JP2005235125A - Zero-crossing detection circuit, power adjusting unit equipped with the zero-crossing detection circuit, and zero-crossing detecting method - Google Patents

Zero-crossing detection circuit, power adjusting unit equipped with the zero-crossing detection circuit, and zero-crossing detecting method Download PDF

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武志 若林
Daifu Furukawa
大富 古川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a zero-cross detection circuit, wherein zero-crossing signals will not be distorted even in the presence of waveform distortion in the alternating voltage. <P>SOLUTION: The zero-cross detection circuit comprises a transfer means 2 by which the state transfers, when voltage changes to a higher or lower value than the threshold voltage Voa or -Voa near the zero-crossing point of the alternating voltage V0, a zero-crossing signal generation means 3 which generates a zero-crossing signal V9 based on the transfer of the transfer means; and an invalidation means 4 which defines the initial transfer of the transfer means as an effective transfer to generate the zero-crossing signal in the zero-cross signal generation means and invalidates transfers within the time segment, set preliminarily after the initial transfer with reference to the generation of the zero-crossing signal. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

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, Patent Documents 1, 2, 3, 4). , Etc.). A zero-cross detection circuit included in such a power regulator will be described with reference to FIG. 8. Reference numeral 100 denotes a zero-cross detection circuit, and reference numeral 200 denotes an arithmetic unit (CPU). The zero-cross detection circuit 100 includes a photocoupler PC connected to the AC power supply AC via a current limiting resistor LR, a pull-up resistor PR connected at one end to the DC power supply Vcc, and an input section having a pull-up resistor PR. And an inverter INV connected in common to the photocoupler PC and having an output unit connected to the arithmetic unit 200. The photocoupler PC includes light-emitting diodes PD1 and PD2 connected in parallel with opposite polarities, and a light-receiving transistor TR that conducts to the light-emitting outputs of both light-emitting diodes PD1 and PD2, and both the light-emitting diodes PD1 and PD2 are connected to an AC power supply AC. Connected in parallel, the collector of the light receiving transistor TR is connected between the other end of the pull-up resistor PR and the input part of the inverter INV. In FIG. 8, V0 is the voltage of the AC power supply AC, V1 is the output voltage of the light receiving transistor TR of the photocoupler PC, and V2 is the output voltage of the inverter INV. Here, the light-emitting diode PD1 of the photocoupler PC emits light (ON) when the waveform of the AC power supply AC is in the positive half cycle period and is equal to or higher than the threshold voltage Voa, and becomes non-light-emitting state (OFF) when the waveform is lower than the threshold voltage Voa. The light-emitting diode PD2 emits light (ON) when the waveform of the AC power supply AC is a negative half cycle period and is equal to or higher than the threshold voltage −Voa, and enters a non-light-emitting state (OFF) when the waveform is lower than the threshold voltage −Voa. Here, “more than” and “less than” indicate the magnitude of the absolute value. The threshold voltages Voa and -Voa are fixed values determined by the resistance value of the current limiting resistor LR, the conversion efficiency of the photocoupler PC, the resistance value of the pull-up resistor PR, the voltage value of the DC power supply Vcc, and the like.

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 cross detection circuit 100 will be described with reference to FIG. Here, “above” and “below” also indicate the magnitude of the absolute value. 9A shows the waveform of the AC power supply voltage V0, FIG. 9B shows the waveform of the output voltage V1 of the light receiving transistor TR of the photocoupler PC, and FIG. 9C shows the waveform of the output voltage V2 of the inverter INV. . When the power supply voltage is equal to or higher than the threshold voltage −Voa in the negative half cycle of the AC power supply voltage V0, since the light emitting diode PD2 is turned on and the light receiving transistor TR is turned on, the output voltage V1 of the light receiving transistor TR is 0V. The output voltage V2 of the inverter INV is Vcc. If the AC power supply voltage V0 is equal to or lower than the threshold voltage −Voa in the negative half cycle, the light emitting diodes PD1 and PD2 are in the period until the AC power supply voltage V0 becomes Voa in the positive half cycle. Both are turned off, the output voltage V1 of the light receiving transistor TR becomes Vcc, and the output voltage V2 of the inverter INV becomes 0V. When the AC power supply voltage V0 is equal to or higher than the threshold voltage Voa in the positive half cycle, the light emitting diode PD1 is turned on and the light receiving transistor TR is turned on. Therefore, the output voltage V1 of the light receiving transistor TR is 0V. Yes, the output voltage V2 of the inverter INV is Vcc. As described above, the rectangular voltage of 0V shown in FIG. 9C is applied as the zero-cross signal from the inverter INV to the arithmetic unit (CPU) only in −Voa to Voa in both the positive and negative half cycles of the AC power supply voltage V0. Is done. In the arithmetic unit (CPU), a state in which the zero cross signal is 0V is determined as an active state by a built-in program, and if the zero cross point of the AC power supply voltage V0 exists during the period in which the zero cross signal is active. Recognize and perform necessary calculations for power adjustment to adjust the power supply to the load.

