JP7027989B2 - Zero cross point detection method for AC commercial voltage in power supply units, power supply systems, and power supply units - Google Patents

Zero cross point detection method for AC commercial voltage in power supply units, power supply systems, and power supply units Download PDF

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Description

本発明は、電源装置、電源システム、及び電源装置におけるAC商用電圧のゼロクロス点検出方法に関する。 The present invention relates to a power supply unit, a power supply system, and a method for detecting a zero cross point of an AC commercial voltage in a power supply unit.

画像形成装置の電源装置やAC制御基板には、ヒータ定着制御に必要な情報として、AC商用電源の電圧値や位相をシステム制御部へ伝えるためにAC商用電圧検出回路やゼロクロス点検出回路を装備している。 The power supply device and AC control board of the image forming device are equipped with an AC commercial voltage detection circuit and a zero cross point detection circuit to convey the voltage value and phase of the AC commercial power supply to the system control unit as information necessary for heater fixing control. is doing.

一般的な画像形成装置向けの電源装置のための基板において、AC商用電圧検出用とゼロクロス点検出用とで各々専用回路の検出基板を実装している技術がある。 In a substrate for a power supply device for a general image forming apparatus, there is a technique of mounting a detection board of a dedicated circuit for AC commercial voltage detection and zero cross point detection, respectively.

例えば、特許文献1には、AC商用電源との絶縁確保のために絶縁素子としてフォトカプラを使用し、AC商用電源のゼロクロス点を検出する技術が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a technique of using a photocoupler as an insulating element to secure insulation from an AC commercial power supply and detecting a zero cross point of the AC commercial power supply.

また、特許文献2には、AC商用電源との絶縁確保のために絶縁素子として低周波トランスを使用して、AC商用電圧の電圧値を検出する技術が開示されている。 Further, Patent Document 2 discloses a technique of detecting a voltage value of an AC commercial voltage by using a low frequency transformer as an insulating element for ensuring insulation from an AC commercial power supply.

しかし、特許文献1の構成では、フォトカプラの特性によりゼロクロス点の検出の精度が悪く、使用する商用電圧に応じてフォトカプラの仕様を使い分けたとしても、使用する温度変化により、ゼロクロス点の検出のばらつきが発生してしまっていた。 However, in the configuration of Patent Document 1, the accuracy of detecting the zero cross point is poor due to the characteristics of the photocoupler, and even if the specifications of the photocoupler are used properly according to the commercial voltage used, the zero cross point is detected due to the temperature change used. The variation has occurred.

また、特許文献2のAC商用電圧検出回路では、絶縁確保のために使用するトランスが、サイズの大きい低周波用であるため、回路実装面積が大きくなってしまった。 Further, in the AC commercial voltage detection circuit of Patent Document 2, since the transformer used for ensuring insulation is for a large low frequency, the circuit mounting area becomes large.

そこで、本発明は上記事情に鑑み、回路を小型化しながら、精度良くゼロクロス点が検出できる、電源装置の提供を目的とする。 Therefore, in view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a power supply device capable of accurately detecting a zero crossing point while downsizing the circuit.

上記課題を解決するため、本発明の一態様では、
AC商用電源の交流電圧を直流電圧に変換するアクティブPFC機能を搭載した絶縁型フライバック方式のAC/DCコンバータと、
前記AC/DCコンバータの出力の直流電圧からリップル電圧波形を取り出すACカップリング部又はオフセット部と、
前記ACカップリング部又はオフセット部の後段に接続され、前記リップル電圧波形を半波にする半波整流回路、及び該半波整流回路の後段に接続され、前記半波を基に2値信号を出力するシュミットトリガ回路を備えるゼロクロス点検出部と、を備え
前記AC/DCコンバータから出力された直流電圧には、周波数特徴として、前記AC商用電源の倍の周波数のリップル電圧が現れ、
前記ゼロクロス点検出部は、前記AC商用電源の交流電圧のゼロクロス点とほぼ合致する、前記ACカップリング部又はオフセット部で取り出される前記リップル電圧波形の位相の上から下へ0と交差する点に基づいて、前記AC商用電源の交流電圧のゼロクロス点を検出する
電源装置、を提供する。
In order to solve the above problems, in one aspect of the present invention,
An isolated flyback AC / DC converter equipped with an active PFC function that converts the AC voltage of the AC commercial power supply to a DC voltage.
An AC coupling section or offset section that extracts a ripple voltage waveform from the DC voltage of the output of the AC / DC converter, and
A half-wave rectifier circuit that is connected to the rear stage of the AC coupling section or offset section to make the ripple voltage waveform half-wave, and a half-wave rectifier circuit that is connected to the rear stage of the half-wave rectifier circuit to generate a binary signal based on the half-wave. With a zero cross point detector with a Schmitt trigger circuit to output ,
In the DC voltage output from the AC / DC converter, a ripple voltage with a frequency twice that of the AC commercial power supply appears as a frequency feature.
The zero cross point detection unit is located at a point that substantially coincides with the zero cross point of the AC voltage of the AC commercial power supply and intersects 0 from the top to the bottom of the phase of the ripple voltage waveform taken out by the AC coupling unit or the offset unit. Based on this, the zero cross point of the AC voltage of the AC commercial power supply is detected.
Provides a power supply.

一態様によれば、電源装置において、回路を小型化しながら、精度良くゼロクロス点が検出できる。 According to one aspect, in the power supply device, the zero cross point can be detected with high accuracy while miniaturizing the circuit.

本発明の実施形態に係る電源装置の構成についての概略図。The schematic diagram about the structure of the power supply device which concerns on embodiment of this invention. 比較例に係る電源装置の構成図。The block diagram of the power supply device which concerns on a comparative example. 比較例のフォトカプラを用いたAC商用電圧のゼロクロス点の検出についての説明図。Explanatory drawing about detection of zero crossing point of AC commercial voltage using the photocoupler of the comparative example. AC商用電源100V、200Vの、フォトカプラにバラツキを示す表。A table showing variations in photocouplers of AC commercial power supply 100V and 200V. 図5に対応するAC商用電源100V、200Vの、フォトカプラにバラツキを示すグラフ。The graph which shows the variation in the photocoupler of the AC commercial power supply 100V, 200V corresponding to FIG. 本発明のゼロクロス点検出に使用する、リップル電圧波形とAC商用電圧について説明する図。The figure explaining the ripple voltage waveform and AC commercial voltage used for the zero crossing point detection of this invention. 本発明のゼロクロス点検出の波形処理による検出手順について説明する図。The figure explaining the detection procedure by the waveform processing of the zero cross point detection of this invention. 本発明のゼロクロス点検出における、リップル電圧波形とAC商用電圧波形との時間差について説明する図。The figure explaining the time difference between the ripple voltage waveform and AC commercial voltage waveform in zero crossing point detection of this invention. 本発明のゼロクロス点検出の精度について説明する図。The figure explaining the accuracy of zero crossing point detection of this invention. 本発明のAC商用電圧検出に使用する電源出力のDC電圧に含まれるリップル電圧のピークトゥーピーク電圧について説明する図。The figure explaining the peak-to-peak voltage of the ripple voltage included in the DC voltage of the power supply output used for AC commercial voltage detection of this invention. 本発明のAC商用電圧検出の電圧領域による識別方法について説明する図。The figure explaining the identification method by the voltage region of AC commercial voltage detection of this invention. 本発明のAC商用電圧検出の波形処理による検出手順について説明する図。The figure explaining the detection procedure by the waveform processing of AC commercial voltage detection of this invention. 本発明の図1の電源装置の波形処理回路の詳細な構成例を示す回路図。The circuit diagram which shows the detailed configuration example of the waveform processing circuit of the power supply device of FIG. 1 of this invention.

