JPH0828962B2 - 交流電源のゼロクロス検出回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、交流電源の電力制御などに用いられるゼロ
クロス検出回路に関し、特にホトカプラを用いて一次、
二次の回路を絶縁した交流電源のゼロクロス検出回路に
関する。

（従来の技術） 交流電源の電力制御などに用いられるゼロクロス検出
回路は、交流電源からの出力波形がゼロとなる位置を事
前に検出する必要がある。ここでは、ゼロクロス点の位
置そのものよりも、まもなくゼロクロス点が得られるこ
と、すなわちゼロクロスの有無を検出することが重要と
なる。

従来、この種のゼロクロス検出回路は、低周波トラン
スによつて一次、二次の回路の絶縁と交流波形の伝送を
行い、低周波トランスの二次側に接続した検出回路によ
つてゼロクロスの検出を行つている。

第３図は、従来の交流電源のゼロクロス検出回路例を
示す回路図である。

第３図において交流電源１の電圧をトランス20によつ
て絶縁して降圧し、抵抗器21とコンデンサ24の直列回路
に加えている。抵抗器21とコンデンサ24の接続点に現わ
れる交流電源入力波形と同期した正弦波信号は、抵抗器
22と23で分圧され、オペアンプ25の一つの入力として与
えられる。オペアンプ25の他の一つの入力は、トランス
20の二次巻線の中点に地気を介して接続されており、ゼ
ロ電位レベルである。そこで交電源入力の正弦波と同期
したトランス20の二次出力信号が検出点であるオペアン
プ25の入力端でゼロ電位レベルとなると、オペアンプ25
の出力は反転し、交流電源入力と同期したゼロクロス信
号を出力することができる。

なお、ゼロクロス検出回路は、ゼロクロス点の検出が
目的であるため、回路出力を基準にしてゼロクロス点が
求められさえすればよく、入力交流電源の周期に同期し
ていることが重要であるが、極性は通常問題にされな
い。

（発明が解決しようとする問題点） 上述した従来の交流電源のゼロクロス検出回路は、一
次、二次回路の絶縁と信号波形の伝送に低周波トランス
を使用しているため、実装スペースが大きくなり、重量
も大きい。したがつて、小形軽量化がむつかしい。

また、一般に一次回路の使用電圧の100ボルトおよび2
00ボルトのそれぞれに対応してトランスのタツプ切換え
を必要とするなどの欠点がある。

本発明の目的は、このような欠点を解消し、製品の小
形、軽量化が容易で、電源電圧が100ボルト、200ボルト
のいずれに対しても切換操作を必要としない交流電源の
ゼロクロス検出回路を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 前記の目的を達成するため、ゼロクロスが検出される
べき交流電源１の正弦波を発光部2a,3aに入力し、受光
部2b,3bから矩形波を出力する第１のホトカプラ（2a,2b
で構成）および第２のホトカプラ（3a,3bで構成）と、
前記第１のホトカプラの出力（2bの出力）でオン、オフ
するトランジスタ10と、前記第２のホトカプラの出力
（3bの出力）でトリガされるモノスティブルマルチバイ
ブレータ14と、前記トランジスタ10の出力と前記モノス
ティブルマルチバイブレータ14の出力の論理和を作る論
理回路（12,13,9,で構成）と、前記受光部2b,3bなどの
各回路素子の必要部分に直流電圧Vccを供給する手段を
有し、第１のホトカプラと第２のホトカプラの発光部を
入力波形が互いに逆極性となるよう前記交流電源１に接
続し、前記論理回路の出力に基づいて交流電源のゼロク
ロスを検出するよう構成する。

（実施例） 次に本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は、本発明の一実施例を示す回路図である。

第１図に示すように、交流電源１の両端に抵抗器４を
介して互いに逆方向に接続された２つのホトカプラの発
光部2a,3aが接続されている。一方、２つのホトカプラ
の受光部2b,3bは、それぞれトランジスタ10のベース
と、モノマルチ14の入力に接続されている。トランジス
タ10のコレクタ出力とモノマルチ14の出力はダイオード
12,13,抵抗器９によつて構成される論理和回路に入力さ
れ、この論理和回路の出力はトランジスタ11に入力さ
れ、トランジスタ11のコレクタ出力がゼロクロス出力と
なつている。

なお、抵抗器５と６はそれぞれホトトランジスタの受
光部3b,2bの負荷抵抗であり、抵抗器７と８はそれぞれ
トランジスタ10と11の負荷抵抗である。また、Vccは受
光部3b,2b、トランジスタ10,11へ供給する直流の電源電
圧である。

次に動作を説明する。

第４図は、第１図の実施例の要部の波形例を示す波形
図であり、同図（ａ）は交流電源１の正弦波形を示し、
同図（ｂ）はフオトカプラの受光部2bの出力波形を示
し、同図（ｃ）はトランジスタ10の出力波形を示し、同
図（ｄ）はフオトカプラの受光部3bの出力波形を示し、
同図（ｅ）はモノマルチの出力波形を示し、同図（ｆ）
はトランジスタ11の入力波形を示し、同図（ｇ）はトラ
ンジスタ11の出力波形を示している。

