CN110192113B - 过零检测装置以及过零检测方法 - Google Patents

Abstract

积分值计算部(140)计算交流信号的积分值，在记录部(150)中记录4个积分值(S1’～S4’)，过零检测部(160)判断(S1’～S4’)的最大值，根据与判断结果对应的运算式来检测交流信号的过零，从而能得到不易受到噪声的影响且还能转用至其他用途的利用通用的输入电路的过零检测装置(1)。另外，计测值运算部(180)根据记录至记录部(150)的积分值来进行交流信号的平均值或有效值的运算，从而能同时执行过零检测以及交流信号的平均值或有效值的运算。

Description

过零检测装置以及过零检测方法

技术领域

本发明涉及对交流信号的过零的位置进行检测的过零检测装置以及过零检测方法。

背景技术

从以往，在电力控制中，为了与负载电源取得同步，对交流电源的各周期的与零电压交叉的点即过零进行检测。在过零的检测中，多使用如下电路：使用光电耦合器来从电源电压等交流信号产生触发信号。然而，在这样的电路中，存在在交流信号中叠加有大噪声的情况下会误检测过零这样的课题，作为噪声对策，需要在使用低通滤波器(LPF)电路、具有磁滞特性的比较器(comparator)等方面下工夫。在专利文献1中公开了与这样的课题对应的过零信号输出装置。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2004-328869号公报

发明内容

(发明要解决的课题)

然而，在专利文献1公开的技术中，由于使用过零检测专用的电路，因此存在难以将相同的电路转用至别的用途这样的课题。

本发明鉴于上述点而提出，其目的在于，提供不易受到噪声的影响且还能转用至其他用途的、使用通用的输入电路的过零检测装置。

(用于解决课题的技术方案)

(构成1)

提供一种过零检测装置，具备：输入部，其被输入交流信号；积分值计算部，其针对作为所述交流信号的1/4周期以下的期间的多个积分范围，计算所述交流信号的积分值；以及过零检测部，其根据所述积分值来检测所述交流信号的过零的位置。

(构成2)

在构成1记载的过零检测装置的基础上，所述过零检测部从所述多个积分范围中选择2个积分范围，并根据针对选择出的该2个积分范围的积分值的差分即面积差，来检测所述交流信号的过零的位置。

(构成3)

在构成2记载的过零检测装置的基础上，选择出的所述2个积分范围的开始点彼此的相位差为π/2。

(构成4)

在构成2或3记载的过零检测装置的基础上，所述过零检测部选择与使所述积分值或所述面积差的至少任一者最大的所述积分范围对应的2个所述积分范围。

(构成5)

在构成2至4中任一项记载的过零检测装置的基础上，所述过零检测部根据所述积分值或所述面积差的至少任一者，选择用于所述交流信号的过零检测的运算式，并根据选择出的该运算式和所述面积差来检测所述交流信号的过零。

(构成6)

在构成1记载的过零检测装置的基础上，所述过零检测部检测到在使所述积分值最小的积分范围之中存在所述交流信号的过零。

(构成7)

在构成1至6中任一项记载的过零检测装置的基础上，所述过零检测部多次检测出所述交流信号的过零的位置，并根据多次检测出的该过零的位置当中的至少任一个来运算过零的位置。

(构成8)

在构成1至7中任一项记载的过零检测装置的基础上，所述过零检测装置具备计测值运算部，所述计测值运算部根据针对所述多个积分范围的积分值，来运算所述交流信号的平均值或有效值。

(构成9)

在构成8记载的过零检测装置的基础上，所述计测值运算部根据针对所述多个积分范围的积分值以及针对所述多个积分范围以外的期间的积分值，来进行所述交流信号的平均值或有效值的运算。

(构成10)

提供一种过零检测方法，包括：输入工序，向输入部输入交流信号；

积分值计算工序，由积分值计算部针对作为所述交流信号的1/4周期以下的期间的多个积分范围，计算所述交流信号的积分值；以及过零检测工序，由过零检测部根据所述积分值来检测所述交流信号的过零的位置。

(发明效果)

