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公開番号2025061997
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-11
出願番号2025014743,2020165076
出願日2025-01-31,2020-09-30
発明の名称交流電源の瞬断又は/及び瞬低検知装置
出願人株式会社システム設計,株式会社チノー
代理人個人
主分類H03K 5/1536 20060101AFI20250403BHJP(基本電子回路)
要約【課題】瞬断又は/及び瞬低の検知には、電圧0V(ゼロクロス点)の検出、交流電源電圧信号半波長分の時間を求めることが重要である。従来では整流回路で全波整流した信号からフォトカプラ1個によるゼロクロス検出していたが、理想波形からのずれによりゼロクロス点および半波長分の時間を高精度に得ることが困難であった。
【解決手段】全波整流せずにフォトカプラ2個もちいることにより、整流時の波形ずれやフォトカプラの動作閾値差の影響を最小として、ゼロクロス点を検出できるため、電圧0Vの時間を高精度に得られ、瞬断を高精度に検知できる。ゼロクロス点を高精度に検出できるために瞬低を検知するために必要な半波長分の時間を高精度に検知できる。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
交流電源信号を取得する交流電源信号取得部と、
交流電源電圧を降圧するための絶縁トランスを有する電源降圧部と、
前記電源降圧部で降圧した交流を全波整流する交流全波整流部と、
全波整流した波形をＡＤ変換するＡＤ変換部と、
ＡＤ変換した半波長分を積分する積分部と
得られた各半波長分の積分値が正常であるか判断するための所定値である比較所定値を
保持する比較所定値保持部と、
得られた各半波長分の積分値を保持されている比較所定値と比較し、異常である瞬低状態、正常状態、のいずれであるか判断する異常正常判断部と、
前記判断結果を出力する判断結果出力部
と、
前記取得した交流電源信号が正である場合に応じて受光信号を出力し、前記取得した交流電源信号が負である場合に応じて受光信号を出力しない第一のフォトカプラと、
前記取得した交流電源信号が正である場合に応じて受光信号を出力せず、前記取得した交流電源信号が負である場合に応じて受光信号を出力する第二のフォトカプラと、
前記交流電源信号の任意の時間的区間である信号幅をカウントするためのカウンタと、
第一のフォトカプラからも第二のフォトカプラからも受光信号が取得されない間にわたって前記カウンタがカウントした値を示す情報である非受光時間長情報と比較すべき、所定時間長を示す情報である比較時間長情報を、複数保持する比較時間長情報保持部と、
前記非受光時間長情報と、複数の前記比較時間長情報とを比較する比較部と、
比較部での複数の比較結果が所定の比較結果である場合に、比較結果毎にその旨を出力する比較結果出力部と、
さらに、
前記第一のフォトカプラは、前記取得した交流電源信号が正である場合に応じて信号Ｌを出力し、前記取得した交流電源信号が負である場合に応じて信号Ｈを出力するように構成され、
前記第二のフォトカプラは、前記取得した交流電源信号が正である場合に応じて信号Ｈを出力し、前記取得した交流電源信号が負である場合に応じて信号Ｌを出力するように構成され、
「交流電源信号が負正反転する同一のタイミング領域で、第二のフォトカプラの信号がＬからＨに切り替わる第一タイミングと第一のフォトカプラの信号がＨからＬに切り替わる第二タイミングと、の時間差」、又は／及び、
「交流電源信号が正負反転する同一のタイミング領域で、第二のフォトカプラの信号がＨからＬに切り替わる第三タイミングと第一のフォトカプラの信号がＬからＨに切り替わる第四タイミングと、の時間差」、を取得する時間差取得部と、
取得した時間差の二分の一の時間長である補正時間長を用いて交流電源信号の電圧０のタイミングを取得するゼロクロスタイミング取得部と、
取得した時間差の複数を統計処理して補正時間長を取得する補正時間長取得部と、
を有し、
補正時間長取得部において、取得した複数の前記時間差に１／２をかけた時間長を蓄積保持し統計処理して取得した補正時間長から得た補正時間長の予想される最大値最小値の範囲を、取得した前記時間差に１／２をかけた時間長が外れる場合には、半波長分後のゼロクロスポイントの補正にその値を除外し前回と同じ値を暫定補正時間長として使用する、電力瞬低検知装置。
続きを表示（約 200 文字）【請求項２】
請求項１に記載のカウンタ
が、
ＡＤ変換部と積分部と比較所定値保持部と異常正常判断部と判断結果出力部の内の少なくとも一以上と同じマイコン内に機能集積されている請求項
１
記載の電力瞬低検知装置。
【請求項３】
半波長分の積分する際に、
前記ゼロクロスポイント
を用いる、請求項
１
記載の電力瞬低検知装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電圧の瞬断又は／及び瞬低の検知装置に関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
瞬断とは、商用電源の供給が一時的(半サイクルから1分間)に停止し、交流電圧が0Vまたは中性点基準の電圧が0Vになっている状態をいう。もう一方の瞬低とは、商用電源の供給が完全には停止とはならないが、一時的(半サイクルから1分間)に交流電圧が低下した状態をいう。東京電力の一般商用交流１００Vは５０Hzのため、半サイクルでは10m秒となる。
