JP2005235125A - Zero-crossing detection circuit, power adjusting unit equipped with the zero-crossing detection circuit, and zero-crossing detecting method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ゼロクロス検知回路、該ゼロクロス検知回路を備えた電力調整器ならびにゼロクロス検知方法に関する。電力調整器は、例えば、各種電気機器、電子機器、機械装置等の負荷へ供給する電力を調整する装置である。 The present invention relates to a zero-cross detection circuit, a power regulator including the zero-cross detection circuit, and a zero-cross detection method. The power adjuster is a device that adjusts the power supplied to loads such as various electric devices, electronic devices, and mechanical devices.
電力調整器に、負荷への供給電力の調整のため、交流電源のゼロクロス点を検知するゼロクロス検知回路を備えたものは、これまで多数提案されている(例えば特許文献1、2、3、4、等、参照。)。このような電力調整器が備えるゼロクロス検知回路について図8を参照して説明すると、100はゼロクロス検知回路、200は演算器(CPU)を示す。ゼロクロス検知回路100は、交流電源ACに対して電流制限抵抗LRを介して接続されるフォトカプラPCと、直流電源Vccに一端側が接続されたプルアップ抵抗PRと、入力部がプルアップ抵抗PRとフォトカプラPCとに共通に接続され、かつ、出力部が演算器200に接続されたインバータINVとを備える。フォトカプラPCは、互いに逆極性に並列接続された発光ダイオードPD1,PD2と、両発光ダイオードPD1,PD2の発光出力に導通する受光トランジスタTRとからなり、両発光ダイオードPD1,PD2は交流電源ACに並列に接続され、受光トランジスタTRのコレクタはプルアップ抵抗PRの他端側とインバータINVの入力部との間に接続されている。図8において、V0は交流電源ACの電圧、V1はフォトカプラPCの受光トランジスタTRの出力電圧、V2はインバータINVの出力電圧を示している。ここで、フォトカプラPCの発光ダイオードPD1は、交流電源ACの波形が正の半サイクル期間でかつ閾値電圧Voa以上のとき発光(オン)し、閾値電圧Voa以下で非発光状態(オフ)になり、発光ダイオードPD2は、交流電源ACの波形が負の半サイクル期間でかつ閾値電圧−Voa以上のとき発光(オン)し、閾値電圧−Voa以下で非発光状態(オフ)になる。ただし、ここでの「以上」,「以下」とは絶対値の大きさを示す。また、閾値電圧Voa,−Voaは、電流制限抵抗LRの抵抗値,フォトカプラPCの変換効率,プルアップ抵抗PRの抵抗値,直流電源Vccの電圧値などによって決定される固定値である。
Many power regulators having a zero-cross detection circuit for detecting a zero-cross point of an AC power supply for adjusting power supplied to a load have been proposed (for example,
図9を参照して上記ゼロクロス検知回路100の動作を説明する。ここでの「以上」,「以下」も絶対値の大きさを示す。以上図9(A)は交流電源電圧V0の波形、図9(B)はフォトカプラPCの受光トランジスタTRの出力電圧V1の波形、図9(C)はインバータINVの出力電圧V2の波形を示す。交流電源電圧V0が負側の半サイクルにおいて電源電圧が閾値電圧−Voa以上のときは、発光ダイオードPD2がオンし、受光トランジスタTRがオンしているから、受光トランジスタTRの出力電圧V1は、0Vであり、インバータINVの出力電圧V2は、Vccである。交流電源電圧V0が負側の半サイクルにおいて電源電圧が閾値電圧−Voa以下になると、交流電源電圧V0が正側の半サイクルにおいて電源電圧がVoaになるまでの間は、発光ダイオードPD1,PD2は共にオフし、受光トランジスタTRの出力電圧V1は、Vccとなり、インバータINVの出力電圧V2は、0Vとなる。交流電源電圧V0が正側の半サイクルにおいて電源電圧が閾値電圧Voa以上のときは、発光ダイオードPD1がオンし、受光トランジスタTRがオンしているから、受光トランジスタTRの出力電圧V1は、0Vであり、インバータINVの出力電圧V2は、Vccである。以上により、交流電源電圧V0が正負いずれの半サイクルにおいても、−Voa〜Voaにおいてのみ、インバータINVから演算器(CPU)には、図9(C)で示す0Vの矩形電圧がゼロクロス信号として印加される。演算器(CPU)においては、内蔵プログラムによってゼロクロス信号が0Vである状態をアクティブ状態と判断するようになっており、ゼロクロス信号がアクティブである期間中に、交流電源電圧V0のゼロクロス点が存在すると認識し、所要の電力調整に必要な演算を行い、負荷への電力の供給を調整する。
The operation of the zero
上記ゼロクロス検知回路100から演算器(CPU)200に出力されるゼロクロス信号は、交流電源電圧V0のゼロクロス点を正確なタイミングを示すものではないが、演算器(CPU)としては、ゼロクロス信号がアクティブの期間中は、ゼロクロス点が存在することが認識できるので、ゼロクロス点のおおまかなタイミングが把握できればよいとする用途では、簡単な構成で実現できる回路として採用される。
The zero-cross signal output from the zero-
しかしながら、交流電源ACの使用環境によっては、電源電圧V0の波形が、図10(A)で示すように歪みを持つ場合がある。中でも図中(1)に示すように発光ダイオードPD1,PD2の閾値電圧Voa,−Voaをまたがるような波形歪みが存在すると、上記ゼロクロス検知回路100では、詳しい回路動作の説明は、上述から明らかであるので、省略するが、フォトカプラPCの受光トランジスタTRの出力電圧V1の波形は図10(B)となり、これに伴い、インバータINVの出力電圧V2の波形は図10(C)となり、ゼロクロス信号が複数に割れてしまうという課題がある。
本発明は、交流電圧に波形歪みが存在しても、この波形歪みに起因してゼロクロス信号が複数に割れたりしないようにすることを主たる解決すべき課題としている。 The main object of the present invention is to prevent the zero-cross signal from being broken into a plurality due to the waveform distortion even if the AC voltage has waveform distortion.
