized as a transition. That's because there isn't. In this modification, each time the amplifier 9G is used, vl
Even if the gradient is small, it is amplified by the amplifier 96 and high sensitivity is always achieved.

【発明の効果】【Effect of the invention】

本発明の信号レベル変換回路42は、外付部品の大容量
コンデンサが必要なく、本発明の比較器43、比較電圧
発生器44及び遷移検出器45が容易に集積回路に内蔵
され、5v単一電源でゼロクロス検出ができるので、シ
ステムの部品数減少、信頼性向上及びコストダウンに非
常に有効である。
The signal level conversion circuit 42 of the present invention does not require a large-capacity capacitor as an external component, and the comparator 43, comparison voltage generator 44, and transition detector 45 of the present invention are easily incorporated into an integrated circuit, and a 5V single Since zero cross detection can be performed using the power supply, it is very effective in reducing the number of system components, improving reliability, and reducing costs.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来のゼロクロス電圧検出装置のブロック図、
第2図は従来のゼロクロス電圧検出装置の実施例のブロ
ック図、第3図は従来のゼロクロス電圧検出装置の具体
的な一例の回路図、第4図は本発明のゼロクロス電圧検
出装置のブロック図、第5図は本発明のゼロクロス電圧
検出装置の実施例のブロック図、第6図は本発明の信号
レベル変換回路のブロック図、第7図は本発明の信号レ
ベル変換回路の入力及び出力のタイミング・チャート、
第8図は本発明の比較器のブロック図、第9図は本発明
の比較器及び遷移検出器に用いられるクロックl及びク
ロック2のタイミング・チャート、第10図は本発明の
信号レベル変換回路の出カシiが比較電圧Vrefより
高い場合の比較器出力Vcのタイミング・チャート、第
11図は本発明の信号レベル変換回路の出力Viが比較
電圧Vrefより低い場合の比較器出力Vcのタイミン
グ・チャート、第12図は本発明の遷移検出器のブロッ
ク図、第13図は本発明の信号レベル変換回路の出力V
iが比較電圧V refより低い電圧からVrefより
高い電圧へ遷移するときの比較器出力’Jc及び遷移検
出信号V、、V、のタイミング・チャート、第14図は
本発明の信号レベル変換回路の出力Viが比較電圧■r
efより高い電圧からVrefより低い電圧へ遷移する
ときの比較器出力Vc及び遷移検出信号■。 ■、のタイミング・チャート、第15図は本発明の遷移
検出器の回路図、第16図は本発明のゼロクロス電圧検
出装置の比較器の変形例のブロック図である。
Figure 1 is a block diagram of a conventional zero-cross voltage detection device.
FIG. 2 is a block diagram of an embodiment of a conventional zero-cross voltage detection device, FIG. 3 is a circuit diagram of a specific example of a conventional zero-cross voltage detection device, and FIG. 4 is a block diagram of a zero-cross voltage detection device of the present invention. , FIG. 5 is a block diagram of an embodiment of the zero-cross voltage detection device of the present invention, FIG. 6 is a block diagram of the signal level conversion circuit of the present invention, and FIG. 7 is a diagram of the input and output of the signal level conversion circuit of the present invention. Timing chart,
FIG. 8 is a block diagram of the comparator of the present invention, FIG. 9 is a timing chart of clock 1 and clock 2 used in the comparator and transition detector of the present invention, and FIG. 10 is a signal level conversion circuit of the present invention. FIG. 11 is a timing chart of the comparator output Vc when the output voltage i is higher than the comparison voltage Vref, and FIG. Chart, FIG. 12 is a block diagram of the transition detector of the present invention, and FIG. 13 is the output V of the signal level conversion circuit of the present invention.
FIG. 14 is a timing chart of the comparator output 'Jc and the transition detection signals V, , V, when i transitions from a voltage lower than the comparison voltage Vref to a voltage higher than Vref, and FIG. 14 shows the timing chart of the signal level conversion circuit of the present invention. The output Vi is the comparison voltage ■r
Comparator output Vc and transition detection signal ■ when transitioning from a voltage higher than ef to a voltage lower than Vref. FIG. 15 is a circuit diagram of the transition detector of the present invention, and FIG. 16 is a block diagram of a modified example of the comparator of the zero-cross voltage detection device of the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] ゼロ点を検出すべき交流信号の振幅及び直流レベルを所
望の電圧に変換する信号レベル変換回路と、該信号レベ
ル変換回路の出力である交流信号が入力されるゼロクロ
ス検出制御回路とから成り、該ゼロクロス検出制御回路
は、前記信号レベル変換回路出力の直流レベル電圧と等
しい値の電圧である比較電圧を発生する比較電圧発生器
と、第1のクロックパルスにより該比較電圧をサンプリ
ングする第1のスイッチ素子と、前記第1のクロックパ
ルスと交互に出され且つオーバーラップしない第2のク
ロックパルスにより前記信号レベル変換回路の出力をサ
ンプリングする第2のスイッチ素子と、一方の端子が前
記第1、第2のスイッチ素子に接続され他方の端子が増
幅部の入力に接続されたコンデンサと、前記第1のクロ
ックパルスによって作動する動作点設定部と前記第2の
クロックパルスによって作動する動作点補償部とにより
動作点が高感度の位置に設定される増幅部を有する比較
器と、該比較器の出力によりゼロ点を検出する遷移検出
器とを含むことを特徴とするゼロクロス電圧検出装置。
It consists of a signal level conversion circuit that converts the amplitude and DC level of an AC signal whose zero point is to be detected into a desired voltage, and a zero cross detection control circuit to which the AC signal that is the output of the signal level conversion circuit is input. The zero cross detection control circuit includes a comparison voltage generator that generates a comparison voltage having a value equal to the DC level voltage output from the signal level conversion circuit, and a first switch that samples the comparison voltage using a first clock pulse. a second switching element that samples the output of the signal level conversion circuit with second clock pulses that are alternately issued with the first clock pulses and do not overlap; a capacitor connected to the second switch element and having the other terminal connected to the input of the amplifier section; an operating point setting section operated by the first clock pulse; and an operating point compensating section operated by the second clock pulse. 1. A zero-crossing voltage detection device comprising: a comparator having an amplifying section whose operating point is set at a highly sensitive position; and a transition detector detecting a zero point based on the output of the comparator.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014526226A (en) * 2011-08-19 2014-10-02 ルメダイン テクノロジーズ インコーポレイテッド Time domain switching type analog / digital conversion apparatus and method
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US9989553B2 (en) 2015-05-20 2018-06-05 Lumedyne Technologies Incorporated Extracting inertial information from nonlinear periodic signals
US10234477B2 (en) 2016-07-27 2019-03-19 Google Llc Composite vibratory in-plane accelerometer

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