JPH04359695A - 位相制御装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モータなどの負荷を位
相制御する位相制御装置に関し、特に、トリガ信号の出
力タイミング対策に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、位相制御装置は、ゼロクロス検
出回路が電源電圧のゼロクロスを検出し、このゼロクロ
ス信号を受けてスイッチング素子の位相角を制御し、モ
ータ等の負荷の供給電圧を制御して該負荷を駆動制御し
ている。

【０００３】このゼロクロスの検出としては、「実用電
子回路ハンドブック」（ＣＱ出版株式会社　　昭和４９
年５月１日　　第５版発行）の４３４頁に開示されてい
るように、電源電圧を受けてトランジスタをオン・オフ
動作させ、制御電圧を負荷に供給するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した位相制御装置
におけるトランジスタは、電源電圧の正側半波波形おい
ては、該電源電圧がゼロクロスしてスレッショルド電圧
以上なる点を基準とし、負側半波波形においては、電源
電圧がゼロクロスしてスレッショルド電圧以下になる点
を基準とし、この各基準点から所定時間が経過すると、
動作させるようにしている。

【０００５】つまり、図８（ａ）に実線で示すように、
電源電圧の正側半波波形においては、該電源電圧Ｖ１１
がスレッショルド電圧Ｖｔｈより大きくなると、図８（
ｂ）に示すように、ゼロクロス信号Ｚ１を立上げる一方
、スレッショルド電圧Ｖｔｈより小さくなると、ゼロク
ロス信号Ｚ１を立下げるようにしている。そして、図８
（ｄ）に示すように、このゼロクロス信号Ｚ１の立上が
りを基準として、所定時間ｔｄが経過するとトリガ信号
Ｔ１を出力し、該トリガ信号Ｔ１の立上りにより、図８
（ｆ）に実線で示すように、電源から負荷に電圧Ｖ１２
を印加することになる。

【０００６】しかし、従来、上記ゼロクロス信号Ｚ１の
立上りを基準にトリガ信号Ｔ１を出力するようにしてい
るため、電源電圧が低下すると、負荷への印加電圧が下
がる一方、電源電圧が上昇すると、負荷への印加電圧が
上がることになる。

【０００７】つまり、例えば、図８（ａ）に破線で示す
ように、電源電圧Ｖ２１が低下すると、スレッショルド
電圧Ｖｔｈになるタイミングがｔ１時間だけ遅れること
になり、図８（ｃ）に示すように、ゼロクロス信号Ｚ２
の立上りが遅れることになり、この遅れによって、図８
（ｅ）に示すように、遅延時間ｔｄが一定であるので、
トリガ信号Ｔ２が遅れることになり、図８（ｆ）に破線
で示すように、負荷への印加電圧Ｖ２２がｔ１時間だけ
遅れることになる。

【０００８】しかも、負荷への印加電圧Ｖ２２は、印加
点の遅れ（ｔ１時間）と電源電圧Ｖ２１の低下（Ｖｄ）
とが相俟って、図８（ｆ）にハッチングで示すように、
大きく低下することになる。この結果、負荷に安定して
電力供給することができず、制御の信頼性が低いという
問題があった。

【０００９】本発明は、斯かる点に鑑みてなされたもの
で、電源電圧が変動しても負荷に安定して電力供給でき
るようにすることを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明が講じた手段は、半周期前のゼロクロス信
号を利用してトリガ信号を出力するようにしたものであ
る。

【００１１】具体的に、図１に示すように、請求項１に
係る発明が講じた手段は、先ず、交流電源（３）から電
源電圧を受け、該電源電圧のゼロ電圧に対して所定の正
側スレッショルド電圧及び負側スレッショルド電圧が設
定され、該両スレッショルド電圧間の設定電圧範囲に基
づいて上記電源電圧のゼロクロス信号を出力するゼロク
ロス検出手段（７）が設けられている。そして、上記交
流電源（３）からの供給電力を受けて駆動する負荷（２
）が設けられている。更に、上記交流電源（３）と負荷
（２）との間に設けられて、該負荷（２）への供給電力
を制御するスイッチング手段（９）が設けられている。 加えて、上記ゼロクロス検出手段（７）のゼロクロス信
号を受け、上記電源電圧が設定電圧範囲内になった検出
タイミングに基づいてトリガ信号を出力し、上記スイッ
チング手段（９）を位相制御する制御手段（８）が設け
らた構成としている。

