JPH0251070A - 正弦波電圧及び方形波電圧の実効値検出回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、正弦波及び方形波の交流電圧の実効値を検出
する実効値検出回路に関する。

［従来の技術］ 従来より、商用電源の停電によって動作が停止すると不
具合が生ずる電気機器、例えばコンピュータやＣＡＴＶ
施設の幹線増幅器等では、通常は商用電源により電源供
給を行ない、商用電源停電時には蓄電池からの直流電圧
を方形波電圧に変換して電源供給を行なう無停電型の電
源供給装置が使用されることがある。

ところでこの種の電源供給装置では、商用電源が長時間
停電すると、蓄電池の電力消費によって電源供給を行な
う方形波電圧レベルが低下し、正常な電源供給を行なう
ことができなくなるとか、商用電源正常時にも内部回路
の損傷等によって正常な商用電源電圧（即ち正弦波電圧
）を供給できなくなるといったことがある。

このように電源供給装置に異常が発生した場合には、そ
の旨を検出して使用者に報知し、異常の排除、即ち電源
供給装置の修理を促すことが望ましい。そこで従来より
このような電源供給装置の異常を検出するための装置と
して、電源供給装置から出力される交流電圧の実効値を
検出し、その値が許容範囲内にあるか否かによって電源
供給装置の異常を判断することが考えられている。

一方交流電圧の実効値の検出には、一般に、交流電圧を
検波する検波回路とその検波信号を平滑化する積分回路
とからなる、所謂平均値検波方式の実効値検出回路が使
用され、交流電圧の平均値を実効値として検出すること
が行なわれている。

［発明が解決しようとする課題］ ところが上記のように電源供給装置の異常を検出する場
合には、実効値の検出対象が正弦波電圧と方形波電圧と
であるため、上記のような平均１直検波方式の実効値検
出回路を使用することができなかった。つまり正弦波電
圧では実効値に対して平均値が２．ｒ’Ｘ”／πとなり
、方形波電圧では実効値二平均１直となるので、上記の
ような平均値検波方式の実効値検出回路では、同じ実効
値の交流電圧が入力されても、その波形が正弦波である
か方形波であるかによって検出結果が異なり、両型圧の
実効値を良好に検出することができないのである。

従って上記のような電源供給装置の異常を検出するには
、例えば、入力された交流電圧をヒータ抵抗によって熱
変換し、その変換された熱を温度センサによって検出す
ることにより実効値を検出する熱変換型の実効値検出回
路、或は、交流電圧を２乗して平均値をとり、更にその
値の平方根をとることによって実効値を検出する、２乗
回路。

平均回路及びｆ回路から構成された実効値検出回路等、
回路構成が複雑で高価な検出回路を使用しなければなら
なかった。尚こうした各種実効値検出回路としては、１
９８８年１月発行の［トランジスタ技術Ｊ　　（ＣＱ出
版社刊）４９９頁〜５０８頁に詳解されているので説明
は省略する。

そこで本発明は、従来より一般に使用されている平均値
検波方式の実効値検出回路を改良することによって、正
弦波電圧及び方形波電圧の実効値を誤差なく検出するこ
とができ、しかも簡単な回路構成で安価に作成すること
のできる実効値検出回路を提供することを目的としてな
された。

［課題を解決するための手段］ 即ち上記目的を達するためになされた本発明は、正弦波
電圧及び方形波電圧の実効値を検出する実効値検出回路
であって、 入力された交流電圧を半波整流する検波回路と、該検波
回路からの検波出力を積分して平滑化する積分回路と、 一端が上記積分回路の入力端又は出力端に接続され、他
端が接地された接地抵抗器と、からなり、上記接地抵抗
器の抵抗値を上記積分回路に備えられた積分抵抗器の３
．４〜４．７倍に設定してなることを特撮とする正弦波
電圧及び方形波電圧の実効値検出回路を要旨としている
。

［作用コ このように構成された本発明の実効値検出回路では、接
地抵抗器の抵抗値が積分抵抗器の３．４〜４．７倍に設
定されているため、正弦波電圧及び方形波電圧の実効値
を同レベルの直流電圧として検出することが可能となる
。