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-cross detection circuit 100 to the arithmetic unit (CPU) 200 does not indicate the exact timing of the zero-cross point of the AC power supply voltage V0. However, as the arithmetic unit (CPU), the zero-cross signal is active. During this period, it can be recognized that a zero cross point exists, so that it can be used as a circuit that can be realized with a simple configuration if it is only necessary to grasp the rough timing of the zero cross point.

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。
特開2001−265446号公報 特開2004−040913号公報 特開2004−013668号公報 特開2003−209967号公報
However, depending on the usage environment of the AC power supply AC, the waveform of the power supply voltage V0 may be distorted as shown in FIG. In particular, when there is a waveform distortion that crosses the threshold voltages Voa and -Voa of the light emitting diodes PD1 and PD2 as shown in (1) in the figure, the detailed circuit operation of the zero cross detection circuit 100 is clear from the above description. Therefore, although omitted, the waveform of the output voltage V1 of the light receiving transistor TR of the photocoupler PC is as shown in FIG. 10B, and accordingly, the waveform of the output voltage V2 of the inverter INV is as shown in FIG. However, there is a problem that it is broken into multiple pieces.
JP 2001-265446 A JP 2004-040913 A JP 2004-013668 A JP 2003-209967 A

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. Reference numeral 1 denotes the entire 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).

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 transition circuit 2, the AC voltage V0 changes higher and lower than the first and second threshold voltages Voa and -Voa set near the zero cross point on the positive half cycle side and the negative half cycle side of the AC voltage V0. The output state sometimes shifts, and the first transition circuit 21 including the first photocoupler PC1, the first pull-up resistor PR1, and the first buffer BF1, the second photocoupler PC2, and the second pull-up. A second transition circuit 22 including an up resistor PR2 and a second buffer BF2 is provided.

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 first transition circuit 21 and the second transition circuit 22 are commonly connected to the AC power supply AC via the current limiting resistor LR. The first photocoupler PC1 includes a first light emitting diode PD11 and a first light receiving transistor TR12, and the second photocoupler PC2 includes a second light emitting diode PD21 and a second light receiving transistor TR22. The first light emitting diode PD11 has an anode connected to the current limiting resistor LR side, and the second light emitting diode PD21 has a cathode connected to the current limiting resistor LR side. The first light receiving transistor TR12 has a collector emitter between the first pull-up resistor PR1 and the ground, and the second light receiving transistor TR22 has a collector emitter between the second pull-up resistor PR2 and the ground, respectively. It is connected. In the first light-emitting diode PD11 of the first photocoupler PC1, Voa becomes the first threshold voltage in the positive half cycle section of the AC voltage V0, and becomes conductive (ON) above Voa and becomes non-conductive (OFF) below Voa. In the second light-emitting diode PD21 of the second photocoupler PC2, -Voa becomes the second threshold voltage in the negative half cycle section of the AC power supply AC, and is turned on when the voltage is higher than -Voa and turned off when the voltage is lower than -Voa. Here, “above” and “below” indicate the absolute value.

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 first transition circuit 21 is configured such that, on the positive half cycle side of the AC voltage V0, the absolute value of the AC voltage V0 changes from a low voltage to a high voltage with respect to the first threshold voltage Voa set near the zero cross point. The output voltage V1 is transferred to one side (0V), and the output voltage V1 is transferred to the other side (Vcc) when changing from a high voltage to a low voltage with respect to the first threshold voltage Voa.