本発明第1によるゼロクロス検知回路は、交流電圧の各半サイクル側それぞれのゼロクロス点近傍に閾値電圧を有する転移手段と、交流電圧が閾値電圧に対して高低に変化したときの転移手段の転移に基づいてゼロクロス信号を生成するゼロクロス信号生成手段と、上記転移手段の最初の転移を上記ゼロクロス信号生成手段でのゼロクロス信号の生成に有効とし、当該最初の転移より以降で予め設定した時間区間内の転移に対してはゼロクロス信号の生成に対して無効とする無効化手段とを備えたことを特徴するものである。 The zero-cross detection circuit according to the first aspect of the present invention is a transfer means having a threshold voltage in the vicinity of the zero-cross point on each half cycle side of the AC voltage, and transfer of the transfer means when the AC voltage changes to a level higher or lower than the threshold voltage. Zero cross signal generation means for generating a zero cross signal based on the first transition of the transition means is effective for generating the zero cross signal in the zero cross signal generation means, and within a preset time interval after the first transition. It is characterized by having invalidating means for invalidating the generation of the zero-cross signal with respect to the transfer.
本発明第2によるゼロクロス検知回路は、交流電圧の各半サイクル側それぞれのゼロクロス点近傍に閾値電圧を有する転移手段と、交流電圧が閾値電圧に対して高低に変化したときの転移手段の転移に基づいてゼロクロス信号を生成するゼロクロス信号生成手段と、交流電圧が、閾値電圧に対して低い側から高い側に変化して上記転移手段の転移が発生した時点から予め設定した時間区間内は、ゼロクロス信号の生成を無効にする無効化手段とを備えたことを特徴とするものである。 The zero-cross detection circuit according to the second aspect of the present invention is used to transfer a transition unit having a threshold voltage near each zero-cross point of each half cycle side of the AC voltage, and a transfer unit when the AC voltage changes to a high or low level with respect to the threshold voltage. Zero cross signal generating means for generating a zero cross signal based on the zero cross signal within a preset time interval from the time when the alternating means voltage changes from the low side to the high side with respect to the threshold voltage and the transition of the transition means occurs. And an invalidating means for invalidating signal generation.
本発明第3によるゼロクロス検知回路は、交流電圧の各半サイクル側それぞれのゼロクロス点近傍に閾値電圧を有する転移手段と、交流電圧が、閾値電圧に対して高い側から低い側に変化するときの転移手段の転移に基づいて、ゼロクロス信号をアクティブレベルに変化させ、同じく交流電圧が、先に述べた閾値電圧と正負が逆側である閾値電圧に対して低い側から高い側に変化するときの転移手段の転移に基づいて、ゼロクロス信号をノンアクティブレベルに変化させるゼロクロス信号生成手段と、交流電圧が、閾値電圧に対して低い側から高い側に変化するときの転移手段の転移が発生した時点から予め設定した時間区間内は、ゼロクロス信号のノンアクティブレベルからアクティブレベルへの変化を無効にする無効化手段とを備えたことを特徴とするものである。 The zero-cross detection circuit according to the third aspect of the present invention includes a transfer means having a threshold voltage in the vicinity of each zero-cycle point on each half cycle side of the AC voltage, and when the AC voltage changes from a higher side to a lower side with respect to the threshold voltage. Based on the transition of the transition means, the zero cross signal is changed to the active level, and the AC voltage is also changed from the lower side to the higher side with respect to the threshold voltage whose positive and negative are opposite to the threshold voltage described above. Based on the transition of the transition means, the zero-cross signal generating means for changing the zero-cross signal to the non-active level, and the time when the transition of the transition means occurs when the AC voltage changes from the lower side to the higher side with respect to the threshold voltage In the preset time interval, a disable means for invalidating the change of the zero cross signal from the non-active level to the active level is provided. The one in which the features.
