(57)【要約】【課題】所望の周波数を的確に判別する。【解決手段】周波数検出回路は、交流電圧の半周期毎のパルス電圧を生成するパルス生成回路１と、パルス生成回路１によって生成されたパルス電圧を、このパルス電圧の立ち上がりから第１の時間幅だけ一定値でマスク処理した電圧を出力するマスク処理回路２と、マスク処理された電圧に基づいて、交流電圧の周波数が第１の周波数か第１の周波数よりも高い第２の周波数かを判別する判別回路３とから構成される。第１の時間幅は、第１の周波数の半周期よりも短く、第２の周波数の半周期よりも長い時間である。【選択図】  図１
2020153807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧の半周期毎のパルス電圧を生成するように構成されたパルス生成回路と、
前記パルス電圧を、このパルス電圧の立ち上がり及び立ち下がりのいずれか一方から第１の時間幅だけ一定値でマスク処理した電圧を出力するように構成されたマスク処理回路と、
前記マスク処理された電圧に基づいて、前記交流電圧の周波数が第１の周波数か前記第１の周波数よりも高い第２の周波数かを判別するように構成された判別回路とを備え、
前記第１の時間幅は、前記第１の周波数の半周期よりも短く、前記第２の周波数の半周期よりも長い時間であることを特徴とする周波数検出回路。
【請求項２】
請求項１記載の周波数検出回路において、
前記判別回路は、前記マスク処理された電圧を、このマスク処理された電圧の立ち上がり及び立ち下がりのいずれか一方から、前記第１の時間幅よりも長い第２の時間幅だけ一定値でマスク処理した電圧を出力することを特徴とする周波数検出回路。
【請求項３】
請求項１または２記載の周波数検出回路において、
前記第１の周波数は、５０Ｈｚであり、
前記第２の周波数は、６０Ｈｚであることを特徴とする周波数検出回路。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の周波数検出回路において、
前記パルス生成回路は、
前記交流電圧の第１の極性の成分を取り出す半波整流を行うように構成された第１の半波整流回路と、
前記交流電圧の第２の極性の成分を取り出す半波整流を行うように構成された第２の半波整流回路と、
前記第１の半波整流回路の出力電圧を方形波に加工するように構成された第１の方形波発生回路と、
前記第２の半波整流回路の出力電圧を方形波に加工するように構成された第２の方形波発生回路と、
前記第１の方形波発生回路の出力電圧と前記第２の方形波発生回路の出力電圧とを合成して前記パルス電圧を出力する合成回路とを含むことを特徴とする周波数検出回路。
【請求項５】
請求項４記載の周波数検出回路において、
前記第１の方形波発生回路は、前記第１の半波整流回路の出力電圧と閾値電圧とを比較するコンパレータから構成され、
前記第２の方形波発生回路は、前記第２の半波整流回路の出力電圧と前記閾値電圧とを比較するコンパレータから構成されることを特徴とする周波数検出回路。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の周波数検出回路において、
前記マスク処理回路は、前記パルス電圧の立ち上がり及び立ち下がりのいずれか一方が入力される度に、前記第１の時間幅だけ一定値の電圧を出力するように構成されたモノステーブル・マルチバイブレータを含むことを特徴とする周波数検出回路。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の周波数検出回路において、
前記判別回路は、前記マスク処理された電圧の立ち上がり及び立ち下がりのいずれか一方が入力される度に、前記第１の時間幅よりも長い第２の時間幅だけ一定値の電圧を出力するように構成されたモノステーブル・マルチバイブレータを含むことを特徴とする周波数検出回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電圧の周波数の判別を行う周波数検出回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ヒータ等の電力を調整する電力調整器が各種産業の分野で使用されている。アナログ回路で構成された電力調整器は、デジタルの電力調整器と比較すると、デジタルのサンプリング時間がないために入力信号に対して高速に応答することができる。一方、アナログ回路で構成された電力調整器は、交流電源の半周期毎にオン時間の割合を変化させる位相制御を行うため、交流電源に合うように対応周波数を切り替える必要があった。