根据本发明，能提供不易受到噪声的影响且还能转用至其他用途的利用通用的输入电路的过零检测装置。

附图说明

图1是表示本发明所涉及的实施方式的过零检测装置1的概略构成图。

图2是表征本发明所涉及的实施方式的过零检测装置1的概略动作的流程图。

图3是用于说明本发明所涉及的过零的检测原理的概念图。

图4是表示在本发明所涉及的实施方式中经归一化的积分值与过零的位置的关系的理论值的图。

图5是用于说明本发明所涉及的实施方式的过零检测部160中使用的运算式的导出方法的概念图。

图6是表示使用本发明所涉及的实施方式的过零检测装置1来实际进行过零检测的结果的图。

图7是说明本发明所涉及的实施方式的计测值运算部180中的积分对象的追加范围的概念图。

图8是在本发明所涉及的实施方式的过零检测装置1中积分范围γ超过π/4的情况下的概念图。

图9是在本发明所涉及的实施方式的过零检测装置1中动作定时以及积分范围γ为5π/18的情况下的概念图。

具体实施方式

以下，依照附图来说明具体实施方式。

在此，“检测”具有对过零的位置进行运算、唯一决定这样的含义、或对过零的存在范围进行确定这样的含义，以下也同样。

＜实施方式1＞

图1是本发明的实施方式1的过零检测装置1的概略构成图。

过零检测装置1是对所输入的交流信号的过零进行检测并输出的装置，具备输入部110、绝对值变换部120、VF变换部130和MCU200。

MCU200由微控制器单元等构成，具备积分值计算部140、记录部150、过零检测部160、指示部170和计测值运算部180。

输入部110是来自交流电源(未图示)等的信号获取单元，被输入交流信号。

绝对值变换部120由全波整流电路等构成，具有将从输入部110输入的交流信号变换成绝对值并输出的功能。

VF变换部130由VF变换器(电压频率变换器)等构成，具有将从绝对值变换部120输入的交流信号的绝对值变换成脉冲串并输出的功能。

指示部170具有根据事先设定的后述的积分范围、积分次数以及动作定时来输出对积分值计算部140的积分处理的开始及停止进行指示的积分开始信号及积分停止信号、到记录部150的记录指示信号、以及到过零检测部160的检测指示信号的功能。

积分值计算部140由脉冲计数器等构成，具有根据来自指示部170的积分开始信号以及积分停止信号来计算从VF变换部130输入的脉冲串的积分值的功能以及输出该积分值的功能。

记录部150由RAM等构成，具有根据来自指示部170的记录指示信号来记录从积分值计算部140输入的积分值的功能以及输出该记录的积分值的功能。

过零检测部160是运算单元，具有根据来自指示部170的检测指示信号并基于从记录部150输入的多个积分值来对输入至输入部110的交流信号的过零进行检测的功能及对多次检测到的过零的位置的平均值等进行运算的过零值运算部、以及输出该检测结果的功能。

计测值运算部180是运算单元，具有根据来自指示部170的检测指示信号并基于从记录部150输入的多个积分值来对输入至输入部110的交流信号的平均值或有效值等进行运算的功能以及输出这些运算结果的功能。

＜动作＞

接下来，参照图2的流程图来说明实施方式1的过零检测装置1所执行的过零的检测动作。

首先，在步骤410中，从交流电源(未图示)等向输入部110输入交流信号，变换成给定的信号电平，将该信号向绝对值变换部120输出，并向步骤420转移。

在步骤420中，绝对值变换部120将所输入的信号变换成绝对值，将该变换后的信号向VF变换部130输出，并向步骤430转移。

在步骤430中，VF变换部130将所输入的信号的电压变换成具有与电压成比例的频率的脉冲信号，向积分值计算部140输出，并向步骤440转移。

在步骤440中，积分值计算部140若从指示部170输入积分开始信号，则至被输入积分停止信号为止的期间，对从VF变换部130输入的脉冲信号的脉冲数进行计数，从而计算积分值。然后，若从指示部170输入积分停止信号，则将计算出的积分值向记录部150输出。

然后，记录部150若从指示部170输入记录指示信号，则记录从积分值计算部140输入的积分值。

此外，尽管未图示，但针对步骤430以及步骤440的一系列的动作，重复积分次数。

积分动作以及记录动作的细节将后述。

然后，在步骤450中，过零检测部160根据从指示部170输入的检测指示信号以及记录至记录部150的积分值，来检测交流信号的过零。

过零检测部160的动作细节将后述。

另外，在步骤460中，计测值运算部180根据从指示部170输入的检测指示信号以及记录至记录部150的积分值，来进行交流信号的平均值或有效值等运算。

计测值运算部180的动作细节将后述。

关于步骤450以及步骤460的动作，基于来自指示部170的指示(信号)，各自独立动作。也就是，步骤450以及步骤460的动作能通过来自指示部170的指示进行选择，既可以同时执行，也可以仅执行其中一个，还可以两者均不执行。例如，在同时执行步骤450以及步骤460的动作的情况下，能从一系列的积分值的计测中同时得到过零和交流信号的平均值或有效值。

