JP2009265105A - １つのパルス信号で零点及び電圧の大きさを検出する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子製品に入力される商用電源電圧の零点及び電圧の大きさを１つのパルス信号から検出する装置及び方法を提供する。
【解決手段】本発明の検出装置は、商用電源電圧と第１基準電圧を比較して、前記商用電源電圧が第１基準電圧より小さいか否かを演算する第１演算部100と、前記商用電源電圧と、前記第１基準電圧より小さい第２基準電圧とを比較して、前記商用電源電圧が第２基準電圧より大きいか否かを演算する第２演算部200と、前記商用電源電圧が、第１基準電圧より小さくかつ第２基準電圧より大きい場合に、パルスを出力するパルス出力部300と、前記パルス出力部から出力されたパルスを分析して零点及び電圧の大きさを検出する検出部400と、を含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、１つのパルス信号で零点及び電圧の大きさを検出する装置及び方法に関し、特に、電子製品に入力される商用電源電圧の零点及び電圧の大きさを１つのパルス信号で検出する装置及び方法に関する。

従来は、電子製品に入力される商用電源電圧の零点及び電圧の大きさを検出するために、個別の回路を内装した。一例として、図１を参照して、浄水器または洗浄器具（ビデ）のような瞬間温水モジュールが備えられた製品に入力される商用電源電圧の零点及び電圧の大きさを検出する装置を説明する。

図１は、従来の商用電源電圧の零点を検出する零点検出器の構成図である。図１に図示すように、商用電源電圧の相電圧１が入力されたとき、相電圧１が０より大きいと、比較器２はハイレベルの電圧を出力し、また、相電圧１が０より小さいと、比較器２はローレベルの電圧を出力して、矩形波電圧３を出力するようになる。位相検出器４は、この矩形波電圧３により位相を検出し、零点を検出する。

図２は、従来の商用電源電圧の電圧検出回路の構成図である。図２に図示されたように、接続点１１には、高電位側の電位Ｖ_ＤＤが供給され、接続点１２には、低電位側の電位Ｖ_ＥＥが供給される。接続点１２と他の接続点１３の間には電圧降下を発生させるための抵抗１４が接続され、接続点１１と接続点１３の間には、順次にバイアス電圧発生回路１５、基準電圧発生回路１６、電圧分割回路１７、電圧比較器１８及び電流経路回路１９が接続されている。

この中で、バイアス電圧発生回路１５は、接続点１１の電位Ｖ_ＤＤと他の接続点１３の電位Ｖ_ＳＳの電位差から所定の直流バイアス電圧Ｖ_Ｂを発生させるが、この直流バイアス電圧Ｖ_Ｂは、ＭＯＳトランジスタのゲートに供給されて、弱反転領域でドランジスタが動作する値に設定される。これにより、バイアス電圧発生回路１５で発生するバイアス電圧Ｖ_Ｂは、基準電圧発生回路１６及び電圧比較器１８にそれぞれ供給される。

電圧比較器１８は、供給される基準電圧Ｖ_１と分割電圧Ｖ_２を比較してから、その比較結果によって出力電圧Ｖ_３を出力させ、電流経路回路１９に供給される。この電流経路回路１９は、比較器１８の出力電圧Ｖ_３による電流を電流接続点１２、１３間に流すことで、抵抗１４において電圧降下を発生させ、出力電圧Ｖ_ＯＵＴが一定になるように調節する。

上記のように、従来では、電子製品に入力される商用電源電圧の零点及び電圧の大きさを検出するために零点検出器及び電圧検出回路を個別に内装した。これにより、製品に用いられる部品数が増加し、製品原価が増加するため、製品の製造コストが増加し、低廉な製品を所望する消費者の消費欲求を満たさないという問題点がある。

