JP3728245B2 - ゼロクロス検知回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力交流電圧が所定電圧(0V)を横切るタイミングを検出するゼロクロス検知回路に関し、特に、商用交流電源から電力の供給を受け、全波整流し平滑する全波整流平滑回路と、該全波整流平滑回路からの出力を絶縁降圧し所望の直流電圧を出力するスイッチングレギュレータとに接続されたゼロクロス検知回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
図10は、商用AC電源を用いた電源回路において、入力AC電圧が0Vを横切るタイミングを検出する従来のゼロクロス検知回路、ならびに付随する整流平滑回路およびスイッチングレギュレータを示す回路図である。
【0003】
図10において、ラインLine1,Line2は、図示しないフィルタ回路などを経て商用AC電源に接続されるラインである。D11,D12,D13,D14は、全波整流回路を構成するダイオードであり、C11は、全波整流回路を構成する平滑用コンデンサである。
【0004】
図10において、参照符号が20番台(例えばQ21等)及び30番台(例えばC31等)の部品は自励式スイッチングレギュレータを構成し、この自励式スイッチングレギュレータは、トランスT21により絶縁され、+24Vの定電圧を生成する。
【0005】
参照符号が40番台(例えばR41等)の部品は、ゼロクロス検知回路を構成する。ゼロクロス検知回路では、全波整流平滑回路の低圧側出力端がNPNタイプのトランジスタQ41のエミッタに接続され、トランジスタQ41のベースとエミッタとの間に抵抗R43が接続される。この抵抗R43にはコンデンサC41が並列に接続され、このコンデンサC41とラインLine1との間に抵抗R41が接続される。
【0006】
ゼロクロス検知回路では、抵抗R41,R43が、ダイオードD13とともに半波整流回路を構成しており、この出力がトランジスタQ41のベースエミッタ間に印加される。ここで、ラインLine1の電位がラインLine2の電位より高い場合、抵抗R41に電流が流れ、低い場合は抵抗R41に電流が流れない。この際、抵抗R41および抵抗R43の各抵抗値を適当な値にすることにより、トランジスタQ41のコレクタ電位の変化をほぼラインLine1とラインLine2の電位の大小の関係にあわせることが出来る。したがって、トランジスタQ41のコレクタ電位のHi/Lowエッジがゼロクロスタイミングと考えられ、この場合はフォトカプラPC41を介してゼロクロス信号ZEROXとしてトランスT21の2次側に伝達される。なお、コンデンサC41はノイズ除去用のコンデンサであり、本ゼロクロス検知回路の本質をなすものではない。
【0007】
図11および図12は、ゼロクロス検知回路の各部における信号波形を示す図である。
【0008】
図11および図12において横軸は全て時間であり、(A)は、ラインLine1のグラウンドGNDに対する電位、(B)は、ラインLine2のグラウンドGNDに対する電位、(C)は、ラインLine1とラインLine2の電位差、(D)は、抵抗R41に流れる電流、(E)は、(D)の縦軸拡大波形、(F)は、フォトカプラPC41の2次側のフォトトランジスタのコレクタ電位であり、ゼロクロス信号ZEROXである。なお、トランスT21の2次側に記されている電圧+3.3Vは、スイッチングレギュレータの出力+24Vから降圧作成されたものである。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図13に、別の従来のゼロクロス検知回路を示す。図10と図13とにそれぞれ示す回路図において、それらの違いは、図13においてコンデンサC12,C13が追加されている点である。すなわち、全波整流平滑回路の高圧側出力端にコンデンサC12が接続されるとともに、低圧側出力端にコンデンサC13が接続され、コンデンサC12,C13の互いの接続点が接地される。
【0010】
一般に、端子雑音対策として商用AC電源のラインとグラウンドGND間に数1000pF程度のコンデンサ(通称「Yコンデンサ」と呼ばれる)を設けることが行われており、コンデンサC12,C13が、このYコンデンサである。Yコンデンサは、全波整流回路の入力端に接続されることもあるが、全波整流回路の出力端に接続したほうが、端子雑音対策として効果がある場合があり、しばしば本構成が用いられる。
【0011】