在所指示的步骤的动作全部结束后，转移至步骤470。

然后，在步骤470中，过零检测部160以及计测值运算部180输出检测结果，并结束动作。

＜积分动作以及记录动作＞

以下，针对指示部170和积分值计算部140中的积分值计算动作以及记录部150中的记录动作进行说明。

指示部170根据事先设定的积分范围、积分次数以及动作定时，将积分开始信号以及积分停止信号向积分值计算部140输出。

此外，“积分范围”表征从输入积分开始信号起至输入积分停止信号为止的期间，“动作定时”表征积分开始信号与下一积分开始信号的间隔。

另外，指示部170向积分值计算部140输出积分停止信号的同时，向记录部150输出记录指示信号。

另外，指示部170将这些积分开始信号以及积分停止信号、记录指示信号的输出操作重复事先设定的积分次数。

另外，积分值计算部140在从指示部170输入积分开始信号起至输入积分停止信号为止的期间将由VF变换部130输入的脉冲信号作为计数值进行累计，在被输入积分停止信号时，将计数值作为积分值向记录部150输出。此外，积分值计算部140与从指示部170输入积分开始信号同时，对内部的计数值进行复位。

另外，积分值计算部140在从指示部170输入积分开始信号起至输入积分停止信号为止的期间以外，不进行计数值的累计。

记录部150若从指示部170输入记录指示信号，则将由积分值计算部140输入的积分值进行记录。

“积分范围”如上所述，表征从输入积分开始信号起至输入积分停止信号为止的期间，是交流信号的1/4周期以下的期间，以下也称为“γ”。

另外，将积分值还称为“面积”，以下也同样。

此外，针对积分开始信号，还能在输出积分停止信号后立刻输出下一积分开始信号，能连续记录多个积分值。

以下，将在记录至记录部150的多个积分值当中作为检测的基准的最初积分范围中输出积分开始信号的定时简单称为“计测开始点”。

＜过零的检测原理＞

在此，说明过零的检测原理。

首先，在取了振幅1的正弦波的绝对值的波形中，考虑图3所示的2个积分范围。

在此，将2个积分范围的θa与θb的相位差如数式1所示进行规定。

(数式1)

另外，将积分范围γ能取的值如下面的数式2所示进行规定。

(数式2)

此时，若将θa的范围设为0≤θa≤π/4，则积分值Sa与Sb的差(面积差)能如以下的数式3所示进行表征。

(数式3)

进而，若将θa以公式归纳，则得到θa与面积差Sa－Sb的关系式(数式4)。

(数式4)

通过求取该数式4的反正弦函数，能得到从面积差Sa－Sb导出θa的运算式(数式5)。

(数式5)

如此，通过面积差Sa－Sb，能计算从过零起到最初的积分范围为止的相位差θa。也就是，能以最初的积分范围的开始点为基准，来唯一地确定过零的位置。

通过将表征上述过零与面积差的关系的数式5应用至本实施方式1，来实施图2中的步骤450中的过零的检测动作。

＜检测原理到实施方式1的应用＞

以下，针对将数式5应用于本实施方式1的情况下的、计算从计测开始点的最近且跟前的过零起至计测开始点为止的相位差的运算式进行说明。

此外，关于实施方式1中设定至指示部170的值，积分范围γ为π/4，积分次数为4，动作定时为π/4间隔，在记录部150中将与交流信号的π/4对应的积分值连续记录4个。将记录于记录部150的4个积分值分别设为S1’～S4’，将基于此进行归一化以使交流信号的振幅成为1的积分值分别设为S1～S4，并将从过零起至S1～S4为止的相位差分别设为θ1～θ4。

但是，交流信号为振幅1的正弦波的情况下的从过零起至计测开始点为止的相位差θ1与积分值S1～S4的关系如图4的(1)所示。基于该特性，将数式5的适用范围粗略划分为4个，并覆盖过零检测需要的范围0≤θ1≤π。