以下、この理由について説明する。

まず本発明の実効値検出回路の基本回路は、例えば第１
図（ａ）に示す如く、検波回路を半波整流用のダイオ−
ＦＤ、積分回路を積分抵抗器ＲとコンデンサＣとにより
夫々構成して、積分回路の出力端に接地抵抗器ｒを設け
たもの、或は第１図（ｂ）に示す如く、検波回路及び積
分回路を上記と同様に構成し、積分回路の入力端に接地
抵抗器ｒを設けたものとして記述できる。

また第２図（ａ）に示す如く上記回路に正弦波電圧を入
力した場合には、図に点線で示すようにダイオードＤに
よって正弦波電圧が半波整流され、更にその半波整流電
圧が積分回路によって平滑されて、直流電圧として出力
され、第２図（ｂ）に示す如く上記回路に方形波電圧を
入力した場合にも、図に点線で示す如くダイオードＤに
よって方形波電圧が半波整流され、更にその半波整流電
圧が積分回路によって平滑されて、直流電圧として出力
される。

従って上記検出回路に実効値Ｅが同じ正弦波電圧及び方
形波電圧を入力した場合に、同レベルの直流電圧を出力
させることができれば、上記各検出回路を正弦波電圧及
び方形波電圧両用型の実効値検出回路とすることができ
る。

ここでまず第１図（ａ）の回路に於て、第２図（ａ）に
示す実効値Ｅの正弦波電圧を入力したときの出力電圧の
平均値をＶｓとすると、電圧Ｖｓは次式（１）の如く、
第２図（ａ）に於ける出力電圧の最小値Ｖｓｌと、最大
値Ｖｓ２の平均値として記述でき、 Ｖ　ｓ　＝　（Ｖｓｌ＋　Ｖｓ２）　／　２　　　　　
　−＝（１）このときの最小値Ｖｓｌ及び最大値Ｖｓ２
は夫々、次式（２）及び（３）に示す如く記述できる。

また第１図（ａ）の回路に於て、第２図（ｂ）に示す実
効値Ｅの方形波電圧を入力したときの出力電圧の平均値
をＶｐとすると、電圧ｖｐは次式（４）の如く、第２図
（ｂ）に於ける出力電圧の最小値Ｖｐｌと、最大値Ｖｐ
２の平均値として記述でき、Ｖ　ｐ＝　（Ｖｐｌ＋　Ｖ
ｐ２）　／　２　　　　　　　・・・（４）このときの
最小値Ｖｐｌ及び最大値Ｖｐ２は夫々、次式（５）及び
（６）に示す如く記述できる。

次にＡ／ω、Ｄ／Ａをパラメータとして、上記（４）式
で記述された方形波電圧入力時の出力電圧Ｖｐ（１）Ａ
／Ｂ倍（ｉ、　ｕｌｌチＶ　ｐ　壷Ａ／Ｂを求め、その
後、Ａ／ω、Ｄ／Ａを同じ値に設定し、流通角θをパラ
メータとして、コンピュータを用いたシミュレーション
により、上記（１）式で記述された正弦波電圧入力時の
出力電圧ＶｓのＡ／ＢＰ（ＩＮ。

ｇｐちＶｓ−Ａ／Ｂを求めると、出力電圧ＶｓとＶｐと
の（ｇ差は、Ａ／ω、Ｄ／Ａの変化に殆ど影響されず、
流通角θの変化によって大きく変化することがわかる。

またこのシミュレーション結果から、各出力電圧値Ｖｓ
及びＶｐを一致させるには流通角θを略２　、０［ｒａ
ｄｌに設定すればよいこともわかる。

一方第１図（ｂ）の回路に於て、第２図（ａ）に示す実
効値Ｅの正弦波電圧を入力したときの出力電圧の平均値
をＶｓ’とすると、電圧Ｖｓ’は上記（１）式と同様に
、第２図（ａ）に於ける出力電圧の最小値Ｖｓｌ’と、
最大値Ｖｓ２’の平均値として次式（７）の如く記述で
き、 Ｖ　ｓ　’　＝　（Ｖｓｌ’　＋Ｖｓ２’　）　／２　
　　　・・−Ｃ１）このときの最小値Ｖｓｌ’及び最大
（ｉＶｓ２’は夫々、次式（８）及び（９）に示す如く
記述できる。