瞬断が起きると、生産設備が停止したり、病院の治療用機械が停止したり、PCのハードディスクなどのうち未対策品ではヘッドの退避が間に合わず破壊に至る可能性がある。瞬低の場合もUPSなどの誤作動や、マグネットスイッチ式のモーターが停止する場合がある。そのため、瞬断や瞬低は発生を検知し、必要な機器に対応行動をとらせる必要がある。検知後は、データの退避、電源オフでも影響ないような状態への移行、非常用電源への切り替えなどを速やかに行う。瞬断については電圧0Vの状態が続くため、電圧0Vの瞬間と、その状態の時間的な長さの検知が重要である。また、瞬低については、電圧変動の検知を、半周期ごとに電圧値情報を算出し正常な値から下がっていないかどうかの比較を行う。
【０００３】
従来のゼロクロス検出は、交流電圧を全波整流し、全波整流した出力電圧を入力信号とする一のフォトカプラとを用い、フォトカプラを構成するフォトトランジスタがオフ（コレクタ－エミッタ間が非導通状態）となる期間を計測し、その期間に基づいてゼロクロスポイントを検出する。
【０００４】
文献１に係る技術を、図１８を用いて説明する。図１８は、フリッカ（蛍光灯やブラウン管などのちらつき）の発生を防止するためにゼロクロスポイントでヒータ（１８１１）をオンする制御を行うヒータ制御装置（１８０１）であり、ゼロクロスポイントを検出するゼロクロス検知装置（１８０２）を有するものである。このヒータ制御装置は、図１８の（ａ）に示すような回路構成を有する。ゼロクロス検知装置（１８０２）は、電源（１８０３）から供給される交流電圧を全波整流する整流回路（１８０４）と、整流回路（１８０４）の出力電圧を入力信号とするフォトカプラ（１８０５）を備え、フォトカプラ（１８０５）は、フォトダイオードＤ１とフォトトランジスタＴｒ１から構成されており、フォトダイオードＤ１のアノードが抵抗Ｒ１を介して整流回路（１８０４）の出力に接続され、フォトダイオードＤ１のカソードはグランドに接続されている。
【０００５】
また、フォトトランジスタＴｒ１のコレクタは、抵抗Ｒ２を介して直流電源VＤＤに接続されるとともにトランジスタＴｒ２のベースに接続され、フォトトランジスタＴｒ１のエミッタはグランドに接続されている。また、トランジスタＴｒ２のコレクタは抵抗Ｒ３を介して直流電源VＤＤに接続されており、トランジスタＴｒ２のエミッタはグランドに接続されている。また、制御部（１８０６）は、ゼロクロス時間計測手段（１８０７）、遅延時間算出手段（１８０９）、遅延手段（１８１０）を有しており、トランジスタＴｒ２のコレクタとスイッチ部（１８０８）に接続されている。
【０００６】
また、図１８の（ｂ）は交流電源（１８０３）の電圧波形を示し、図１８の（ｃ）はフォトカプラ（１８０５）の入力信号波形（整流回路（１８０４）の出力電圧波形）を示している。また、図１８の（ｄ）はトランジスタＴｒ２のコレクタ出力の波形を示し、図１８の（ｅ）はヒータ制御信号の波形を示している。
【０００７】
そして、交流電源（１８０３）からの交流電圧（図１８の（ｂ））は、整流回路（１８０４）で全波整流され、全波整流された電圧（図１８の（ｃ））は抵抗Ｒ１を介してフォトカプラ（１８０５）の発光ダイオードＤ１に印加される。これにより、発光ダイオードＤ１には交流電源（１８０３）の電圧に比例した順方向電流が流れ、この順方向電流により発光ダイオードＤ１が発光する。
【０００８】
また、フォトカプラ（１８０５）のフォトトランジスタＴｒ１は、この発光ダイオードＤ１からの発光を受けると、ベース電流が流れ、そのコレクタ－エミッタ間が導通する。従って、フォトトランジスタＴｒ１のコレクタの電圧はグランド電圧となるので、トランジスタＴｒ２のベース電流が流れることはなく、トランジスタＴｒ２はオフになり、トランジスタＴｒ２のコレクタの電圧は「Ｈ」（直流電源VＤＤの電圧）になる。
【０００９】
また、交流電源（１８０３）の電圧の振幅が小さくなると、フォトダイオードＤ１に流れる順方向電流は小さくなり、フォトダイオードＤ１の発光量が低下する。そして、フォトダイオードの発光量が低下すると、フォトトランジスタＴｒ１にベース電流が流れなくなり、フォトトランジスタＴｒ１はオフとなる。すると、トランジスタＴｒ２のベースには抵抗Ｒ２を介して直流電源VＤＤからベース電流が流れるので、トランジスタＴｒ２はオンになり、トランジスタＴｒ２のコレクタの電圧は「Ｌ」（グランド電圧）になる。
【００１０】
換言すれば、トランジスタＴｒ２がオンになるときの交流電源（１８０３）の電圧をVｔｈとすると、図１８の（ｃ）、図１８の（ｄ）に示すように、交流電源（１８０３）の電圧の絶対値がVｔｈより小さいときに、トランジスタＴｒ２がオンになり、トランジスタＴｒ２のコレクタの電圧は「Ｌ」（グランド電圧）になる。また、トランジスタＴｒ２がオンになっている期間、即ち、トランジスタＴｒ２のコレクタの電圧が「Ｌ」になっている期間は、交流電源（１８０３）の電圧波形のゼロクロス付近の期間であるので、この期間をゼロクロス期間と呼称し、このゼロクロス期間を示す信号である図１８の（ｄ）に示す信号をゼロクロス信号と呼称する。
（【００１１】以降は省略されています）

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