JP3487925B2 - 負荷電流制御装置 - Google Patents

負荷電流制御装置

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JP3487925B2
JP3487925B2 JP26492294A JP26492294A JP3487925B2 JP 3487925 B2 JP3487925 B2 JP 3487925B2 JP 26492294 A JP26492294 A JP 26492294A JP 26492294 A JP26492294 A JP 26492294A JP 3487925 B2 JP3487925 B2 JP 3487925B2
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supply voltage
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zero
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幸信 小川
浩一郎 酒井
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クロイ電機株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、商用電源電圧など、
正弦波交流入力電源電圧の大きさに応じて負荷電流を制
御する負荷電流制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】正弦波交流入力電源電圧を検出する一般
的な従来の装置は、入力電圧を適当な電圧に降圧してA
/D変換を行ってからディジタル的に検出したり、ツェ
ナーダイオード等を使用することによって電源電圧の大
きさが一定以上の大きさであるかどうかを検出するよう
にしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、A/D
変換器を使ってディジタル的に処理する装置はA/D変
換器を使用するために複雑化且つ高価格化する欠点があ
り、またツェナーダイオード等を使用する簡単な構成の
ものでは電源電圧の大きさを精密に測定することができ
ない欠点がある。
【0004】本発明の目的は、簡単な構成で且つ低価格
に電源電圧の大きさを高精度に測定することのでき、且
つ検出した電源電圧に基づいて負荷電流を制御する負荷
電流制御装置を提供することにある。
【0005】
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、正弦波交流
入力電源電圧のゼロクロスタイミングを検出するゼロク
ロスタイミング検出手段と、前記ゼロクロスタイミング
から半サイクル内に前記交流入力電源電圧が所定値を超
ているかどうかを検出するしきい値検出手段と、前記
しきい値検出手段により、前記交流入力電源電圧が前記
所定値を超えていることが検出された時間を計数する
手段と、前記交流入力電源電圧の周波数を検出する周
波数検出手段と、前記交流入力電源電圧の周波数と前記
計数手段の計数値と前記交流入力電源電圧の実効値電圧
との関係を記憶したテーブル手段と、を備え、前記周波
数検出手段により検出された前記交流入力電源電圧の周
波数と前記計数手段の計数値と前記テーブル手段の記憶
内容とに基づいて交流入力電源電圧の実効値電圧を検出
するとともに、 負荷電流を位相制御する位相制御手段
と、 前記交流入力電源電圧の周波数別に、前記計数手段
による計数値に対応する制御位相角を記憶したトリガ位
置テーブル中で、前記周波数検出手段が検出した前記交
流入力電源電圧の周波数の前記トリガ位置テーブルを参
照し、前記位相制御手段に前記計数手段の計数値に対応
する制御位相角を設定する手段と、を備えいている。
【0007】
【0008】
【0009】さらに、前記周波数検出手段は、前記ゼロ
クロスタイミング検出手段で検出した2つの隣接するゼ
ロクロスタイミング間を計数する手段を具備し、この計
数値から周波数を検出することを特徴とする。
【0010】
【作用】本発明では、ゼロクロスタイミングが検出され
るとその時から入力電源電圧が所定値を超えるかどうか
を監視し、所定値を超えた時からカウンタが計数を開始
し、該所定値を超えなくなった時までの計数値を求め
る。この場合、交流入力電源電圧は商用電圧であるため