また第１図（ｂ）の回路に於て、第２図（ｂ）に示す実
効（ｉＥの方形波電圧を入力したときの出力電圧の平均
値をＶｐ’とすると、電圧Ｖｐ′は上記（４）式と同様
に、第２図（ｂ）に於ける出力電圧の最小値Ｖｐｌ’と
、最大値Ｖｐ２’の平均値として次式（１０）の如く記
述でき、 Ｖｐ’　＝　（Ｖｐｌ’　＋Ｖｐ２’　）　／２　　　
　・・・（１０）このときの最小（ｆｆｌＶｐｌ’及び
最大（［Ｖｐ２’は夫々、次式（１１）及び（１２）に
示す如く記述できる。

そしてこの場合にも、Ａ／ω、Ｄ／Ａをパラメータとし
て、上記（１０）式で記述された方形波電圧入力時の出
力電圧ｖｐ′のＡ／Ｂ倍（直を求め、その後、Ａ／ω、
Ｄ／Ａを同じ値に設定し、θをパラメータとして、コン
ピュータを用いたシミュレーションにより、上記（７）
式で記述された正弦波電圧入力時の出力電圧Ｖｓ’のＡ
　／　Ｂ　＠（ｊＨを求めると、上記第１図（ａ）の検
出回路と同様、出力電圧Ｖｓ’とＶｐ′との偏差はＡ／
ω、Ｄ／Ａの変化に殆ど影響せず、流通角θの変化によ
って大きく変化することがわかる。また上記と同様に、
このシミュレーション結果から、各出力電圧Ｉｉ　ＶＳ
２及びＶｐ′を一致させるには、流通角θを略２　、０
［ｒａｄｌに設定すれは°よいこともわかる。

次に流通角θを略２　、０　［ｒａｄｌに設定するため
、コンデンサＣ５積分抵抗器Ｒ及び接地抵抗器ｒの値を
種々変更し、コンピュータによりシミュレーションさせ
ると、流通角θは、コンデンサＣの（直にも若干影響さ
れるものの、上記積分抵抗器Ｒと接地抵抗器ｒとにより
略確定できることがわかる。

そこで次に第１図（ａ）の検出回路において、コンデン
サＣの値を５０　［ＪｉＦ］とし、積分抵抗器Ｒと接地
抵抗器ｒとの抵抗比ｒ／Ｒを種々変化させて、出力電圧
値Ｖｓ及びＶｐの誤差ΔＶ［％］△Ｖ＝１００・　（Ｖ
ｓ−Ｖｐ）／Ｖｒ　　−（１３）（但し、Ｖｒ＝　（Ｖ
ｓ＋Ｖｐ）／２）との関係を実験的に求めると、第３図
（ａ）に示す如き結果が得られ、抵抗比ｒ／Ｒを略４と
すれは出力電圧ＶｓとＶｐとを一致できることがわかっ
た。またこのときの流通角θは、上記コンピュータによ
るシミュレーション結果と略同様、２゜２［ｒａｄｌと
なることがわかった。

また次に第１図（ｂ）の検出回路についても同様の実験
を行なうと、第３図（ｂ）に示す如く、抵抗比ｒ／Ｒを
略４とすれば出力電圧Ｖｓ’とＶｐ′とを一致でき、こ
のときの流通角θも上記と同様、２　、２［ｒａｃｉ］
となることがわが−った。

そこで更に上記各回路において、積分抵抗器Ｒ５接地抵
抗器ｒを種々変更して、正弦波電圧入力時と方形波電圧
入力時との出力電圧の誤差を求めた結果、第４図に示す
如く、上記抵抗比ｒ　／　Ｒを３゜４〜４．７に設定す
れは、出力電圧の誤差ΔＶを１％以内に抑えて、出力電
圧により正弦波電圧及び方形波電圧の実効値を同レベル
の直流電圧（直として検出でき、またこのときの流通角
θは２．１６〜２　２４　［ｒａｄｌとなることがわか
った。