首先，图4的(2)中使S2最大的范围与θ1的0≤θ1≤π/4的范围一致。也就是，若要求取该范围的运算式，则使θ1与数式5的θa相对应，使积分范围的相位差处于π/2的关系的积分值即S1和S3与Sa和Sb相对应，并使π/4与γ相对应即可。故而，与从过零起至计测开始点为止的相位差θ1相关的运算式如以下的数式6所示。

(数式6)

接下来，图4的(2)中使S1最大的范围与π/4≤θ1≤π/2一致。此时，像图5的(1)的S4与图5的(2)的S4那样，各自的S4在图形上成为相似的关系，因此能应用数式5作为0≤θ4≤π/4的范围。由此，使θ4、S4、S2分别对应数式5的θa、Sa、Sb，且使π/4对应γ即可。故而，数式7那样的数式成立。

(数式7)

然后，若考虑θ1与θ4的相位差π/4，则能得到与从过零起至计测开始点为止的相位差θ1有关的运算式即数式8。

(数式8)

同样，在图4的(2)中使S4最大的π/2≤θ1≤3π/4的范围中，以0≤θ3≤π/4的范围，使θ3、S3、S1分别对应数式5的θa、Sa、Sb、且使π/4对应γ来应用即可。故而，能得到数式9那样的数式。

(数式9)

然后，若考虑θ1与θ3的相位差2π/4，则能得到与从过零起至计测开始点为止的相位差θ1相关的运算式即数式10。

(数式10)

同样，在图4的(2)中使S3最大的3π/4≤θ1≤π的范围中，以0≤θ2≤π/4的范围，使θ2、S2、S4分别对应数式5的θa、Sa、Sb，且使π/4对应γ来应用即可。故而，能得到数式11那样的数式。

(数式11)

然后，若考虑θ1与θ2的相位差3π/4，则能得到与从过零起至计测开始点为止的相位差θ1相关的运算式即数式12。

(数式12)

另外，关于以实际的动作而记录至记录部150的积分值S1’～S4’与在各运算式中使用的积分值S1～S4的关系，能使用事先设定的归一化系数Vm(将积分范围设为π时所得到的积分值的1/2)来进行归一化。例如，在积分值S1的情况下，能以数式13的式子进行表征。

(数式13)

此外，在本实施方式1中，连续4个积分范围的积分值S1’～S4’的合计值与将积分范围设为π的情况下的积分值等效。因此，能将求取例如面积差的归一化值(S1－S3)的式子如数式14那样进行表征。

(数式14)

如此，无论在所输入的交流信号的哪一个定时存在计测开始点，均能通过判断积分值S1～S4或S1’～S4’的大小关系来对过零进行检测(计算从成为对象的过零起至计测开始点为止的相位差)。

＜过零检测部160的动作＞

以下，针对步骤450中的过零检测部160的动作的细节进行说明。

首先，判断记录于记录部150的积分值S1’～S4’当中的具有最大值的积分值。

接下来，使用事先设定的归一化系数Vm来对所记录的积分值S1’～S4’进行归一化，计算S1～S4。

然后，

在具有最大值的积分值被判断为S1’的情况下，使用数式8，通过运算来计算过零的位置。

在具有最大值的积分值被判断为S2’的情况下，使用数式6，通过运算来计算过零的位置。

在具有最大值的积分值被判断为S3’的情况下，使用数式12，通过运算来计算过零的位置。

在具有最大值的积分值被判断为S4’的情况下，使用数式10，通过运算来计算过零的位置。

＜计测值运算部180的运算动作＞

以下，针对步骤460中的计测值运算部180的动作进行说明。计测值运算部180根据记录于记录部150的积分值，来进行输入至输入部110的交流信号的平均值、有效值等的运算。

例如，在交流信号为电流的情况下，将交流电流的平均值Iave通过如下的式子进行计算。

Iave＝α(S1’+S2’+S3’+S4’)

此外，α是能根据输入部110、绝对值变换部120及VF变换部130的设计值、积分值计算部140及指示部170的动作定时等而预先计算的系数，是用于将积分值S1’至S4’的和换算成平均电流值的值。

