JP5790813B2 - 交流電圧の周期及び位相検出装置及び方法 - Google Patents

交流電圧の周期及び位相検出装置及び方法 Download PDF

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Description

本発明は、交流電源を直流電源に変換するＡＣ−ＤＣ変換装置等に適用される交流電圧の周期及び位相検出装置及び方法に関する。
交流電圧から直流電圧を発生するＡＣ−ＤＣ変換装置を備えた車載用の充電器等は、力率を改善するためにＰＦＣ（power factor correction）制御を行ない、交流電圧を整流回路により整流し、平滑コンデンサにより平滑して直流電圧に変換し、該直流電圧をＤＣ−ＤＣコンバータにより所定の直流電圧に変換して、最終的にバッテリー等に給電する。
ＰＦＣ制御では、入力される交流電圧の波形と同様の波形となるよう入力電流の波形を制御する方法、或いはマイクロコントローラ内に正弦波のマップを設けておき、入力される正弦波の交流電圧の位相に合わせて該マップに沿って電流を生成する方法が用いられる。
正弦波のマップを使用して電流を生成する場合には、入力される交流電圧の０度及び１８０度の位相でマップの読出しを開始するため、入力される交流電圧の位相検出が必要となる。そのために、入力される交流電圧が０ボルトを跨ぐタイミング、即ちゼロクロスを正しく検出する必要がある。
入力される交流電圧の周期の検出は、当該交流の電圧の実効値の演算、電流の実効値の演算、及び入力電力（平均値）を演算するために必要となる。交流電圧の実効値、交流電流の実効値及び交流電力（平均値）を基に、ＡＣ−ＤＣ変換装置の電流制御モードにおける目標電流となるよう入力電流を制御する。
このような電流制御において、入力される交流電圧の周期性が乱れ、周期が変動する場合、既定の周期の値を用いた演算では、電圧及び電流の実効値並びに電力を正しく算出することができない。また、上位装置から指令される充電電力の指令値に対する応答性（追従性）、電圧変動に対する応答性（追従性）に高速に対応するために、上述の目標電流の更新を交流電圧の半周期（半波）毎に行なうこともある。そのため、交流電圧の０度及び１８０度の位相を正確に検出し、交流電圧の半周期（半波）毎の目標電流の更新タイミングを精度良く決定する必要がある。
交流電圧の０度及び１８０度の位相、即ちゼロクロス点で、目標電流を更新することにより、電流が０アンペアから徐々に変化するため、滑らかな電流波形とすることができる。一方、交流電圧が０ボルト以外の電圧のとき、例えばピーク電圧付近のとき、目標電流を更新すると、ピーク電流付近の電流が変更後の電流に急激に上昇又は下降するため、大きく歪んだ電流波形となってしまう。
交流電圧のゼロクロス検出に関して、下記の特許文献１には、ノイズ等による誤検出を防止するために、ゼロクロス検出に対するマスク期間（不感帯）を設定する構成が記載されている。特許文献１に記載のものは、図７に示すように、起動時から最初の所定期間Ｔ１に交流電圧の周波数が５０Ｈｚであるか６０Ｈｚであるかを検出し、検出した周波数を基に（１／検出周波数)／２により半周期を求める。
特許文献１の交流電圧の周波数波の検出は、周波数測定期間Ｔ１（例えば２００ｍｓ）におけるゼロクロスの回数が４５以上５５以下であれば５０Ｈｚとし、５６以上６５以下であれば６０Ｈｚとして検出する。そして、交流電圧の最大周波数変動率ａから、交流電圧の半周期の許容変動幅αを、（１／検出周波数)／２×ａとして算定し、マスク期間Ｔ２を、（１／検出周波数)／２−αとして設定する。
そして、交流電圧のゼロクロスのタイミングをトリガとしてカウンタにより所定時間毎のカウントアップを開始し、該カウンタによるカウント値がマスク期間Ｔ２内の値のときに検出されたゼロクロスを、半周期の正規のゼロクロスとしては検出しないようにし、マスク期間Ｔ２経過後に検出されるゼロクロスを、半周期の正規のゼロクロスとして検出するようにしている。
また、一定周期のパルス列に雑音パルスが混入し、或いは該パルス列のパルス周期に変動が生じ、パルス周期が所定値以下に短縮した場合、パルスインヒビットを行って、周期短縮を阻止する回路に関して下記の特許文献２に記載されている。