図13に示す回路構成において、Yコンデンサ(コンデンサC12,C13)の容量が小さい場合や、商用AC電源の波形が正常である場合は問題ないものの、Yコンデンサの容量が大きい場合や、商用AC電源の波形が正常でない場合は以下のような問題がある。
【0012】
図14は、図13に示す回路においてYコンデンサの容量が比較的小さい場合のゼロクロス検知回路の各部における信号波形を示す図である。なお、ラインLine1のグラウンドGNDに対する電位、ラインLine2のグラウンドGNDに対する電位、およびラインLine1とラインLine2の電位差は、図11の(A)〜(C)に示すそれらと同じであるので、図示を省略する。
【0013】
図14の(D)は、抵抗R41に流れる電流、(E)は、(D)の縦軸拡大波形、(F)は、フォトカプラPC41の2次側のフォトトランジスタのコレクタ電位であり、ゼロクロス信号ZEROXである。
【0014】
図14から分かるように、Yコンデンサが設けられても、その容量が比較的小さい場合、ゼロクロス信号ZEROXは正常に得られる。
【0015】
一方、図15は、図13に示す回路においてYコンデンサの容量が比較的大きい場合のゼロクロス検知回路の各部における信号波形を示す図である。なお、ラインLine1のグラウンドGNDに対する電位、ラインLine2のグラウンドGNDに対する電位、およびラインLine1とラインLine2の電位差は、図11の(A)〜(C)に示すそれらと同じであるので、図示を省略する。
図15の(D)は、抵抗R41に流れる電流、(E)は、(D)の縦軸拡大波形、(F)は、フォトカプラPC41の2次側のフォトトランジスタのコレクタ電位であり、ゼロクロス信号ZEROXである。
【0016】
図15から分かるように、Yコンデンサの容量が大きくなると、(F)のゼロクロス信号ZEROXは、ゼロクロスポイントを正常に捕らえられなくなる。
【0017】
図16および図17は、図13に示す回路において商用AC電源の波形が正常でない場合(第3次高調波が重畳した場合)のゼロクロス検知回路の各部における信号波形を示す図である。
【0018】
図16および図17において、(A)は、ラインLine1のグラウンドGNDに対する電位、(B)は、ラインLine2のグラウンドGNDに対する電位、(C)は、ラインLine1とラインLine2の電位差、(D)は、抵抗R41に流れる電流、(E)は、(D)の縦軸拡大波形、(F)は、フォトカプラPC41の2次側のフォトトランジスタのコレクタ電位であり、ゼロクロス信号ZEROXである。
【0019】
図18および図19は、図13に示す回路において商用AC電源の波形が正常でない場合(位相差が180度ではなく60度になった場合)のゼロクロス検知回路の各部における信号波形を示す図である。
【0020】
図18および図19において、(A)は、ラインLine1のグラウンドGNDに対する電位、(B)は、ラインLine2のグラウンドGNDに対する電位、(C)は、ラインLine1とラインLine2の電位差、(D)は、抵抗R41に流れる電流、(E)は、(D)の縦軸拡大波形、(F)は、フォトカプラPC41の2次側のフォトトランジスタのコレクタ電位であり、ゼロクロス信号ZEROXである。
【0021】
図16〜図19から分かるように、商用AC電源の波形が正常でない場合も、正常なゼロクロス信号が得られなくなる。
【0022】
図15、図17、および図19の各(E)に示された抵抗R41に流れる電流は、抵抗R41,R43、コンデンサC41、ダイオードD13で構成される半波整流回路に流れる電流以外の電流が含まれ、これらの電流は、コンデンサC12,C13(Yコンデンサ)に流れる電流に起因して発生する。
【0023】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、半波整流タイプのゼロクロス検知回路において、全波整流平滑後に端子雑音対策用のYコンデンサを設けても正常に動作し、かつ商用AC電源が異常な波形を示してもゼロクロス信号を安定して得られるようにしたゼロクロス検知回路を提供することを目的とする。