本発明によると、ゼロクロス信号生成手段の効果により、交流電圧(ただし絶対値)が閾値電圧(仮に甲とする)に対して高い側から低い側に変化してから、同じく交流電圧が、先に述べた閾値電圧と正負が逆側である閾値電圧(仮に乙とする)に対して低い側から高い側に変化するまでの間はゼロクロス信号のレベルがアクティブレベルを維持するため、たとえそのアクティブレベルを維持している間に甲の閾値電圧をまたぐ電圧歪みが何回入ろうとも、ゼロクロス信号のレベルには何の影響も及ぼすことはない。すなわち、ゼロクロス信号生成手段によって、ゼロクロス信号がアクティブレベルを維持している状態においては、アクティブレベルに変化するきっかけとなる転移を生じた側の閾値電圧をまたぐ電圧歪みによるゼロクロス信号の割れを防止できる。また、無効化手段により、先に述べたゼロクロス信号生成手段で交流電圧が、乙の閾値電圧に対して低い側から高い側に変化することでゼロクロス信号がアクティブレベルからノンアクティブレベルに変化した時点から、予め設定した時間区間内は、ゼロクロス信号生成手段のゼロクロス信号をノンアクティブレベルからアクティブレベルに変化させる機能を無効にすることができる。すなわち、無効化手段により、ゼロクロス信号がノンアクティブレベルからアクティブレベルに変化した時点から予め設定した時間区間は、甲、乙の閾値電圧をまたぐ電源歪みによるゼロクロス信号の割れを防止できる。ここで述べた甲の閾値電圧と乙の閾値電圧とは、互いの電圧の正負が逆であるということであり、それぞれの電圧の正負を特定してしまうものではない。 According to the present invention, due to the effect of the zero cross signal generating means, the AC voltage (but absolute value) changes from the higher side to the lower side with respect to the threshold voltage (assumed to be A), and then the AC voltage is also The level of the zero cross signal maintains the active level until it changes from the low side to the high side with respect to the above described threshold voltage and positive or negative threshold voltage (assuming that it is B). No matter how many times voltage distortion crosses the threshold voltage of the instep while maintaining the value, the level of the zero cross signal is not affected. In other words, the zero-cross signal generation means can prevent the zero-cross signal from being broken due to voltage distortion across the threshold voltage on the side that caused the transition that causes the change to the active level when the zero-cross signal is maintained at the active level. . In addition, when the zero-cross signal changes from the active level to the non-active level due to the invalidating means changing the AC voltage from the low side to the high side with respect to the threshold voltage of the other in the zero cross signal generating means described above. Thus, the function of changing the zero cross signal of the zero cross signal generating means from the non-active level to the active level can be disabled within a preset time interval. In other words, the null crossing signal can be prevented from being broken by the power supply distortion that crosses the threshold voltages of the former and the second during the preset time interval from the time when the zero crossing signal changes from the non-active level to the active level by the invalidating means. The threshold voltage of the former and the threshold voltage of the second mentioned here means that the positive and negative of each other's voltage are opposite, and the positive / negative of each voltage is not specified.
なお、上記ゼロクロス信号生成手段と無効化手段をそれぞれ構成する具体例としては、実施形態では、ゼロクロス信号生成回路と無効化回路とであり、それらはゲート、ワンショット回路、フリップフロップ回路等で構成されている。しかしながら、実施形態では、その説明の都合で構成分けしたものであり、機能的には、実施形態のゼロクロス信号生成回路の一部が無効化手段を構成したり、無効化回路の一部がゼロクロス信号生成手段の一部を構成しえるものであり、実施形態の構成例は、本発明を限定するものではない。 As specific examples of configuring the zero-cross signal generation unit and the invalidation unit, in the embodiment, a zero-cross signal generation circuit and an invalidation circuit are included. These include a gate, a one-shot circuit, a flip-flop circuit, and the like. Has been. However, in the embodiment, the configuration is divided for convenience of explanation, and functionally, a part of the zero-cross signal generation circuit of the embodiment constitutes an invalidating means, or a part of the invalidating circuit is zero-crossed. A part of the signal generation means can be configured, and the configuration example of the embodiment does not limit the present invention.
実施形態の回路構成は、単なる論理回路の一構成例にすぎない。例えば、実施形態のワンショット回路は、入力の立ち下がりでトリガされるようになっているが、その逆に入力の立ち上がりでトリガされるものでもよく、また、実施形態のワンショット回路には転移回路のバッファ回路から転移出力が入力されるが、ワンショット回路とバッファ回路との間にインバータを介することも可能である。 The circuit configuration of the embodiment is merely a configuration example of a logic circuit. For example, the one-shot circuit of the embodiment is triggered by the falling edge of the input, but conversely, the one-shot circuit may be triggered by the rising edge of the input. A transition output is input from the buffer circuit of the circuit, but an inverter may be interposed between the one-shot circuit and the buffer circuit.
なお、上記ゼロクロス信号生成手段と無効化手段をそれぞれ構成する具体例としては、実施形態では、ゼロクロス信号生成回路と無効化回路とであり、それらはゲート、タイマ回路、フリップフロップ回路等で構成されている。しかしながら、実施形態では、その説明の都合で構成分けしたものであり、機能的には、実施形態のゼロクロス信号生成回路の一部が無効化手段を構成したり、無効化回路の一部がゼロクロス信号生成手段の一部を構成しえるものであり、実施形態の構成例は、本発明を限定するものではない。 Note that, as a specific example of configuring the zero-cross signal generation unit and the invalidation unit, in the embodiment, a zero-cross signal generation circuit and an invalidation circuit, which are configured by a gate, a timer circuit, a flip-flop circuit, and the like. ing. However, in the embodiment, the configuration is divided for convenience of explanation, and functionally, a part of the zero-cross signal generation circuit of the embodiment constitutes an invalidating means, or a part of the invalidating circuit is zero-crossed. A part of the signal generation means can be configured, and the configuration example of the embodiment does not limit the present invention.
本発明による電力調整器は、上記ゼロクロス検知回路と、電力調整対象物に対する操作量と、上記ゼロクロス検知回路からのゼロクロス検知出力とに基づいて所要の演算を行う演算器とを備えることを特徴するものである。本発明の電力調整器によると、交流電圧に波形歪みがあっても、ゼロクロス検知回路からは、割れの無いゼロクロス信号を得られるので、電力調整対象物に対する電力調整を正確に行うことができる。 A power regulator according to the present invention includes the zero-cross detection circuit, an arithmetic unit that performs a required calculation based on an operation amount for a power adjustment target, and a zero-cross detection output from the zero-cross detection circuit. Is. According to the power conditioner of the present invention, even if there is waveform distortion in the AC voltage, the zero-cross signal without cracks can be obtained from the zero-cross detection circuit, so that the power adjustment for the power adjustment object can be performed accurately.