本発明は、電子製品に入力される商用電源電圧の零点及び電圧の大きさを１つのパルス信号から検出する装置及び方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、電子製品に入力される商用電源電圧の零点及び電圧の大きさを検出する装置において、前記商用電源電圧と第１基準電圧を比較して、前記商用電源電圧が第１基準電圧より小さいか否かを演算する第１演算部と、前記商用電源電圧と、前記第１基準電圧より小さい第２基準電圧とを比較して、前記商用電源電圧が第２基準電圧より大きいか否かを演算する第２演算部と、前記商用電源電圧が、第１基準電圧より小さくかつ第２基準電圧より大きい場合に、パルスを出力するパルス出力部と、前記パルス出力部から出力されたパルスを分析して零点及び電圧の大きさを検出する検出部と、を含むことを特徴としている。

本発明の好ましい形態によれば、前記検出部は、前記パルス出力部が出力したパルスが消滅されるとき、インタラプト信号を発生させるインタラプト信号発生部と、前記パルス出力部によって出力されたパルスが消滅したときから、前記パルス出力部が、その後初めて他のパルスを出力させるまでの時間を測定する時間測定部と、前記時間測定部が測定した時間を既設定の基準時間と比較する比較部と、前記時間測定部が測定した時間が既設定の基準時間より小さい場合に、前記時間測定部で測定された時間の間に零点があると判別し、前記時間測定部が測定した時間が既設定の基準時間より大きい場合に、電圧の大きさを判別する判別部と、を含むことを特徴としている。

本発明の他の形態によれば、前記判別部は、前記時間測定部で測定された時間幅の中間地点に零点があると判別することを特徴とする。

本発明のさらに他の形態によれば、前記判別部は、前記パルス出力部によって出力されたパルスが消滅したときの時間及び前記パルス出力部が、その後初めて他のパルスを出力させるときの時間をそれぞれ求めて、入力された電圧の大きさを判別することを特徴とする。

本発明のさらに他の形態によれば、前記既設定の基準時間は、前記商用電源電圧が全波整流された波形の半周期に該当する時間であることを特徴とする。

本発明の他の構成によれば、電子製品に入力される商用電源電圧の零点及び電圧の大きさを検出する方法において、前記商用電源電圧と第１基準電圧を比較して、前記商用電源電圧が第１基準電圧より小さいか否かを演算する段階と、前記商用電源電圧と、前記第１基準電圧より小さい第２基準電圧とを比較して、前記商用電源電圧が第２基準電圧より大きいか否かを演算する段階と、前記商用電源電圧が、第１基準電圧より小さくかつ第２基準電圧より大きい場合に、パルスを出力する段階と、前記出力されたパルスを分析して零点及び電圧の大きさを検出する段階と、を含むことを特徴としている。

本発明の好ましい形態によれば、前記零点及び電圧の大きさを検出する段階は、前記出力したパルスが消滅されるとき、インタラプト信号を発生させる段階と、前記出力したパルスが消滅したときから、その後初めて他のパルスを出力させるまでの時間を測定する段階と、前記測定した時間を既設定の基準時間と比較する段階と、前記測定した時間が既設定の基準時間より小さい場合に、前記測定された時間の間に零点があると判別し、前記測定した時間が既設定の基準時間より大きい場合に、電圧の大きさを判別する段階と、を含むことを特徴とする。

本発明は、電子製品に入力される商用電源電圧の零点及び電圧の大きさを１つのパルス信号から検出することによって、製品に用いられる部品数を減らすことができ、製品原価が減少するため、製品の製造コストが減少し、低廉な製品を所望する消費者の消費欲求を満たすことができる。

