JP2009268184A - Ac検出回路および直流電源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】AC電圧の遮断を速やかに検出して、知らせることができるAC検出回路を提供する。
【解決手段】入力交流電圧が所定の電圧よりも低いか高いかを判定する電圧判定回路(CMP)と、前記入力交流電圧の周波数よりも高い周波数の発振信号を生成する発振回路(OSC)と、該発振回路により生成された発振信号もしくはその派生信号を計数するカウンタ回路(CNT)とを備え、前記カウンタ回路は前記入力交流電圧が所定の電圧よりも低いまたは高いと前記電圧判定回路が判定している間の前記発振信号を計数し、当該計数値が所定値を超えた場合に前記入力交流電圧の異常を示す信号を出力するように、AC検出回路を構成する。
【選択図】図2
【解決手段】入力交流電圧が所定の電圧よりも低いか高いかを判定する電圧判定回路(CMP)と、前記入力交流電圧の周波数よりも高い周波数の発振信号を生成する発振回路(OSC)と、該発振回路により生成された発振信号もしくはその派生信号を計数するカウンタ回路(CNT)とを備え、前記カウンタ回路は前記入力交流電圧が所定の電圧よりも低いまたは高いと前記電圧判定回路が判定している間の前記発振信号を計数し、当該計数値が所定値を超えた場合に前記入力交流電圧の異常を示す信号を出力するように、AC検出回路を構成する。
【選択図】図2
Description
本発明は、交流電圧の遮断や低下を検出するAC検出回路に関し、例えば交流電源から直流電圧を発生するAC−DCコンバータを備えAC検出機能を有する直流電源装置に利用して有効な技術に関する。
マイクロプロセッサを内蔵したパーソナルコンピュータなどの電子機器には、AC100Vからマイクロプロセッサの動作に必要なDC5Vや3Vのような直流電圧を発生するAC−DCコンバータが搭載されている。AC−DCコンバータを搭載した電子機器では、停電や雷などでAC電圧が遮断して二次側の直流電圧が低下するとシステムが暴走したり、重要なデータが失われたりするおそれがある。そこで、AC電圧の遮断を検出する電圧監視手段を備えた直流電源装置に関する発明が提案されている(例えば特許文献1参照)。
特開平6−113455号公報
特許文献1の発明における電圧監視手段は、AC−DCコンバータの二次側コイルのセンタタップから電圧を取り出して整流し、波形整形して矩形波パルスとしてマイクロコンピュータに入力し、マイクロコンピュータはパルスが抜けた場合に速やかにAC電圧遮断と判定できるようにしたものである。しかしながら、特許文献1の発明は、二次側の電圧を監視しているためどうしても検出が遅れてしまい、マイクロコンピュータがデータの退避処理等を確実に行うのに必要な時間を保障することが困難になるという課題がある。
そこで、一次側の電圧を監視してAC電圧遮断を検出するようにした技術が開発された。一次側の電圧を監視してAC電圧遮断を検出するようにした技術としては、例えば図8に示すように、整流用のダイオードD1,D2と、整流後の電圧を積分する抵抗R1およびコンデンサC1と、積分後の電圧V1と参照電圧Vrefを比較するコンパレータCMPとを設け、AC電圧遮断によって生じるコンデンサC1の電圧低下を検出してマイクロコンピュータへ知らせるようにしたものがある。
図8のAC電圧遮断検出回路は、AC電圧が遮断すると、図9に示すように、コンデンサC1の電圧V1が回路の時定数で徐々に降下して参照電圧Vref以下になった時点でコンパレータCMPの出力がロウレベルに立ち下がるように構成されている。そのため、AC電圧が遮断してからコンパレータCMPの出力が立ち下がるまでの応答時間が長く、AC電圧の遮断をマイクロコンピュータが検知するタイミングが遅れてしまうという不具合がある。
また、AC商用電源の電圧値は国や地域によって異なるため、参照電圧Vrefを固定すると検出時間が大きくずれてしまう。例えば、AC商用電源の電圧値が2倍になると検出時間が2倍以上(状況によっては10倍近く)になる。一方、電圧値によって検出時間に差が出ないようにするには、製品を出荷する国や地域に応じて参照電圧Vrefを変えてならやらなければならず、使い勝手が悪いという課題がある。
この発明は上記のような課題に着目してなされたもので、その目的とするところは、AC電圧の遮断を速やかに検出して知らせることができるAC検出回路を提供することにある。
この発明の他の目的は、監視するAC電源の電圧値が異なってもAC電圧の遮断の検出時間が大きくずれないようにすることができるAC検出回路を提供することにある。