にその波形は正弦波である。したがって、上記計数値は
電源電圧の大きさが大きくなるにしたがって大きくな
る。よって、この計数値に基づいて電源電圧の大きさを
検出する。
【0011】また、上記計数値に基づいて負荷電流を制
御する制御位相角を設定することよって、入力電源電圧
の変動に係わらず負荷への出力を一定にすることができ
る。また、国内の商用の交流による電源電圧周波数は5
0Hzと60Hzであるが、この周波数によって上記計
数値が変わってくるから、制御位相角を設定する時にこ
の周波数も参照することにより、周波数に無関係に出力
を所定の大きさに制御することができる。
【0012】前記周波数は、2つの隣接するゼロクロス
タイミング間を計数することで簡単に知ることが出来
る。したがって、例えば、電源オン時に1回だけこの動
作を行えば、直ぐに電源周波数を知ることが出来るた
め、以後、この周波数を参照して上記制御位相角を設定
する。
【0013】
【実施例】図1は、本発明に係る電源電圧検出装置を備
える負荷電流制御装置のブロック図である。
【0014】商用の入力電源電圧1には、負荷として白
熱電球2とトライアック3が接続されていて、トライア
ック3は位相制御部4によって位相制御される。また入
力電源電圧1には110V検出部5とゼロクロス検出部
6が接続されており、これらの出力は制御部7に導かれ
るようになっている。110V検出部5は、入力電源電
圧1の電圧の瞬時値が110Vを超えている時の状態を
検出し、ゼロクロス検出部6は、入力電源電圧1の電圧
値が0Vとなった時を検出する。制御部7は、上記11
0V検出部5およびゼロクロス検出部6からの出力に基
づいて位相制御部4での制御位相角を設定する。
【0015】図2は、上記電源電圧検出装置での電源電
圧検出原理を説明する図である。入力電源電圧1は正弦
波(サイン波)であるから、実効値の電圧が90Vまた
は110Vの時の波形は図に示すようになる。この時、
110Vのしきい値を設定しておいて、正の半サイクル
の間このしきい値の110Vを超える時の時間を計測す
れば、図に示すように、実効値が90Vの時の時間t1
に比べて、実効値110Vの時の時間t2の長さが長く
なる。また、このt1,t2の長さと、実効値電圧との
関係は負荷電流の大きさに無関係に常に一定である。し
たがって、これらの関係を予めテーブルに記憶しておけ
ば、時間t(t1やt2)を計測することにより、入力
電源電圧の実効値電圧を知ることができる。また、時間
tの長さは入力電源電圧の周波数にも依存するために、
予め上記テーブルを周波数に応じたものにしておけば周
波数が変わっても、テーブルを切り換えるだけで正しい
実効値電圧を知ることができる。
【0016】図3は、上記制御部7に設けられるメモリ
の構成図を示している。カウンタには、周波数カウンタ
と110Vカウンタがある。エリアM1の周波数カウン
タは、電源投入時に入力電源電圧1の周波数を計測する
ために使用される。すなわち、ゼロクロス検出部6でゼ
ロクロスを検出した時からこのカウンタを計数開始さ
せ、次にゼロクロスを検出した時で計数を停止する。こ
の時の同周波数カウンタの計数値と電源電圧の周波数と
は対応しているから、予め、この計数値と電源電圧の周
波数との関係をメモリ内に記憶しておけば、電源投入直
後のこの周波数カウンタの計数値を見ることによって電
源電圧の周波数を知ることができる。このようにして検
出した周波数は周波数記憶エリアM3に設定される。エ
リアM2の110Vカウンタは110V検出部5が瞬時
が110Vを超える時間を計数する。したがって、図
2に示すt(t1,t2)の時間を計数する。エリアM
4の50Hzテーブルは、エリアM3に設定された周波
数が50Hzである場合に参照されるトリガ位置テーブ
ルである。このテーブルは110Vカウンタによって計
数された計数値に応じたトライアック3のトリガ位置、
すなわち制御位相角を出力するものであり、110Vカ
ウンタの計数値が大きくなるに従って、すなわち入力電
源電圧の実効値が大きくなるにしたがって負荷への出力
が小さくなる位相角を出力するように設定されている。
また、エリアM5は、エリアM3に記憶される周波数が
60Hzである場合に参照されるトリガ位置テーブルを
記憶する。
【0017】制御部7は、上記のようにして、電源電圧
の周波数と110Vを超える時間tの長さとに基づいて
制御位相角を設定し、該周波数に無関係に、且つ該時間