従来の商用電源電圧の零点を検出する零点検出器の構成図である。 従来の商用電源電圧の電圧検出回路の構成図である。 本発明の１つのパルス信号で零点及び電圧の大きさを検出する装置の構成図である。 図３の検出部の構成図である。 本発明の１つのパルス信号で零点及び電圧の大きさを検出する方法の流れ図である。 本発明の１つのパルス信号で零点及び電圧の大きさを検出する方法を説明するためのグラフである。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。しかし、本発明の実施形態は、様々な他の形態による変形例を含んでおり、本発明の範囲が以下に説明する実施形態のみに限定されるものではない。図面における構成要素の形状及び大きさ等は、説明を明確にするために、誇張されることがあり、図面上、同一符号で表示される要素は同一の構成要素である。

電子製品に入力される商用電源電圧の零点及び電圧の大きさを検出する装置の一実施例で、浄水器または洗浄器具のような瞬間温水モジュールが備えられた製品に入力される商用電源電圧の零点及び電圧の大きさを検出する装置について説明する。

図３は本発明の１つのパルス信号で零点及び電圧の大きさを検出する装置の構成図である。図３に図示されたように、浄水器または洗浄器具のような瞬間温水モジュールが備えられた製品に入力される商用電源電圧の零点及び電圧の大きさを１つのパルス信号で検出する装置は、第１演算部１００、第２演算部２００、パルス出力部３００及び検出部４００を含む。

前記装置は、交流の商用電源電圧の入力を受けて４つのダイオードＤ_１、Ｄ_２、Ｄ_３、Ｄ_４からなる全波整流回路を通じて全波整流させ、抵抗Ｒ_４を通じて第１演算部１００の−入力端子（反転入力端子）と第２演算部２００の＋入力端子（非反転入力端子）に入力される。第１演算部１００の−入力端子と第２演算部２００の＋入力端子は、全て抵抗Ｒ_５を通じて接地されている。抵抗Ｒ_４及びＲ_５は、全波整流された電圧を分配して出力されるパルスの幅を決める役割をする。

そして、商用電源電圧の入力によりＳＭＰＳ（スイッチモード パワーサプライ）のような電源供給装置を通じてＶ_ＣＣに電圧が供給さえると、Ｒ_１を通じてツェナーダイオードＺＤに電流が流れる。ツェナーダイオードＺＤは逆方向に掛かる電圧が降伏電圧以上になると、電流が急激に流れるようにし、このような性質により定電圧に維持される。ツェナーダイオードＺＤによる定電圧は、第１演算部の＋入力端子に入力されて第１基準電圧となる。抵抗Ｒ_１にはツェナーダイオードＺＤ、直列連結抵抗Ｒ_２及びＲ_３、キャパシタＣ_１が連結されて接地されている。

また、Ｖ_ＣＣに供給された電圧により、抵抗Ｒ_６とダイオードＤ_５を通じて電流が流れるが、ダイオードＤ_５にかかる電圧は、第２演算部の−入力端子に第２基準電圧として入力される。第２基準電圧は、ダイオードＤ_５が接地されているため、ダイオードＤ_５の順方向の電圧となる。

上記のような商用電源電圧、第１基準電圧及び第２基準電圧の入力によって第１演算部１００、第２演算部２００では、下記のような演算が行われる。

第１演算部１００は、商用電源電圧と第１基準電圧を比較して、商用電源電圧が第１基準電圧より小さいか否かを演算し、第２演算部２００は、商用電源電圧と前記第１基準電圧より小さい第２基準電圧を比較して、商用電源電圧が第２基準電圧より大きいか否かを演算する。

パルス出力部３００は、商用電源電圧が、第１基準電圧より小さくかつ第２基準電圧より大きい場合に、パルスを出力する。パルス出力部３００は、フォトダイオードＰＤとフォトトランジスタＰＴからなり、第１演算部１００及び第２演算部２００で演算した条件が全て満たされると動作する。即ち、第１演算部１００及び第２演算部２００で演算した条件が全て満たされると、フォトダイオードＰＤと抵抗Ｒ_７を通じて電流が流れる。フォトダイオードＰＤが動作すると、フォトトランジスタＰＴが動作し、Ｖ_ＣＣに供給された電圧が抵抗Ｒ_８及びフォトトランジスタＰＴを介して電流が流れるため、検出部４００は、フォトトランジスタＰＴにかかるパルス電圧を検出する。

