JPH10145200A - ゼロクロス検出装置 - Google Patents

ゼロクロス検出装置

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JPH10145200A
JPH10145200A JP30289096A JP30289096A JPH10145200A JP H10145200 A JPH10145200 A JP H10145200A JP 30289096 A JP30289096 A JP 30289096A JP 30289096 A JP30289096 A JP 30289096A JP H10145200 A JPH10145200 A JP H10145200A
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JP
Japan
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zero
voltage
emitting diode
light emitting
signal
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Application number
JP30289096A
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English (en)
Inventor
Takafumi Fukada
隆文 深田
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Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】入力側と出力側とを電気的に遮断されたフォト
カプラを使用したゼロクロス検出装置において、入力信
号がマイナス方向からプラス方向に変化するとき、その
入力信号がゼロ点をクロスするタイミングを正確に把握
することができるようなゼロクロス検出装置を提供する
こと。 【解決手段】入力側と出力側とを電気的に遮断されたフ
ォトカプラを前段に有するゼロクロス検出装置におい
て、前記フォトカプラを構成する発光ダイオードに入力
される交流入力信号が、マイナス方向からプラス変化す
ると同時に前記発光ダイオードに順方向電流を流すまで
に足りる電圧を発生する例えばコンデンサのような電圧
源をフォトカプラの入力側に設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ゼロクロス検出装
置に関し、特に、入力端と出力端との間を電気的に遮断
したゼロクロス検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ゼロクロス検出装置は、入力信号がゼロ
ボルト点を交差するときに信号を発する回路である。こ
の作用を利用して、交流発電装置の並列運転制御やイン
バータの位相角制御など、幅広く用いられている。図5
は、入力交流信号がゼロ点を中心としてプラス方向にあ
るのか或いはマイナス方向にあるのかを判別する上記ゼ
ロクロス検出装置の一例を示す回路図である。このゼロ
クロス検出装置の入力端に印加された交流入力信号はト
ランスT1の一次側から入力され、二次側に現れた信号
は抵抗R1、R2で分割され、抵抗R2の両端に生じた
信号はコンパレータCOMPのプラス入力端子に入力さ
れる。該コンパレータCOMPのマイナス端子はゼロボ
ルトに接地されている。したがって、図6の(a)に示
すように、交流入力信号がゼロボルトより低い場合に
は、図6の(b)に示すように、コンパレータCOMP
の出力信号はゼロボルトとなり、交流入力信号がゼロボ
ルトよりも高い場合には、コンパレータCOMPの出力
信号はハイレベル(=1)に飽和する。このゼロクロス
検出装置は、入力側にトランスT1を持っているので、
入力側と出力側を電気的に遮断することができて都合が
よい反面、車両や航空機に搭載した場合、トランスの重
量が大きくなり且つこれの設置スペースが大きくなるほ
かトランスが持っている振動に対する弱さが問題とな
る。
【0003】このような問題点を解消した他のゼロクロ
ス検出装置を図7に示す。この装置は、入力信号をフォ
トカプラPCの一次側に設けた発光ダイオードPDに印
加し、入力信号が発光ダイオードPDに対して順方向に
流れ、これが発光したとき、フォトトランジスタPTが
導通して、抵抗rdの両端に発生する電圧をコンパレー
タCOMPが検出し、これの出力信号をプラスに反転せ
しめる。また、入力信号が発光ダイオードPDに対して
逆バイアス方向となり、その発光が止まると、コンパレ
ータCOMPのプラス入力端子はマイナスになり、コン
パレータCOMPの出力信号はマイナスに反転する。こ
のゼロクロス検知装置は、小型軽量であるばかりか、振
動衝撃にも強く、しかも入力側と出力側の間は、電気的
にアイソレートされていて、車載用のインバータのよう