即ち本発明は、上記理論と実験とに基づき接地抵抗器「
ど積分抵抗器Ｒとの抵抗比ｒ／Ｒを３゜４〜１１６７に
設定することで、正弦波電圧及び方形波電圧の実効値を
同レベルの直流電圧として検出できるようにしているの
である。

尚上記第４図は、積分抵抗器Ｒ５接地抵抗器「を種々変
更して、正弦波電圧入力時と方形波電圧入力時との出力
電圧の誤差を求めた実験結果の一例であって、実線及び
二点鎖線で示すグラフは、第１図（ａ）の回路において
、コンデンサＣを５０［ＬｔＦ］、積分抵抗器Ｒを夫々
１０［ｋΩ］、１００［ｋΩ］として、接地抵抗器ｒの
抵抗値を変更した場合の誤差△Ｖの変化を表わし、−点
鎖線及び点線で示すグラフは、第１図（ｂ）の回路にお
いて、コンデンサＣを５０［μＦ］、積分抵抗器Ｒを夫
々１０［ｋΩ］、１００［ｋΩコとして、接地抵抗器ｒ
の抵抗値を変更した場合の誤差Δ■の変化を表わしてい
る。

［実施例］ 以下に本発明の実施例を図面と共に説明する。

まず第５図は本発明が適用された双方向ＣＡＴ■施設全
体の構成を表す概略構成図である。

図において１はテレビ放送信号等を受信して処理するヘ
ッドエンドを衷し、ヘッドエンド１から出力された伝送
信号はセンタ装置３に入力される。

センタ装置３は、ヘッドエンド１からの伝送信号を当該
施設の端末側に送出すると共に、端末側から伝送されて
くる各種情報信号を受信して表示等の各種処理を行なう
ためのもので、幹線５．幹線分岐増幅器７Ａ、７Ｂ・・
・１分岐線５ａ、分岐器ＤＣ９分配器ＳＰ等を介して、
各地域の端末装＠Ｔと接続されている。またぐ♀線分岐
増幅器７Ａ、７Ｂ・・・は、幹線５を流れる伝送信号を
双方向に増幅するためのもので、パワーインジェクタ８
Ａ、８Ｂ・・・及び幹線５を介して電源を供給する電源
供給装置９Ａ、９Ｂ・・・を備えている。

ここで各電源供給装置９Ａ、９Ｂ・・・は、第６図に示
す如く、正弦波の商用電源を所定電圧（例えば実効［１
６０Ｖ）に降圧して出力する常用電源２０と、充電回路
２１により商用電源が充電される蓄電池２２及び蓄電池
２２からの直流電圧を商用電源と同じ周波数で同じ実効
値の方形波電圧に変換して出力するインバータ２３を備
えた非常用型ｆｉ２４と、常用電源２０の出力電圧から
商用電源の停電を検出する停電検出回路２５と、常には
常用電源２０からの出力電圧を各幹線分岐増幅器７Ａ、
７Ｂ・・・に供給し、停電検出回路２５で商用電源の停
電が検出されたときには非寓用電源２４からの出力電圧
を各幹線分岐増幅器７Ａ、７Ｂ・・・に供給する切替回
路２７と、を備えた無停電型電源供給装置として構成さ
れている。

このため上記各幹線分岐増幅器７Ａ、７Ｂ・・・には、
商用電源正電時には正弦波の交流電圧が供給され、商用
電源停電時には方形波の交流電圧が供給されることとな
る。

また次にこの電源供給装置９Ａ、９Ｂ−・・から電源供
給を受ける幹線分岐増幅器７Ａ、７Ｂ・・・は、第７図
に示す如く、幹線５上を流れる伝送信号を双方向に増幅
するり♀線増輻回路３１と、センタ装置３からの伝送信
号を増幅して分岐線５ａ上に送出すると共に分岐線５ａ
を介して伝送されてきた端末装置Ｔからの情報信号を幹
線５上に送出してセンタ装置３側に伝送するための分岐
回路３２及び分岐増幅回路３３と、幹線５から各電源供
給装置９Ａ、９Ｂ・・・より出力された電源電圧を分離
する電源分離フィルタ３４と、この分離された電源電圧
を例えは直流２４Ｖの直流電圧に変換して各増幅回路３
１及び３３に供給する定電圧回路３５とを備えると共に
、電源分離フィルタ３４により分離された電源電圧の実
効値を検出する本発明にかかわる主要部である実効値検
出回路３６と、この検出回路３６による検出結果を電源
供給装置９Ａ、９Ｂ・・・の動作状態を表わす情報信号
に変換し、この変換した情報信号を幹線５上に送出して
センタ装置３に伝送する送信回路３７及び分岐回路３日
と、が備えられている。