【００１２】また、請求項２に係る発明が講じた手段は
、上記請求項１記載の発明において、ゼロクロス検出手
段（７）は、電源電圧が設定電圧範囲外になるとゼロク
ロス信号を立上げると共に、電源電圧が設定電圧範囲内
になるとゼロクロス信号を立下げるように構成される一
方、制御手段（８）は、上記ゼロクロス信号が立下がっ
た後、所定時間が経過するまで、トリガ信号を出力する
ように構成されたものである。

【００１３】

【作用】上記の構成により、請求項１に係る発明では、
交流電源（３）からの供給電力は、スイッチング手段（
９）のスイッチング動作によって制御された電力となり
、この制御電力が負荷（２）に供給されて該負荷（２）
が駆動することになる。

【００１４】一方、ゼロクロス検出手段（７）は、電源
電圧を受けて設定電圧範囲に基づいて電源電圧のゼロク
ロス信号を出力しており、具体的に、請求項２に係る発
明では、電源電圧が設定電圧範囲外になると、ゼロクロ
ス信号を立上げる一方、電源電圧が設定電圧範囲内にな
ると、ゼロクロス信号を立下げることになる。

【００１５】そして、上記ゼロクロス検出手段（７）の
ゼロクロス信号を受けて制御手段（８）は、上記電源電
圧が設定電圧範囲内になった検出タイミングに基づいて
トリガ信号を出力し、具体的に、請求項２に係る発明で
は、上記ゼロクロス信号の立下がりから所定時間が経過
するまで、トリガ信号を出力する。このトリガ信号によ
ってスイッチング手段（９）が位相制御され、制御電力
が負荷（２）に供給される。

【００１６】

【発明の効果】従って、請求項１及び２に係る発明によ
れば、電源電圧が設定電圧範囲内になった時点からトリ
ガ信号の出力タイミングを設定するようにしたために、
上記電源電圧が低下するとトリガ信号の出力が速まり、
逆に、上記電源電圧の上昇するとトリガ信号の出力が遅
くなり、電圧変動に対して負荷（２）への供給電力の変
動を吸収することができる。この結果、上記負荷（２）
に対して安定した電力供給を行うことができるので、位
相制御の信頼性を向上することができる。また、上記負
荷（２）をフィードバック制御する場合においても制御
の安定度を向上することができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。

【００１８】図２に示すように、（１）は負荷であるモ
ータ（２）を位相制御する位相制御装置であって、交流
電源（３）にパワートランス（４）を介してブリッジ整
流回路（５）が接続されると共に、該整流回路（５）に
電源回路（６）とゼロクロス検出回路（７）とが接続さ
れ、該ゼロクロス検出回路（７）に制御回路（８）が接
続される一方、上記交流電源（３）にモータ（２）とス
イッチング素子（９）とが接続されて構成されている。

【００１９】上記ゼロクロス検出回路（７）は、電源電
圧のゼロクロスを検出してゼロクロス信号を出力するゼ
ロクロス検出手段であって、コンパレータ（ＩＣ１）　
を備えている。該コンパレータ（ＩＣ１）　の非反転入
力側は、上記整流回路（５）に接続された２つの抵抗（
Ｒ１），（Ｒ２）の間に接続され、上記交流電源（３）
の電源電圧が２つの抵抗（Ｒ１），（Ｒ２）で分圧され
てコンパレータ（ＩＣ１）　に入力するように構成され
ている。また、上記コンパレータ（ＩＣ１）　の反転入
力側は、電源（１１）に接続された２つの抵抗（Ｒ３）
，（Ｒ４）の間に接続され、基準電圧が２つの抵抗（Ｒ
３），（Ｒ４）で分圧されて入力するように構成されて
いる。更に、上記コンパレータ（ＩＣ１）　の出力側は
、上記制御回路（８）に接続されている。そして、上記
コンパレータ（ＩＣ１）　は、図３（ａ）及び（ｂ）に
示すように、電源電圧に対してゼロクロス信号Ｗ１を制
御回路（８）に出力するように構成されている。

【００２０】また、上記抵抗（Ｒ２）にはコンデンサ（
Ｃ１）及びツェナーダイオード（ＺＤ）が、上記抵抗（
Ｒ４）にはコンデンサ（Ｃ２）がそれぞれ並列に接続さ
れてると共に、上記コンパレータ（ＩＣ１）　には抵抗
（Ｒ５）を有する帰還回路（７１）が接続され、該コン
デンサ（Ｃ１），（Ｃ２）、ツェナーダイオード（ＺＤ
）及び抵抗（Ｒ５）によってノイズを除去する一方、上
記コンパレータ（ＩＣ１）　の出力側には電源（１１）
が抵抗（Ｒ６）を介して接続されている。