なお、同図（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｇ）
の各波形の高レベルの部分は、電源電圧Vccにほぼ等し
い。

まず、第４図（ａ）の交流電源１の波形が正の半サイ
クルのとき、交流電源１から抵抗器４を介してホトカプ
ラの発光部2aに電流が流れ発光する。その間、受光部2b
のフオトトランジスタは第４図（ｂ）の波形が示すよう
にオン状態となる。

この信号はトランジスタ10で反転され第４図（ｃ）の
波形となる。

次に、交流電源１の波形が負の反サイクルのとき、交
流電源１から抵抗器４を介してホトカプラの発光部3bに
電流が流れ発光する。その間、受光部3bのフオトトラン
ジスタは第４図（ｄ）の波形が示すようにオン状態とな
る。

そこでモノマルチ14は第４図（ｄ）の波形の立上りで
トリガされ、第４図（ｅ）に示すようにあらかじめ設定
された時定数の期間高電位のパルスを出力する。なお、
このパルスの幅はホトカプラの発光ダイオードの順方向
電圧降下により生じるデツドアングル以上で、かつ電源
波形１波長の1/2以下に設定する。

交流電源１の波形は引続き正負の半サイクルを連続し
て繰り返すが、第４図（ｃ）の波形はダイオード12を通
してトランジスタ11に加えられ、第４図（ｅ）の波形は
ダイオード13を通じてトランジスタ11に加えられる。そ
こでトランジスタ11の入力波形は第４図（ｆ）となるの
で、トランジスタ11の出力は第４図（ｇ）のように交流
電源波形（同図（ａ））と同期したパルス信号が出力さ
れる。したがつて、トランジスタ11の出力により交流電
源波形のゼロクロスの有無を事前に判定することができ
る。

第２図は、第１図の実施例とは異なる他の実施例を示
す回路図である。

第２図の実施例は、第１図の実施例とは異なり、交流
電流１の出力をホトカプラの発光部2a,3aに加える回路
に定電圧ダイオード15,16を挿入し、ホトカプラの受光
部3bの出力をトランジスタ17で増幅してからモノマルチ
をトリガさせている。

定電圧ダイオード15、16を挿入することにより、第１
図に示される実施例でホトカプラの発光ダイオードの順
方向電圧降下によってのみ生じていたデッドアングル
を、次式の電圧に相当する区間まで拡大することができ
る。

Va＝定電圧ダイオード15の順方向電圧降下 ＋定電圧ダイオード16のツェナー電圧 ＋ホトカプラ2aの順方向電圧降下 Vb＝定電圧ダイオード15の順方向電圧降下 ＋定電圧ダイオード16のツェナー電圧 ＋ホトカプラ3aの順方向電圧降下 ここで、定電圧ダイオードおよびホトカプラの順方向
電圧降下はほぼ固定的な値であるが、定電圧ダイオード
のツェナー電圧は定電圧ダイオードを選定することによ
り可変することができる。

このように定電圧ダイオード15,16を用いることによ
りゼロクロス信号の位相を調整することができ、またト
ランジスタ17で増幅することによりホトカプラの受光部
3bの負荷抵抗器５の抵抗値を大きくすることができる。
ただしこの場合、モノマルチ14は、トランジスタ17の出
力パルスの立下りを検出してトリガ入力とする必要があ
る。

なお、第２図中抵抗器18はトランジスタ17の負荷抵抗
である。

（発明の効果） 以上説明したように本発明は、一次、二次回路間の絶
縁および信号の伝送を行い、二次回路にモノマルチを使
用することにより、従来トランスにより実現しているゼ
ロクロス検出機能をトランスを用いないで実現し、小形
軽量化することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す回路図である。 第２図は、本発明の他の実施例を示す回路図である。 第３図は、従来の交流電源のゼロクロス検出回路例を示
す回路図である。 第４図は、第１図の実施例の要部の波形例を示す波形図
である。 １……交流電源 2a,3a……ホトカプラの発光部 2b,3b……ホトカプラの受光部 4,5,6,7,8,9,18,21,22,23……抵抗器 10,11,17……トランジスタ 12,13……ダイオード 14……モノマルチ 15,16……定電圧ダイオード 20……トランス 24……コンデンサ 25……オペアンプ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ゼロクロスが検出される交流電源の正弦波
   を発光部に入力し、該発光部から矩形波を出力する第１
   のホトカプラおよび第２のホトカプラと、 前記第１のホトカプラの出力がオンしたときにオフし、
   オフしたときにオンするトランジスタと、 前記第２のホトカプラの出力をトリガ入力とし、交流電
   源の半サイクルの間にパルス出力を終了するように時定
   数が設定されたモノスティブルマルチバイブレータと、 前記トランジスタの出力と前記モノスティブルバイブレ
   ータの出力の論理和を作る論理回路と、 前記受光部を含む回路素子に直流電圧を供給する手段と
   を有し、 前記第１のホトカプラと前記第２のホトカプラの前記発
   光部を入力波形が互いに逆極性となるよう前記交流電源
   に接続し、前記論理回路の出力に基づいて交流電源のゼ
   ロクロスを検出することを特徴とする交流電源のゼロク
   ロス検出回路。