【０００３】
マイクロコンピュータを用いたデジタル回路であれば、周波数の切り替えは容易であるが、アナログ回路で構成された電力調整器に対しては、外部からスイッチで対応周波数を切り替える方法が一般的である。しかしながら、電力調整器の調整・組立場所と電力調整器の出荷先で電源周波数が異なる場合が多いため、外部からスイッチによる周波数の切り替え方法では、スイッチの切り替えを忘れたり設定を誤ったりする可能性があった。
【０００４】
そこで、交流電源の周波数を検出して電力調整器の対応周波数を自動的に切り替える方法が考えられる。従来、周波数検出回路としては、特許文献１で提案された回路が知られている。特許文献１で開示された周波数検出回路では、６０Ｈｚの周期よりも大きく５０Ｈｚの周期よりも小さい時限に設定した抵抗とコンデンサよりなるタイマー回路を設け、このタイマー回路の時限の計時を開始するトリガ端子とコンデンサの電荷を放電させるためのリセット端子とに、商用周波数の半サイクル毎に同期した信号を入力することで、５０Ｈｚと６０Ｈｚを判別するようにしている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１で開示された周波数検出回路では、交流電圧を全波整流して、商用周波数の半サイクル毎に同期した信号を生成しているが、タイマー回路の時限Ｔを１６．７ｍｓｅｃ＜Ｔ＜２０ｍｓｅｃに設定しており、このような構成では交流電源の半周期毎に５０Ｈｚと６０Ｈｚを判別することは困難であった。すなわち、商用周波数の半サイクル毎に同期した信号をタイマー回路に入力する場合には、タイマー回路の時限Ｔを８．３ｍｓｅｃ＜Ｔ＜１０ｍｓｅｃ、すなわち６０Ｈｚの半周期よりも大きく５０Ｈｚの半周期よりも小さい時限に設定しなければならない。
【０００６】
また、電力調整器の対応周波数を自動的に切り替える方法として、アナログ回路にデジタル回路を追加する方法もあるが、マイクロコンピュータを必要とすることから、ソフトウェアエンジニアの作業工数が必要となり、プログラムやデジタル部品の追加で管理上の負荷が増えるという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５６−８６３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、所望の周波数を的確に判別することができ、デジタル回路を必要としないアナログ回路で構成された周波数検出回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の周波数検出回路は、交流電圧の半周期毎のパルス電圧を生成するように構成されたパルス生成回路と、前記パルス電圧を、このパルス電圧の立ち上がり及び立ち下がりのいずれか一方から第１の時間幅だけ一定値でマスク処理した電圧を出力するように構成されたマスク処理回路と、前記マスク処理された電圧に基づいて、前記交流電圧の周波数が第１の周波数か前記第１の周波数よりも高い第２の周波数かを判別するように構成された判別回路とを備え、前記第１の時間幅は、前記第１の周波数の半周期よりも短く、前記第２の周波数の半周期よりも長い時間であることを特徴とするものである。
また、本発明の周波数検出回路の１構成例において、前記判別回路は、前記マスク処理された電圧を、このマスク処理された電圧の立ち上がり及び立ち下がりのいずれか一方から、前記第１の時間幅よりも長い第２の時間幅だけ一定値でマスク処理した電圧を出力することを特徴とするものである。
また、本発明の周波数検出回路の１構成例において、前記第１の周波数は、５０Ｈｚであり、前記第２の周波数は、６０Ｈｚであることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の周波数検出回路の１構成例において、前記パルス生成回路は、前記交流電圧の第１の極性の成分を取り出す半波整流を行うように構成された第１の半波整流回路と、前記交流電圧の第２の極性の成分を取り出す半波整流を行うように構成された第２の半波整流回路と、前記第１の半波整流回路の出力電圧を方形波に加工するように構成された第１の方形波発生回路と、前記第２の半波整流回路の出力電圧を方形波に加工するように構成された第２の方形波発生回路と、前記第１の方形波発生回路の出力電圧と前記第２の方形波発生回路の出力電圧とを合成して前記パルス電圧を出力する合成回路とを含むことを特徴とするものである。