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 second transition circuit 22, the absolute value of the AC voltage V 0 changes from a low voltage to a high voltage with respect to the second threshold voltage −Voa set near the zero cross point on the negative half cycle side of the AC voltage V 0. Sometimes the output voltage V2 shifts to one side (0V), and when the output voltage V2 changes from a high voltage to a low voltage with respect to the second threshold voltage -Voa, the output voltage V2 shifts to the other side (Vcc).

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 second transition circuit 22 when the absolute value of the AC voltage V0 changes from a voltage higher than the threshold voltage −Voa to a lower voltage (for example, times t1 and t5 in FIG. 2, FIG. 3). And the first transition of the first transition circuit 21 when the absolute value of the AC voltage V0 changes from a voltage lower than the threshold voltage Voa to a higher voltage (for example, times t2, t6 in FIG. 2). The zero cross signal V9 (see the pulse width W in FIG. 2 and the pulse width W ′ in FIG. 3) is generated based on the voltage change corresponding to each of the times t2 ′ and t6 in FIG. The first transition of the first transition circuit 21 when the value changes from a voltage higher than the threshold voltage Voa to a lower voltage (see, for example, time t3 in FIG. 2 and time t3 ′ in FIG. 3), and the absolute value of the AC voltage V0 is From threshold voltage -Voa The zero-cross signal V9 (FIG. 2) based on the voltage change corresponding to the first transition of the second transition circuit 22 (for example, time t4 in FIG. 2 and time t4 ′ in FIG. 3) when the voltage changes from high voltage to high voltage. , And the pulse width W ′ of FIG. 3).

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 first invalidation circuit 41 composed of a first AND gate G1 and a first timer circuit TM1, and a second invalidation circuit 42 composed of a second AND gate G2 and a second timer circuit TM2.

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 first invalidation circuit 41 uses the first transition as the transition effective for the generation of the zero-cross signal V9 in the zero-cross signal generation circuit 3 as the transition from the output voltage V1 of the first transition circuit 21 from 0V to Vcc. The transition from the transition of the output voltage V1 of the circuit 21 from Vcc to OV is invalidated for the generation of the zero-cross signal V9 only during a preset time interval t (see FIGS. 2 and 3). The second invalidation circuit 42 sets the transition of the output voltage V2 of the second transition circuit 22 from 0 V to Vcc as a transition effective for the generation of the zero-cross signal V9 in the zero-cross signal generation circuit 3, and outputs the second transition circuit 22 The generation of the zero cross signal V9 is invalidated only for a preset time interval t (see FIGS. 2 and 3) from the transition of the voltage V2 from Vcc to OV.

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 first transition circuit 21, V2 is the output of the second transition circuit 22, and V3 is the first output of the first invalidation circuit 41 (the output of the first one-shot circuit OS1). ), V4 is the first output of the second invalidation circuit 42 (output of the second one-shot circuit OS2), V5 is the second output of the first invalidation circuit 41 (output of the first AND gate G1), and V6 is the second output. The second output of the invalidation circuit 42 (output of the second AND gate G2), V7 is the output of the first flip-flop circuit FF1 in the zero-cross signal generation circuit 3, and V8 is the second flip-flop circuit FF2 in the zero-cross signal generation circuit 3 , V9 indicates the output of the zero-cross signal generation circuit 3 (the output of the third AND gate G3), respectively. The first and second timer circuits TM1 and TM2 are, for example, well-known one-shot multivibrators. For example, the states of the outputs V3 and V4 can be controlled by setting time constants of resistors and capacitors. The flip-flop circuits FF1 and FF2 are, for example, well-known D-type flip-flop circuits.

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 first transition circuit 21 and the output V2 of the second transition circuit 22 Is as shown in FIG. When the output V2 rises at time t1, the output V6 of the second AND gate G2 rises, and thereby the output V8 of the second flip-flop circuit FF2 falls. When the output V1 falls at time t2, the output V3 of the first timer circuit TM1 falls, thereby the second flip-flop circuit FF2 is reset and the output V8 rises. The output V3 of the first timer circuit TM1 falls at time t2 and rises after the elapse of time interval t. At time t3, the output V1 rises, the output V5 of the first AND gate G1 rises, and thereby the output V7 of the first flip-flop circuit FF1 falls. At time t4, the output V2 falls, the output V4 of the second timer circuit TM2 falls, and thereby the output V7 of the first flip-flop circuit FF1 rises. The output V4 of the second timer circuit TM2 rises after time t4 after falling at time t4.