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。下記、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same components may be designated by the same reference numerals and duplicate explanations may be omitted.

<本発明の電源装置>
図1は、本発明の実施形態に係る電源装置の構成についての概略図である。
<Power supply unit of the present invention>
FIG. 1 is a schematic diagram of a configuration of a power supply device according to an embodiment of the present invention.

電源装置1は、AC商用電源10からAC(Alternating Current)商用電圧(交流電圧)VACが供給され、直流電圧に変換して、システム制御部30にDC(Direct Current)電圧(直流電圧)を供給する。電源装置1及びシステム制御部30は、電源システム100として機能する。 In the power supply device 1, AC (Alternating Current) commercial voltage (alternating current) VAC is supplied from the AC commercial power supply 10, converted into direct current voltage, and DC (Direct Current) voltage (direct current voltage) is supplied to the system control unit 30. Supply. The power supply device 1 and the system control unit 30 function as the power supply system 100.

電源装置1は、電源部2、ACカップリング部又はオフセット部3、ゼロクロス点検出部4、及び両極性ピーク検出回路7を備える。電源部2は、アクティブPFC搭載絶縁型フライバックコンバータである。 The power supply device 1 includes a power supply unit 2, an AC coupling unit or an offset unit 3, a zero cross point detection unit 4, and a bipolar peak detection circuit 7. The power supply unit 2 is an isolated flyback converter equipped with an active PFC.

ゼロクロス点検出部4は、半波整流回路5及びシュミットトリガ回路6によって構成されている。両極性ピーク検出回路7は、AC商用電圧検出部として機能する。 The zero cross point detection unit 4 is composed of a half-wave rectifier circuit 5 and a Schmitt trigger circuit 6. The ambipolar peak detection circuit 7 functions as an AC commercial voltage detection unit.

ACカップリング部又はオフセット部3、半波整流回路5、シュミットトリガ回路6、及び両極性ピーク検出回路7は、電源部2のための波形処理回路である。 The AC coupling unit or offset unit 3, the half-wave rectifier circuit 5, the Schmitt trigger circuit 6, and the bipolar peak detection circuit 7 are waveform processing circuits for the power supply unit 2.

電源部(電圧変換部)2は、AC商用電源10から電源部2へAC商用電圧VACが入力され、直流電圧に変換して出力する。電源部2は、AC-DCコンバータであって、ダイオードブリッジ21、電解コンデンサ22、高周波トランス23、整流ダイオード24、制御IC(Integrated Circuit)25、及びコイル26が設けられている。この電源部2では、高周波トランス23によってAC商用電圧と絶縁されている。 The power supply unit (voltage conversion unit) 2 inputs the AC commercial voltage VAC from the AC commercial power supply 10 to the power supply unit 2, converts it into a DC voltage, and outputs it. The power supply unit 2 is an AC-DC converter, and is provided with a diode bridge 21, an electrolytic capacitor 22, a high frequency transformer 23, a rectifier diode 24, a control IC (Integrated Circuit) 25, and a coil 26. The power supply unit 2 is isolated from the AC commercial voltage by the high frequency transformer 23.

制御IC25は、高周波トランス23へのON/OFFを制御するスイッチ信号を発生する機能と、アクティブPFC(Power Factor Correction:力率改善回路)のための監視機能とを有している。 The control IC 25 has a function of generating a switch signal for controlling ON / OFF to the high frequency transformer 23 and a monitoring function for active PFC (Power Factor Correction: power factor improvement circuit).

電源部2では、4個のダイオードを組み合わせたダイオードブリッジ21によって、入力されるAC商用電圧波形のマイナス側を反転させてプラス側に出して、全波形をプラス側の電圧にする。 In the power supply unit 2, the negative side of the input AC commercial voltage waveform is inverted and output to the positive side by the diode bridge 21 in which four diodes are combined, and the entire waveform becomes the voltage on the positive side.

電源部2のダイオードブリッジ21の後段の電解コンデンサ22、高周波トランス23、整流ダイオード24は、フライバック式DC‐DCコンバータであって、ON/OFF制御されるコンバータである。フライバック式DC‐DCコンバータでは、高周波トランス23の一次巻線と二次巻線が逆極性に接続している。フライバック式DC‐DCコンバータでは、制御IC25からの入力(スイッチ信号)がON期間に高周波トランス23の一次側がエネルギーを蓄積して、入力がOFF期間に二次側巻線から放出したエネルギーを、電解コンデンサ22及び整流ダイオード24で整流して直流化する。 The electrolytic capacitor 22, the high frequency transformer 23, and the rectifier diode 24 in the subsequent stage of the diode bridge 21 of the power supply unit 2 are flyback type DC-DC converters, which are ON / OFF controlled. In the flyback type DC-DC converter, the primary winding and the secondary winding of the high frequency transformer 23 are connected in opposite polarities. In the flyback type DC-DC converter, the input (switch signal) from the control IC 25 stores energy in the primary side of the high frequency transformer 23 during the ON period, and the energy released from the secondary winding during the OFF period of the input. It is rectified by the electrolytic capacitor 22 and the rectifying diode 24 to convert it to direct current.

また、制御IC25及びコイル26で構成されるアクティブPFC部では、交流電圧のピーク部分でのみ発生させる通常のパルス状の電流パターン(高調波)に代えて、ピーク部以外の期間もコイル26に電力を貯め込むことで、電流波形が正弦波になるように制御する。これにより、生成される電流波形(出力電流)が、高調波を含まないように、電圧波形と同相、相似形になるように補正される。 Further, in the active PFC section composed of the control IC 25 and the coil 26, instead of the normal pulse-shaped current pattern (harmonics) generated only in the peak portion of the AC voltage, the coil 26 is powered during periods other than the peak portion. By accumulating, the current waveform is controlled to be a sine wave. As a result, the generated current waveform (output current) is corrected so as to be in phase and similar to the voltage waveform so as not to include harmonics.

電源部2において、交流から直流に変換された直流電圧は、電解コンデンサ22によって平滑されてもリップル(Ripple:脈流)は残り、その振幅であるリップル電圧は電解コンデンサ22の容量と負荷によって変化する。 In the power supply unit 2, the DC voltage converted from AC to DC remains ripple (ripple) even if it is smoothed by the electrolytic capacitor 22, and the ripple voltage, which is its amplitude, changes depending on the capacity and load of the electrolytic capacitor 22. do.

電源部2の出力の、リップル電圧が含まれる直流電圧(DC電圧)VDCは、ACカップリング部又はオフセット部3へ入力されている。 The direct current voltage ( DC voltage) VDC of the output of the power supply unit 2 including the ripple voltage is input to the AC coupling unit or the offset unit 3.