特開平１１−３１８０７２号公報 特公昭５６−１９７６７号公報
特許文献１等に記載の従来のセロクロス検出方法では、最初に電源周波数を検出し、検出した電源周波数を基に算出した固定的なマスク期間を設けて、ノイズ等による誤検出を防止して交流電圧のゼロクロスの検出を行なっているが、マスク期間が固定であるため、交流電圧の周期が変動する場合、半周期の正規のゼロクロス以外のゼロクロスを誤検出する可能性がある。
上記課題に鑑み、本発明は、変動する交流電圧の周期に対して、該交流電圧が０ボルトを跨ぐタイミング、即ちゼロクロスのタイミングを正しく検出し、該交流電圧の周期並びに０度及び１８０度の位相を正確に検出することが可能な交流電圧の周期及び位相検出装置及び方法を提供する。
本発明に係るひとつの形態としての交流電圧の周期及び位相検出装置は、交流電圧を検知する交流電圧センサと、前記交流電圧センサで検知された交流電圧が、正電圧閾値を越えるタイミング又は負電圧閾値を下回るタイミングを検出して前記交流電圧の１周期を検出する１周期検出処理手段と、前記１周期検出処理手段で検出される１周期を基に動的に時間閾値を設定し、前記交流電圧センサで検知される交流電圧の一つのゼロクロスを検出した後、前記時間閾値を越えた後に、次のゼロクロスを検出し、該ゼロクロスの検出を基に、前記交流電圧の半周期並びに０度及び１８０度の位相を検出するゼロクロス検出処理手段と、を備えたものである。
前記ゼロクロス検出処理手段は、前記交流電圧センサで検知される交流電圧が前回０ボルトを跨いでから今回０ボルトを跨ぐまでの継続時間が、前記１周期を基に動的に設定した時間閾値以上継続した後に、前記交流電圧の半周期毎のゼロクロスを検出する手段、を備えたものである。
また、前記ゼロクロス検出処理手段は、前記交流電圧センサで検知される交流電圧が０ボルトを上回る正電圧継続時間が、前記１周期を基に動的に設定した正側時間閾値以上継続した後、又は、０ボルトを下回る負電圧継続時間が、前記１周期を基に動的に設定した負側時間閾値以上継続し後に、前記交流電圧の半周期毎のゼロクロスを検出する手段を備えたものである。
また、前記ゼロクロス検出処理手段は、前記交流電圧の半周期の期間が所定の異常時間閾値以上であり、且つ、前記正電圧継続時間又は前記負電圧継続時間が前記時間閾値以下であるか否かを判定し、該判定の結果を基に、異常ゼロクロスの発生を検出する手段を備えたものである。
本発明によれば、１周期検出処理手段で検出される１周期を基に動的にゼロクロス不感帯の時間閾値を設定することにより、交流電圧の周波数の変動に対して、正確に該交流電圧の半周期並びに０度及び１８０度の位相を検出することが可能となり、系統電源以外の周波数変動の大きい交流電源に対しても、正確に半周期及び位相を検出することができる。
また、交流電圧の正電圧継続時間及び負電圧継続時間がそれぞれに所定の時間閾値を越えた後に、ゼロクロスの検出を行なうことにより、交流電圧センサのオフセット誤差や交流電圧波形の正負のピークのアンバランスがあるときの見かけ上の周期の誤差の発生に対して、正確に半周期並びに０度及び１８０度の位相を検出することができる。
また、半周期の期間及び正電圧継続時間又は負電圧継続時間を、所定の閾値と比較して判定することにより、正電圧継続時間又は負電圧継続時間が所定の閾値以下のときに発生した異常のゼロクロスの発生を検出することが可能となる。
本発明による交流電圧の周期及び位相検出装置を適用した回路構成例を示す図である。 １周期検出処理部による１周期の検出の態様を示す図である。 ゼロクロスの検出をマスクする態様を示す図である。 第１の実施形態によるゼロクロス検出の処理のフローチャートである。 第２の実施形態によるゼロクロス検出の処理のフローチャートである。 異常半周期の検出処理のフローチャートである。 従来のゼロクロスの検出の態様を示す図である。