本発明によるゼロクロス検知方法では、交流電圧に波形歪みがあっても、割れの無いゼロクロス信号を得られる。 In the zero cross detection method according to the present invention, a zero cross signal without cracks can be obtained even if the AC voltage has waveform distortion.
本発明によると、交流電圧に波形歪みが存在しても、ゼロクロス信号が割れたりせず、ゼロクロス信号を発生することができる。 According to the present invention, even if waveform distortion exists in the AC voltage, the zero cross signal is not broken and the zero cross signal can be generated.
図面を参照して本発明による最良の形態を詳細に説明する。図1はこの形態に係るゼロクロス検知回路の回路図である。1はゼロクロス検知回路の全体を示す。2は転移回路(転移手段)、3はゼロクロス信号生成回路(ゼロクロス信号生成手段)、4は無効化回路(無効化手段)である。
The best mode of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram of a zero cross detection circuit according to this embodiment.
転移回路2は、交流電圧V0の正の半サイクル側と負の半サイクル側とにおいて当該交流電圧V0がそのゼロクロス点近傍に設定した第1および第2閾値電圧Voa,−Voaより高低に変化するときに出力状態が転移するものであり、第1フォトカプラPC1と、第1プルアップ抵抗PR1と、第1バッファBF1とからなる第1転移回路21と、第2フォトカプラPC2と、第2プルアップ抵抗PR2と、第2バッファBF2とからなる第2転移回路22とを備える。
In the
第1転移回路21と第2転移回路22は、それぞれ、電流制限抵抗LRを介して、交流電源ACに共通に接続されている。第1フォトカプラPC1は、第1発光ダイオードPD11と、第1受光トランジスタTR12とからなり、第2フォトカプラPC2は、第2発光ダイオードPD21と、第2受光トランジスタTR22とからなる。第1発光ダイオードPD11は、アノードが電流制限抵抗LR側に、第2発光ダイオードPD21は、カソードが電流制限抵抗LR側に接続されている。第1受光トランジスタTR12は、コレクタエミッタが、第1プルアップ抵抗PR1と接地との間に、第2受光トランジスタTR22は、コレクタエミッタが、第2プルアップ抵抗PR2と接地との間に、それぞれ、接続されている。第1フォトカプラPC1の第1発光ダイオードPD11は交流電圧V0の正の半サイクル区間でVoaが第1閾値電圧となり、Voa以上で導通(オン)し、Voa以下で非導通(オフ)となる。第2フォトカプラPC2の第2発光ダイオードPD21は交流電源ACの負の半サイクル区間で−Voaが第2閾値電圧となり、−Voa以上でオンし、−Voa以下でオフする。ここでの「以上」「以下」とは絶対値での大きさを示す。
The
第1転移回路21は、交流電圧V0の正の半サイクル側において当該交流電圧V0の絶対値がそのゼロクロス点近傍に設定された第1閾値電圧Voaに対して低い電圧から高い電圧に変化するときに出力電圧V1が一方側(0V)に転移し、また、第1閾値電圧Voaに対して高い電圧から低い電圧に変化するときに出力電圧V1が他方側(Vcc)に転移する。
The
第2転移回路22は、交流電圧V0の負の半サイクル側において当該交流電圧V0の絶対値がそのゼロクロス点近傍に設定された第2閾値電圧−Voaに対して低い電圧から高い電圧に変化するときに出力電圧V2が一方側(0V)に転移し、また、第2閾値電圧−Voaに対して高い電圧から低い電圧に変化するときに出力電圧V2が他方側(Vcc)に転移する。
In the
ゼロクロス信号生成回路3は、第1フリップフロップ回路FF1と第2フリップフロップ回路FF2と第3ANDゲートG3とから構成されている。 The zero cross signal generation circuit 3 includes a first flip-flop circuit FF1, a second flip-flop circuit FF2, and a third AND gate G3.
ゼロクロス信号生成回路3は、交流電圧V0の絶対値が閾値電圧−Voaより高い電圧から低い電圧に変化するときの第2転移回路22の最初の転移(例えば図2の時刻t1,t5、図3の時刻t1,t5´参照)と、交流電圧V0の絶対値が閾値電圧Voaより低い電圧から高い電圧に変化するときの第1転移回路21の最初の転移(例えば図2の時刻t2,t6、図3の時刻t2´,t6参照)それぞれに対応した電圧変化に基づいてゼロクロス信号V9(図2のパルス幅W、図3のパルス幅W´参照)を生成し、また、交流電圧V0の絶対値が閾値電圧Voaより高い電圧から低い電圧に変化するときの第1転移回路21の最初の転移(例えば図2の時刻t3、図3の時刻t3´参照)と、交流電圧V0の絶対値が閾値電圧−Voaより低い電圧から高い電圧に変化するときの第2転移回路22の最初の転移(例えば図2の時刻t4、図3の時刻t4´参照)それぞれに対応した電圧変化に基づいてゼロクロス信号V9(図2のパルス幅W、図3のパルス幅W´参照)を生成するようになっている。
The zero-cross signal generation circuit 3 performs the first transition of the
無効化回路4は、第1ANDゲートG1と第1タイマ回路TM1とからなる第1無効化回路41と、第2ANDゲートG2と第2タイマ回路TM2とからなる第2無効化回路42とを備える。
The invalidation circuit 4 includes a
第1無効化回路41は、第1転移回路21の出力電圧V1の0VからVccへの転移を最初の転移をゼロクロス信号生成回路3でのゼロクロス信号V9の生成に有効な転移とし、第1転移回路21の出力電圧V1のVccからOVへの転移からその後の転移に対しては予め設定した時間区間t(図2、図3参照)だけゼロクロス信号V9の生成に対して無効化する。第2無効化回路42は、第2転移回路22の出力電圧V2の0VからVccへの転移をゼロクロス信号生成回路3でのゼロクロス信号V9の生成に有効な転移とし、第2転移回路22の出力電圧V2のVccからOVへの転移から予め設定した時間区間t(図2、図3参照)だけゼロクロス信号V9の生成に対して無効化する。
The
図2を参照して、交流電圧V0に波形歪みが無い場合の動作を説明する。 With reference to FIG. 2, the operation when the AC voltage V0 has no waveform distortion will be described.