另外，可以构成为将以如下的式子计算的电流值的有效值Irms作为运算结果进行计算。

Irms＝π/2√2×Iave

＜包含追加的积分范围的计测值运算部180的运算动作＞

以下，参照图7来进行说明。

在步骤440的积分处理中，积分值计算部140还能将与上述S1’～S4’相连续的基于追加的积分范围的S5’进行计算并记录至记录部150。在此，S5’是与交流信号的nπ对应的积分值，n是1以上的任意的数。另外，从平均值的计算等分辨力提高的观点出发，n为1以上的整数，S5’的期间优选是与S1’～S4’同等以上的期间。此外，若将n设为奇数，则S1’～S5’的期间成为2π的倍数，在对指示部170的定时进行管理方面是优选的。在此，设n＝1来进行说明。

进而，在步骤460中，计测值运算部180根据记录于记录部150的积分值S1’～S5’，来进行输入至输入部110的交流信号的平均值、有效值等的运算。例如，在交流信号为电流的情况下，将交流电流的平均值Iave通过以下的式子进行计算。

Iave＝β(S1’+S2’+S3’+S4’+S5’)

此外，β是能根据输入部110、绝对值变换部120及VF变换部130的设计值、积分值计算部140及指示部170的动作定时等而预先计算的系数，是用于将积分值S1’～S5’的和换算成平均电流值的值。

另外，计测值运算部180可以构成为：基于计算前述的电流值的有效值Irms的式子，将Irms作为运算结果进行计算。

＜积分值与追加的积分范围的关系＞

在此，说明了积分值计算部140计算与上述S1’～S4’相连续的基于追加的积分范围的S5’并记录至记录部150的情况，但S5’的期间也可以不与S1’～S4’相连续，还可以分离。另外，可以构成为：将S1’之前的期间设定为S5’，或将S1’之前以及S4’之后这两个期间设定为S5’。另外，可以将在别的期间获取到的积分值S1’～S4’的和设为S5’。

＜进行运算的情况下的考量＞

另外，过零检测部160可以构成为：使用多次的过零位置的运算结果，根据平均值、最小值、最大值等这样的任意的条件，来输出结果。另外，计测值运算部180可以构成为：从针对交流信号的平均值以及有效值的多次的运算结果，根据平均值、最小值、最大值等这样的任意的条件，来输出结果。

另外，过零检测部160以及计测值运算部180可以构成为：在记录于记录部150的过去的积分值之差超过阈值的情况下，判断为发生了噪声的叠加这样的异常，并输出表征错误状态的信号。

＜针对实际的交流信号的过零检测结果＞

使用本实施方式1的过零检测装置1，对进行正弦变化的交流信号进行了过零的检测。

此外，在将交流信号的频率设为50Hz的情况下，与积分范围π/4对应的积分时间成为2.5毫秒。

此外，在本实施方式1的过零检测装置1中，检测结果被换算成角度，以0.0°～179.9°的范围进行角度显示。

图6的(1)～图6的(6)表征：输入至输入部110的交流信号以及计测开始点的定时所同步的触发信号的观测结果、以各记录动作所记录的积分值S1’～S4’、事先设定的归一化系数Vm、具有最大值的积分范围的判断结果即MAX、以及作为过零检测结果的从过零起至计测开始点为止的相位差θ1。

可知在各自的条件下，从过零起至计测开始点为止的相位差θ1与从观测结果中读取的θ1大致一致，在运算式的任一适用范围均能检测到计测开始点与过零的位置关系。

＜到噪声叠加信号的应用＞

接下来，为了确认本实施方式1的过零检测装置1中的噪声的影响，对在现有方式中存在误探测的可能性的噪声叠加信号进行了过零的检测。在此，作为交流信号，使用了在频率50Hz的正弦波中叠加相当于正弦波的振幅的5％的随机噪声、以及相当于正弦波的振幅的100％的周期性的尖峰噪声后的交流信号。

图6的(7)表征：输入至输入部110的交流信号以及计测开始点的定时所同步的触发信号的观测结果、以各记录动作所记录的积分值S1’～S4’、事先设定的归一化系数Vm、具有最大值的积分范围的判断结果即MAX、以及作为过零检测结果的从过零起至计测开始点为止的相位差θ1。

从作为检测结果的过零起至计测开始点为止的相位差θ1与从观测结果中读取的θ1大致一致。如此可知，本实施方式1的过零检测装置1在叠加有噪声后的交流信号中也有效。

例如在交流信号为电流的情况下，针对图6的(1)～(7)的每一个在计测值运算部180中根据S1’～S4’计算电流值的有效值Irms的结果是，在图6的(1)～(7)的全部图中约为7A。此外，该实施例中的换算系数α为0.00857。