【００２１】上記ゼロクロス検出回路（７）は、具体的
に、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、電源電圧Ｖ１
１のゼロ電圧に対して所定の正側スレッショルド電圧Ｖ
ｔｈと負側スレッショルド電圧Ｖｔｈとが設定され、該
両スレッショルド電圧Ｖｔｈ間が設定電圧範囲となって
いる。そして、上記ゼロクロス検出回路（７）は、電源
電圧Ｖ１１が設定電圧範囲外になるとゼロクロス信号Ｚ
１を立上げ、設定電圧範囲内になるとゼロクロス信号Ｚ
１を立下げるようになっている。

【００２２】一方、上記制御回路（８）は、ゼロクロス
検出回路（７）のゼロクロス信号を受け、上記電源電圧
が設定電圧範囲内になった検出タイミング、つまり、ゼ
ロクロス信号の立下がりに基づいてトリガ信号を出力す
る制御手段であって、微分回路（８１）と遅延時間設定
回路（８２）とワンショットマルチバイブレータ（ＩＣ
２）　と出力回路（８３）とを備えている。そして、該
微分回路（８１）は、コンデンサ（Ｃ３）と電源（１１
）に接続された抵抗（Ｒ７）及びダイオード（Ｄ）　と
を備え、図３（ｃ）に示すように、上記ゼロクロス検出
回路（７）のゼロクロス信号Ｗ１を受けて該ゼロクロス
信号Ｗ１の立下がりを検出し、立下がり信号Ｗ２を上記
ワンショットマルチバイブレータ（ＩＣ２）　に出力す
るようになっている。

【００２３】また、上記遅延時間設定回路（８２）は、
電源（１１）より抵抗（Ｒ８）と可変抵抗（Ｒ９）とコ
ンデンサ（Ｃ４）とが直列に接続され、該可変抵抗（Ｒ
９）とコンデンサ（Ｃ４）との間に上記ワンショットマ
ルチバイブレータ（ＩＣ２）　の入力側が接続されてい
る。そして、上記ワンショットマルチバイブレータ（Ｉ
Ｃ２）　は、図３（ｄ）に示すように、可変抵抗（Ｒ９
）の抵抗値によって上記微分回路（８１）の立下がり信
号Ｗ２より所定時間ｔｄだけ出力信号Ｗ３を出力するよ
うにしている。

【００２４】更に、上記出力回路（８３）は、ワンショ
ットマルチバイブレータ（ＩＣ２）　の出力側が抵抗（
Ｒ１０）　を介してトランジスタ（Ｑ）　のベースに接
続され、該トランジスタ（Ｑ）　のエミッタが電源（１
１）に、コレクタが発光素子（ＳＳＲ）　にそれぞれ接
続されてなり、上記ワンショットマルチバイブレータ（
ＩＣ２）　の出力信号がローになると発光素子（ＳＳＲ
）　が発光するように構成されている。 尚、（１１）は電源、（Ｃ５）及び（Ｃ６）はコンデン
サである。

【００２５】つまり、上記ワンショットマルチバイブレ
ータ（ＩＣ２）　は、図４（ｄ）に示すように、電源電
圧の半周期前のゼロクロス信号の立下がりより所定時間
ｔｄが経過すると、トリガ信号Ｔ１を出力するように構
成されている。

【００２６】一方、上記モータ（２）は交流電源（３）
に接続されると共に、該モータ（２）と交流電源（３）
との間にスイッチング手段であるスイッチング素子（９
）が接続され、該スイッチング素子（９）が、図３（ｅ
）に示すように、上記発光素子（ＳＳＲ）　からの光を
受けて導通し、上記交流電源（３）から電力Ｗ４をモー
タ（２）に供給するようにしている。

【００２７】次に、上記位相制御装置によるモータ（２
）の制御動作について説明する。

【００２８】先ず、交流電源（３）の電源電圧は、パワ
ートランス（４）を介して整流回路（５）で整流された
後、電源回路（６）に供給されると共に、ゼロクロス検
出回路（７）に供給される一方、交流電源（３）よりモ
ータ（２）に電力供給されている。