本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明による交流電圧の周期及び位相検出装置を適用した回路構成例を示す。本発明による交流電圧の周期及び位相検出装置は、商用配電線網から供給される交流電源（系統電源）等の交流電圧源１１の電圧を検知するＡＣ電圧センサ１２と、該交流電圧源１１の電圧の１周期を検出する１周期検出処理部１３と、該交流電圧源１１の電圧がゼロボルトを跨ぐタイミングを検出するゼロクロス検出処理部１４とを備える。
ゼロクロス検出処理部１４で検出した交流電圧の半周期並びに０度及び１８０度の位相は、ＡＣ／ＤＣ電力変換制御部１５に通知される。ＡＣ／ＤＣ電力変換制御部１５は、ゼロクロス検出処理部１４から通知された半周期並びに０度及び１８０度の位相に基づいて、ＡＣ／ＤＣ電力変換機１６の入力電流等を制御する。
図２は、１周期検出処理部１３による１周期の検出の態様を示す。１周期検出処理部１３は、ＡＣ電圧センサ１２で検知される交流電圧源１１の電圧が、正電圧閾値Ｖｐｔｈを越えるタイミング又は負電圧閾値Ｖｍｔｈを下回るタイミングを検出することにより１周期を検出する。なお、正電圧閾値Ｖｐｔｈと負電圧閾値Ｖｍｔｈは、絶対値が等しい電圧、即ち、負電圧閾値Ｖｍｔｈ＝−正電圧閾値Ｖｐｔｈとしてもよい。
図２において、（ａ）はＡＣ電圧センサ１２で検知される交流電圧の波形を示し、正電圧閾値Ｖｐｔｈを越える点Ｐを上向き三角で示し、負電圧閾値Ｖｍｔｈを下回る点Ｑを下向き三角で示している。
１周期検出処理部１３は、正電圧閾値Ｖｐｔｈを越える点Ｐを検出し、該点Ｐを検出したタイミングで、正側１周期を検出する周期検出カウンタによる所定時間毎（例えば３６ＫＨｚ）のカウントアップを開始し、次の正電圧閾値Ｖｐｔｈを越える点Ｐを検出したタイミングで該周期検出カウンタのカウントアップを停止する。１周期検出処理部１３は、該カウントアップの停止時のカウント値を正側１周期として検出し、該周期検出カウンタをゼロにクリアする。
また、１周期検出処理部１３は、負電圧閾値Ｖｍｔｈを下回る点Ｑを検出し、該点Ｑを検出したタイミングで、負側１周期を検出する周期検出カウンタによる所定時間毎（例えば３６ＫＨｚ）のカウントアップを開始し、次の負電圧閾値Ｖｍｔｈを下回る点Ｑを検出したタイミングで該周期検出カウンタのカウントアップを停止する。１周期検出処理部１３は、該カウントアップの停止時のカウント値を負側１周期として検出し、該周期検出カウンタをゼロにクリアする。
図２の（ｂ）は、正電圧閾値Ｖｐｔｈを越える点Ｐから次の正電圧閾値Ｖｐｔｈを越える点Ｐまでの正側１周期を検出する周期検出カウンタのカウント値を示し、（ｃ）は、負電圧閾値Ｖｍｔｈを下回る点Ｑから次の負電圧閾値Ｖｍｔｈを下回る点Ｑまでの負側１周期を検出する周期検出カウンタのカウント値を示している。
１周期検出処理部１３は、検出した正側１周期又は負側１周期の何れかのカウント値を選択し、該選択した１周期のカウント値を、該１周期を検出する毎にゼロクロス検出処理部１４に通知する。
１周期検出処理部１３は、ＡＣ電圧センサ１２で検知される電圧が、正電圧閾値Ｖｐｔｈ又は負電圧閾値Ｖｍｔｈを跨ぐタイミングを検出して１周期を検出するため、０ボルト付近にノイズが重畳する交流電圧に対して、また、矩形波等のようにゼロクロス点が１点に定まらない波形の交流電圧に対しても、正確に１周期を検出することができる。
ゼロクロス検出処理部１４は、ＡＣ電圧センサ１２で検知された交流電圧が０ボルトを跨ぐタイミング位置で、周期並びに０度及び１８０度の位相を検出する。しかし、交流電圧が０ボルトとなる付近では、系統電源等の交流電圧源１１に接続された他の負荷回路や発電機等から発生するノイズが重畳し、該ノイズによるゼロクロス点を半周期毎のゼロクロス点として誤検出してしまう場合がある。
交流電圧のゼロクロス点を誤検出すると、交流電圧の周期及び位相を正確に検出することができなくなる。そこで、ゼロクロス検出処理部１４は、ＡＣ電圧センサ１２で検知された交流電圧が一旦０ボルトを跨ぐゼロクロスを検出したとき、一定期間、次のゼロクロスの検出をマスクする。ゼロクロスの検出をマスクする処理の第１の実施形態について図３を参照して説明する。