ACカップリング部又はオフセット部3の出力の1つは両極性ピークを検出する両極性ピーク検出回路7へ接続されている。 One of the outputs of the AC coupling unit or the offset unit 3 is connected to the bipolar peak detection circuit 7 that detects the bipolar peak.

両極性ピーク検出回路7はAC商用電圧検出部であり、AC商用電圧信号を生成し、システム制御部30へ出力する。 The ambipolar peak detection circuit 7 is an AC commercial voltage detection unit, which generates an AC commercial voltage signal and outputs it to the system control unit 30.

ACカップリング部又はオフセット部3の出力の他方は、半波整流回路5とシュミットトリガ回路6で構成されるゼロクロス点検出部4へ接続されている。ゼロクロス点検出部4は、リップル電圧波形VRIPを用いてゼロクロス点信号を生成して、システム制御部30へ出力する。 The other of the outputs of the AC coupling unit or the offset unit 3 is connected to the zero cross point detection unit 4 including the half-wave rectifier circuit 5 and the Schmitt trigger circuit 6. The zero cross point detection unit 4 generates a zero cross point signal using the ripple voltage waveform V RIP and outputs it to the system control unit 30.

システム制御部30は、電源入力端子31、AC商用電圧検出端子32、及びゼロクロス点検出端子33を備える。電源入力端子31には、電源部2からの直流電圧VDCが入力される。 The system control unit 30 includes a power input terminal 31, an AC commercial voltage detection terminal 32, and a zero cross point detection terminal 33. The DC voltage VDC from the power supply unit 2 is input to the power supply input terminal 31.

システム制御部3のAC商用電圧検出端子32は、両極性ピーク検出回路7からのAC商用電圧信号により、AC商用電圧の正確な電圧値を検出する。 The AC commercial voltage detection terminal 32 of the system control unit 3 detects an accurate voltage value of the AC commercial voltage by the AC commercial voltage signal from the ambipolar peak detection circuit 7.

ゼロクロス点検出端子33は、ゼロクロス点検出部4からのゼロクロス点信号により、AC商用電圧の位相を検出する。 The zero cross point detection terminal 33 detects the phase of the AC commercial voltage by the zero cross point signal from the zero cross point detection unit 4.

<比較例>
ここで、従来との比較のため、図2~図5を用いて、比較例における、AC商用電源のゼロクロス点およびAC商用電圧検出について説明する。
<Comparison example>
Here, for comparison with the conventional case, the zero crossing point of the AC commercial power supply and the AC commercial voltage detection in the comparative example will be described with reference to FIGS. 2 to 5.

図2は、比較例に係る電源装置の構成図である。図2に示す比較例の電源装置1Xは、電源部2Xと、電源部2Xの波形処理回路としての、リレー8と、ゼロクロス点検出部4Xと、AC商用電圧検出部9とを備えている。 FIG. 2 is a configuration diagram of a power supply device according to a comparative example. The power supply device 1X of the comparative example shown in FIG. 2 includes a power supply unit 2X, a relay 8 as a waveform processing circuit of the power supply unit 2X, a zero cross point detection unit 4X, and an AC commercial voltage detection unit 9.

リレー8は、システム制御部30Xのリレー電源34から電力を受け、リレーON/OFF制御部35によって制御されてON/OFFされる。 The relay 8 receives electric power from the relay power supply 34 of the system control unit 30X, and is controlled by the relay ON / OFF control unit 35 to be turned ON / OFF.

ゼロクロス点検出部4Xは、ダイオードブリッジ41と、フォトカプラ42と、同期パルス回路43とを備えている。 The zero cross point detection unit 4X includes a diode bridge 41, a photocoupler 42, and a synchronous pulse circuit 43.

AC商用電圧検出部9は、低周波トランス91と、ダイオードブリッジ92と、検知回路93と、を備えている。 The AC commercial voltage detection unit 9 includes a low frequency transformer 91, a diode bridge 92, and a detection circuit 93.

比較例の電源装置1Xでは、AC商用電源10からのAC商用電圧VACの1つが、リレー8を経由して接続することで、ゼロクロス点検出部4Xへ入力される。 In the power supply device 1X of the comparative example, one of the AC commercial voltage VAC from the AC commercial power supply 10 is connected to the zero cross point detection unit 4X by connecting via the relay 8.

ゼロクロス点検出部4XにAC商用電圧VACが入力されると、ダイオードブリッジ41にて整流して、フォトカプラ42に電圧が印加されてフォトカプラ42が動作する。そして、フォトカプラ42のCTR(電流伝達率:Current Transfer Ratio)に準じた電流でフォトカプラ42の2次側に接続された同期パルス回路43が動作することでゼロクロス信号が生成される。 When the AC commercial voltage VAC is input to the zero cross point detection unit 4X, the voltage is rectified by the diode bridge 41, the voltage is applied to the photocoupler 42, and the photocoupler 42 operates. Then, a zero cross signal is generated by operating the synchronous pulse circuit 43 connected to the secondary side of the photocoupler 42 with a current according to the CTR (Current Transfer Ratio) of the photocoupler 42.

この比較例では、電源部2Xの入力前のAC商用電圧を、ゼロクロス点検出部4Xに引き込んでいる。そのため、ゼロクロス点検出部4XにおけるAC商用電源10との絶縁のために、フォトカプラ42を必要とし、ゼロクロス点検出部4Xの回路規模が大きくなる。 In this comparative example, the AC commercial voltage before the input of the power supply unit 2X is drawn into the zero cross point detection unit 4X. Therefore, a photocoupler 42 is required for insulation of the zero cross point detection unit 4X from the AC commercial power supply 10, and the circuit scale of the zero cross point detection unit 4X becomes large.

また、電源装置1Xでは、AC商用電源10からのAC商用電圧VACのもう1つが、リレー8を経由して接続することで、AC商用電圧検出部9へ入力される。 Further, in the power supply device 1X, another AC commercial voltage VAC from the AC commercial power supply 10 is input to the AC commercial voltage detection unit 9 by connecting via the relay 8.

AC商用電圧検出部9では、入力されたAC商用電圧VACが低周波トランス91にて降圧される。その降圧された電圧をダイオードブリッジ92にて整流して、検知回路93にて直流電圧信号に変換する。直流変換された信号をシステム制御部で換算しAC商用電圧の電圧値を算出する。 In the AC commercial voltage detection unit 9, the input AC commercial voltage VAC is stepped down by the low frequency transformer 91. The stepped-down voltage is rectified by the diode bridge 92 and converted into a DC voltage signal by the detection circuit 93. The DC converted signal is converted by the system control unit to calculate the voltage value of the AC commercial voltage.

図2のAC商用電圧検出部9による電源電圧検出方法では、AC商用電圧を直流電圧信号に変換して測定するので、トランス91、ダイオードブリッジ92、検知回路93が必要となる。この比較例では、AC商用電圧検出部9は、低周波トランス91にてAC商用電圧と絶縁されるため、回路規模が大きくなる。 In the power supply voltage detection method by the AC commercial voltage detection unit 9 of FIG. 2, since the AC commercial voltage is converted into a DC voltage signal for measurement, a transformer 91, a diode bridge 92, and a detection circuit 93 are required. In this comparative example, the AC commercial voltage detection unit 9 is isolated from the AC commercial voltage by the low frequency transformer 91, so that the circuit scale becomes large.