＜积分范围γ大于π/4的情况＞

至此，针对积分范围γ为0＜γ≤π/4且动作定时为π/4的情况下的过零检测进行了说明。本来，数式5的成立条件即γ的范围是数式2所示的范围，但即使在积分范围γ为π/4＜γ≤π/2的情况下，也能进行近似运算。在数式5中代入γ，并进行与上述说明的数式6、数式8、数式10、数式12相同的数式展开，从而能得到计算θ1的近似式。在此情况下，随着积分范围趋近π/2，运算结果会发生一些误差，但在以粗略的过零检测为目的的用途中也能呈现一定的效果。

图8示出了积分范围γ为π/4＜γ≤π/2的情况下的S1～S4的一例。

例如，在积分范围γ为π/2、积分次数为4、且动作定时为π/4的情况下，使S2最大的范围θ1与－π/8≤θ1≤π/8的范围一致。要想求取在该范围的近似式，使θ1与数式5的θa对应，使积分范围的相位差处于π/2的关系的积分值即S1和S3与Sa和Sb对应，并使π/2与γ对应即可。故而，与从过零起至计测开始点为止的相位差θ1相关的近似式如以下的数式15那样。

(数式15)

另外，使S1、S4、S3最大的范围θ1分别与π/8≤θ1≤3π/8、3π/8≤θ1≤5π/8、5π/8≤θ1≤7π/8的范围一致。若与数式8、数式10、数式12的导出同样，考虑与θ1的相位差来进行数式展开，则得到如下这样的近似式。

(数式16)

(数式17)

(数式18)

虽然积分范围γ为π/2时是在积分范围的设定范围π/4＜γ≤π/2之中误差最大的条件，但基于近似式(数式15、数式16、数式17、数式18)的理论上的运算误差为最大±5°左右，在以粗略的过零检测为目的的情况下具有充分的效果。

图9示出了积分范围γ为5π/18、动作定时为5π/18、且Sa与Sb的相位差为5π/9的情况下的S1至S4。虽然积分范围γ略大于π/4，且Sa与Sb的相位差也大于π/2，但只要它们处于能视为容许误差的范围内，则通过将数式6、数式8、数式10、数式12等给定的运算式直接应用，也能计算大致的θ1。在前述的条件下成为最大误差+16°左右。

如上所述，本实施方式1的过零检测装置1构成为过零检测部160使用由积分值计算部140计算出的交流信号的积分值来检测过零，因此即使在输入部110中不使用低通滤波器电路、比较器等，也能得到不易受到噪声的影响的过零检测装置。

另外，本实施方式1的过零检测装置1具备输入部110、绝对值变换部120、VF变换部130以及MCU200，这些组合作为用于获取模拟输入值的电路构成也是有效的，与直流、交流无关，均能进行利用。另外，若以轴电阻等变换成电压值来处理，则除了电压值之外，还能计测电流值。也就是，本实施方式1的过零检测装置1还能转用至过零检测以外的用途，能作为通用的输入电路进行使用。

另外，本实施方式1的过零检测装置1构成为：无论计测开始点处于交流信号的哪个定时，过零检测部160均能通过成为最大的积分值以及对应的运算式来计算从过零起至计测开始点为止的相位差。因此，能够得到即使在任意的定时进行过零的检测动作也能检测过零的位置的过零检测装置。

另外，本实施方式1的过零检测装置1构成为过零检测部160基于从过零起到计测开始点为止的相位差来输出过零的检测结果，因此能得到可判别与过零的计测开始点的相对位置关系的过零检测装置。

另外，在现有的电力控制装置等中，以利用光电耦合器等的电路来进行过零检测，并使用别的输入电路来进行了电流计测。另一方面，本实施方式1的过零检测装置1构成为：计测值运算部180不仅实施过零检测，而且实施交流信号的平均值或有效值的计测。故而，本实施方式1的过零检测装置1能通过1个通用的输入电路来实施过零的检测与交流信号的计测这两者，因此能实现电力控制装置等的小型化以及低成本化。

进而，本实施方式1的过零检测装置1构成为能如上所述同时执行步骤450和步骤460的动作。因此，能从一系列的积分值的计测中同时得到过零与交流信号的平均值或有效值等。