に入力側と出力側とを電気的に遮断しなければならない
回路には好適なものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなフォトカプラを使用しているゼロクロス検出装置
は、入力信号がマイナス方向からプラス方向に変化する
とき、入力信号がゼロ点を超えてもすぐにはフォトダイ
オードに電流が流れず、発光もしない。したがって、こ
のゼロクロス検出装置は図8に示すように、t1で示す
誤差が生じる。図9は、これに内蔵されている発光ダイ
オードの順方向特性である。この図から分かるように、
発光ダイオードは順方向に閾値Vthを持っており、印
加された入力信号電圧がこの閾値を越えなければ電流は
流れない。つまり入力信号電圧がマイナスになったゼロ
クロス点ではまだ発光ダイオードに電流は流れておら
ず、発光していないためフォトトランジスタはオンしな
い。そして、入力信号電圧が閾値を越えた時点で発光ダ
イオードに電流が流れ始め、フォトトランジスタはオン
し、コンパレータCOMPの出力端子がローレベルから
ハイレベルに反転するが、その時点は入力信号がゼロ点
をクロスした時点よりも遅れた時点となる。このよう
に、図7に示されるゼロクロス検出装置はゼロクロス点
を正確に把握できないという欠点がある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述のような
従来の不都合を解消しようとするものであり、その目的
は、入力側と出力側とを電気的に遮断されたフォトカプ
ラを使用したゼロクロス検出装置において、入力信号が
マイナス方向からプラス方向に変化するとき、その入力
信号がゼロ点をクロスするタイミングを正確に把握する
ことができるようなゼロクロス検出装置を提供すること
にある。
【0006】その目的を達成するために、本発明は、入
力側と出力側とを電気的に遮断されたフォトカプラを前
段に有するゼロクロス検出装置において、前記フォトカ
プラを構成する発光ダイオードに入力される交流入力信
号が、マイナス方向からプラス変化すると同時に前記発
光ダイオードに順方向電流を流すまでに足りる電圧を発
生する電圧源をフォトカプラの入力側に設けたことを特
徴とするゼロクロス検出装置を提供する。そして、前記
電圧源は、発光ダイオードに入力される交流入力信号
が、プラス方向からマイナス変化する間に所定値の電荷
を蓄積するコンデンサで構成できる。また、マイナス方
向からプラス変化すると同時に前記発光ダイオードに順
方向電流を流すまでに足りる電圧を発生する電圧源の電
圧は、コンデンサの容量と該コンデンサに直列に接続さ
れたツエナーダイオードのツエナー電圧とで調整する。
【0007】
【発明の実施の形態】次に本発明の一実施形態を、図面
を用いて詳細に説明する。図1は本発明に係るゼロクロ
ス検出装置の一例を示す回路図である。図1において、
端子Aと端子Bとの間に、保護用の抵抗rp、ダイオー
ドD1、フォトカプラPCの発光ダイオードPDが直列
に接続されている。これらダイオードD1、発光ダイオ
ードPDは、いずれも順方向に接続されている。ダイオ
ードD1には、コンデンサCとツェナーダイオードZD
が並列接続されている。ツェナーダイオードZDの接続
方向は、ダイオードD1と同じである。フォトカプラP
Cの発光ダイオードPDに対してダイオードD2が並列
に接続されている。ダイオードD2の接続方向は発光ダ
イオードPDと逆方向である。
【0008】電源V+と電源Vーとの間に、フォトカプ
ラPCのフォトトランジスタPTと検出抵抗rdが直列
に接続されている。コンパレータCOMPの+端子は、
フォトトランジスタPTと検出抵抗rdとの接続点に接
続され、ー端子は接地レベルに接続されていて、検出抵
抗rdに電圧が発生したとき、出力端子の出力電圧がプ
ラスからマイナスに反転するように構成されている。
【0009】次に、図2を用いて本発明の実施形態の作
用を説明する。図2は端子Aと端子Bとの間に交流信号
を印加した状態を示す。図2の(a)は、端子Aがプラ
スに、端子Bがマイナスになった状態(全半の180度
の区間)のときの電流の流れを示す。この状態におい
て、電流は保護抵抗rp、ダイオードD1、を通して発
光ダイオードPDに順方向の電流を流す。
【0010】図2の(b)に示すように、端子A、Bに
印加する交流信号の極性が反転した状態(後半の180
度の区間)では、端子Aがマイナス、端子Bがプラスの
状態になると、発光ダイオードPDへの電流はダイオー
ドD1により阻止されるが、ダイオードD2、コンデン
サC、保護抵抗rpを通じて電流が流れ、コンデンサC
に電荷が蓄積される。
【0011】図3は上記実施形態の各部の波形を示す波
形図である。図3のうち、(a)、(c)、(e)は入
力波形であり、(b)は発光ダイオードPDに掛かる電
圧波形であり、(d)は発光ダイオードPDを流れる電
流波形であり、(f)はコンパレータCOMPの出力波
形である。図3を用いて経時的な動作を説明する。コン
デンサCに電荷が蓄積されると、この電圧が常に入力さ