上記目的を達成するためこの発明は、入力交流電圧が所定の電圧よりも低いか高いかを判定する電圧判定回路と、前記入力交流電圧の周波数よりも高い周波数の発振信号が入力されるカウンタ回路とを備え、前記カウンタ回路は前記入力交流電圧が所定の電圧よりも低いまたは高いと前記電圧判定回路が判定している間の前記発振信号を計数し、当該計数値が所定値を超えた場合に前記入力交流電圧の異常を示す信号を出力するように構成したものである。
上記のような構成によれば、入力交流電圧が所定の電圧よりも低くなると発振回路が発振動作し、その状態が続くAC電圧の遮断状態になるとカウンタ回路がオーバーフローあるいはキャリーアウトして出力が変化するため、マイクロコンピュータなどの制御回路にAC電圧の遮断を速やかに検出して知らせることができる。また、AC電源の電圧値が異なってもAC電圧の遮断の検出時間が大きくずれないようにすることができる。
ここで、望ましくは、前記発振信号を生成する発振回路を備え、該発振回路は、前記入力交流電圧が所定の電圧よりも低いまたは高いと前記電圧判定回路が判定している間だけ動作して発振信号を生成するように構成する。これにより、発振回路のトータルの動作時間を短くして消費電力を少なくすることができる。
また、望ましくは、前記電圧判定回路は、前記入力交流電圧が所定の電圧よりも低いまたは高い間、第1レベルまたは第2レベルの信号を出力し、前記カウンタ回路は、前記第1レベルまたは第2レベルの信号がなくなった時点で計数値がリセットされるように構成する。これにより、カウンタ回路が、入力交流電圧が所定の電圧よりも低いまたは高くなっている時間を正確に計数することができる。
さらに、望ましくは、電源電圧が所定の電圧よりも低いか否かを監視する低電圧監視回路を備え、該低電圧監視回路により電源電圧が所定の電圧よりも低いと判定されている間は前記入力交流電圧の異常を示す信号を無効とするように構成する。これにより、電源電圧VDDが先に投入された場合に誤って電源異常を知らせる信号が出力されてしまうのを回避することができる。
また、前記入力交流電圧の異常を示す信号は絶縁型の信号伝達手段によって出力されるように構成する。これにより、AC検出回路からの入力交流電圧の異常を示す信号を受けるマイクロコンピュータなどの制御回路に高電圧が印加されるのを回避することができる。
本出願の他の発明は、トランスを有しAC電源からの交流電圧を受けて直流電圧に変換して出力するAC−DCコンバータと、AC電源から供給される交流電圧の異常を検出するAC検出回路と、AC電源からの交流電圧の振幅を減少させる抵抗素子とを備え、該抵抗素子により振幅減少された交流電圧が容量素子を介して前記AC検出回路に検出対象の電圧として入力されるようにしたものである。これにより、電圧関係に配慮することなくAC−DCコンバータにより変換された直流電圧をAC検出回路に供給して動作させることができる。
ここで、望ましくは、前記AC検出回路は前記容量素子により、また前記AC−DCコンバータの二次側回路は前記トランスにより、それぞれ一次側と直流的に絶縁され、前記AC検出回路の基準電位は前記二次側回路と同じ基準電位に設定する。これにより、フォトカプラのような絶縁型信号伝達手段を使用しないで直接電気信号として、AC電圧の遮断等の異常の発生をマイクロコンピュータなどの制御回路に知らせることができる。
さらに、望ましくは、前記抵抗素子により振幅減少される交流電圧の振幅を制限するクランプ手段を設ける。これにより、AC電源の電圧値が異なっても、電圧判定回路に用いられる参照側の電圧(Vref)を変えることなく、AC電圧の遮断の検出タイミングがずれるのを回避することができる。
本発明に従うと、AC電圧の遮断を速やかに検出して知らせることができるAC検出回路を実現できる。また、監視するAC電源の電圧値が異なってもAC電圧の遮断の検出時間が大きくずれないAC検出回路を実現できるという効果がある。
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1および図2は、本発明を適用したAC検出回路の第1の実施形態を示すもので、図2は図1に用いられているIC(半導体集積回路)20の内部回路の構成例を示す。
図1に示すように、本実施形態のAC検出回路は、AC電源に接続されるプラグ10から引き出された一対の電源ラインL1,L2にそれぞれ一方の端子が接続された抵抗R1,R2と、該抵抗R1とR2との結合ノードにコンデンサC1を介して電圧入力端子INが接続されたAC検出用IC20と、該IC20の出力をマイクロコンピュータ等へ伝送する絶縁型信号伝達手段としてのフォトカプラPCなどから構成されている。