另外，本实施方式1的过零检测装置1构成为过零检测部160以及计测值运算部180根据多次的计算值来输出结果，因此能得到更加不易受到噪声的影响的过零检测装置。进而，在构成为计测值运算部180根据包含追加的积分范围在内的多个积分值来输出结果的情况下，能提高过零位置的分辨力。

＜实施方式2＞

＜基于积分值的大小的过零的检测＞

本实施方式2中的过零检测装置2除了具备过零检测部260以外，与实施方式1中的过零检测装置1同样，因此针对与实施方式1同样的构成，省略说明。

过零检测部260首先判断S1’至S4’的哪个积分值最小。然后，判断为在使积分值最小的积分范围之中存在过零，并将与该积分范围对应的数据输出为过零的检测结果。

例如，在判断为S3’最小的情况下，输出67.5°(假定在S3’的中央存在过零点的情况下的从过零起至计测开始点为止的作为标准的相位差θ1)。

如上所述，本实施方式2中的过零检测装置2使用与实施方式1同样的电路构成，过零检测部260构成为不使用运算式而能检测过零位置，因此能得到运算成本进一步降低的过零检测装置。

另外，通过检测方法切换部(未图示)，在需要详细的过零位置的检测的情况下，切换至过零检测部160，否则，切换至过零检测部260，从而能根据需要来选择检测方法。

各实施方式中的各构成既可以分别以专用电路等在硬件上构成，也可以以微型计算机等通用电路在软件上实现。

另外，各实施方式中的积分动作虽然通过VF变换部130和积分值计算部140实现，但也可以使用ΔΣAD变换器等来实现。

另外，虽然在各实施方式中，在步骤470的处理之后结束动作，但也可以是一旦步骤470完成，则间隔一定的时间来开始下一步骤410。

另外，在针对始终输入的交流信号连续进行积分动作和记录动作的过程中，可以每当需要次数的积分动作完成，来进行过零的检测，也可以设定适当的间隔(例如，1秒周期)来进行过零的检测。

＜数式5的其他解＞

另外，虽然在实施方式1中过零检测部160构成为像数式5那样根据利用面积差的反正弦函数来检测过零，但还能构成为根据利用面积差的反余弦函数来检测过零。在此情况下，与数式5对应的反余弦函数如以下的数式19所示。

(数式19)

＜运算式的变形例1＞

另外，虽然在实施方式1中过零检测部160构成为通过基于数式5的运算式来检测过零，但还可以构成为：根据变形为易算术的形式的运算式来检测过零，以容易可变地应对积分范围、积分次数以及动作定时的组合。这样的与数式5对应的运算式如数式20所示。

(数式20)

例如，在积分范围为π/4、积分次数为4、动作定时为π/4间隔的组合中，系数α成为π/8，例如在积分范围为π/6、积分次数为6、动作定时为π/6间隔的组合中，系数α成为π/6。

若使用以上那样的运算式，则仅通过变更公共的数式中的系数α，就能得到可容易地变更积分范围及积分次数以及动作定时的组合的过零检测装置。

＜运算式的变形例2＞

另外，在实施方式1中，在考虑过零的检测原理时，构成为从数式4求取反正弦函数，但也可以构成为：在将数式4近似为周期函数的基础上，根据从面积差Sa－Sb导出θa的运算式来检测过零。与积分范围为π/4时的数式4对应的近似式如数式21所示，与数式5对应的运算式如数式22所示。

(数式21)

(数式22)

＜积分范围＞

另外，虽然在实施方式1中构成为事先设定于过零检测部160的积分范围为π/4，但也可以构成为设定其他值，即使在积分范围为0＜γ＜π/4的情况下，也与图5中的说明同样，考虑积分范围彼此的相位差，从而能根据数式5来导出计算θ1的运算式，但作为积分范围的值，能连续实施积分动作的(积分动作不产生间隙)将相位差π/2除以整数而得到的数是优选的。另外，积分范围越大则积分值的分辨力越得以提高，因此规定积分范围的数式2的上限值即π/4尤其优选。

此外，存在基于积分范围与动作定时的组合而积分范围部分重叠的情况。在这样的条件下，积分值计算部140构成为在积分范围重叠的范围内能并行计算各自的积分值即可。

＜运算式的选择方法＞

另外，虽然在实施方式1中，过零检测部160构成为根据使积分值最大的范围来选择过零检测的运算式，也可以构成为根据使积分值最小的范围来选择过零检测的运算式。

另外，虽然在实施方式1中，过零检测部160构成为根据使积分值最大的范围来选择过零检测的运算式，但也可以构成为：预先计算运算所需的组合的面积差，并使用成为最大或最小的面积差来选择过零检测的运算式。