検出部４００は、パルス出力部３００から出力されたパルスを分析して零点及び電圧の大きさを検出するが、これと関わる詳細な構成は、図４で説明する。

図４は、図３の検出部の構成図である。図４を参照すると、検出部４００はインタラプト信号発生部４１０、時間測定部４２０、比較部４３０及び判別部４４０を含む。
インタラプト信号発生部４１０は、パルス出力部３００が出力したパルスが消滅されるときインタラプト信号を発生させる。

時間測定部４２０は、パルス出力部３００によって出力されたパルスが消滅したときから、パルス出力部３００が、その後初めて他のパルスを出力させるまでの時間を測定する。時間測定部４２０は、タイマーで構成することができる。
比較部４３０は、時間測定部４２０が測定した時間を、既設定の基準時間と比較する。

判別部４４０は、時間測定部４２０によって測定された時間が既設定の基準時間より小さい場合に、時間測定部４２０によって測定された時間の間に零点があると判別し、時間測定部４２０が測定した時間が既設定の基準時間より大きい場合に、電圧の大きさを判別する。時間測定部４２０によって零点があると判別される場合に、零点は時間測定部４２０で測定された時間幅の中間地点にあると判別する。

図５は、本発明の１つのパルス信号で零点及び電圧の大きさを検出する方法の流れ図である。図５を参照すると、浄水器または洗浄器具のような瞬間温水モジュールが備えられた製品に入力される商用電源電圧の零点及び電圧の大きさを１つのパルス信号で検出する方法は、以下のようである。

先ず、第１演算部１００が、商用電源電圧と第１基準電圧を比較して、商用電源電圧が第１基準電圧より小さいか否かを演算する。そして、第２演算部２００が、商用電源電圧と第２基準電圧を比較して、商用電源電圧が第２基準電圧より大きいか否かを演算する。この際、パルス出力部３００は、商用電源電圧が第１基準電圧より小さくかつ第２基準電圧より大きいか否かを判別する（ステップＳ１００）。

その後、第１演算部１００及び第２演算部２００で演算した条件が全て満たされると、パルス出力部３００が、パルスを出力する（ステップＳ２００）。しかし、前記条件が全て満たされないと、前記条件が全て満たされるまで、前記演算結果を判別する。

その後、検出部４００がパルス出力部３００から出力されたパルスを分析して零点及び電圧の大きさを検出し（ステップＳ３００）、それはＳ３１０〜Ｓ３４２の段階からなる。Ｓ３００段階を詳細に説明すると、以下のようである。

先ず、パルス出力部３００が出力したパルスが消滅されるとき、インタラプト信号発生部４１０がインタラプト信号を発生させる（ステップＳ３１０）。

その後、時間測定部４２０は、パルス出力部３００によって出力されたパルスが消滅したときから、パルス出力部３００が、その後初めて他のパルスを出力させるまでの時間を測定する（ステップＳ３２０）。

次に、比較部４３０は、時間測定部４２０によって測定された時間を既設定の基準時間と比較して、時間測定部４２０によって測定された時間が、既設定の基準時間より小さいか否かを判断する（ステップＳ３３０）。

その後、時間測定部４２０によって測定された時間が既設定の基準時間より小さい場合に、判別部４４０は、時間測定部４２０によって測定された時間の間に零点があると判別し（ステップＳ３４１）、時間測定部４２０によって測定された時間が、既設定の基準時間より大きい場合に、判別部４４０は電圧の大きさを判別する（ステップＳ３４２）。

図６は、本発明の１つのパルス信号で零点及び電圧の大きさを検出する方法を説明するためのグラフである。図６を図３と共に説明すると、(a)は、常用電源として供給された電圧の波形を第１基準電圧Ｖref1と比較したグラフであり、(b)は、常用電源として供給された電圧の波形を第２基準電圧Ｖref2と比較したグラフであり、(c)は、パルス出力部３００に出力されたパルスの波形を示す。