このため当該幹線分岐増幅器７Ａ、７Ｂ・・・によれば
、単に幹線５上に流れる伝送信号を双方向に増幅して、
センタ装置３からの伝送信号を端末側に、また端末側か
らの情報信号をセンタ装置３に伝送できるだけでなく、
各電源供給装置９Ａ、９Ｂ・・・の動作状態をセンタ装
置３側に報知することができるようにな・る。尚センタ
装置３は、各幹線分岐増幅器？Ａ、７Ｂ・・・から出力
された各電源供給装置９Ａ、９Ｂ・・・の動作状態を表
わす情報信号を受けると、その情報信号から各電源供給
装置９Ａ、９Ｂ・・・の動作状態が正常であるか否かを
判断し、その判断結果を表示するようにされている。

次に上記実効値検出回路３６の詳細を第８図に基づき説
明する。

図に示す如く実行値検出回路３６は、前述の第１図（ａ
）の回路と同様、電源供給装置９Ａ、９Ｂ・・・からの
電源電圧を半波整流するダイオードＤ、このダイオード
Ｄによる半波整流電圧を平滑化する積分抵抗器Ｒとコン
デンサＣとからなる積分回路３６ａ、及びこの積分回路
３６ａの出力端に設けられた接地抵抗器「を備える他、
送信回路３７へのインターフェース回路として、実効値
検出信号の脈動成分を除去して所定の電圧レベルに降圧
する、分圧抵抗器Ｒａ１．　　Ｒａ２．　　Ｒｂ、コン
デンサＣａ、及び出力抵抗器ＲＣからなる出力回路３６
ｂを備えている。

そして本実施例の場合、接地抵抗器ｒと積分抵抗器Ｒと
の比ｒ　／　Ｒが４．６８となるよう、各抵抗器「、Ｒ
には、夫々、抵抗値１５にΩ、３．２にΩの精密抵抗器
が使用されており、コンデンサＣには１ｕＦの電解コン
デンサが使用されている。

また出力回路、３６ｂの分圧抵抗器Ｒａ１．　　Ｒａ２
．　　Ｒｂには、夫々、抵抗値１００にΩ、１００にΩ
。

５．１にΩの精密抵抗器が使用され、この入力インピー
ダンスが積分回路３６ａの出力インピーダンスに対して
充分大きい値になるようされている。

これは当該実行値検出回路３６を送信回路３７に接続し
たときに実行値の検出結果が変化しないようにするため
である。また出力回路３６ｂのコンデンサＣａには１０
ＬＬＰの電解コンデンサが使用され、出力抵抗器Ｒｃに
は１０にΩの抵抗器が使用されている。尚この出力抵抗
器Ｒｃは送信回路３７に使用されているデバイスの保護
用抵抗器である。

このように構成された実効値検出回路３６では、商用電
源正常時に電源供給装置９Ａ、９Ｂ・・・から幹線分岐
増幅回路７Ａ、７Ｂ・・・に正弦波の交流電圧が供給さ
れると、その実効値に応じて第９図に示す如き検出信号
が出力され、商用電源停電時に電源供給装置９Ａ、９Ｂ
・・・から幹線分岐増幅回路７Ａ、７Ｂ・・・に方形波
の交流電圧が供給されると、その実効値に応じて正弦波
電圧入力時と同様の検出信号が出力される。尚第９図は
、実効値検出回路３６に周波数６０Ｆ（ｚの正弦波電圧
及び方形波電圧を入力した場合の実験結果を表わしてい
る。