図３の（ａ）は、ＡＣ電圧センサ１２で検知される交流電圧の波形を示している。ゼロクロス検出処理部１４は、交流電圧のゼロクロスのエッジ点Ｒを検出したタイミングで、例えば３６ＫＨｚの周期でカウントアップを行なう半周期カウンタのカウントアップを開始する。
ゼロクロス検出処理部１４は、一旦、交流電圧のゼロクロスのエッジ点Ｒを検出した後は、該半周期カウンタがマスク期間である所定の時間閾値Ｔ２に相当するカウント値Ｍを越えるまでは、次のゼロクロス点の検出を行わないようにする。
ゼロクロス検出処理部１４は、所定の時間閾値Ｔ２に相当するカウント値Ｍとして、１周期検出処理部１３により直前に通知された直近の１周期のカウンタ値を用い、好ましくは、該１周期のカウンタ値の例えば約４０％（≒２５／６４）の値を設定する。該所定の時間閾値Ｔ２は、交流電圧の公称周波数変動による許容位相変動幅にマージンを加えた期間を基に決定される。
交流電圧のゼロクロスのエッジ点は、時間閾値Ｔ２のマスク期間中でないとき、（１）前回の検出時に負電圧で今回の検出時に正電圧（又は０以上の電圧)となったことにより検出し、また、（２）前回の検出時に正電圧で今回の検出時に負電圧（又は０以下の電圧)となったことにより検出する。図３の（ｂ）は、交流電圧の半周期の期間を、例えば３６ＫＨｚ毎にカウントアップして検出するカウンタのカウント値を示している。
交流電圧のゼロクロスのエッジ点の検出により、交流電圧の０度及び１８０度の位相が検出されるとともに、ゼロクロスのエッジ点の間を所定の周期でカウントアップしたカウント値により半周期が検出される。ＡＣ電圧センサ１２により検知される交流電圧を、ＡＤコンバータ等よりデジタル信号としてゼロクロス検出処理部１４に入力することにより、ゼロクロス検出処理部１４では、ＣＰＵ等のプロセッサを用いてソフトウェア処理により交流電圧のゼロクロスを検出することができる。
前述の特許文献１記載のものは、最初に、交流電圧源１１の周波数が５０Ｈｚか６０Ｈｚかを判定し、該判定後の周波数の固定的な半周期に対し、所定の周期変動幅を差し引いた期間をマスク期間としている。これに対して、本願発明では、常時、交流電圧源１１の１周期の期間を監視し、該１周期の期間に所定の計数を乗じて動的にマスク期間を設定することにより、交流電圧源１１の周波数変動に適応して、正確に交流電圧源１１の周期並びに０度及び１８０度の位相を検出することができる。
上述のゼロクロス検出の第１の実施形態の処理フローについて図４を参照して説明する。ゼロクロス検出処理部１４は、図４に示す処理フローを例えば３６ＫＨｚのタイマ割り込みによって繰り返し実行する。図４に示す処理フローがタイマ割り込みによって起動されると、まず、半周期カウンタに１を加えるカウントアップ処理を実施する（ステップＳ４１）。次のステップＳ４２〜Ｓ４４は、交流電圧が負から正に変化する時のゼロクロス検出の処理であり、ステップＳ４５〜Ｓ４７は、交流電圧が正から負に変化する時のゼロクロス検出の処理である。
まず、交流電圧が負から正に変化するゼロクロス検出の処理について説明する。ステップＳ４２において、前回の交流（ＡＣ）電圧が負（＜０）でかつ今回の交流（ＡＣ）電圧が正（＞０）か否かを判定する。この判定で、交流電圧が負から正に変化したか否かが判定される。交流電圧が負から正に変化したと判定された場合（ステップＳ４２でＹＥＳの場合）、半周期カウンタのカウント値が時間閾値（マスク期間）Ｔ２に相当する値Ｍを越えているか否かを判定する（ステップＳ４３）。
半周期カウンタのカウント値が時間閾値（マスク期間）Ｔ２に相当する値Ｍを越えている場合（ステップＳ４３でＹＥＳの場合）、負側から正側へのゼロクロスを検出し、このときの半周期カウンタのカウント値により、半周期を更新し、０度位相検出フラグをオンに設定し、半周期カウンタのカウント値をゼロにクリアする（ステップＳ４４）。
前述のステップＳ４２で交流電圧が負から正に変化したと判定されない場合（ステップＳ４２でＮＯの場合）、ステップＳ４５に移行する。また、前述のステップＳ４３で半周期カウンタのカウント値が時間閾値（マスク期間）Ｔ２に相当する値を越えていないと判定された場合（ステップＳ４３でＮＯの場合）、ステップＳ４５に移行する。