図2において、V0は交流電圧、V1は第1転移回路21の出力、V2は第2転移回路22の出力、V3は第1無効化回路41の第1出力(第1ワンショット回路OS1の出力)、V4は第2無効化回路42の第1出力(第2ワンショット回路OS2の出力)、V5は第1無効化回路41の第2出力(第1ANDゲートG1の出力)、V6は第2無効化回路42の第2出力(第2ANDゲートG2の出力)、V7はゼロクロス信号生成回路3内の第1フリップフロップ回路FF1の出力、V8はゼロクロス信号生成回路3内の第2フリップフロップ回路FF2の出力、V9はゼロクロス信号生成回路3の出力(第3ANDゲートG3の出力)を、それぞれ、示す。第1、第2タイマ回路TM1,TM2は例えば周知のワンショットマルチバイブレータであり、例えば抵抗とコンデンサの時定数の設定により出力V3,V4の状態を制御できるものであり、第1、第2フリップフロップ回路FF1,FF2は例えば周知のD型フリップフロップ回路である。
In FIG. 2, V0 is an AC voltage, V1 is the output of the
第1フォトカプラPC1の第1発光ダイオードPD11は、時刻t1以前、時刻t4〜t5でオン、第2フォトカプラPC2の第2発光ダイオードPD21は、時刻t2〜t3、時刻t6以降でオンする。第1発光ダイオードPD11と第2発光ダイオードPD21は、共に、時刻t1〜t2、t3〜t4、t5〜t6で共にオフするので、第1転移回路21の出力V1、第2転移回路22の出力V2は図2のようになる。時刻t1で、出力V2が立ち上がると、第2ANDゲートG2の出力V6は立ち上がり、これによって第2フリップフロップ回路FF2の出力V8は立ち下る。時刻t2で、出力V1が立ち下ると、第1タイマ回路TM1の出力V3は立ち下り、これによって第2フリップフロップ回路FF2はリセットされて出力V8は立ち上がる。第1タイマ回路TM1の出力V3は時刻t2で立ち下ってから、時間区間tの経過後に立ち上がる。時刻t3で、出力V1が立ち上がり、第1ANDゲートG1の出力V5は立ち上がり、これによって第1フリップフロップ回路FF1の出力V7は立ち下る。時刻t4で、出力V2が立ち下り、第2タイマ回路TM2の出力V4が立ち下り、これによって第1フリップフロップ回路FF1の出力V7が立ち上がる。第2タイマ回路TM2の出力V4は時刻t4で立ち下ってから、時間区間tの経過後に立ち上がる。
The first light emitting diode PD11 of the first photocoupler PC1 is turned on before the time t1, and from the time t4 to t5, and the second light emitting diode PD21 of the second photocoupler PC2 is turned on after the time t2 to t3, and after the time t6. Since both the first light emitting diode PD11 and the second light emitting diode PD21 are turned off at times t1 to t2, t3 to t4, and t5 to t6, the output V1 of the
以上により、第3ANDゲートG3からの出力V9は、時刻t1〜t2、t3〜t4でアクティブなローレベルとなり、パルス幅Wのゼロクロス信号V9が生成される。 As a result, the output V9 from the third AND gate G3 becomes an active low level at times t1 to t2 and t3 to t4, and the zero-cross signal V9 having the pulse width W is generated.
図3を参照して交流電圧V0に波形歪みが存在する場合の動作を説明する。 With reference to FIG. 3, the operation when waveform distortion exists in the AC voltage V0 will be described.
図3の波形歪みでは、第2フォトカプラPC2の第1発光ダイオードPD21は、時刻t1以前、時刻t4´〜t4´´、t4´´´〜t5´、t5´´〜t5´´´でオン、第1フォトカプラPC1の第2発光ダイオードPD11は、時刻t2´〜t2´´、t2´´´〜t3´、t3´´〜t3´´´、t6以降でオンする。第1発光ダイオードPD11と第2発光ダイオードPD21は、共に、時刻t1〜t2´、t2´´〜t2´´´、t3´〜t3´´、t3´´´〜t4´、t4´´〜t4´´´、t5´〜t5´´、t5´´´〜t6で共にオフする。 In the waveform distortion of FIG. 3, the first light emitting diode PD21 of the second photocoupler PC2 is turned on before time t1 at times t4 ′ to t4 ″, t4 ″ ″ to t5 ′, and t5 ″ to t5 ″ ″. The second light emitting diode PD11 of the first photocoupler PC1 is turned on after time t2 ′ to t2 ″, t2 ″ ″ to t3 ′, t3 ″ to t3 ″, and t6. Both the first light emitting diode PD11 and the second light emitting diode PD21 are time t1 to t2 ′, t2 ″ to t2 ″ ′, t3 ′ to t3 ″, t3 ″ ″ to t4 ′, t4 ″ to t4. ″ ″, T5 ′ to t5 ″, and t5 ″ ″ to t6 are all turned off.