30は、ダイオードブリッジ回路やトランスなどからなりAC100Vから5Vあるいは3Vのような直流電圧を発生するAC-DCコンバータである。AC-DCコンバータ30とAC検出回路(IC20,R1,R2,C1,PC)は、共通のプリント配線基板(電源ボード)上に実装されて、直流電源装置を構成する。マイクロコンピュータ(CPU)は、該電源基板と絶縁された他の基板上に実装される。AC検出用IC20には、上記AC-DCコンバータ30から電源電圧VDDが供給されるとともに、その接地電位GNDはダイオードブリッジ回路を含むAC-DCコンバータ30の一次側回路の接地電位すなわち交流電圧の中心電位とされる。
ただし、本実施例では、AC検出用IC20がコンデンサC1によってAC電源側と電気的に絶縁されているので、高耐圧のコンデンサC1を用いることで、AC検出用IC20の接地電位をCPU側の接地電位と同一にすることも可能である。そして、その場合、AC検出用IC20の出力を、フォトカプラPCを介さずに直接電気信号としてCPUへ伝えるように構成することができる。
本実施例のAC検出用IC20は、図2に示すように、交流電圧Vinが反転入力端子に印加され非反転入力端子に印加された参照電圧Vrefと比較する電圧判定回路としてのコンパレータCMPと、該コンパレータCMPの出力によってオン、オフ状態に制御される発振回路OSCと、該発振回路OSCの発振出力パルスを計数するカウンタCNTと、カウンタCNTの出力でラッチ動作するフリップフロップのようなラッチ回路LATなどから構成される。カウンタCNTは、発振回路OSCの発振出力パルスを分周した信号など発振信号から派生した信号を計数するようにしても良い。
発振回路OSCは入力交流電圧VinすなわちAC電源の周波数の数倍〜数10倍の周波数で発振動作するように構成される。また、カウンタCNTはコンパレータCMPの出力の立下りによってリセットされる。ラッチ回路LATは、電源の投入によって出力Qがハイレベルに設定され、カウンタCNTがオーバーフローすると出力Qがロウレベルに立ち下がるように構成されている。オーバーフロー信号の代わりに、所定値を越えた時にキャリーアウト信号を出力させるように構成しても良い。
コンパレータCMPの出力の立下りによってカウンタCNTをリセットさせることにより、次に交流電圧Vinが参照電圧Vrefよりも低くなったことをコンパレータCMPが検出したときに、カウンタCNTを再度「0」から計数開始させることができ、入力交流電圧が所定の電圧よりも低いまたは高くなっている時間を正確に計数することができる。
図3は、図2のAC検出回路の動作タイミングチャートを示す。(A)はIC20へ入力される交流電圧Vin、(B)はコンパレータCMPの出力、(C)は発振回路OSCの出力パルス、(D)はラッチ回路LATの出力である。交流電圧Vinは、コンパレータCMPを構成する素子の耐圧を超えないよう抵抗R1,R2によって数Vの振幅に制限される。カウンタCNTは、発振回路OSCの出力パルスを交流電圧Vinの半周期に相当する時間(例えば10ms)だけ計数するとオーバーフローまたはキャリーアウトを起こすように設計される。
この実施形態のAC検出回路は、入力交流電圧Vinが参照電圧Vrefよりも低くなるとコンパレータCMPの出力がハイレベルに変化して発振回路OSCが発振動作をしてその間短いパルスを連続して出力する。そして、入力交流電圧Vinが参照電圧Vrefよりも高くなるとコンパレータCMPの出力がロウレベルに変化して発振回路OSCが停止する。VinがVrefよりも低い間だけ発振回路OSCを動作させるように構成することで、常時発振させる場合に比べてICの消費電力を減少させることができる。
図3の期間T1のように、入力交流電圧Vinが正常に入っている間は、カウンタCNTがオーバーフローを起こす前に発振回路OSCが停止し、カウンタCNTはコンパレータCMPの出力のロウレベルへの変化に同期してリセットされ、次に発振回路OSCが動作されると再びゼロから計数を開始する。しかして、AC電源が遮断され入力交流電圧Vinが正常に入って来なくなると、でカウンタCNTは、発振回路OSCの出力パルスを交流電圧Vinの半周期だけ計数した時点でオーバーフローまたはキャリーアウトの信号を出力する。
この信号によってラッチ回路LATがラッチ動作をしてその出力がロウレベルに変化する(タイミングt3)。この変化がフォトカプラPCによってCPUに知らされ、CPUはAC電源が遮断等の異常な状態になったことをいち早く知ることができる。しかも、この実施形態においては、発振回路OSCの発振期間が交流電圧の半周期よりも長い否かで電源遮断を判定している。そのため、AC電源の電圧値が異なる国や地域で使用されたとしても、入力交流電圧VinがコンパレータCMPの参照電圧Vrefを下回るタイミングにそれほど差が生じないので、図8の従来回路のようにコンデンサC1の電圧V1が回路の時定数で徐々に降下して参照電圧Vref以下になるのを検出する方式に比べると、検出遅れが短縮される。