ここで、図3~図5を用いてフォトカプラの特性について説明する。 Here, the characteristics of the photocoupler will be described with reference to FIGS. 3 to 5.

図3は、フォトカプラを用いたAC商用電圧のゼロクロス点の検出について説明する図である。 FIG. 3 is a diagram illustrating detection of a zero cross point of an AC commercial voltage using a photocoupler.

フォトカプラがゼロクロス点を検知する場合、フォトカプラを含む検出回路(例えば、ゼロクロス点検出部4X)は、図3に示すようにAC商用電圧のゼロクロス点が、低電位保持期間内に収まるように、矩形波(2値信号)を生成することで、ゼロクロス点を検知する。 When the photocoupler detects the zero cross point, the detection circuit including the photocoupler (for example, the zero cross point detection unit 4X) is set so that the zero cross point of the AC commercial voltage is within the low potential holding period as shown in FIG. , A square wave (binary signal) is generated to detect a zero crossing point.

この際、フォトカプラを含む検出回路は、矩形波の、下に凸の部分である低い電位保持期間の全幅において、その電位が始まる低電位開始点(立ち下がり時間)から所定時間(フロント時間)経過した時間が、実際にAC商用電圧が0Vに交差するゼロクロス点となる。 At this time, the detection circuit including the photocoupler has a predetermined time (front time) from the low potential start point (falling time) at which the potential starts in the entire width of the low potential holding period which is the downwardly convex portion of the square wave. The elapsed time is the zero crossing point where the AC commercial voltage actually crosses 0V.

そのため、矩形波の立ち下がりタイミングである低電位開始時間と、実際にAC商用電圧が0Vとクロスするゼロクロス点との時間差(フロント)が、測定の際のゼロクロス点の時間差になり、AC商用電圧のゼロクロスが、フロントの分、早まって検出されることになる。 Therefore, the time difference (front) between the low potential start time, which is the falling timing of the square wave, and the zero crossing point where the AC commercial voltage actually crosses 0V becomes the time difference at the zero crossing point at the time of measurement, and the AC commercial voltage. Zero cross will be detected earlier by the amount of the front.

また、通常フォトカプラは、同一部品でもCTR(電流伝達率)が50%~600%まで分布する。そのため、AC商用電源が異なる仕向け地(国や地域)により、例えば下記のようにCTRを指定する。
100V系:80%~160%
200V系:200%~400%
Further, in a normal photocoupler, the CTR (current transmission rate) is distributed from 50% to 600% even in the same component. Therefore, the CTR is specified as follows, for example, depending on the destination (country or region) where the AC commercial power source is different.
100V system: 80% -160%
200V system: 200% -400%

そのため、ゼロクロス点検出にフォトカプラを使用する一般的な電源構成では、AC商用電圧VACによる変動や環境温度によるCTR変動を小さくするため、仕向地(AC商用電源100V系200V系)に準じてフォトカプラの部品の特性値としてCTRを指定し、使い分けている。 Therefore, in a general power supply configuration that uses a photocoupler for zero cross point detection, in order to reduce fluctuations due to AC commercial voltage VAC and CTR fluctuations due to environmental temperature, photos are taken according to the destination (AC commercial power supply 100V system 200V system). CTR is specified as the characteristic value of the coupler parts and used properly.

ここで、図2に示す比較例の電源装置におけるゼロクロス点について測定した。図4、図5を用いて、図2に示す比較例の電源装置におけるゼロクロス点検出を説明する。 Here, the zero cross point in the power supply device of the comparative example shown in FIG. 2 was measured. The zero crossing point detection in the power supply device of the comparative example shown in FIG. 2 will be described with reference to FIGS. 4 and 5.

図4はフォトカプラのバラツキを示す表である。図4において、(a)は、AC商用電源100Vのフォトカプラのバラツキを示し、(b)はAC商用電源200Vのフォトカプラのバラツキを示している。 FIG. 4 is a table showing the variation of the photocoupler. In FIG. 4, (a) shows the variation of the photocoupler of AC commercial power supply 100V, and (b) shows the variation of the photocoupler of AC commercial power supply 200V.

図4において、フロントは低電位開始時間からAC商用電圧のゼロクロス点までの時間差、全幅は、図3(b)に示す矩形波における低電位保持期間を示している。フロント、全幅の数値の単位は、msである。また、左の欄のCTR列は常温(25℃)でのCTR値を示している。 In FIG. 4, the front shows the time difference from the low potential start time to the zero crossing point of the AC commercial voltage, and the total width shows the low potential holding period in the rectangular wave shown in FIG. 3 (b). The unit of the numerical value of the front and the full width is ms. The CTR column in the left column shows the CTR value at room temperature (25 ° C.).

表の分布をわかりやすくするため、フロントの値を縦軸に、AC商用電圧VAC(83V,138V)を横軸に、各変動要因(周波数、環境温度、CTR)で比べた例を図5(a)、図5(b)に示す。図5(a)は図4(a)の表のAC商用電源100Vのフォトカプラのフロントバラツキの比較を示し、図5(b)は図4(b)の表のAC商用電源200Vのフォトカプラのフロントのバラツキの比較を示す。 In order to make the distribution of the table easier to understand, Fig. 5 shows an example of comparing the front values on the vertical axis and the AC commercial voltage VAC (83V, 138V) on the horizontal axis for each variable factor (frequency, environmental temperature, CTR). (A) is shown in FIG. 5 (b). 5 (a) shows a comparison of the front variation of the AC commercial power supply 100 V photocoupler in the table of FIG. 4 (a), and FIG. 5 (b) shows the comparison of the front variation of the AC commercial power supply 200 V photocoupler in the table of FIG. 4 (b). The comparison of the variation of the front of is shown.

図5(a)、図5(b)により、フロントは温度に応じて太線矢印の範囲でばらつくことがわかる。
100V系:0.077ms~1.13ms
200V系:0.253ms~1.794ms
電圧全範囲では、0.077ms~1.794ms(0.08ms~1.80msとする)
From FIGS. 5 (a) and 5 (b), it can be seen that the front surface varies within the range of the thick arrow depending on the temperature.
100V system: 0.077ms ~ 1.13ms
200V system: 0.253ms ~ 1.794ms
In the entire voltage range, 0.077ms to 1.794ms (0.08ms to 1.80ms)

このように、仕向地(AC商用電源100V系200V系)に応じて仕分けたとしても、図4、図5に示すように、低電位保持期間の開始からゼロクロス点までの時間差であるとフロントの時間は、大きく変動する。 In this way, even if the products are sorted according to the destination (AC commercial power supply 100V system 200V system), as shown in FIGS. 4 and 5, the time difference from the start of the low potential holding period to the zero cross point is the time difference of the front. Time fluctuates greatly.

即ち、ゼロクロス点検出として比較例のようにフォトカプラを使用すると、環境温度により部品特性(CTR)が大きく変わり、さらにAC商用電圧によりフォトカプラに流れる電流も変わることから、ゼロクロス点検出が大きく変動する。 That is, when a photocoupler is used for zero crossing point detection as in the comparative example, the component characteristics (CTR) change greatly depending on the environmental temperature, and the current flowing through the photocoupler also changes depending on the AC commercial voltage, so that the zero crossing point detection fluctuates greatly. do.