図3で第2転移回路22の転移出力V2はt1、t4´´、t5´、t5´´´において立ち上がる。このうち、t1、t5´においては第2ANDゲートG2の出力V6が立ち上がり、これによって第2のフリップフロップ回路FF2の出力V8は立ち下がる。一方、t4´´、 t5´´´においては、それぞれ直前のt4´、t5´´において第2タイマ回路TM2の出力V4が立ち下がり、時間区間tの間V4のローレベルを維持することにより、第2ANDゲートG2の出力V6の立ち上がりが発生しないため、第2のフリップフロップ回路FF2の出力V8は立ち下がらない。ただしこの動作は、t4´、t5´´から設定時間tが経過する前にt4´´、 t5´´´が存在することが条件となる。同様に、第1転移回路21の転移出力V1はt2´´、t3´、t3´´´、において立ち上がる。このうち、t3´においては第1ANDゲートG1の出力V5が立ち上がり、これによって第1のフリップフロップ回路FF1の出力V7は立ち下がる。一方、t2´´、t3´´´においては、それぞれ直前のt2´、t3´´において第1タイマ回路TM1の出力V3が立ち下がり、時間区間tの間V3のローレベルを維持することにより、第1ANDゲートG1の出力V5の立ち上がりが発生しないため、第1のフリップフロップ回路FF1の出力V7は立ち下がらない。ただしこの動作は、t2´、t3´´から設定時間tが経過する前にt2´´、t3´´´が存在することが条件となる。
In FIG. 3, the transition output V2 of the
また、第2転移回路22の転移出力V2はt4´、t4´´´、t5´´において立ち下がる。このうち、t4´においては第2タイマ回路TM1の出力V4が立ち下がり、第1のフリップフロップ回路FF1はリセットされて出力V7は立ち上がる。t5´´においては第2タイマ回路TM2の出力V4が立ち下がり、第1のフリップフロップ回路FF1はリセットされるが、もともと出力V7はハイレベルであるためなんの変化も発生しない。t4´´´においては直前のt4´において第2タイマ回路TM2の出力V4が立ち下がり、時間区間tの間V4のローレベルを維持しているため、V4が改めて立ち下がることはなく、第1のフリップフロップ回路FF1の出力V7はハイレベルのままである。
Further, the transition output V2 of the
ただしこの動作は、t4´から設定時間tが経過する前にt4´´´が存在することが条件となる。同様に、第1転移回路21の転移出力V1はt2´、t2´´´、t3´´、t6において立ち下がる。このうち、t2´、t6においては第1タイマ回路TM1の出力V3が立ち下がり、第2のフリップフロップ回路FF2はリセットされて出力V8は立ち上がる。t3´´においては第1タイマ回路TM1の出力V3が立ち下がり、第2のフリップフロップ回路FF2はリセットされるが、もともと出力V8はハイレベルであるためなんの変化も発生しない。t2´´´においては直前のt2´において第1タイマ回路TM1の出力V3が立ち下がり、時間区間tの間V3のローレベルを維持しているため、V3が改めて立ち下がることはなく、第2のフリップフロップ回路FF2の出力V8はハイレベルのままである。ただしこの動作は、t2´から設定時間tが経過する前にt2´´´が存在することが条件となる。
However, this operation is conditional on the presence of t4 ′ ″ before the set time t elapses from t4 ′. Similarly, the transition output V1 of the
以上により、第3のANDゲートの出力V9は、t1〜t2´およびt3´〜t4´およびt5´〜t6の区間でアクティブなローレベルになり、パルス幅W´のゼロクロス信号V9が生成される。この結果、パルス幅の中にゼロクロス点が存在し割れも発生していないので、次段の演算器(CPU)は、このゼロクロス信号V9を用いて所要の動作を行うことができる。 As described above, the output V9 of the third AND gate becomes an active low level in the period from t1 to t2 ′, t3 ′ to t4 ′, and t5 ′ to t6, and the zero cross signal V9 having the pulse width W ′ is generated. . As a result, since the zero cross point exists in the pulse width and no crack is generated, the next-stage computing unit (CPU) can perform a required operation using the zero cross signal V9.
なお、上記時間区間tは、交流電圧V0の波形歪みの程度を考慮して決定することができる。交流電圧V0が時刻t2´で閾値電圧Voaより高くなり、次に時刻t2´´で閾値電圧Voaより低くなる時間をXとし、次に交流電圧V0が最大振幅から立ち下ってきて時刻t3´で閾値電圧Voaになるまでの時間をYとしたとき、X<t<Yとなる。この場合、時間X、Yは不定であるから、実験等により適宜に設定するとよい。時間区間tは、閾値電圧Voaの大きさと交流電圧V0の周波数とに基づいて決定するが、閾値電圧Voaがゼロクロス点に極めて近いと仮定しても、最大でも、交流電圧V0の半サイクルを超えない。 The time interval t can be determined in consideration of the degree of waveform distortion of the AC voltage V0. The time when the AC voltage V0 becomes higher than the threshold voltage Voa at the time t2 ′ and then lower than the threshold voltage Voa at the time t2 ″ is X, and then the AC voltage V0 falls from the maximum amplitude at the time t3 ′. When the time until the threshold voltage Voa is reached is Y, X <t <Y. In this case, since the times X and Y are indefinite, it may be set appropriately by experiment or the like. The time interval t is determined based on the magnitude of the threshold voltage Voa and the frequency of the AC voltage V0. However, even if it is assumed that the threshold voltage Voa is very close to the zero cross point, it exceeds the half cycle of the AC voltage V0 at the maximum. Absent.