図4には、上記実施形態の変形例を示す。この変形例は、上記抵抗R1,R2と交流入力端子との間に抵抗R3,R4を設けるとともに、R1−R3間とR2−R4の間に、ダイオードなどを使用したクランプ手段CLM1,CLP2を設けたものである。クランプ手段CLM1,CLP2によって入力交流電圧Vinの振幅を、図5に示すように、振幅中心0から±ΔVの範囲に制限することができ、それによって国や地域でAC電源の電圧値が異なっていたとしても、参照電圧Vrefを変えることなく電源遮断の検出タイミングのずれを小さくすることができる。
ところで、AC-DCコンバータ30を搭載した機器においては、プラグがコンセントから抜かれてもしばらくの間は二次側回路に寄生的に存在する容量に充電されている電荷によって二次側の電源電圧VDDが直ちに下がらず、ゆっくりと下がる場合がある。そのような機器においては、プラグをコンセントから一瞬引き抜き再び差し込むような操作をしたときに、AC検出用IC20に先ず電源電圧VDDが入りその後に交流電圧Vinが入るような状況が予想される。
その場合、第1の実施形態のAC検出用ICでは、電源電圧VDDの投入と同時にコンパレータCMPが動作して交流入力なしと判定して発振回路OSCをオンさせ、その出力パルスを計数するカウンタCNTからオーバーフローまたはキャリーアウトの信号が出力されて、図7(D)に示すように、ラッチ回路LATの出力がタイミングt3で電源異常を知らせるロウレベルに変化して、CPUに誤った情報を送ってしまうおそれがある。
図6には、上記のような不具合が起きないように工夫したAC検出用IC20の第2の実施形態が示されている。
この第2の実施形態は、AC検出用IC20内に、電源電圧VDDが所定のレベル以上になっているか監視する低電圧監視回路UVLOを設け、該監視回路によってVDDを監視して、VDDが所定のレベル以上になるまで(t2−t4の間)はカウンタCNTを強制的に非動作状態にすることで、図7(E)に示すように、ラッチの出力にマスクをかけてラッチ回路LATの出力がロウレベルに立ち下がらないようにしたものである。すなわち、VDDが所定のレベル以下の場合には、AC検出回路の出力を無効とするように構成されている。
図7において、マスク解除後に発振パルスが出力されていてもラッチの出力がロウレベルに立ち下がらないのは、電源電圧VDDが低電圧監視レベルを越えてから交流電圧VinがVrefを越えるまでの時間が、判定のしきい値であるカウンタCNTがオーバーフローまたはキャリーアウトを起こす時間以下であるためである。図7において、t1は電源が投入されてVDDが立ち上がり始めるポイント、t2はVDDが少し上がって内部回路が動作を開始するポイントである。
なお、低電圧監視回路UVLOの出力でカウンタCNTを動作させないようにする代わりに、カウンタCNTの後段にゲートを設けてこのゲートを低電圧監視回路UVLOの出力で制御し、オーバーフローまたはキャリーアウトの信号がラッチ回路LATに伝達されないように阻止したり、ラッチ回路LATを強制的にリセット状態にするように構成しても良い。AC検出用IC等においては、電源電圧VDDが低くなったときに内部の回路の動作を停止させるために低電圧監視回路を設けることがあるので、そのような低電圧監視回路を備えているものにおいては、その回路を兼用することで新たに追加する必要がない。
また、電源電圧VDDを監視する低電圧監視回路UVLOを設ける代わりに、交流電圧Vinを監視する低電圧検出回路を設けて、交流電圧Vinが低下した場合に、上記ラッチ回路LATあるいはカウンタCNTをリセット状態にして誤動作を防止するように構成しても良い。
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、図2や図6の実施形態においては、コンパレータCMPの出力で発振回路OSCをオン、オフさせているが、発振回路OSCの後段にコンパレータCMPの出力で開閉されるスイッチもしくはゲートを設けて制御し、発振回路OSCは常時動作させるように構成しても良い。発振回路OSCを常時動作させることで発振開始の遅れをなくすことができる。発振信号を生成する発振回路をチップ内部に設ける代わりに、外部から発振信号を入力するような構成も可能である。
また、前記実施形態のAC検出用ICにおいては、AC電圧の遮断を検出するとラッチ回路LATの出力がロウレベルに立ち下がるようにしているが、AC電圧の遮断を検出するとラッチ回路LATの出力がハイレベルに立ち上がるように構成しても良い。