これに対して、本発明では、ゼロクロス点の検出にフォトカプラは使用しない。本発明のゼロクロス点の詳細について下記説明する。 On the other hand, in the present invention, the photocoupler is not used for detecting the zero cross point. The details of the zero cross point of the present invention will be described below.

<本発明の波形処理:リップル電圧のAC成分>
図6は、本発明のゼロクロス点検出で使用する、リップル電圧波形とAC商用電圧について説明する図である。
<Waveform processing of the present invention: AC component of ripple voltage>
FIG. 6 is a diagram illustrating a ripple voltage waveform and an AC commercial voltage used in the zero cross point detection of the present invention.

図1の構成において、ゼロクロス検出は、アクティブPFC搭載絶縁型フライバックコンバータ2の出力電圧の波形特性から算出していく。 In the configuration of FIG. 1, the zero cross detection is calculated from the waveform characteristics of the output voltage of the isolated flyback converter 2 equipped with the active PFC.

電源部2を構成するアクティブPFC搭載絶縁型フライバックコンバータ2は、電解コンデンサ22の容量が小さく、フライバック方式のコンバータであるため、AC商用電源の周波数特徴が、電源部2からの出力の直流電圧VDCにおいて、そのままリップル電圧として重畳して現れる。 Since the isolated flyback converter 2 equipped with the active PFC constituting the power supply unit 2 has a small capacity of the electrolytic capacitor 22 and is a flyback type converter, the frequency characteristic of the AC commercial power supply is the direct current output from the power supply unit 2. In the voltage VDC , it appears as a ripple voltage as it is.

ゼロクロス点検出において、このリップル電圧を利用する。詳しくは、電源部2の出力の直流電圧VDCには、周波数特徴として、AC商用電源の周波数(50Hz,60Hz)の倍の周波数のリップル電圧が現れる。 This ripple voltage is used in zero cross point detection. Specifically, in the DC voltage VDC of the output of the power supply unit 2, a ripple voltage having a frequency twice the frequency (50Hz, 60Hz) of the AC commercial power supply appears as a frequency feature.

そして、ACカップリング部又はオフセット部3は、電源出力の直流電圧VDCからACカップリング(あるいはDC成分のオフセット)してAC成分波形(リップル電圧)のみ取り出すと、図6のように、位相としてリップル電圧波形VRIPの上から下へ0Vと交差する点でAC商用電源周波数がゼロクロスする点とがほぼ合致する。これによりAC商用電圧や周波数が変動してもゼロクロス点を精度よく検出できる。 Then, when the AC coupling unit or the offset unit 3 performs AC coupling (or DC component offset) from the DC voltage VDC of the power supply output and extracts only the AC component waveform (ripple voltage), the phase is as shown in FIG. Ripple voltage waveform V RIP almost coincides with the point where the AC commercial power supply frequency crosses zero at the point where it intersects 0V from top to bottom. This makes it possible to accurately detect the zero crossing point even if the AC commercial voltage or frequency fluctuates.

<ゼロクロス点検出>
図7は、本発明のゼロクロス点検出の波形処理による検出手順について説明する図である。
<Zero cross point detection>
FIG. 7 is a diagram illustrating a detection procedure by waveform processing for zero cross point detection of the present invention.

検出手順として図のように、電源部2の出力⇒ACカップリング(あるいはDCオフセット)回路⇒半波整流回路5⇒シュミットトリガ回路6の順でゼロクロス点を検出する。また各回路で、どのように波形整形していくかを右側に図で示している。 As a detection procedure, as shown in the figure, the zero cross point is detected in the order of output of power supply unit 2 ⇒ AC coupling (or DC offset) circuit ⇒ half-wave rectifier circuit 5 ⇒ Schmitt trigger circuit 6. The figure on the right shows how to shape the waveform in each circuit.

S1:電源部2は、リップルを含むDC電圧波形VDCを出力する。このDC電圧波形には、交流成分であるリップル電圧が重畳している。 S1: The power supply unit 2 outputs a DC voltage waveform VDC including ripples. A ripple voltage, which is an AC component, is superimposed on this DC voltage waveform.

S2:ACカップリング部3では、電源部2から出力されたAC(交流)成分(リップル成分)とDC(直流)成分の両方を含むDC電圧波形VDCから、DC信号成分を除去してAC成分(リップル電圧VRIP)を取り出す。電源出力のDC電圧波形VDCのDC成分が電圧オフセットとなり、そのオフセットを除去することで後段の計測の分解能を向上することができる。 S2: In the AC coupling unit 3, the DC signal component is removed from the DC voltage waveform VDC containing both the AC (alternating current) component (ripple component) and the DC (direct current) component output from the power supply unit 2 to obtain the AC. Take out the component (ripple voltage V RIP ). DC voltage waveform of power supply output The DC component of VDC becomes a voltage offset, and by removing the offset, the resolution of the subsequent measurement can be improved.

S3:半波整流回路5では、電源出力のDC電圧波形VDCのリップル電圧から取り出されたAC成分であるリップル電圧波形VRIPを、半周期ごとにカットして半周期だけ電流を流すように整流する。 S3: In the half-wave rectifier circuit 5, the ripple voltage waveform V RIP , which is an AC component extracted from the DC voltage waveform V DC ripple voltage of the power supply output, is cut every half cycle so that the current flows only half a cycle. Ripple.

S4:シュミットトリガ回路6では、入力信号に対する閾値を2つ持ち、入力信号の電位が高い閾値を超えたときに論理Hの電位を出力し、逆に入力信号の電位が低い閾値を下回ったときに論理Lの電位を出力する。入力信号が低い閾値と高い閾値の間にあるときは直前の出力電位を保持する。シュミットトリガ回路6により出力された波形は2値信号(矩形波)になり、立ち下がり部分でゼロクロスのタイミングを検出する。 S4: The Schmitt trigger circuit 6 has two threshold values for the input signal, outputs the potential of logic H when the potential of the input signal exceeds the high threshold value, and conversely, when the potential of the input signal falls below the low threshold value. The potential of logic L is output to. When the input signal is between the low threshold and the high threshold, the immediately preceding output potential is retained. The waveform output by the Schmitt trigger circuit 6 becomes a binary signal (rectangular wave), and the timing of zero cross is detected at the falling portion.

次に、AC商用電源の交流電圧波形(AC商用電圧波形)と、電源出力のDC電圧波形VDCのリップル電圧から取り出されたAC成分であるリップル電圧波形VRIPとを比較する。図8は、本発明のゼロクロス点検出における、リップル電圧波形とAC商用電圧波形との時間差について説明する図である。 Next, the AC voltage waveform (AC commercial voltage waveform) of the AC commercial power supply and the ripple voltage waveform V RIP , which is an AC component extracted from the ripple voltage of the DC voltage waveform VDC of the power supply output, are compared. FIG. 8 is a diagram illustrating a time difference between a ripple voltage waveform and an AC commercial voltage waveform in the zero cross point detection of the present invention.