以上のゼロクロス検知回路は、例えば、半導体製造装置の一つであるCVD装置において、当該装置に使用される電力調整器に適用することができる。このCVD装置においては、加熱炉内にシリコンウエハ等の基板を収容し、加熱炉内をヒータにより所要の温度に加熱しつつ反応ガスを供給して基板上に薄膜を形成する。半導体製造装置においては加熱炉内の温度条件が製品の品質を左右する重要な要素である。電力調整器は、そのひとつの用途として、加熱炉内のヒータの発熱に必要な電力の調整をするようになっている。このような電力調整器を備えた温度制御システムには、図4で示すものがある。このシステムにおいて、電力調整器10は、交流電源14のゼロクロス点を検知するゼロクロス検知回路11と、操作量に対応したゼロクロス点からの交流電源の位相を演算する演算器(CPU)12とを備える。ヒータ13と交流電源14との間にはソリッドステートリレー(SSR)15が介装されている。なお、SSRではなく、トライアック等、他のスイッチ素子でもよい。そして、このシステムには、図5で示す波形でヒータ13を位相制御する方式と、図6で示す波形でヒータ13を制御する最適サイクル制御方式とがある。図5で示す位相制御方式においては、電力調整器10の演算器11により操作量に対応したゼロクロス点からの交流電源14の位相が演算され、この演算に対応した出力状態で図5(B)で示すSSR駆動信号がSSR15に印加される。これによって、図5(A)の破線で示す交流電源14の電圧(交流電圧)に対して、ヒータ13には図5(A)の斜線で示す波形の電流が供給されて、加熱炉内の温度が制御される。図6で示す最適サイクル制御方式においては、電力調整器10の演算器11により操作量に対応したゼロクロス点からの交流電源14の半サイクルの個数が演算され、この演算に対応した出力状態で図7(B)で示すSSR駆動信号がSSR15に印加される。これによって、図7(A)の破線で示す交流電源14の電圧(交流電圧)に対して、ヒータ13には図7(A)の斜線で示す波形の電流が供給されて、加熱炉内の温度が制御される。
The above zero cross detection circuit can be applied to, for example, a power regulator used in a CVD apparatus which is one of semiconductor manufacturing apparatuses. In this CVD apparatus, a substrate such as a silicon wafer is accommodated in a heating furnace, and a reaction gas is supplied while the inside of the heating furnace is heated to a required temperature by a heater to form a thin film on the substrate. In semiconductor manufacturing equipment, the temperature condition in the heating furnace is an important factor that affects the quality of the product. As one of the applications, the power regulator is configured to adjust the power necessary for the heat generation of the heater in the heating furnace. A temperature control system including such a power regulator is shown in FIG. In this system, the
以上のシステムにおいては、電力調整器10の演算器12における演算においては、ゼロクロス検知回路11からのゼロクロス信号が必要となる。本実施形態のゼロクロス検知回路1は、図4で示すゼロクロス検知回路11に適用することができる。なお、図4の電力調整器10は、SSR15が外部に設けられているが、図7で示すように、SSR15を電力調整器10内に設けることができる。
In the above system, the zero cross signal from the zero
本実施形態のゼロクロス検知回路1を上記電力調整器10のゼロクロス検知回路11として適用した場合、ゼロクロス信号がアクティブになる周期に基づいて、交流電圧の周波数を認識する場合、交流電圧V0に波形歪みがあっても、ゼロクロス信号が割れたりしないので、その周波数を正確に認識することができる。ヒータ等に電力を供給する電力調整器において位相制御や最適サイクル制御で電力調整する場合、意図した電力に制御することができる。
When the zero-
なお、交流電圧V0に波形歪みが無い場合のゼロクロス信号V9のパルス幅Wと、交流電圧V0に波形歪みが有る場合のゼロクロス信号V9のパルス幅W´とが異なってくる。このようなパルス幅W,W´の相違による上記電力調整器10等での使用用途上の懸念についてまとめる。まず、ゼロクロス信号V9がアクティブになる周期を計測することにより、交流電圧V0の周波数を検知する。そして、交流電圧V0に波形歪みが存在すると、ゼロクロス信号V9がアクティブになる周期は一定値にならないが、その周期の平均値は波形歪みが無い場合の周期と同等になるから、演算器12内のプログラムで連続した複数回周期を測定し、その測定の平均値をその波形の周期であると認識するようにしておくことで、周期が半サイクル毎に変化したとしても問題はない。また、この認識では、波形歪みが無い波形に対してもより精度を上げることが可能である点で好ましい。SSR15のトリガタイミングがずれるとしても、波形歪みによるタイミングずれは僅かで済む上、本来、交流電圧V0には波形歪みが存在することを前提として位相制御や最適サイクル制御をするから、ゼロクロス信号V9のパルス幅が波形歪みの有無で相違しても、その制御の精度に影響することは少ない。
Note that the pulse width W of the zero cross signal V9 when the AC voltage V0 has no waveform distortion differs from the pulse width W ′ of the zero cross signal V9 when the AC voltage V0 has waveform distortion. The concerns regarding the intended use in the
1はゼロクロス検知回路、2は転移回路(転移手段)、3はゼロクロス信号生成回路(ゼロクロス信号生成手段)、4は無効化回路(無効化手段) 1 is a zero cross detection circuit, 2 is a transition circuit (transition means), 3 is a zero cross signal generation circuit (zero cross signal generation means), and 4 is an invalidation circuit (invalidation means).