【００２９】そして、上記電源電圧は、２つの抵抗（Ｒ
１），（Ｒ２）によって分圧されてコンパレータ（ＩＣ
１）　の非反転入力側に入力される一方、該コンパレー
タ（ＩＣ１）　の反転入力側には基準電圧が入力されて
おり、電源電圧と基準電圧とを比較し、図３（ｂ）及び
図４（ｂ）に示すように、正側の半波波形では電源電圧
Ｖ１１がスレッショルド電圧Ｖｔｈより大きくなり、設
定電圧範囲外になるとゼロクロス信号Ｚ１を立上げ、ス
レッショルド電圧Ｖｔｈより小さくなって設定電圧範囲
内になるとゼロクロス信号Ｚ１を立下げる。一方、上記
電源電圧Ｖ１１の負側の半波波形では電源電圧Ｖ１１が
スレッショルド電圧Ｖｔｈより小さくなり、設定電圧範
囲外になるとゼロクロス信号Ｚ１を立上げ、スレッショ
ルド電圧Ｖｔｈより大きくなって設定電圧範囲内になる
とゼロクロス信号Ｚ１を立下げる。

【００３０】このゼロクロス信号Ｚ１を微分回路（８１
）が受けて、該ゼロクロス信号Ｚ１の立下がりを検出し
て立下がり信号Ｗ２をワンショットマルチバイブレータ
（ＩＣ２）　に出力する（図３（ｃ）参照）。そして、
該ワンショットマルチバイブレータ（ＩＣ２）は、図３
（ｄ）に示すように、微分回路（８１）の立下がり信号
Ｗ２から遅延時間設定回路（８２）の可変抵抗（Ｒ９）
で定められる所定時間ｔｄが経過するまで出力信号Ｗ３
を出力する。つまり、図４（ｄ）に示すように、モータ
（２）に供給する制御電力の半波波形に対して半周期前
の半波波形のゼロクロス信号Ｚ１を用いて、該ゼロクロ
ス信号Ｚ１の立下がりから所定時間ｔｄが経過した後に
トリガ信号Ｔ１を出力することになる。

【００３１】その後、上記ワンショットマルチバイブレ
ータ（ＩＣ２）　の出力信号Ｗ３がローになると、発光
素子（ＳＳＲ）　が発光し、この発光によってスイッチ
ング素子（９）が導通し、回転数に対応した電力Ｗ４が
モータ（２）に供給され（図３（ｅ）参照）、図４（ｆ
）に示すように、モータ（２）に電圧Ｖ１２が印加され
る。

【００３２】このモータ（２）の位相制御時において、
電源電圧が変動し、例えば、図４（ａ）に破線で示すよ
うに、電源電圧Ｖ２１が低下すると、ゼロクロス信号Ｚ
２の立上りがｔ１時間遅れることになるが、図４（ｃ）
に示すように、立下がりはｔ１時間早まり、図４（ｅ）
に示すように、トリガ信号Ｔ２はｔ１時間早まることに
なる。この結果、モータ（２）への供給電力は、図４（
ｆ）に示すように、供給時がｔ１時間早くなり、電源電
圧Ｖ２２の低下（Ｖｄ）による印加電圧の低下分（図４
（ｆ）Ｍ１参照）が供給時間の増加分（図４（ｆ）Ｍ２
参照）で補われることになる。また、図示しないが、電
源電圧が増大すると、逆に、モータ（２）への電力供給
開始点が遅れることになる。

【００３３】従って、上記電源電圧がゼロ電圧範囲内に
なったゼロクロス信号の立下がりからトリガ信号の出力
タイミングを設定するようにしたために、上記電源電圧
が低下するとトリガ信号の出力が速まり、逆に、上記電
源電圧が上昇するとトリガ信号の出力が遅くなり、電圧
変動に対してモータ（２）への供給電力の変動を吸収す
ることができる。この結果、上記モータ（２）に対して
安定した電力供給を行うことができるので、位相制御の
信頼性を向上することができる。また、上記モータ（２
）をフィードバック制御する場合においても制御の安定
度を向上することができる。

【００３４】図５は、他の実施例を示しており、ゼロク
ロス検出回路（７）のゼロクロス信号を受けて制御手段
であるマイコン（８ａ）がスイッチング素子（９）を制
御するようにしたものである。

【００３５】該マイコン（８ａ）は、トリガ信号の出力
を制御するタイマを備え、ゼロクロス信号割込とカウン
トアップ割込とを行うように構成されている。該ゼロク
ロス信号割込は、モータ（２）の回転数よりタイマにト
リガポイント定数の補数をセットし、ゼロクロス信号の
立下がりよりタイマ割込をイネーブルするように構成さ
れている。一方、上記カウントアップ割込は、トリガ信
号を出力すると共に、該トリガ信号のパルス巾を遅延し
た後、上記タイマがタイムアップするとタイマ割込をデ
ィスエーブルするように構成されている。