次に、交流電圧が正から負に変化するゼロクロス検出の処理について説明する。ステップＳ４５において、前回の交流（ＡＣ）電圧が正（＞０）でかつ今回の交流（ＡＣ）電圧が負（＜０）か否かを判定する。この判定で、交流電圧が正から負に変化したか否かが判定される。交流電圧が正から負に変化したと判定された場合（ステップＳ４５でＹＥＳの場合）、半周期カウンタのカウント値が時間閾値（マスク期間）Ｔ２に相当する値Ｍを越えているか否かを判定する（ステップＳ４６）。
半周期カウンタのカウント値が時間閾値（マスク期間）Ｔ２に相当する値Ｍを越えている場合（ステップＳ４６でＹＥＳの場合）、正側から負側へのゼロクロスを検出し、このときの半周期カウンタのカウント値により、半周期を更新し、１８０度位相検出フラグをオンに設定し、半周期カウンタのカウント値をゼロにクリアする（ステップＳ４７）。
前述のステップＳ４５で交流電圧が正から負に変化したと判定されない場合（ステップＳ４５でＮＯの場合）、処理を終了する。また、前述のステップＳ４６で半周期カウンタのカウント値が時間閾値（マスク期間）Ｔ２に相当する値Ｍを越えていないと判定された場合（ステップＳ４６でＮＯの場合）、処理を終了する。
ゼロクロス検出処理部１４は、この処理フローで検出した半周期、０度位相フラグ及び１８０度位相フラグを、ＡＣ／ＤＣ電力変換制御部１５に通知し、該通知の後、０度位相フラグ及び１８０度位相フラグをオフに設定する。ＡＣ／ＤＣ電力変換制御部１５は、ゼロクロス検出処理部１４から通知される半周期Ｔを基に、下記の式１、式２及び式３により、交流電圧の実効値Ｖac_rms、交流電流の実効値Ｉac_rms及び入力電力Ｗacを演算する。
ＡＣ／ＤＣ電力変換制御部１５は、交流電圧の実効値Ｖac_rms、交流電流の実効値Ｉac_rms及び入力電力Ｗacを基に目標入力電流を算出し、０度及び１８０度の位相に合わせて正弦波のマップを読み出し、該目標入力電流に相当する入力電流を生成し、ＡＣ／ＤＣ電力変換機１６を制御する。
次にゼロクロスの検出をマスクする第２の実施形態の処理フローについて説明する。第２の実施形態によるゼロクロス検出は、交流電圧が０ボルトを上回る正電圧継続時間又は０ボルトを下回る負電圧継続時間が、所定時間以上継続した後に、半周期の検出を行ない、正電圧継続時間又は負電圧継続時間が時間閾値を越えてないときにゼロクロスが検出された場合、該ゼロクロスによる半周期検出が行なわれないようにするものである。
以下、図５を参照して第２の実施形態によるゼロクロス検出の処理フローについて説明する。ゼロクロス検出処理部１４は、図５に示す処理フローを例えば３６ＫＨｚのタイマ割り込みによって繰り返し実行する。図５に示す処理フローがタイマ割り込みによって起動されると、まず、半周期カウンタに１を加えるカウントアップ処理を実施する（ステップＳ５０１）。次のステップＳ５０２〜Ｓ５０８は、交流電圧が正の半周期の検出処理であり、ステップＳ５０９〜Ｓ５１５は、交流電圧が負の半周期の検出処理である。
まず、交流電圧が正の半周期の検出処理について説明する。まず、交流（ＡＣ）電圧が正（＞０）か否かを判定する（ステップＳ５０２）。交流（ＡＣ）電圧が正（＞０）と判定された場合（ステップＳ５０２でＹＥＳの場合）、正電圧継続時間を計測する正電圧継続カウンタのカウント値に１を加えてカウントアップする（ステップＳ５０３）。
そして、正電圧継続カウンタのカウント値が、上限であるカウンタリミット以上であるか否かを判定する（ステップＳ５０４）。正電圧継続カウンタのカウント値がカウンタリミット以上である場合（ステップＳ５０４でＹＥＳの場合）、正電圧継続カウンタのカウント値をカウンタリミットの値に設定し（ステップＳ５０５）、ステップＳ５０９に移行する。前述のステップＳ５０４で正電圧継続カウンタのカウント値がカウンタリミット未満であると判定された場合（ステップＳ５０４でＮＯの場合）、なにもせずにステップＳ５０９に移行する。
一方、前述のステップＳ５０２において、交流（ＡＣ）電圧が正（＞０）でないと判定された場合（ステップＳ５０２でＮＯの場合）、前述の正電圧継続カウンタが所定の正側時間閾値を越えているか否かを判定する（ステップＳ５０６）。