tの長さの変動、すなわち電源電圧の変動があっても出
力を一定にするように制御する。
【0018】図4,図5は、上記制御部7の具体的な動
作を示すフローチャートである。
【0019】図4は、装置の電源がオンされて、ゼロク
ロス検出部6が、電源電圧が負から正に変わる時のゼロ
クロスを検出した時に一回行われる動作である。すなわ
ち、この負から正に変わるゼロクロス検出タイミングに
なると、周波数カウンタをクリアし、周波数カウンタを
カウントアップする動作を、ゼロクロス検出部6が、次
に正から負に変わるゼロクロスを検出するまで繰り返
す。すなわち、図2に示すTの時間を周波数カウンタに
よって計数する。この時間Tは入力電源電圧の周波数に
対応しているために、この対応関係を図外のメモリに予
め記憶しておくことにより、電源電圧が正から負に切り
換わる時のゼロクロスタイミングになった時点で時間T
に基づいて周波数を知ることができる。そして、この周
波数をエリアM3に記憶する。
【0020】以上の動作を電源がオンとされた直後に1
回だけ行って、検出した電源電圧の周波数を記憶して終
了する。
【0021】次に、波形を測定してトリガ制御を行う時
の動作について説明する。図5はこの時の動作を示すフ
ローチャートである。
【0022】また、図6はタイミングチャートを示して
いる。図6に示すように、この実施例では、正の半サイ
クルで波形測定を行い、負の半サイクルでトリガ制御を
行う。また、2回目以降のサイクルでは正のサイクルで
もトリガ制御を行う。
【0023】波形測定は、ゼロクロス検出部6が、電源
電圧が負から正に切り換わった時のゼロクロスを検出し
た時からスタートする。すなわち、電源電圧が正の半サ
イクルになった時から波形測定が開始する。まず、11
0Vカウンタをクリアする。そして、瞬時値が110V
以上である時の時間tを計測する。この計測は、ゼロク
ロス検出部6が、電源電圧が正から負に切り換わった時
のゼロクロスを検出するまでの期間において行う。すな
わち、正の半サイクルで、瞬時値が110Vを超える時
間tを110Vカウンタによって計測する。そして、こ
の値をエリアM4またはエリアM5に当てはめて制御位
相角を求める。図4に示すように、電源オン直後におい
てエリアM3に電源電圧の周波数が記憶されているか
ら、この周波数を参照してエリアM4のテーブルを参照
するかエリアM5のテーブルを参照するかを決める。各
テーブルM4およびM5では、上記110Vカウンタの
計測値に対応するトライアックのトリガ位置(制御位相
角)が記憶されていて、該計測値が大きくなるにしたが
ってトリガ位置が時間軸方向にずれるようになってい
る。したがって、入力電圧が大きくなるにしたがってト
ライアック導通角が大きくなり、入力電圧の変動があっ
ても出力が一定になるように制御される。
【0024】上記の動作により、A/D変換器等を使用
しなくても簡単に電源電圧を正確に知ることができると
ともに、電源電圧の変動に係わらず負荷への出力を一定
に制御することができる。
【0025】図7は、図1に示す負荷電流制御装置の具
体的な回路図を示している。
【0026】同図において、10はAC100V、50
/60HZの商用交流電源電圧であり、負荷の白熱電球
として4個の白熱球11が並列に接続されている。白熱
球11には電流電圧変換手段としてのカレントトランス
T1とトライアックQ1,Q2が接続されている。IC
3はマイクロコンピュータからなり、b,c,dはそれ
ぞれ入力端子であり、aは出力端子を構成している。出
力端子aには位相制御信号が出力される。この信号は、
トランジスタQ5によって電流に変換され、位相制御用
のトライアックQ2を駆動する。ツェナーダイオードD
1、抵抗R1およびトランジスタQ4は瞬時値110V
を検出し、この110Vを検出するとIC3の入力端子
bに検出信号を導く。この部分は図1の110V検出部
5に対応している。
【0027】抵抗R8およびトランジスタQ3はゼロク
ロスタイミングを検出する。その出力はIC3の入力端
子cに導かれる。入力端子cでは、電源電圧が負から正
に切り換わる時のゼロクロスタイミングでは“H”から
“L”に立ち下がり、電源電圧が正から負に切り換わる
時のゼロクロスタイミングでは“L”から“H”に立ち
上がる。この抵抗R8およびトランジスタQ3は図1の
ゼロクロス検出部6に対応している。
【0028】なお、カレントトランスT1で降圧された
電圧はダイオードD3によって半波整流され抵抗R2,