以上の説明では、本発明をAC−DCコンバータを含む直流電源装置に適用した例を説明したが、本発明にそれに限定されるものではなく、AC電圧の遮断を検出したい装置に広く利用することができる。
10 プラグ
20 AC検出用IC
30 AC−DCコンバータ
CMP コンパレータ
OSC 発振回路
CNT カウンタ
LAT ラッチ回路
UVLO 低電圧監視回路
20 AC検出用IC
30 AC−DCコンバータ
CMP コンパレータ
OSC 発振回路
CNT カウンタ
LAT ラッチ回路
UVLO 低電圧監視回路
Claims (9)
- 入力交流電圧が所定の電圧よりも低いか高いかを判定する電圧判定回路と、前記入力交流電圧の周波数よりも高い周波数の発振信号が入力されるカウンタ回路とを備え、前記カウンタ回路は前記入力交流電圧が所定の電圧よりも低いまたは高いと前記電圧判定回路が判定している間の前記発振信号を計数し、当該計数値が所定値を超えた場合に前記入力交流電圧の異常を示す信号を出力するように構成されていることを特徴とするAC検出回路。
- 前記発振信号を生成する発振回路を備え、該発振回路は、前記入力交流電圧が所定の電圧よりも低いまたは高いと前記電圧判定回路が判定している間だけ動作して発振信号を生成するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載のAC検出回路。
- 前記電圧判定回路は、前記入力交流電圧が所定の電圧よりも低い間または高い間、第1レベルまたは第2レベルの信号を出力し、前記カウンタ回路は、前記第1レベルまたは第2レベルの信号がなくなった時点で計数値がリセットされるように構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載のAC検出回路。
- 電源電圧が所定の電圧よりも低いか否かを監視する低電圧監視回路を備え、該低電圧監視回路により電源電圧が所定の電圧よりも低いと判定されている間は前記入力交流電圧の異常を示す信号を無効とするように構成されていることを特徴とする請求項2または3に記載のAC検出回路。
- 前記入力交流電圧の異常を示す信号は絶縁型の信号伝達手段によって出力されるように構成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のAC検出回路。
- トランスを有しAC電源からの交流電圧を受けて直流電圧に変換して出力するAC−DCコンバータと、AC電源から供給される交流電圧の異常を検出するAC検出回路と、AC電源からの交流電圧の振幅を減少させる抵抗素子とを備え、該抵抗素子により振幅減少された交流電圧が容量素子を介して前記AC検出回路に検出対象の電圧として入力されていることを特徴とする直流電源装置。
- 前記AC検出回路は前記容量素子により、また前記AC−DCコンバータの二次側回路は前記トランスにより、それぞれ一次側と直流的に絶縁され、前記AC検出回路の基準電位は前記二次側回路と同じ基準電位に設定されていることを特徴とする請求項6に記載の直流電源装置。
- 前記抵抗素子により振幅減少される交流電圧の振幅を制限するクランプ手段をさらに備えることを特徴とする請求項6または7に記載の直流電源装置。
- 前記AC検出回路は、入力交流電圧が所定の電圧よりも低いか高いかを判定する電圧判定回路と、前記入力交流電圧の周波数よりも高い周波数の発振信号を生成する発振回路と、該発振回路により生成された発振信号もしくはその派生信号を計数するカウンタ回路とを備え、前記カウンタ回路は前記入力交流電圧が所定の電圧よりも低いまたは高いと前記電圧判定回路が判定している間の前記発振信号を計数し、当該計数値が所定値を超えた場合に前記入力交流電圧の異常を示す信号を出力するように構成されていることを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載の直流電源装置。
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JPWO2013047251A1 (ja) * | 2011-09-28 | 2015-03-26 | 富士電機株式会社 | Ac入力電圧遮断検出回路及び方法 |
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KR101922034B1 (ko) | 2010-10-15 | 2018-11-26 | 페어차일드 세미컨덕터 코포레이션 | 과전압 보호를 가진 전력 관리 |
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