所定の正側時間閾値として、前述の第１の実施形態でマスク期間として説明した１周期の例えば２５／６４としてもよい。また、交流電圧センサのオフセット誤差や交流電圧波形の正負のピークのアンバランスがある場合には、後述する負側時間閾値と別個に独立して、正側時間閾値を定めてもよい。なお、前述のステップ５０４におけるカウンタリミットは、該正側時間閾値を越える値である。
正電圧継続カウンタが正側時間閾値を越えている場合（ステップＳ５０６でＹＥＳの場合）、交流電圧が正側から負側へ変化してゼロクロスが発生したと判定し、このときの半周期カウンタのカウント値により、半周期を更新し、１８０度位相検出フラグをオンに設定し、半周期カウンタのカウント値をゼロにクリアする（ステップＳ５０７）。また、正電圧継続カウンタのカウント値をゼロにクリアする（ステップＳ５０８）。
次に、交流電圧が負の半周期の検出処理について説明する。まず、交流（ＡＣ）電圧が負（＜０）か否かを判定する（ステップＳ５０９）。交流（ＡＣ）電圧が負（＜０）と判定された場合（ステップＳ５０９でＹＥＳの場合）、負電圧継続時間を計測する負電圧継続カウンタのカウント値に１を加えてカウントアップする（ステップＳ５１０）。
そして、負電圧継続カウンタのカウント値が、上限であるカウンタリミット以上であるか否かを判定する（ステップＳ５１１）。負電圧継続カウンタのカウント値がカウンタリミット以上である場合（ステップＳ５１１でＹＥＳの場合）、負電圧継続カウンタのカウント値をカウンタリミットの値に設定し（ステップＳ５１２）、処理を終了する。前述のステップＳ５１１で負電圧継続カウンタのカウント値がカウンタリミット未満であると判定された場合（ステップＳ５１１でＮＯの場合）、なにもせずに処理を終了する。
一方、前述のステップＳ５０９において、交流（ＡＣ）電圧が負（＜０）でないと判定された場合（ステップＳ５０９でＮＯの場合）、前述の負電圧継続カウンタが所定の負側時間閾値を越えているか否かを判定する（ステップＳ５１３）。
所定の負側時間閾値として、前述の正側時間閾値と同様に、１周期の例えば２５／６４としてもよい。また、交流電圧センサのオフセット誤差や交流電圧波形の正負のピークのアンバランスがある場合には、正側時間閾値と別個に独立して、負側時間閾値を定めてもよい。なお、前述のステップ５１１におけるカウンタリミットは、該負側時間閾値を越える値である。
負電圧継続カウンタが負側時間閾値を越えている場合（ステップＳ５１３でＹＥＳの場合）、交流電圧が負側から正側へ変化してゼロクロスが発生したと判断し、このときの半周期カウンタのカウント値により、半周期を更新し、０度位相検出フラグをオンに設定し、半周期カウンタのカウント値をゼロにクリアする（ステップＳ５１４）。また、負電圧継続カウンタのカウント値をゼロにクリアする（ステップＳ５１５）。
前述の第１の実施形態と同様に、ゼロクロス検出処理部１４は、この処理フローで検出した半周期、０度位相フラグ及び１８０度位相フラグを、ＡＣ／ＤＣ電力変換制御部１５に通知し、該通知の後、０度位相フラグ及び１８０度位相フラグをオフに設定する。ＡＣ／ＤＣ電力変換制御部１５は、ゼロクロス検出処理部１４から通知される半周期Ｔを基に、上述の式１、式２及び式３により、交流電圧の実効値Ｖac_rms、交流電流の実効値Ｉac_rms及び入力電力Ｗacを演算する。
正電圧継続カウンタ及び負電圧継続カウンタを備える上述の第２の実施形態では、正側時間閾値又は負側時間閾値以内に発生したゼロクロスに対して、異常ゼロクロスの発生（異常半周期）として検出することができる。なお、図４及び図５の処理フローにおいて、半周期カウンタのリミット処理は省略している。
図６は、第２の実施形態における異常半周期の検出処理フローを示す。該異常半周期の検出処理は、好ましくは、前述の図５の処理の終了後に実行するように構成することができる。異常半周期の検出処理は、まず、半周期カウンタが所定の異常時間閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ６１）。所定の異常時間閾値として、例えば交流電圧の１周期の半分の値とすることができる。