（ａ）及び（ｂ）のような全波整流の波形は、ダイオードＤ_１、Ｄ_２、Ｄ_３、Ｄ_４を通じて全波整流され、抵抗Ｒ_４を介してそれぞれ第１演算部１００及び第２演算部２００に入力された波形である。そして、第１基準電圧及び第２基準電圧は、それぞれキャパシタＣ_１及びダイオードＤ_５にかかる電圧である。また、（ｃ）のようにパルス出力部３００に出力されたパルスの波形は、（ａ）及び（ｂ）で全波整流された電圧が、第１基準電圧より小さくかつ第２基準電圧より大きい場合に出力されたパルスの波形である。

（ｃ）の出力されたパルスが消滅したときから、その後初めて他のパルスを出力させるまでの時間幅Ｗ_１、Ｗ_２は、以下のような過程により求められる。ここで、商用電源電圧の全波整流された波形の周期は便宜上、πsecに例えて説明する。

先ず、（ａ）の全波整流の波形の値と第１基準電圧が同一である時間を求めるために、次式１を導くことができる。但し、ω＝２πｆである。

Ｖ_ref1 ＝（Ｒ_５／Ｒ_４）Ｖ_max sinωｔ

ここで、上記式１の右辺に（Ｒ_５／Ｒ_４）を乗算した理由は、ダイオードＤ_１、Ｄ_２、Ｄ_３、Ｄ_４ を介して全波整流された電圧が、抵抗Ｒ４、Ｒ５により分配されるためである。

その後、式１をまとめてｔで示すと、式２となる。

ｔ＝arcsin[（Ｒ₄／Ｒ₅）・（Ｖ_ref1／Ｖ_max）／２πｆ]

このとき、（ａ）で入力された商用電源電圧及び第１基準電圧を、それぞれ２２０Ｖ、５Ｖとし、抵抗Ｒ_４及びＲ_５をそれぞれ１００ｋΩ、２.２ｋΩとする。このとき、Ｖの最大値Ｖ_maxは２２０Ｖの√２倍であるため、約３１１Ｖとなり、周波数ｆは６０Ｈｚとする。

その後、式２に前記値を代入すると、ｔ_１＝０．００２１７を求めることができ、
ｔ₂＝π−ｔ₁であるため、ｔ_２＝０．００６１６を求めることができる。

その後、前記方法により（ｂ）でもｔ_３、ｔ_４を求めることができ、ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３、ｔ_４からＷ_１及びＷ_２を求めることができる。ここで、Ｗ_１＝ｔ_２−ｔ_１であり、Ｗ_２＝π＋ｔ_３−ｔ_４である。

前記方法で求めた時間幅Ｗ_１及びＷ_２が既設定の基準時間より小さい場合に、零点があると判別し、既設定の基準時間より大きい場合に、電圧の大きさを判別する。零点は、Ｗ_２の中間地点にあると判別し、電圧の大きさはｔ_１、ｔ_２を求めるまでの過程をさかのぼって追跡して入力された電圧の大きさを判別する。即ち、パルス出力部３００によって出力されたパルスが消滅したときの時間、及びパルス出力部３００が、その後初めて他のパルスを出力させるときの時間をそれぞれ求めて、入力された電圧の大きさを判別することができる。

また、同一波形の位置では、同一パルスが反復的に発生し、１つのパルス発生周期（πsec）の間、Ｗ_１とＷ_２が全て発生するため、Ｗ_１は、（π／２）secより大きくかつπsecより小さく、Ｗ_２は、（π／２）secより小さい。従って、既設定の基準時間は、商用電源電圧が全波整流された波形の半周期に該当する時間である（π／２）secと設定することが好ましい。