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 second transition circuit 22 rises at t1, t4 ″, t5 ′, and t5 ″. Among these, at t1 and t5 ′, the output V6 of the second AND gate G2 rises, and as a result, the output V8 of the second flip-flop circuit FF2 falls. On the other hand, at t4 ″ and t5 ″ ″, the output V4 of the second timer circuit TM2 falls at the immediately preceding t4 ′ and t5 ″, respectively, and by maintaining the low level of V4 during the time interval t, Since the rise of the output V6 of the second AND gate G2 does not occur, the output V8 of the second flip-flop circuit FF2 does not fall. However, this operation is conditional on the existence of t4 ″ and t5 ″ ″ before the set time t elapses from t4 ′ and t5 ″. Similarly, the transition output V1 of the first transition circuit 21 rises at t2 ″, t3 ′, and t3 ″. Among these, at t3 ′, the output V5 of the first AND gate G1 rises, and as a result, the output V7 of the first flip-flop circuit FF1 falls. On the other hand, at t2 ″ and t3 ″ ″, the output V3 of the first timer circuit TM1 falls at the immediately preceding t2 ′ and t3 ″, respectively, and the low level of V3 is maintained during the time interval t. Since the rise of the output V5 of the first AND gate G1 does not occur, the output V7 of the first flip-flop circuit FF1 does not fall. However, this operation is conditional on the presence of t2 ″ and t3 ″ ″ before the set time t elapses from t2 ′ and t3 ″.

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 second transition circuit 22 falls at t4 ′, t4 ″ ″, and t5 ″. Among these, at t4 ′, the output V4 of the second timer circuit TM1 falls, the first flip-flop circuit FF1 is reset, and the output V7 rises. At t5 ″, the output V4 of the second timer circuit TM2 falls and the first flip-flop circuit FF1 is reset. However, since the output V7 is originally at a high level, no change occurs. At t4 ′ ″, the output V4 of the second timer circuit TM2 falls at the immediately preceding t4 ′ and maintains the low level of V4 during the time interval t. Therefore, V4 does not fall again, and the first The output V7 of the flip-flop circuit FF1 remains at the high level.

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 first transition circuit 21 falls at t2 ′, t2 ″, t3 ″, and t6. Among these, at t2 ′ and t6, the output V3 of the first timer circuit TM1 falls, the second flip-flop circuit FF2 is reset, and the output V8 rises. At t3 ″, the output V3 of the first timer circuit TM1 falls and the second flip-flop circuit FF2 is reset. However, since the output V8 is originally at a high level, no change occurs. At t2 ′ ″, the output V3 of the first timer circuit TM1 falls at the immediately preceding t2 ′ and maintains the low level of V3 for the time interval t. Therefore, V3 does not fall again, and the second The output V8 of the flip-flop circuit FF2 remains at the high level. However, this operation is conditional on the presence of t2 ″ ″ before the set time t has elapsed since t2 ″.

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 power regulator 10 includes a zero-cross detection circuit 11 that detects a zero-cross point of the AC power source 14 and a calculator (CPU) 12 that calculates the phase of the AC power source from the zero-cross point corresponding to the operation amount. . A solid state relay (SSR) 15 is interposed between the heater 13 and the AC power supply 14. Note that other switch elements such as a triac may be used instead of the SSR. In this system, there are a method of controlling the phase of the heater 13 with the waveform shown in FIG. 5 and an optimum cycle control method of controlling the heater 13 with the waveform shown in FIG. In the phase control method shown in FIG. 5, the phase of the AC power source 14 from the zero cross point corresponding to the manipulated variable is calculated by the calculator 11 of the power regulator 10, and the output state corresponding to this calculation is shown in FIG. Is applied to the SSR 15. As a result, the heater 13 is supplied with the current having the waveform shown by the oblique lines in FIG. 5A with respect to the voltage (AC voltage) of the AC power supply 14 shown by the broken lines in FIG. The temperature is controlled. In the optimum cycle control system shown in FIG. 6, the number of half cycles of the AC power supply 14 from the zero cross point corresponding to the operation amount is calculated by the calculator 11 of the power regulator 10, and the output state corresponding to this calculation is shown in FIG. The SSR drive signal indicated by 7 (B) is applied to the SSR 15. As a result, the heater 13 is supplied with a current having a waveform indicated by the oblique lines in FIG. 7A with respect to the voltage (AC voltage) of the AC power source 14 indicated by the broken lines in FIG. The temperature is controlled.