【００３６】このマイコン（８ａ）の制御動作を図６及
び図７に基づいて説明する。

【００３７】先ず、前実施例に示すように、ゼロクロス
検出回路（７）は、電源電圧が設定電圧範囲外になると
、ゼロクロス信号を出力しており、このゼロクロス信号
をマイコン（８ａ）が受けている。一方、モータ（２）
の回転数は本体制御プログラムのＲＡＭに記憶されてい
る。そこで、図６に示すように、ゼロクロス割込がスタ
ートすると、ステップＳＴ１において、ＲＡＭに記憶さ
れているモータ（２）の回転数を読み込んだ後、ステッ
プＳＴ２に移り、このモータ（２）の回転数よりＳＳＲ
であるスイッチング素子（９）のトリガポイントを計算
する。

【００３８】続いて、ステップＳＴ３に移り、タイマに
トリガポイント定数の補数をセットした後、ステップＳ
Ｔ４に移り、上記ゼロクロス信号の立下がりによってタ
イマ割込をイネーブルしてメインルーチンに戻ることに
なる。

【００３９】一方、上記カウントアップ割込は、図７に
示すように、スタートすると、ステップＳＴ５において
、トリガ信号をスイッチング素子（９）に出力した後、
ステップＳＴ６に移り、図３（ｄ）に示したのと同様に
、トリガ信号のパルス巾を遅延し、その後、ステップＳ
Ｔ７に移り、タイマ割込をディスエーブルしてメインル
ーチンに戻ることになる。つまり、このタイマ割込のト
リガパルス出力によってスイッチング素子（９）が導通
し、モータ（２）に電力が供給されることになる。

【００４０】この結果、前実施例と同様に、上記ゼロク
ロス信号の立下がりを基準としてトリガ信号を出力する
ようにしているので、電源電圧の変動によるモータ（２
）への供給電力の変動を吸収することができる。

【００４１】尚、本実施例はモータ（２）の位相制御に
ついて説明したが、本発明は、モータ（２）以外の各種
負荷の位相制御に適用することができる。

【００４２】また、上記ゼロクロス検出回路（７）は、
電源電圧がゼロ電圧範囲内なるとハイ信号のゼロクロス
信号を出力するものであってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック図である。

【図２】位相制御装置の回路図である。

【図３】位相制御装置の各箇所の波形を示す波形図であ
る。

【図４】電源電圧に対する各信号の出力タイミング図で
ある。

【図５】他の位相制御装置を示すブロック図である。

【図６】モータの位相制御におけるゼロクロス信号割込
を示すフロー図である。

【図７】モータの位相制御におけるカウントアップ割込
を示すフロー図である。

【図８】従来の電源電圧に対する各信号の出力タイミン
グ図である。

【符号の説明】

１　　　　位相制御装置 ２　　　　モータ（負荷） ３　　　　交流電源 ７　　　　ゼロクロス検出回路（ゼロクロス検出手段）
８　　　　制御回路（制御手段） ８ａ　　　　マイコン（制御手段） ９　　　　スイッチング素子（スイッチング手段）８１
　　　　微分回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　交流電源（３）から電源電圧を受け、
   該電源電圧のゼロ電圧に対して所定の正側スレッショル
   ド電圧及び負側スレッショルド電圧が設定され、該両ス
   レッショルド電圧間の設定電圧範囲に基づいて上記電源
   電圧のゼロクロス信号を出力するゼロクロス検出手段（
   ７）と、上記交流電源（３）からの供給電力を受けて駆
   動する負荷（２）と、上記交流電源（３）と負荷（２）
   との間に設けられて、該負荷（２）への供給電力を制御
   するスイッチング手段（９）と、上記ゼロクロス検出手
   段（７）のゼロクロス信号を受け、上記電源電圧が設定
   電圧範囲内になった検出タイミングに基づいてトリガ信
   号を出力し、上記スイッチング手段（９）を位相制御す
   る制御手段（８）とを備えたことを特徴とする位相制御
   装置。
2. 【請求項２】　　請求項１記載の位相制御装置において
   、ゼロクロス検出手段（７）は、電源電圧が設定電圧範
   囲外になるとゼロクロス信号を立上げると共に、電源電
   圧が設定電圧範囲内になるとゼロクロス信号を立下げる
   ように構成される一方、制御手段（８）は、上記ゼロク
   ロス信号が立下がった後、所定時間が経過するまで、ト
   リガ信号を出力するように構成されていることを特徴と
   する位相制御装置。