従って、送信回路３７からは、電源供給装置９Ａ、９Ｂ
・・・から供給された交流電圧が正弦波であっても方形
波であっても、その実効値を正確に表わす情報信号が出
力されることとなり、センタ装置３では、その情報信号
に基づき、各電源供給装置９Ａ、９Ｂ・・・から各幹線
分岐増幅器７Ａ、７Ｂ・・・を作動するのに必要な電源
供給がなされているか否かを判断することができ、異常
発生時には速やかに電源供給系の修理を行なうことが可
能となる。

尚上記実施例では、積分回路３６ａを積分抵抗器Ｒとコ
ンデンサＣとにより構成したが、演算増幅器等を用いて
構成してもよく、この場合にも積分抵抗器Ｒと接地抵抗
器ｒとの比を上記のように設定すれば、正弦波電圧と方
形波電圧の実効値を同レベルの直流電圧として検出する
ことができる。

ここで本発明は、積分抵抗器Ｒと接地抵抗器「との抵抗
比ｒ／Ｒを３．４〜４．７に設定することで、検波回路
で半波整流された正弦波電圧及び方形波電圧の実効値を
同レベルの直流電圧として検出できるようにするための
ものであるが、検波回路として、入力された交流電圧を
全波整流するように構成されたものを用いる場合には、
積分回路に交流１周朋当りに２波の検波信号が入力され
ることとなるので、積分回路に対して２個の接地抵抗器
を設ければ本発明と同様の効果が得られる。

従って、本発明を全波整流型の実効値検出回路に応用す
るには、積分抵抗器Ｒに対して３．４〜４゜７倍の抵抗
値を有する接地抵抗器ｒを２個設けるか、或はその合成
抵抗傾、即ち積分抵抗器Ｒに対して１．　７〜２．３倍
程度の抵抗値、を有する接地抵抗器を１個設けるように
すればよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の実効値検出装置は、入力
端子を半波整流する検波回路とその検波出力を平滑化す
る積分回路とを備えた平均値検波方式の実効値検出回路
に接地抵抗器を設け、その抵抗値を積分抵抗器の抵抗値
に対して３．４〜４゜７倍に設定することによって、正
弦波電圧及び方形波電圧の実効値を検出できるようにし
ているため、従来より正弦波電圧及び方形波電圧の実効
値を検出するために使用される熱変換型の実効値検出回
路や、２乗回路、平均回路及びｆ回路から構成された実
効値検出回路等のように、回路構成が複雑になるといっ
たことはなく、簡単な回路構成で安価に作成することが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及び（ｂ）は本発明の２種の基本回路構成
を表わす電気回路図、第２図（ａ）及び（ｂ）は夫々第
１図の基本回路に正弦波電圧及び方形波電圧を入力した
ときの出力電圧波形を表わす線図、第３図（ａ）及び（
ｂ）は夫々第１図（ａ）及び（ｂ）の基本回路における
抵抗比を変化させたときの実効値の検出誤差と流通角の
変化状態を表わす線図、第４図は第１図（ａ）及び（ｂ
）の基本回路における積分抵抗器に異なる抵抗値のもの
を使用して接地抵抗器との抵抗比を変化させたときの実
効値の検出誤差を表わす線図、第５図は実施例のＣＡＴ
Ｖ施設の概略構成図、第６図は実施例の電源供給装置の
構成を表わすブロック図、第７図は実施例の幹線分岐増
幅器の構成を表わすブロック図、第８図は実施例の実効
値検出回路の構成を表わす電気回路図、第９図は第８図
の実効値検出回路による実効値の検出特性を表わす線図
、である。 Ｄ・・・ダイオード（検波回路） ３６ａ−・・積分回路 （Ｒ・・・積分抵抗器、 「・・・接地抵抗器 Ｃ・・・コンデンサ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 正弦波電圧及び方形波電圧の実効値を検出する実効値検
   出回路であって、 入力された交流電圧を半波整流する検波回路と、該検波
   回路からの検波出力を積分して平滑化する積分回路と、 一端が上記積分回路の入力端又は出力端に接続され、他
   端が接地された接地抵抗器と、 からなり、上記接地抵抗器の抵抗値を上記積分回路に備
   えられた積分抵抗器の３．４〜４．７倍に設定してなる
   ことを特徴とする正弦波電圧及び方形波電圧の実効値検
   出回路。