また、本発明の周波数検出回路の１構成例において、前記第１の方形波発生回路は、前記第１の半波整流回路の出力電圧と閾値電圧とを比較するコンパレータから構成され、前記第２の方形波発生回路は、前記第２の半波整流回路の出力電圧と前記閾値電圧とを比較するコンパレータから構成されることを特徴とするものである。
また、本発明の周波数検出回路の１構成例において、前記マスク処理回路は、前記パルス電圧の立ち上がり及び立ち下がりのいずれか一方が入力される度に、前記第１の時間幅だけ一定値の電圧を出力するように構成されたモノステーブル・マルチバイブレータを含むことを特徴とするものである。
また、本発明の周波数検出回路の１構成例において、前記判別回路は、前記マスク処理された電圧の立ち上がり及び立ち下がりのいずれか一方が入力される度に、前記第１の時間幅よりも長い第２の時間幅だけ一定値の電圧を出力するように構成されたモノステーブル・マルチバイブレータを含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、交流電圧が第１の周波数か第２の周波数かを的確に判別することができ、デジタル回路を必要としないアナログ回路からなる周波数検出回路を実現することができる。その結果、本発明では、例えば電力調整器の対応周波数を自動的に切り替えることが可能となり、外部スイッチによる周波数の切り替えを不要とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施例に係る周波数検出回路の構成を示す回路図である。
【図２】図２は、本発明の実施例に係る周波数検出回路のパルス生成回路の動作を説明する波形図である。
【図３】図３は、本発明の実施例に係る周波数検出回路のマスク処理回路の動作を説明する波形図である。
【図４】図４は、本発明の実施例に係る周波数検出回路の判別回路の動作を説明する波形図である。
【図５】図５は、本発明の実施例に係る周波数検出回路の判別回路の動作を説明する波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施例に係る周波数検出回路の構成を示す回路図である。周波数検出回路は、交流電圧の半周期毎のパルス電圧を生成するパルス生成回路１と、パルス生成回路１によって生成されたパルス電圧を、このパルス電圧の立ち上がりから第１の時間幅だけ一定値でマスク処理した電圧を出力するマスク処理回路２と、マスク処理された電圧に基づいて、交流電圧の周波数が第１の周波数か第１の周波数よりも高い第２の周波数かを判別する判別回路３とから構成される。
【００１４】
パルス生成回路１は、トランスＴ１と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、コンパレータＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２と、否定論理和回路ＮＯＲと、抵抗Ｒ１〜Ｒ９とから構成される。
【００１５】
マスク処理回路２は、モノステーブル・マルチバイブレータＩＣ１と、コンパレータＣＯＭＰ３と、オペアンプＡ１と、ダイオードＤ３，Ｄ４と、抵抗Ｒ１０〜Ｒ１８と、可変抵抗ＶＲ１と、コンデンサＣ１，Ｃ２とから構成される。
【００１６】
判別回路３は、モノステーブル・マルチバイブレータＩＣ２と、抵抗Ｒ１９と、コンデンサＣ３とから構成される。
【００１７】
以下、本実施例の周波数検出回路の動作を詳細に説明する。まず、パルス生成回路１のトランスＴ１は、商用電源からの１００Ｖまたは２００Ｖなどの交流電源電圧を降圧する。第１の半波整流回路を構成するダイオードＤ１は、トランスＴ１によって降圧された交流電圧（図２のａ）の第１の極性（本実施例では正側）の成分を取り出す半波整流を行う。このダイオードＤ１の出力電圧は、図２のｂのようになる。第２の半波整流回路を構成するダイオードＤ２は、トランスＴ１によって降圧された交流電圧の第２の極性（本実施例では負側）の成分を取り出す半波整流を行う。このダイオードＤ２の出力電圧は、図２のｃのようになる。