詳しくは、図8(a)は、リップル電圧波形VRIPとAC商用電圧波形を示す図である。図8(b)はAC商用電源10が低電圧(83V)のときのリップル電圧波形VRIPとAC商用電圧波形のゼロクロス点付近の拡大図である。図8(c)はAC商用電源10が高電圧(276V)のときのリップル電圧波形VRIPとAC商用電圧波形のゼロクロス点付近の拡大図である。 Specifically, FIG. 8A is a diagram showing a ripple voltage waveform V RIP and an AC commercial voltage waveform. FIG. 8B is an enlarged view of the ripple voltage waveform V RIP and the AC commercial voltage waveform near the zero crossing point when the AC commercial power supply 10 is at a low voltage (83V). FIG. 8C is an enlarged view of the ripple voltage waveform V RIP and the AC commercial voltage waveform near the zero cross point when the AC commercial power supply 10 has a high voltage (276V).

図8(a)を参照すると、リップル電圧波形VRIPが上から下へ0Vと交差する点で、AC商用電圧波形のゼロクロス点がほぼ合致している。 Referring to FIG. 8A, the zero crossing point of the AC commercial voltage waveform almost coincides at the point where the ripple voltage waveform V RIP intersects 0V from top to bottom.

しかし、その拡大波形にて時間差を確認すると、図8(b)に示すAC商用電源の低電圧(83V)と、図8(c)に示す高電圧(276V)で、リップル電圧波形VRIPとAC商用電圧波形で時間差が発生している。そして、図8(b)と図8(c)を比較すると、高電圧になるほど時間差が大きくなる。 However, when the time difference is confirmed by the enlarged waveform, the ripple voltage waveform V RIP is obtained at the low voltage (83V) of the AC commercial power supply shown in FIG. 8 (b) and the high voltage (276V) shown in FIG. 8 (c). There is a time lag in the AC commercial voltage waveform. Comparing FIG. 8 (b) and FIG. 8 (c), the higher the voltage, the larger the time difference.

図8の例では、リップル電圧波形VRIPと、AC商用電圧のゼロクロス点との時間差は、最小差0.25ms(83Vのとき)、最大差0.63ms(276V)となる。 In the example of FIG. 8, the time difference between the ripple voltage waveform V RIP and the zero crossing point of the AC commercial voltage is a minimum difference of 0.25 ms (at 83 V) and a maximum difference of 0.63 ms (276 V).

また、図8(b)及び図8(c)より、リップル電圧波形VRIPのゼロクロス点は、AC商用電圧波形のゼロクロス点よりも、早まるように時間差が発生することがわかる。 Further, from FIGS. 8 (b) and 8 (c), it can be seen that a time difference occurs so that the zero cross point of the ripple voltage waveform V RIP is earlier than the zero cross point of the AC commercial voltage waveform.

次に、上記のゼロクロス点検出手順によって発生する本発明のゼロクロス点の検出誤差について説明する。図9は、本発明のゼロクロス点検出の精度について説明する図である。 Next, the zero crossing point detection error of the present invention caused by the above zero crossing point detecting procedure will be described. FIG. 9 is a diagram illustrating the accuracy of zero cross point detection of the present invention.

まず、(1)として、図6で示したように、電源出力のDC電圧波形VDCのリップル電圧から取り出されたAC成分であるリップル電圧波形VRIPは、AC商用電圧波形の本来のゼロクロス点から、0.25ms~0.63ms早まる方に時間差が発生する。 First, as (1), as shown in FIG. 6, the ripple voltage waveform V RIP , which is an AC component extracted from the ripple voltage of the DC voltage waveform VDC of the power supply output, is the original zero crossing point of the AC commercial voltage waveform. Therefore, a time difference occurs in the direction of 0.25ms to 0.63ms earlier.

加えて、(2)半波整流後のシュミットトリガ回路6の閾値の特性により、シュミットトリガ回路6の入力値であるリップル電圧波形VRIPのゼロクロス点から0.2msで時間遅延する。この遅延時間はAC商用電圧や環境温度でのばらつきは小さく、固定値となる。 In addition, (2) due to the characteristics of the threshold value of the Schmitt trigger circuit 6 after half-wave rectification, the time is delayed by 0.2 ms from the zero cross point of the ripple voltage waveform V RIP which is the input value of the Schmitt trigger circuit 6. This delay time has a small variation in the AC commercial voltage and the environmental temperature, and is a fixed value.

そして、システム制御部30において、(1)の時間差(誤差)から(2)の固定値(0.2ms)を差し引くように補正すると、(3)差分の0.05ms~0.43msの誤差が発生する。 Then, when the system control unit 30 corrects so as to subtract the fixed value (0.2 ms) of (2) from the time difference (error) of (1), an error of (3) difference of 0.05 ms to 0.43 ms occurs.

ここで、本発明の誤差と、AC商用電圧や環境温度で変動するフォトカプラを使用したゼロクロス点検出の誤差0.08ms~1.80msと比較すると、本発明のゼロクロス点検出の方が誤差が少なく、精度が良いことがわかる。 Here, when the error of the present invention is compared with the error of zero cross point detection using a photocoupler that fluctuates depending on the AC commercial voltage and the ambient temperature, the error of the zero cross point detection of the present invention is smaller than 0.08 ms to 1.80 ms. It turns out that the accuracy is good.

<AC商用電圧の検出>
図10~図12を用いて、本発明のAC商用電圧検出の方法について説明する。
<Detection of AC commercial voltage>
The method of AC commercial voltage detection of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 to 12.

図10は、本発明のAC商用電圧検出に使用する電源出力のDC電圧に含まれるリップル電圧のピークトゥーピーク電圧について説明する図である。 FIG. 10 is a diagram illustrating a peak-to-peak voltage of a ripple voltage included in a DC voltage of a power supply output used for AC commercial voltage detection of the present invention.

図1の構成において、AC商用電圧検出も、アクティブPFC搭載絶縁型フライバックコンバータ2の出力電圧の波形特性から算出していく。 In the configuration of FIG. 1, AC commercial voltage detection is also calculated from the waveform characteristics of the output voltage of the isolated flyback converter 2 equipped with the active PFC.

両極性ピーク検出回路7から成るAC商用電圧検出部では、この電源部2のリップル電圧を含むDC電圧波形に含まれるリップル電圧の最大値と最小値の差(=リップルの幅)であるピークトゥーピーク電圧の値を利用する。 In the AC commercial voltage detection unit including the bipolar peak detection circuit 7, the peak toe is the difference (= ripple width) between the maximum value and the minimum value of the ripple voltage included in the DC voltage waveform including the ripple voltage of the power supply unit 2. Use the peak voltage value.

図11は、本発明のAC商用電圧検出の電圧領域による識別方法について説明する図である。 FIG. 11 is a diagram illustrating a method for identifying an AC commercial voltage detection according to the voltage region of the present invention.

AC商用電圧検出方法として、アクティブPFC搭載絶縁型フライバックコンバータの出力電圧は、AC商用電圧の電圧領域に応じて、図11のようにピークトゥーピーク電圧の値が変動する。 As an AC commercial voltage detection method, the output voltage of the isolated flyback converter equipped with an active PFC varies in peak-to-peak voltage value as shown in FIG. 11 according to the voltage region of the AC commercial voltage.