れる交流信号電圧に加算される。従って、端子Aがマイ
ナスからプラスに、端子Bがプラスからマイナスに移行
しようとするときには図3の(b)に示すように、発光
ダイオードPDに印加される電圧は、入力された交流信
号のゼロクロス点よりもt2だけはやくなる。そして、
時間t2が経過すると(入力された交流信号のゼロクロ
ス点と一致した点)、発光ダイオードPDには電流が流
れて点灯し(図3の(d)参照)、図3の(f)に示す
ように、コンパレータCOMPの出力は、交流信号がゼ
ロ点をクロスしたと同時に反転してハイレベルとなる。
つまり、発光ダイオードPDに逆バイアスが掛かった状
態で、コンデンサCに電荷を蓄積し、発光ダイオードP
Dに順バイアスが掛かる初期時、コンデンサCに蓄積さ
れた電荷を発光ダイオードPDに加えることにより、印
加交流信号のゼロクロス点での発光ダイオードPDの瞬
時の点灯を行い、正確なゼロクロス点の検出を行う。な
お、ゼロクロス信号のタイミング補正は、コンデンサC
に貯えた電荷量にて決められる。この電荷量は、コンデ
ンサCの容量と、これと並列に接続されたツェナーダイ
オードZDの電圧で制御できる。
【0012】本発明に係るゼロクロス検出装置は、図4
に示すような三相全波混合整流回路の位相制御回路に適
用する。サイリスタTHのターンオン時期は、最大電力
供給時のゼロ度から最小電力供給時の180度迄の期間
であり、線間電圧がプラスになっている期間と一致す
る。従来装置のように、ゼロクロス点の検出時期が遅れ
ると、最大電力の供給の目減りが起こることになるが、
本発明のように、相電圧がマイナスからプラスに変わる
ゼロクロス点を正確に検出得きるので、最大電力の供給
に目減りはない。
【0013】以上、本発明を上述の実施例により説明し
たが、本発明の主旨の範囲内で種々の変形や応用が可能
であり、これらの変形や応用を本発明の範囲から排除す
るものではない。
【0014】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明は、
フォトカプラを用いたゼロクロス検出装置であっても制
度よくゼロクロス点を検出することができ、トランスを
用いたゼロクロス検出装置と比較して省スペース、信頼
性の向上、ローコストで製作できる、等の効果を有す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の一実施形態の回路図である。
【図2】図2は、本発明の実施形態の動作を説明する回
路図である。
【図3】図3は、回路の各部の波形図である。
【図4】図4は、本発明を適用するサイリスタ整流回路
の回路図である。
【図5】図5は、トランスを用いた従来のゼロクロス検
出回路の回路図である。
【図6】図6は、トランスを用いた従来のゼロクロス検
出回路の波形図である。
【図7】図7は、フォトカプラを用いた従来のゼロクロ
ス検出回路の回路図である。
【図8】図8は、フォトカプラを用いた従来のゼロクロ
ス検出回路の波形図である。
【図9】図9は、ダイオードの電流ー電圧特性図であ
る。
【符号の説明】
T1・・・・・トランス R1・・・・・抵抗 R2・・・・・抵抗 COMP・・・コンパレータ PC・・・・・フォトカプラ PD・・・・・発光ダイオード PT・・・・・フォトトランジスタ rp・・・・・保護抵抗 rd・・・・・検出抵抗 D1・・・・・ダイオード C・・・・・・コンデンサ ZD・・・・・ツェナーダイオード D1・・・・・ダイオード D2・・・・・ダイオード

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力側と出力側とを電気的に遮断されたフ
    ォトカプラを前段に有するゼロクロス検出装置におい
    て、 前記フォトカプラを構成する発光ダイオードに入力され
    る交流入力信号が、マイナス方向からプラス変化すると
    同時に前記発光ダイオードに順方向電流を流すまでに足
    りる電圧を発生する電圧源をフォトカプラの入力側に設
    けたことを特徴とするゼロクロス検出装置。
  2. 【請求項2】前記電圧源は、発光ダイオードに入力され
    る交流入力信号が、プラス方向からマイナス変化する間
    に所定値の電荷を蓄積するコンデンサであることを特徴
    とする請求項1に記載のゼロクロス検出装置。
  3. 【請求項3】マイナス方向からプラス変化すると同時に
    前記発光ダイオードに順方向電流を流すまでに足りる電
    圧を発生する電圧源の電圧は、コンデンサの容量と該コ
    ンデンサに直列に接続されたツエナーダイオードのツエ
    ナー電圧とで調整することを特徴とする請求項2に記載
    のゼロクロス検出装置。
JP30289096A 1996-11-14 1996-11-14 ゼロクロス検出装置 Pending JPH10145200A (ja)

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