Claims (6)
交流電圧が閾値電圧に対して高低に変化したときの転移手段の転移に基づいてゼロクロス信号を生成するゼロクロス信号生成手段と、
上記転移手段の最初の転移を上記ゼロクロス信号生成手段でのゼロクロス信号の生成に有効とし、当該最初の転移より以降で予め設定した時間区間内の転移に対してはゼロクロス信号の生成に対して無効とする無効化手段と、
を備えたことを特徴とするゼロクロス検知回路。 Transition means having a threshold voltage in the vicinity of the zero-cross point on each half-cycle side of the AC voltage;
Zero-cross signal generating means for generating a zero-cross signal based on the transition of the transition means when the alternating voltage changes to a high or low with respect to the threshold voltage;
The first transition of the transition means is valid for generating the zero cross signal in the zero cross signal generation means, and the transition within the preset time interval after the first transition is invalid for the generation of the zero cross signal. Invalidation means, and
A zero cross detection circuit characterized by comprising:
交流電圧が閾値電圧に対して高低に変化したときの転移手段の転移に基づいてゼロクロス信号を生成するゼロクロス信号生成手段と、
交流電圧が、閾値電圧に対して低い側から高い側に変化して上記転移手段の転移が発生した時点から予め設定した時間区間内は、ゼロクロス信号の生成を無効にする無効化手段と、
を備えたことを特徴とするゼロクロス検知回路。 Transition means having a threshold voltage in the vicinity of the zero-cross point on each half-cycle side of the AC voltage;
Zero-cross signal generating means for generating a zero-cross signal based on the transition of the transition means when the alternating voltage changes to a high or low with respect to the threshold voltage;
An invalidating means for invalidating the generation of the zero cross signal within a preset time interval from the time when the alternating voltage is changed from a low side to a high side with respect to the threshold voltage and the transfer of the transfer means occurs.
A zero cross detection circuit characterized by comprising:
交流電圧が、閾値電圧に対して高い側から低い側に変化するときの転移手段の転移に基づいて、ゼロクロス信号をアクティブレベルに変化させ、同じく交流電圧が、先に述べた閾値電圧と正負が逆側である閾値電圧に対して低い側から高い側に変化するときの転移手段の転移に基づいて、ゼロクロス信号をノンアクティブレベルに変化させるゼロクロス信号生成手段と、
交流電圧が、閾値電圧に対して低い側から高い側に変化するときの転移手段の転移が発生した時点から予め設定した時間区間内は、ゼロクロス信号のノンアクティブレベルからアクティブレベルへの変化を無効にする無効化手段と、
を備えたことを特徴とするゼロクロス検知回路。 Transition means having a threshold voltage in the vicinity of the zero-cross point on each half-cycle side of the AC voltage;
Based on the transition of the transition means when the alternating voltage changes from the high side to the low side with respect to the threshold voltage, the zero cross signal is changed to the active level. Similarly, the alternating voltage is positive or negative with the threshold voltage described above. Zero-cross signal generating means for changing the zero-cross signal to a non-active level based on the transition of the transition means when changing from the low side to the high side with respect to the threshold voltage which is the reverse side;
When the AC voltage changes from a low side to a high side with respect to the threshold voltage, the change of the zero cross signal from the non-active level to the active level is invalidated within a preset time interval from the time when the transfer means shifts. Invalidation means,
A zero cross detection circuit characterized by comprising:
電力調整対象物に対する操作量と、上記ゼロクロス検知回路からのゼロクロス検知出力とに基づいて所要の演算を行う演算器と、
を備えることを特徴する電力調整器。 A zero-cross detection circuit according to any one of claims 1 to 3,
An arithmetic unit that performs a required calculation based on the operation amount for the power adjustment target and the zero cross detection output from the zero cross detection circuit,
A power regulator comprising:
交流電圧が、閾値電圧に対して低い側から高い側に変化するときの転移手段の転移が発生した時点から予め設定した時間区間内は、ゼロクロス信号のノンアクティブレベルからアクティブレベルへの変化を無効とする、ことを特徴とするゼロクロス検知方法。 Based on the transition of the transition means when the threshold voltage of the transition means is set in the vicinity of the zero crossing point on each half cycle side of the AC voltage and the AC voltage changes from the higher side to the lower side with respect to the threshold voltage, Based on the transition of the transition means when the signal is changed to the active level and the AC voltage also changes from the lower side to the higher side with respect to the threshold voltage whose polarity is opposite to the threshold voltage described above, the zero crossing A zero-cross detection method for changing a signal to a non-active level,
When the AC voltage changes from a low side to a high side with respect to the threshold voltage, the change of the zero cross signal from the non-active level to the active level is invalidated within a preset time interval from the time when the transfer means shifts. A zero-cross detection method characterized by that.
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