図11のようにピークトゥーピーク電圧値がリニア特性ではないのでAC商用電源の100V系の電圧領域、200V系の電圧領域のどちらを使用するか、システム制御部30であらかじめ設定した上でピークトゥーピーク電圧検出値からAC商用電圧を識別する。 Since the peak-to-peak voltage value is not linear as shown in FIG. 11, the peak-to-peak voltage value is set in advance by the system control unit 30 as to whether to use the 100V system voltage region or the 200V system voltage region of the AC commercial power supply. The AC commercial voltage is identified from the peak voltage detection value.

図12は、本発明のAC商用電圧検出の波形処理による検出手順について説明する図である。 FIG. 12 is a diagram illustrating a detection procedure by waveform processing for AC commercial voltage detection according to the present invention.

検出手順としてS11での電源装置出力からS12のACカップリング(あるいはDC成分のオフセット)までは、図7に示すゼロクロス点検出と同様であるが、AC商用電圧検出では、ACカップリング(オフセット)後に、両極性ピーク検出回路7にてピークトゥーピーク電圧値を取り出す(S13)。 As a detection procedure, from the power supply output in S11 to the AC coupling (or DC component offset) in S12 is the same as the zero cross point detection shown in FIG. 7, but in the AC commercial voltage detection, the AC coupling (offset) is used. Later, the peak-to-peak voltage value is taken out by the bipolar peak detection circuit 7 (S13).

また各回路で、どのように波形整形していくかを右側図で示している。図11において、S11、S12は、図7のS1、S2と共通する。 The figure on the right shows how to shape the waveform in each circuit. In FIG. 11, S11 and S12 are common to S1 and S2 in FIG. 7.

S13:両極性ピーク検出回路7は、ピークトゥーピーク電圧値を取り出すことで、リップル電圧をとり除いた、安定した直流電圧値を出力する。例えば、両極性ピーク検出回路7は、リップル電圧のプラス側とマイナス側のピーク値をホールドして中央値を算出し、S12でオフセットさせたDC成分を基に戻すようにオフセットさせることで、安定した直流電圧値を出力する。 S13: The ambipolar peak detection circuit 7 outputs a stable DC voltage value from which the ripple voltage is removed by taking out the peak-to-peak voltage value. For example, the ambipolar peak detection circuit 7 is stable by holding the peak values on the plus side and the minus side of the ripple voltage, calculating the median value, and offsetting the DC component offset in S12 so as to return to the base. Output the DC voltage value.

<電源装置の波形処理回路>
図13は、本発明の図1の電源装置の波形処理回路の詳細な構成例を示す回路図である。なお、図13に示す回路構成は一例であって、各部の上述の図6~図11で示した波形処理が達成できれば、他の回路構成であってもよい。
<Waveform processing circuit of power supply unit>
FIG. 13 is a circuit diagram showing a detailed configuration example of the waveform processing circuit of the power supply device of FIG. 1 of the present invention. The circuit configuration shown in FIG. 13 is an example, and other circuit configurations may be used as long as the waveform processing shown in FIGS. 6 to 11 described above can be achieved for each part.

ACカップリング部3は、信号に対して直列に接続される、コンデンサC0によって構成される。 The AC coupling portion 3 is composed of a capacitor C0 connected in series with respect to the signal.

半波整流回路5は、オペアンプO1と、2つのダイオードD1,D2、及び抵抗R1を備えている。オペアンプO1により、Vin<0のときにVout=0を出力することで、半波を生成する。 The half-wave rectifier circuit 5 includes an operational amplifier O1, two diodes D1 and D2, and a resistor R1. A half wave is generated by outputting Vout = 0 when Vin <0 by the operational amplifier O1.

シュミットトリガ回路6は、2つのNPNトランジスタT1,T2、5つの抵抗R2~R6を備えている。T1,T2が夫々閾値に対してオン、オフすることで、シュミットトリガ回路6は、ヒストリシス特性を有する。 The Schmitt trigger circuit 6 includes two NPN transistors T1, T2 and five resistors R2 to R6. The Schmitt trigger circuit 6 has a history system characteristic when T1 and T2 are turned on and off with respect to the threshold value, respectively.

両極性ピーク検出部は、4つのオペアンプO2~O5と、2つのダイオードD3、D4と、4つのコンデンサC1~C4と、2つのスイッチS1、S2と、1つの可変抵抗接続オペアンプO6と、9個の抵抗R7~R16とを備えている。 The ambipolar peak detector consists of four operational amplifiers O2 to O5, two diodes D3 and D4, four capacitors C1 to C4, two switches S1 and S2, and one variable resistance connected operational amplifier O6. The resistors R7 to R16 are provided.

両極性ピーク検出回路7の上段の2つのオペアンプO2、O3と、ダイオードD3、2つのコンデンサC1、C2と、スイッチS1と、4つの抵抗R7~R10はピークホールド回路である。同様に、下段の2つのオペアンプO4、O5と、ダイオードD4、2つのコンデンサC3、C4と、スイッチS2と、4つの抵抗R11~R14はピークホールド回路である。 The two operational amplifiers O2 and O3 in the upper stage of the ambipolar peak detection circuit 7, the diode D3, the two capacitors C1 and C2, the switch S1, and the four resistors R7 to R10 are peak hold circuits. Similarly, the lower two operational amplifiers O4 and O5, the diode D4, the two capacitors C3 and C4, the switch S2, and the four resistors R11 to R14 are peak hold circuits.

可変抵抗接続オペアンプO6と抵抗R15は、入力のオフセット電圧を調整する。 The variable resistance operational amplifier O6 and the resistance R15 adjust the input offset voltage.

図1に示したように電源部2は、低周波トランスよりも小さい高周波トランスによって、絶縁機能を有している。そして、AC商用電圧検出としては、当該電源装置の出力に現れるリップル電圧波形からAC商用電圧を検出できるため、AC商用電圧検出専用の低周波トランスが不要になり、図10に示したように波形処理回路において大型の素子が不要になる。そのため、本発明では、波形処理回路を含めた電源装置を小型化することができる。 As shown in FIG. 1, the power supply unit 2 has an insulating function by a high-frequency transformer smaller than the low-frequency transformer. As for AC commercial voltage detection, since AC commercial voltage can be detected from the ripple voltage waveform appearing at the output of the power supply device, a low frequency transformer dedicated to AC commercial voltage detection becomes unnecessary, and the waveform is as shown in FIG. A large element is not required in the processing circuit. Therefore, in the present invention, the power supply device including the waveform processing circuit can be miniaturized.

また、図9に示したように、本発明のゼロクロス点検出では、フォトカプラを使用せずに、AC商用電源の周波数および電圧特徴が出たアクティブPFC搭載絶縁型フライバックコンバータ方式の電源装置に波形処理回路を付け、電源出力のDC電圧波形のリップル電圧を使用することで、精度良くゼロクロス点を検出することができる。 Further, as shown in FIG. 9, in the zero cross point detection of the present invention, an active PFC-equipped isolated flyback converter type power supply device having the frequency and voltage characteristics of an AC commercial power supply can be used without using a photocoupler. By attaching a waveform processing circuit and using the ripple voltage of the DC voltage waveform of the power supply output, the zero cross point can be detected with high accuracy.

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の実施形態の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the specific embodiment, and is within the scope of the gist of the embodiment of the present invention described in the claims. Various modifications and changes are possible.