本発明は、上述の実施形態及び添付の図面により限定されない。添付の請求範囲により権利範囲を限定し、請求範囲に記載の本発明の技術的思想を外れない範囲内で様々な形態の置換、変形及び変更が可能であるということは、当技術分野において当業者には自明である。

１００：第１演算部
２００：第２演算部
３００：パルス出力部
４００：検出部
４１０：インタラプト信号発生部
４２０：時間測定部
４３０：比較部
４４０：判別部

Claims (7)

1. 電子製品に入力される商用電源電圧の零点及び電圧の大きさを検出する装置において、
   前記商用電源電圧と第１基準電圧を比較して、前記商用電源電圧が第１基準電圧より小さいか否かを演算する第１演算部と、
   前記商用電源電圧と、前記第１基準電圧より小さい第２基準電圧とを比較して、前記商用電源電圧が第２基準電圧より大きいか否かを演算する第２演算部と、
   前記商用電源電圧が、第１基準電圧より小さくかつ第２基準電圧より大きい場合に、パルスを出力するパルス出力部と、
   前記パルス出力部から出力されたパルスを分析して零点及び電圧の大きさを検出する検出部と、
   を含むことを特徴とする１つのパルス信号で零点及び電圧の大きさを検出する装置。
2. 前記検出部は、
   前記パルス出力部によって出力されたパルスが消滅したとき、インタラプト信号を発生させるインタラプト信号発生部と、
   前記パルス出力部によって出力されたパルスが消滅したときから、前記パルス出力部が、その後初めて他のパルスを出力させるまでの時間を測定する時間測定部と、
   前記時間測定部が測定した時間を既設定の基準時間と比較する比較部と、
   前記時間測定部によって測定された時間が、既設定の基準時間より小さい場合に、前記時間測定部によって測定された時間の間に零点があると判別し、前記時間測定部によって測定された時間が、既設定の基準時間より大きい場合に、電圧の大きさを判別する判別部と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
3. 前記判別部は、前記時間測定部で測定された時間幅の中間地点に零点があると判別することを特徴とする請求項２に記載の検出装置。
4. 前記判別部は、前記パルス出力部から出力したパルスが消滅されたときの時間及び前記パルス出力部が、その後初めて他のパルスを出力させるときの時間をそれぞれ求めて、入力された電圧の大きさを判別することを特徴とする請求項２に記載の検出装置。
5. 前記既設定の基準時間は、前記商用電源電圧が全波整流された波形の半周期に該当する時間であることを特徴とする請求項２に記載の検出装置。
6. 電子製品に入力される商用電源電圧の零点及び電圧の大きさを検出する方法において、
   前記商用電源電圧と第１基準電圧を比較して、前記商用電源電圧が第１基準電圧より小さいか否かを演算する段階と、
   前記商用電源電圧と、前記第１基準電圧より小さい第２基準電圧とを比較して、前記商用電源電圧が第２基準電圧より大きいか否かを演算する段階と、
   前記商用電源電圧が、第１基準電圧より小さくかつ第２基準電圧より大きい場合に、パルスを出力する段階と、
   前記出力されたパルスを分析して零点及び電圧の大きさを検出する段階と、
   を含むことを特徴とする１つのパルス信号で零点及び電圧の大きさを検出する方法。
7. 前記零点及び電圧の大きさを検出する段階は、
   前記出力されたパルスが消滅したとき、インタラプト信号を発生させる段階と、
   前記出力されたパルスが消滅したときから、その後初めて他のパルスを出力させるまでの時間を測定する段階と、
   前記測定した時間を既設定の基準時間と比較する段階と、
   前記測定した時間が既設定の基準時間より小さい場合に、前記測定された時間の間に零点があると判別し、前記測定した時間が既設定の基準時間より大きい場合に、電圧の大きさを判別する段階と、
   を含むことを特徴とする請求項６に記載の検出方法。

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