这是由于，使特定的积分值最大或最小的范围与使特定的面积差最大或最小的范围的组合在原理上是相同的。

另外，在成为最大或最小的积分值存在2个的情况下，可以选择任一个运算式。另外，关于面积差也同样。

如此，过零检测部160构成为以积分值或面积差的大小来选择运算式即可。

＜运算式的表格化、近似式化＞

另外，过零检测部160虽然构成为能通过数式6、数式8、数式10、数式12等给定的运算式来进行过零检测，但也可以从运算成本的观点出发，构成为在运算结果的引用中使用表格参照等。

另外，虽然过零检测部160构成为通过数式6、数式8、数式10、数式12等给定的运算式来进行过零检测，但从运算成本的观点出发，也可以将给定的运算式简化成一次函数等近似式。

＜输出数据的不同＞

另外，虽然实施方式2的过零检测部260在判断为具体的角度数据例如S3’最小的情况下输出67.5°，但例如也可以在判断为S3’最小的情况下输出3，即，输出能确定判断为最小的积分范围的数据(1至4的整数等)。

另外，尽管实施方式2中的积分范围设为了π/4，但可以在对积分值的大小判断没有影响的范围内缩小积分范围。

尽管以上参照实施方式说明了本发明，但本发明不限于上述实施方式。针对本发明的构成以及动作，在不脱离本发明的主旨的范围内，本领域技术人员能进行所能理解的各种变更。

(标号说明)

1、2…过零检测装置

110…输入部

120…绝对值变换部

130…VF变换部

140…积分值计算部

150…记录部

160、260…过零检测部

170…指示部

180…计测值运算部

200…MCU

Claims (8)

1.一种过零检测装置，其特征在于，具备：

输入部，其被输入交流信号；

积分值计算部，其针对作为所述交流信号的1/4周期以下的期间的多个积分范围，计算所述交流信号的积分值；以及

过零检测部，其根据所述积分值来检测所述交流信号的过零的位置，

所述过零检测部从所述多个积分范围中选择2个积分范围，计算针对选择出的该2个积分范围的积分值的差分即面积差，并根据所述积分值或所述面积差的至少任一者，选择用于所述交流信号的过零检测的运算式，且根据选择出的该运算式和所述面积差来检测所述交流信号的过零。

2.根据权利要求1所述的过零检测装置，其特征在于，

选择出的所述2个积分范围的开始点彼此的相位差为π/2。

3.根据权利要求1或2所述的过零检测装置，其特征在于，

所述过零检测部选择与使所述积分值或所述面积差的至少任一者最大的所述积分范围对应的2个所述积分范围。

4.根据权利要求1所述的过零检测装置，其特征在于，

所述过零检测部检测到在使所述积分值最小的积分范围之中存在所述交流信号的过零。

5.根据权利要求1或2所述的过零检测装置，其特征在于，

所述过零检测部多次检测出所述交流信号的过零的位置，并根据多次检测出的该过零的位置当中的至少任一个来运算过零的位置。

6.根据权利要求1或2所述的过零检测装置，其特征在于，

所述过零检测装置具备计测值运算部，所述计测值运算部根据针对所述多个积分范围的积分值，来运算所述交流信号的平均值或有效值。

7.根据权利要求6所述的过零检测装置，其特征在于，

所述计测值运算部根据针对所述多个积分范围的积分值以及针对所述多个积分范围以外的期间的积分值，来进行所述交流信号的平均值或有效值的运算。

8.一种过零检测方法，其特征在于，包括：

输入工序，向输入部输入交流信号；

积分值计算工序，由积分值计算部针对作为所述交流信号的1/4周期以下的期间的多个积分范围，计算所述交流信号的积分值；以及

过零检测工序，由过零检测部根据所述积分值来检测所述交流信号的过零的位置，

在所述过零检测工序中，从所述多个积分范围中选择2个积分范围，计算针对选择出的该2个积分范围的积分值的差分即面积差，并根据所述积分值或所述面积差的至少任一者，选择用于所述交流信号的过零检测的运算式，且根据选择出的该运算式和所述面积差来检测所述交流信号的过零。

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