【0024】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明によれば、第1および第2のラインを介して商用交流電源から電力の供給を受け、全波整流し平滑する全波整流平滑回路と、前記全波整流平滑回路の高圧側出力端と低圧側出力端とに各一方端が夫々接続され、各他方端が夫々接地された2つのコンデンサと、前記全波整流平滑回路からの出力を絶縁降圧し所望の直流電圧を出力するスイッチングレギュレータとを有する電源装置に接続されるゼロクロス検知回路において、前記全波整流平滑回路の低圧側出力端にエミッタが接続され、コレクタからゼロクロス検知信号を出力するトランジスタと、前記トランジスタのベースとエミッタとの間に接続された第1の抵抗と、前記第1のラインと前記トランジスタのベースとの間に接続された第2の抵抗と、前記第2の抵抗とほぼ同じ抵抗値をもち、前記第2のラインと前記トランジスタのエミッタとの間に接続された第3の抵抗とを有することを特徴とするゼロクロス検知回路が提供される。
【0025】
また、請求項2記載の発明によれば、前記ゼロクロス検知回路は、前記トランジスタのベースとエミッタとの間に、アノードを該エミッタ側にして接続されたダイオードをさらに有することを特徴とする。
【0026】
また、請求項3記載の発明によれば、前記ゼロクロス検知回路は、前記第1のラインと前記第2の抵抗との間に、アノードを該第1のライン側にして接続された第1のダイオードをさらに有することを特徴とする。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【0028】
(第1の実施の形態)
図1は、本発明に係るゼロクロス検知回路を含む電源装置の第1の実施の形態の構成を示す回路図である。
【0029】
図1に示す回路構成は、図13に示す回路構成と基本的に同じであるので、同一部分には同一の参照符号を付す。
【0030】
図中、電源回路は、図13に示す回路構成と同様に、ゼロクロス検知回路、整流平滑回路、およびスイッチングレギュレータから構成される。参照符号が10番台(例えばD11等)の部品は全波整流平滑回路を構成し、参照符号が20番台(例えばQ21等)及び30番台(例えばC31等)の部品は自励式スイッチングレギュレータを構成し、参照符号が40番台(例えばR41等)の部品は、ゼロクロス検知回路を構成する。このスイッチングレギュレータはトランスT21を備え、全波整流平滑回路からの直流出力を絶縁降圧し所望の直流電圧を出力する。なお、スイッチングレギュレータとして自励式フライバックコンバータを用いているが、ゼロクロス回路は、スイッチングレギュレータの方式如何によらず同じ回路構成となる。
【0031】
本発明に係るゼロクロス検知回路が、図13に示す回路構成と異なる点は、ラインLine2と全波整流平滑回路の出力側の低電圧端側(トランジスタQ41のエミッタ端子)との間に抵抗R42が設けられている点である。抵抗R42は抵抗R41とほぼ同じ抵抗値をもつ。
【0032】
このように抵抗R42を設けることにより、ラインLine1よりもラインLine2の電位が高いときには抵抗R42に電流が流れ、したがって、Yコンデンサ(コンデンサC12,C13)に流れる電流も抵抗R42に流れ、この結果、Yコンデンサの設置に伴い発生する有害な電流が、抵抗R41に流れなくなる。これによって、Yコンデンサの容量が大きい場合や、商用AC電源の波形が正常でない場合でも、ゼロクロス信号を安定して得られるようになる。
【0033】
すなわち、ラインLine1から抵抗R41を介してゼロクロス検知回路へ入力する回路部分における抵抗R41と同程度の抵抗値をもつ抵抗R42を、ラインLine2からゼロクロス検知回路へ入力する回路部分に挿入して、ゼロクロス検知回路への2つの入力回路部分を対称にする。これにより、Yコンデンサの設置に伴い発生する有害な電流がゼロクロス検知回路をバイパスして流れ、ゼロクロス検知回路では、ゼロクロス信号を安定して得られるようになる。
【0034】
こうしたゼロクロス検知回路での安定したゼロクロス信号の生成を、図2〜図7に示す実際の例を参照して説明する。
【0035】
図2および図3は、図1に示すゼロクロス検知回路において、Yコンデンサの容量が大きな場合の各部の信号波形を示す図である。
【0036】
図2および図3において横軸は全て時間であり、(A)は、ラインLine1のグラウンドGNDに対する電位、(B)は、ラインLine2のグラウンドGNDに対する電位、(C)は、ラインLine1とラインLine2の電位差、(D)は、抵抗R41に流れる電流、(E)は、(D)の縦軸拡大波形、(F)は、フォトカプラPC41の2次側のフォトトランジスタのコレクタ電位であり、ゼロクロス信号ZEROXである。
【0037】
図4および図5は、図1に示すゼロクロス検知回路において、商用AC電源に3次高調波が重畳された場合の各部の信号波形を示す図である。