10 AC商用電源
1 電源装置
2 電源部(アクティブPFC搭載絶縁型フライバックコンバータ)
3 ACカップリング又はオフセット回路
4 ゼロクロス点検出部
5 半波整流回路
6 シュミットトリガ
7 両極性ピーク検出回路(AC商用電圧検出部)
30 システム電源
1 電源装置
10 AC商用電源
100 電源システム
AC AC商用電圧(交流電圧)
DC 電源出力のDC電圧(直流電圧)
RIP リップル電圧波形
10 AC commercial power supply 1 Power supply unit 2 Power supply unit (insulated flyback converter with active PFC)
3 AC coupling or offset circuit 4 Zero cross point detector 5 Half-wave rectifier circuit 6 Schmitt trigger 7 Bipolar peak detection circuit (AC commercial voltage detector)
30 System power supply 1 Power supply 10 AC commercial power supply 100 Power supply system V AC AC commercial voltage (AC voltage)
DC voltage (DC voltage) of V DC power supply output
V RIP ripple voltage waveform

特開平06‐110141号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 06-110141 特開2008-052045号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-052045

Claims (5)

AC商用電源の交流電圧を直流電圧に変換するアクティブPFC機能を搭載した絶縁型フライバック方式のAC/DCコンバータと、
前記AC/DCコンバータの出力の直流電圧からリップル電圧波形を取り出すACカップリング部又はオフセット部と、
前記ACカップリング部又はオフセット部の後段に接続され、前記リップル電圧波形を半波にする半波整流回路、及び該半波整流回路の後段に接続され、前記半波を基に2値信号を出力するシュミットトリガ回路を備えるゼロクロス点検出部と、を備え、
前記AC/DCコンバータから出力された直流電圧には、周波数特徴として、前記AC商用電源の倍の周波数のリップル電圧が現れ、
前記ゼロクロス点検出部は、前記AC商用電源の交流電圧のゼロクロス点とほぼ合致する、前記ACカップリング部又はオフセット部で取り出される前記リップル電圧波形の位相の上から下へ0と交差する点に基づいて、前記AC商用電源の交流電圧のゼロクロス点を検出する
電源装置。
An isolated flyback AC / DC converter equipped with an active PFC function that converts the AC voltage of the AC commercial power supply to a DC voltage.
An AC coupling section or offset section that extracts a ripple voltage waveform from the DC voltage of the output of the AC / DC converter, and
A half-wave rectifier circuit that is connected to the rear stage of the AC coupling section or offset section to make the ripple voltage waveform half-wave, and a half-wave rectifier circuit that is connected to the rear stage of the half-wave rectifier circuit to generate a binary signal based on the half-wave. With a zero cross point detector with a Schmitt trigger circuit to output ,
In the DC voltage output from the AC / DC converter, a ripple voltage with a frequency twice that of the AC commercial power supply appears as a frequency feature.
The zero cross point detection unit is located at a point that substantially coincides with the zero cross point of the AC voltage of the AC commercial power supply and intersects 0 from the top to the bottom of the phase of the ripple voltage waveform taken out by the AC coupling unit or the offset unit. Based on this, the zero cross point of the AC voltage of the AC commercial power supply is detected.
Power supply.
前記ACカップリング部又はオフセット部の後段に、前記リップル電圧波形のピークトゥーピーク電圧を検出するAC商用電圧検出部を備える
請求項1に記載の電源装置。
The power supply device according to claim 1, further comprising an AC commercial voltage detection unit that detects the peak-to-peak voltage of the ripple voltage waveform in the subsequent stage of the AC coupling unit or the offset unit.
前記AC/DCコンバータは、
ダイオードブリッジ、コンデンサ、高周波トランス、及び整流ダイオードを備える絶縁型フライバック方式のAC/DCコンバータ部と、
コイル及び制御ICを備えるアクティブPFC部と、を備える
請求項1又は2に記載の電源装置。
The AC / DC converter is
An isolated flyback AC / DC converter with a diode bridge, capacitor, high frequency transformer, and rectifying diode,
The power supply device according to claim 1 or 2, comprising an active PFC unit including a coil and a control IC.
請求項1乃至3にいずれか一項に記載の電源装置と、
前記電源装置と接続されるシステム制御部と、を備え、
前記システム制御部は、前記ACカップリング部又はオフセット部で取り出される前記リップル電圧波形の位相の上から下へ0と交差する点が、前記AC商用電源の交流電圧の本来のゼロクロス点よりも早くなる時間差を、前記シュミットトリガ回路の閾値の特性による遅延の固定値を差し引くことで補正する
電源システム。
The power supply device according to any one of claims 1 to 3.
A system control unit connected to the power supply device is provided.
In the system control unit, the point where the phase of the ripple voltage waveform taken out by the AC coupling unit or the offset unit intersects 0 from top to bottom is earlier than the original zero crossing point of the AC voltage of the AC commercial power supply. The time difference is corrected by subtracting the fixed value of the delay due to the characteristic of the threshold of the Schmitt trigger circuit.
Power system.
電源装置におけるAC商用電圧のゼロクロス点検出方法であって、
アクティブPFC機能を搭載した絶縁型フライバック方式のAC/DCコンバータによって、AC商用電源の交流電圧を絶縁しながら直流電圧に変換するステップと、
ACカップリング部又はオフセット部によって、前記AC/DCコンバータの出力の直流電圧から、リップル電圧波形を取り出すステップと、
半波整流回路によって、前記リップル電圧波形を半波にするステップと、
シュミットトリガ回路によって、前記半波を基に2値信号を出力することで、ゼロクロス点を検出するステップと、を有し、
前記直流電圧に変換するステップで出力された直流電圧には、周波数特徴として、前記AC商用電源の倍の周波数のリップル電圧が現れ、
前記ゼロクロス点を検出するステップでは、前記AC商用電源の交流電圧のゼロクロス点とほぼ合致する、前記ACカップリング部又はオフセット部で取り出される前記リップル電圧波形の位相の上から下へ0と交差する点に基づいて、前記AC商用電源の交流電圧のゼロクロス点を検出する
電源装置におけるAC商用電圧のゼロクロス点検出方法。
A method for detecting the zero crossing point of AC commercial voltage in a power supply unit.
A step of converting the AC voltage of an AC commercial power supply into a DC voltage while insulating it with an isolated flyback AC / DC converter equipped with an active PFC function.
A step of extracting a ripple voltage waveform from the DC voltage of the output of the AC / DC converter by the AC coupling unit or the offset unit.
The step of making the ripple voltage waveform half-wave by the half-wave rectifier circuit,
It has a step of detecting a zero crossing point by outputting a binary signal based on the half wave by a Schmitt trigger circuit.
In the DC voltage output in the step of converting to the DC voltage, a ripple voltage having a frequency twice that of the AC commercial power supply appears as a frequency feature.
In the step of detecting the zero cross point, 0 intersects from the top to the bottom of the phase of the ripple voltage waveform taken out by the AC coupling portion or the offset portion, which substantially matches the zero cross point of the AC voltage of the AC commercial power supply. Based on the point, the zero cross point of the AC voltage of the AC commercial power supply is detected.
Zero cross point detection method for AC commercial voltage in a power supply.
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