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 cross detection circuit 11 is required for the calculation in the calculator 12 of the power regulator 10. The zero cross detection circuit 1 of the present embodiment can be applied to the zero cross detection circuit 11 shown in FIG. 4 has the SSR 15 provided outside, the SSR 15 can be provided in the power adjuster 10 as shown in FIG.

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-cross detection circuit 1 of the present embodiment is applied as the zero-cross detection circuit 11 of the power regulator 10, when the frequency of the AC voltage is recognized based on the period in which the zero-cross signal becomes active, the waveform distortion occurs in the AC voltage V0. Even if there is, the zero cross signal is not broken, so that the frequency can be accurately recognized. When power adjustment is performed by phase control or optimum cycle control in a power regulator that supplies power to a heater or the like, the power can be controlled to the intended power.

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 power regulator 10 and the like due to the difference between the pulse widths W and W ′ will be summarized. First, the frequency of the AC voltage V0 is detected by measuring the period in which the zero cross signal V9 becomes active. If waveform distortion exists in the AC voltage V0, the period in which the zero cross signal V9 becomes active does not become a constant value, but the average value of the period is equivalent to the period when there is no waveform distortion. In this program, a plurality of consecutive periods are measured, and the average value of the measurement is recognized as the period of the waveform, so that there is no problem even if the period changes every half cycle. In addition, this recognition is preferable in that the accuracy can be improved even for a waveform having no waveform distortion. Even if the trigger timing of the SSR 15 is deviated, the timing deviation due to the waveform distortion is small, and since the phase control and the optimum cycle control are originally performed on the assumption that the AC voltage V0 has the waveform distortion, the zero cross signal V9 Even if the pulse width differs depending on the presence or absence of waveform distortion, there is little influence on the accuracy of the control.

本発明の最良の形態に係るゼロクロス検知回路の回路図Circuit diagram of zero-cross detection circuit according to the best mode of the present invention 交流電圧に波形歪みが無い場合の図1のゼロクロス検知回路の動作説明に供するタイミングチャートTiming chart for explaining the operation of the zero-cross detection circuit of FIG. 1 when there is no waveform distortion in the AC voltage 交流電圧に波形歪みが有る場合の図1のゼロクロス検知回路の動作説明に供するタイミングチャートTiming chart for explaining the operation of the zero-crossing detection circuit of FIG. 1 when the AC voltage has waveform distortion 温度制御システムの回路図Circuit diagram of temperature control system 図4のシステムの動作説明に供するタイミングチャートTiming chart for explaining the operation of the system of FIG. 図4のシステムの動作説明に供するタイミングチャートTiming chart for explaining the operation of the system of FIG. 他の温度制御システムの回路図Circuit diagram of another temperature control system 従来のゼロクロス検知回路の回路図Circuit diagram of conventional zero-cross detection circuit 交流電圧に波形歪みが無い場合の図8のゼロクロス検知回路の動作説明に供するタイミングチャートTiming chart used to explain the operation of the zero cross detection circuit of FIG. 8 when there is no waveform distortion in the AC voltage 交流電圧に波形歪みが有る場合の図8のゼロクロス検知回路の動作説明に供するタイミングチャートTiming chart used to explain the operation of the zero cross detection circuit of FIG. 8 when the AC voltage has waveform distortion

符号の説明Explanation of symbols

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:
請求項1ないし3のいずれかに記載の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:
転移手段の閾値電圧を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設定し、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状態転移に基づいてゼロクロス信号を生成するゼロクロス検知方法であって、上記状態転移のうち、最初の転移を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、ことを特徴とするゼロクロス検知方法。   Zero-crossing that generates a zero-cross signal based on the state 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 to a level higher or lower than the threshold voltage. In the detection method, among the state transitions, the first transition is effective for generating a zero-cross signal, and the transition within a predetermined time interval after the first transition is generated for generating a zero-cross signal. A zero-cross detection method characterized by being invalidated. 転移手段の閾値電圧を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設定し、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検知方法であって、
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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