【0038】
図6および図7は、図1に示すゼロクロス検知回路において、商用AC電源に60度位相差がある場合の各部の信号波形を示す図である。
【0039】
図3、図5および図7のいずれにおいても、(E)に示す抵抗R41に流れる電流に異常な電流波形は認められず、(F)に示すゼロクロス信号ZEROXは正常なゼロクロス信号となっている。
【0040】
(第2の実施の形態)
図8は、本発明に係るゼロクロス検知回路を含む電源装置の第2の実施の形態の構成を示す回路図である。なお、第2の実施の形態の構成は、基本的に第1の実施の形態の構成と同じであるので、第2の実施の形態の説明においては、第1の実施の形態の構成を流用し、異なる部分だけを説明する。
【0041】
第2の実施の形態では、図8に示すように、トランジスタQ41のベースエミッタ間にダイオードD42を、アノード側がトランジスタQ41のエミッタ側になるようにして挿入する。
【0042】
これにより、商用AC電源にノイズが印加されても、トランジスタQ41のベースエミッタ間に逆バイアスが印加されることを防止することができる。
【0043】
(第3の実施の形態)
図9は、本発明に係るゼロクロス検知回路を含む電源装置の第3の実施の形態の構成を示す回路図である。なお、第3の実施の形態の構成は、基本的に第1の実施の形態の構成と同じであるので、第3の実施の形態の説明においては、第1の実施の形態の構成を流用し、異なる部分だけを説明する。
【0044】
第3の実施の形態では、図9に示すように、抵抗R41とシリーズにダイオードD43を、アノード側がラインLine1側になるようにして挿入する。
【0045】
これによっても、第2の実施の形態と同様に、商用AC電源にノイズが印加されても、トランジスタQ41のベースエミッタ間に逆バイアスが印加されることを防止することができる。
【0046】
なお、図9に示す回路においてさらに、ラインLine2と抵抗R42との間に、ダイオードD43と同じダイオードを、アノードをラインLine2側にして挿入し、抵抗R41と抵抗R42とを対称な回路とするようにしてもよい。
【0047】
【発明の効果】
以上詳述したように請求項1記載の発明によれば、第1および第2のラインを介して商用交流電源から電力の供給を受け、全波整流し平滑する全波整流平滑回路と、該全波整流平滑回路からの出力を絶縁降圧し所望の直流電圧を出力するスイッチングレギュレータとに接続されたゼロクロス検知回路が、前記全波整流平滑回路の高圧側出力端と低圧側出力端とに各一方端がそれぞれ接続され、各他方端がそれぞれ接地された2つのコンデンサと、前記全波整流平滑回路の低圧側出力端にエミッタが接続され、コレクタからゼロクロス検知信号を出力するトランジスタと、前記トランジスタのベースとエミッタとの間に接続された第1の抵抗と、前記第1の抵抗に並列に接続されたコンデンサと、前記第1のラインと前記トランジスタのベースとの間に接続された第2の抵抗と、前記第2の抵抗とほぼ同じ抵抗値をもち、前記第2のラインと前記トランジスタのエミッタとの間に接続された第3の抵抗とを有する。
【0048】
こうした第3の抵抗を設けることにより、全波整流平滑後に端子雑音対策用のYコンデンサ(上記の2つのコンデンサ)を設けても正常に動作し、かつ商用交流電源が異常な波形を示してもゼロクロス信号を安定して得られるようになる。
【0049】
また、請求項2記載の発明によれば、前記ゼロクロス検知回路が、前記トランジスタのベースとエミッタとの間に、アノードを該エミッタ側にして接続されたダイオードをさらに有する。あるいは、請求項3記載の発明によれば、前記ゼロクロス検知回路が、前記第1のラインと前記第2の抵抗との間に、アノードを該第1のライン側にして接続された第1のダイオードをさらに有する。
【0050】
これにより、商用交流電源にノイズが印加されても、上記トランジスタのベースエミッタ間に逆バイアスが印加されることが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るゼロクロス検知回路を含む電源装置の第1の実施の形態の構成を示す回路図である。
【図2】図1に示すゼロクロス検知回路において、Yコンデンサの容量が大きな場合の各部の信号波形(1/2)を示す図である。
【図3】図1に示すゼロクロス検知回路において、Yコンデンサの容量が大きな場合の各部の信号波形(2/2)を示す図である。
【図4】図1に示すゼロクロス検知回路において、商用AC電源に3次高調波が重畳された場合の各部の信号波形(1/2)を示す図である。