R3によって適当に分圧されて比較器を構成するIC2
の反転入力端子に入力する。また、入力電源電圧は、ダ
イオードD2によって半波整流され、抵抗R4,R5,
R6で分圧されてIC2の非反転入力端子に入力する。
IC2では、入力電源電圧が正の半サイクルの時に上記
抵抗R4〜R6によって分圧された電圧を基準電圧とし
て、この基準電圧と、カレントトランスT1で得られた
電圧とを比較し、基準電圧がトランスT1で検出される
電圧よりも大きい場合には負荷に正常電流が流れている
として“H”を出力し、その反対の場合には過電流が流
れているとして“L”を出力する。IC3の入力端子d
にその出力が入力されるから、IC3は、そのレベルを
見ることによって過負荷状態を検出する。本実施例で
は、この過電流検出部をも具備することによって、過負
荷を検出した時に白熱球11が半波点灯制御されるよう
に出力端子aに出力するゲート制御信号を制御するよう
にしている。
【0029】なお、以上の実施例では、正の半サイクル
において110Vを超える時間を計測しているが、負の
半サイクルにおいて−110Vを超える時間を計測して
もよい。また、しきい値は110Vに限ることはなく、
実験等により適当な値を設定することが出来る。
【0030】
【発明の効果】本発明によれば、回路構成が複雑化せ
ず、簡単に且つ正確に商用交流入力電源電圧の大きさを
検出することができる。また、周波数が変わっても電源
電圧を正確に検出でき、さらに、負荷電流を位相制御す
る場合に、上記のようにして検出した電源電圧に基づい
て位相制御を行うことにより、負荷に対する出力を電源
変動に無関係に一定にできる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例である負荷電流制御装置のブロ
ック図
【図2】本発明に係る電源電圧検出装置の原理を説明す
るための図
【図3】図1に示す負荷電流制御装置のメモリの構成図
【図4】電源オン時に一度だけ実行される動作を示すフ
ローチャート
【図5】波形測定と位相制御を行う時の動作を示すフロ
ーチャート
【図6】波形測定および位相制御時のタイミングチャー
【図7】上記負荷電流制御装置の具体的な回路例を示す
【符号の説明】
1−商用交流電源電圧 2−白熱球 3−トライアック 4−位相制御部 5−110V検出部 6−ゼロクロス検出部 7−制御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 19/00 - 19/32 G05F 1/45 - 1/54

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】正弦波交流入力電源電圧のゼロクロスタイ
    ミングを検出するゼロクロスタイミング検出手段と、前記 ゼロクロスタイミングから半サイクル内に前記交流
    入力電源電圧が所定値を超えているかどうかを検出する
    しきい値検出手段と、前記 しきい値検出手段により、前記交流入力電源電圧
    前記所定値を超えていることが検出された時間を計数す
    計数手段と、 前記交流入力電源電圧の周波数を検出する周波数検出手
    段と、 前記交流入力電源電圧の周波数と前記計数手段の計数値
    と前記交流入力電源電圧の実効値電圧との関係を記憶し
    たテーブル手段と、を備え、前記周波数検出手段により検出された 前記交流入力電源
    電圧の周波数と前記計数手段の計数値と前記テーブル手
    段の記憶内容とに基づいて交流入力電源電圧の実効値電
    圧を検出するとともに、 負荷電流を位相制御する位相制御手段と、 前記交流入力電源電圧の周波数別に、前記計数手段によ
    る計数値に対応する制御位相角を記憶したトリガ位置テ
    ーブル中で、前記周波数検出手段が検出した前記交流入
    力電源電圧の周波数の前記トリガ位置テーブルを参照
    し、前記位相制御手段に前記計数手段の計数値に対応す
    る制御位相角を設定する手段と、を備えた負荷電流制御
    装置。
  2. 【請求項2】 記周波数検出手段は、前記ゼロクロス
    タイミング検出手段で検出した2つの隣接するゼロクロ
    スタイミング間を計数する手段を具備し、この計数値か
    ら周波数を検出する請求項1に記載の負荷電流制御装
    置。
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