半周期カウンタが所定の異常時間閾値以上の場合（ステップＳ６１でＹＥＳの場合）、正電圧継続カウンタが前述のステップＳ５０６における正側時間閾値未満であるか、又は、負電圧継続カウンタが前述のステップＳ５１３における負側時間閾値未満であるか、を判定する（ステップＳ６２）。
正電圧継続カウンタが該正側時間閾値未満、又は、負電圧継続カウンタが該負側時間閾値未満である場合（ステップＳ６２でＹＥＳ）、半周期エラーフラグをオンに設定し（ステップＳ６３）、処理を終了する。半周期エラーフラグは、所定のタイミングでＡＣ／ＤＣ電力変換制御部１５に通知する。ステップＳ６１及びステップＳ６２でＮＯと判定された場合、処理を終了する。
異常半周期は以下のようにして検出される。交流電圧がノイズ等の影響又は瞬停により、正電圧継続カウンタ又は負電圧継続カウンタが正側又は負側時間閾値以下のときに、０ボルトを跨ぐゼロクロスが発生したとする。
すると、図５の処理フローにおいて、ステップＳ５０１で半周期カウンタがカウントアップされ、ステップＳ５０２又はステップＳ５０９の判定でゼロクロス発生によりＮＯと判定され、ステップＳ５０６又はステップＳ５１３の判定が行なわれる。
ステップＳ５０６又はステップＳ５１３で、正電圧継続カウンタ又は負電圧継続カウンタが正側又は負側時間閾値以下なのでＮＯと判定され、このゼロクロスに対しては正規のゼロクロスとして検出しないため、半周期カウンタはゼロにクリアされずに、カウントアップを継続する。一方、正電圧継続カウンタ又は負電圧継続カウンタは、ステップＳ５０８又はＳ５１５によりゼロにクリアされる。
そのため、交流電圧が瞬停やノイズ等の影響により、正電圧継続カウンタ又は負電圧継続カウンタが正側又は負側時間閾値未満のときに、異常ゼロクロスが発生すると、正電圧継続カウンタ又は負電圧継続カウンタが正側又は負側時間閾値未満の状態で、半周期カウンタが異常時間閾値を越えることとなり、この状態の発生を検出することにより、瞬停やノイズ等による異常ゼロクロスの発生（半周期エラー）を検出することができる。
第１及び第２の実施形態によれば、１周期検出処理手段で検出される１周期を基に動的にゼロクロス不感帯の時間閾値を設定することにより、交流電圧の周波数の変動に対して、正確に該交流電圧の半周期並びに０度及び１８０度の位相を検出することが可能となり、系統電源以外の周波数変動の大きい交流電源に対しても、正確に半周期及び位相を検出することができる。
また、第２の実施形態によれば、交流電圧の正電圧継続時間及び負電圧継続時間がそれぞれに所定の時間閾値を越えた後に、ゼロクロスの検出を行なうことにより、交流電圧センサのオフセット誤差や交流電圧波形の正負のピークのアンバランスがあるときの見かけ上の周期の誤差に対して、正確に半周期並びに０度及び１８０度の位相を検出することができる。
また、第２の実施形態によれば、半周期の期間及び正電圧継続時間又は負電圧継続時間を、所定の閾値と比較して判定することにより、正電圧継続時間又は負電圧継続時間が所定の閾値未満のときに発生する異常ゼロクロスの発生を検出することが可能となる。
また、第１及び第２の実施形態によれば、交流電圧がアナログ−デジタル変換回路等より入力されるＡＣ／ＤＣ電力変換装置において、ＣＰＵ等のプロセッサを用いてソフトウェア処理により交流電圧のゼロクロスを検出することができる。
また、第１及び第２の実施形態によれば、半周期を正確に検出して半周期毎にＰＦＣ制御回路を制御して応答性を高めることができるため、ＰＦＣ制御回路に使用される平滑コンデンサの容量を小さくすることができ、部品のコストダウン化を図ることが可能となる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、以上に述べた実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の構成または実施形態を取ることができる。
１１ 交流電圧源
１２ ＡＣ電圧センサ
１３ １周期検出処理部
１４ ゼロクロス検出処理部
１５ ＡＣ／ＤＣ電力変換制御部
１６ ＡＣ／ＤＣ電力変換機

Claims (8)

  1. 車載用の充電器に設けられる、商用配線電力網から供給される系統電源の交流電圧の周期及び位相検出装置であって、