【図5】図1に示すゼロクロス検知回路において、商用AC電源に3次高調波が重畳された場合の各部の信号波形(2/2)を示す図である。
【図6】図1に示すゼロクロス検知回路において、商用AC電源に60度位相差がある場合の各部の信号波形(1/2)を示す図である。
【図7】図1に示すゼロクロス検知回路において、商用AC電源に60度位相差がある場合の各部の信号波形(2/2)を示す図である。
【図8】本発明に係るゼロクロス検知回路を含む電源装置の第2の実施の形態の構成を示す回路図である。
【図9】本発明に係るゼロクロス検知回路を含む電源装置の第3の実施の形態の構成を示す回路図である。
【図10】商用AC電源を用いた電源回路における従来のゼロクロス検知回路、ならびに付随する整流平滑回路およびスイッチングレギュレータを示す回路図である。
【図11】ゼロクロス検知回路の各部における信号波形(1/2)を示す図である。
【図12】ゼロクロス検知回路の各部における信号波形(2/2)を示す図である。
【図13】従来の別のゼロクロス検知回路を示す回路図である。
【図14】図13に示す回路においてYコンデンサの容量が比較的小さい場合のゼロクロス検知回路の各部における信号波形を示す図である。
【図15】図13に示す回路においてYコンデンサの容量が比較的大きい場合のゼロクロス検知回路の各部における信号波形を示す図である。
【図16】図13に示す回路において商用AC電源の波形が正常でない場合(第3次高調波が重畳した場合)のゼロクロス検知回路の各部における信号波形(1/2)を示す図である。
【図17】図13に示す回路において商用AC電源の波形が正常でない場合(第3次高調波が重畳した場合)のゼロクロス検知回路の各部における信号波形(2/2)を示す図である。
【図18】図13に示す回路において商用AC電源の波形が正常でない場合(位相差が60度である場合)のゼロクロス検知回路の各部における信号波形(1/2)を示す図である。
【図19】図13に示す回路において商用AC電源の波形が正常でない場合(位相差が60度である場合)のゼロクロス検知回路の各部における信号波形(2/2)を示す図である。
【符号の説明】
C11 全波整流平滑回路を構成する平滑コンデンサ
C12,C13 Yコンデンサ(2つのコンデンサ)
C41 コンデンサ
D11〜D14 全波整流平滑回路を構成するダイオード
D42 ダイオード
D43 ダイオード(第1のダイオード)
line1 ライン(第1のライン)
line2 ライン(第2のライン)
R41 抵抗(第2の抵抗)
R42 抵抗(第3の抵抗)
R43 抵抗(第1の抵抗)
Q41 トランジスタ
T21 スイッチングレギュレータを構成するトランス
Claims (5)
- 第1および第2のラインを介して商用交流電源から電力の供給を受け、全波整流し平滑する全波整流平滑回路と、前記全波整流平滑回路の高圧側出力端と低圧側出力端とに各一方端が夫々接続され、各他方端が夫々接地された2つのコンデンサと、前記全波整流平滑回路からの出力を絶縁降圧し所望の直流電圧を出力するスイッチングレギュレータとを有する電源装置に接続されるゼロクロス検知回路において、
前記全波整流平滑回路の低圧側出力端にエミッタが接続され、コレクタからゼロクロス検知信号を出力するトランジスタと、
前記トランジスタのベースとエミッタとの間に接続された第1の抵抗と、
前記第1のラインと前記トランジスタのベースとの間に接続された第2の抵抗と、
前記第2の抵抗とほぼ同じ抵抗値をもち、前記第2のラインと前記トランジスタのエミッタとの間に接続された第3の抵抗とを有することを特徴とするゼロクロス検知回路。 - 前記トランジスタのベースとエミッタとの間に、アノードを該エミッタ側にして接続されたダイオードを、さらに有することを特徴とする請求項1記載のゼロクロス検知回路。
- 前記第1のラインと前記第2の抵抗との間に、アノードを該第1のライン側にして接続された第1のダイオードを、さらに有することを特徴とする請求項1記載のゼロクロス検知回路。
- 前記第2のラインと前記第3の抵抗との間に、アノードを該第2のライン側にして接続された第2のダイオードを、さらに有することを特徴とする請求項3記載のゼロクロス検知回路。
- 前記トランジスタはNPNタイプのトランジスタであることを特徴とする請求項1に記載のゼロクロス検知回路。
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