    前記交流電圧を検知する交流電圧センサと、
    前記交流電圧センサで検知された交流電圧が、正電圧閾値を越えるタイミング又は負電圧閾値を下回るタイミングを検出して前記交流電圧の１周期を検出する１周期検出処理手段と、
    前記１周期検出処理手段で検出される１周期を基に動的に時間閾値を設定し、前記交流電圧センサで検知される交流電圧の一つのゼロクロスを検出した後、前記時間閾値を越えた後に、次のゼロクロスを検出し、該ゼロクロスの検出を基に、前記交流電圧の半周期並びに０度及び１８０度の位相を検出するゼロクロス検出処理手段と、
    を備えた交流電圧の周期及び位相検出装置。
  2. 前記ゼロクロス検出処理手段は、前記交流電圧センサで検知される交流電圧が前回０ボルトを跨いでから今回０ボルトを跨ぐまでの継続時間が、前記１周期を基に動的に設定した時間閾値以上継続した後に、前記交流電圧の半周期毎のゼロクロスを検出する手段、
    を備えたことを特徴とする請求項１に記載の交流電圧の周期及び位相検出装置。
  3. 前記ゼロクロス検出処理手段は、前記交流電圧センサで検知される交流電圧が０ボルトを上回る正電圧継続時間が、前記１周期を基に動的に設定した正側時間閾値以上継続した後、又は、０ボルトを下回る負電圧継続時間が、前記１周期を基に動的に設定した負側時間閾値以上継続した後に、前記交流電圧の半周期毎のゼロクロスを検出する手段、
    を備えたことを特徴とする請求項１に記載の交流電圧の周期及び位相検出装置。
  4. 前記ゼロクロス検出処理手段は、前記交流電圧の半周期の期間が所定の異常時間閾値以上であり、且つ、前記正電圧継続時間が前記正側時間閾値以下又は前記負電圧継続時間が前記負側時間閾値以下であるか否かを判定し、該判定の結果を基に、異常ゼロクロスの発生を検出する手段、
    を備えたことを特徴とする請求項３に記載の交流電圧の周期及び位相検出装置。
  5. 商用配線電力網から供給される系統電源の交流電圧の周期及び位相検出方法であって、
    車載用の充電器は、
    前記交流電圧を検知する交流電圧センサで検知された交流電圧が、正電圧閾値を越えるタイミング又は負電圧閾値を下回るタイミングを検出して前記交流電圧の１周期を検出する１周期検出処理ステップと、
    前記１周期検出処理ステップで検出された１周期を基に動的に時間閾値を設定し、前記交流電圧センサで検知される交流電圧の一つのゼロクロスを検出した後、前記時間閾値を越えた後に、次のゼロクロスを検出し、該ゼロクロスの検出により、前記交流電圧の半周期並びに０度及び１８０度の位相を検出するゼロクロス検出処理ステップと、
    を実行する交流電圧の周期及び位相検出方法。
  6. 前記ゼロクロス検出処理ステップは、前記交流電圧センサで検知される交流電圧が前回０ボルトを跨いでから今回０ボルトを跨ぐまでの継続時間が、前記１周期を基に動的に設定した時間閾値以上継続した後に、前記交流電圧の半周期毎のゼロクロスを検出するステップ、
    を含むことを特徴とする請求項５に記載の交流電圧の周期及び位相検出方法。
  7. 前記ゼロクロス検出処理ステップは、前記交流電圧センサで検知される交流電圧が０ボルトを上回る正電圧継続時間が、前記１周期を基に動的に設定した正側時間閾値以上継続した後、又は、０ボルトを下回る負電圧継続時間が、前記１周期を基に動的に設定した負側時間閾値以上継続し後に、前記交流電圧の半周期毎のゼロクロスを検出するステップ、
    を含むことを特徴とする請求項５に記載の交流電圧の周期及び位相検出方法。
  8. 前記ゼロクロス検出処理ステップは、前記交流電圧の半周期の期間が所定の異常時間閾値以上であり、且つ、前記正電圧継続時間が前記正側時間閾値以下又は前記負電圧継続時間が前記負側時間閾値以下であるか否かを判定し、該判定の結果を基に、異常ゼロクロスの発生を検出するステップ、
    を含むことを特徴とする請求項７に記載の交流電圧の周期及び位相検出方法。
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