【００１８】
続いて、第１の方形波発生回路を構成するコンパレータＣＯＭＰ１は、直流電源電圧ＶＣＣを分圧する抵抗Ｒ１，Ｒ２によって生成された閾値電圧ＴＨ１（本実施例では接地電圧（０Ｖ）付近の電圧）と、ダイオードＤ１によって半波整流された電圧ｂとを比較する。これにより、コンパレータＣＯＭＰ１からは図２のｄのような方形波のパルス電圧が出力される。
【００１９】
同様に、第２の方形波発生回路を構成するコンパレータＣＯＭＰ２は、直流電源電圧ＶＣＣを分圧する抵抗Ｒ５，Ｒ６によって生成された閾値電圧ＴＨ１（本実施例では接地電圧（０Ｖ）付近の電圧）と、ダイオードＤ２によって半波整流された電圧ｃとを比較する。これにより、コンパレータＣＯＭＰ２からは図２のｅのような方形波のパルス電圧が出力される。
【００２０】
パルス生成回路１の否定論理和回路ＮＯＲ（合成回路）は、コンパレータＣＯＭＰ１の出力電圧ｄとコンパレータＣＯＭＰ２の出力電圧ｅとの否定論理和の結果を出力することにより、コンパレータＣＯＭＰ１の出力電圧ｄとコンパレータＣＯＭＰ２の出力電圧ｅとを合成する。こうして、パルス生成回路１からは図２のｆのように交流電圧の半周期毎のパルス電圧が出力される。このパルス電圧ｆは、図２のａに示した交流電圧のゼロクロス点を検出したものである。
【００２１】
次に、マスク処理回路２のモノステーブル・マルチバイブレータＩＣ１は、パルス生成回路１からパルス電圧ｆの立ち上がりがトリガ入力端子Ｂに入力される度に、図３のｇに示すように第１の時間幅Ｔ１だけハイ（Ｈ）レベルのパルス電圧を出力端子Ｑから出力する。第１の時間幅Ｔ１は、抵抗Ｒ１０，Ｒ１１と可変抵抗ＶＲ１とコンデンサＣ１とによって設定される。本実施例では、第１の時間幅Ｔ１を、交流電圧の第１の周波数Ｆ１（本実施例では５０Ｈｚ）の半周期（１０ｍｓｅｃ）よりも短く、第１の周波数Ｆ１よりも高い第２の周波数Ｆ２（本実施例では６０Ｈｚ）の半周期（８．３ｍｓｅｃ）よりも長い時間（本実施例では、例えば９ｍｓｅｃ）とする。
【００２２】
続いて、マスク処理回路２のコンパレータＣＯＭＰ３は、直流電源電圧ＶＣＣを分圧する抵抗Ｒ１４，Ｒ１５によって生成された閾値電圧ＴＨ２（本実施例ではＶＣＣと０Ｖの中間の電圧）と、モノステーブル・マルチバイブレータＩＣ１から出力されたパルス電圧ｇとを比較する。そして、マスク処理回路２のオペアンプＡ１と抵抗Ｒ１６と抵抗Ｒ１７とからなる反転増幅回路は、コンパレータＣＯＭＰ３の出力電圧を反転増幅する。
【００２３】
こうして、マスク処理回路２からは図３のｈのようなパルス電圧が出力される。このパルス電圧ｈは、パルス生成回路１から出力されたパルス電圧ｆを、このパルス電圧ｆの立ち上がりから第１の時間幅Ｔ１だけ一定値でマスク処理したものである。図３の例では、第１の時間幅Ｔ１だけ一定値（本実施例ではロー（０）レベル）が維持されていることが分かる。
【００２４】
次に、判別回路３を構成するモノステーブル・マルチバイブレータＩＣ２は、マスク処理回路２からトリガ入力端子Ｂに入力されるパルス電圧ｈに基づいて、商用電源からの交流電圧が第１の周波数Ｆ１（本実施例では５０Ｈｚ）か第２の周波数Ｆ２（本実施例では６０Ｈｚ）かを判別する。具体的には、モノステーブル・マルチバイブレータＩＣ２は、パルス電圧ｈの立ち上がりがトリガ入力端子Ｂに入力される度に、第２の時間幅Ｔ２だけローレベルのパルス電圧ＯＵＴを出力端子バーＱから出力する。第２の時間幅Ｔ２は、抵抗Ｒ１９とコンデンサＣ３とによって設定される。本実施例では、第２の時間幅Ｔ２を第１の時間幅Ｔ１よりも長い時間幅（例えば２００ｍｓｅｃ）とする。すなわち、モノステーブル・マルチバイブレータＩＣ２は、パルス電圧ｈの立ち上がりから第２の時間幅Ｔ２だけ一定値（本実施例ではロー（０）レベル）を出力することになる。
【００２５】
商用電源からの交流電圧の周波数が第１の周波数Ｆ１（本実施例では５０Ｈｚ）の場合、交流電圧の半周期（パルス電圧ｆの周期であり、本実施例では１０ｍｓｅｃ）が第１の時間幅Ｔ１よりも長くなるので、マスク処理回路２のモノステーブル・マルチバイブレータＩＣ１から出力されるパルス電圧ｇは、図３に示したように、交流電圧の半周期のうち、第１の時間幅Ｔ１（９ｍｓｅｃ）の間はハイレベルで、残りの１ｍｓｅｃはローレベルとなる。このため、マスク処理回路２から出力されるパルス電圧ｈは、交流電圧の半周期のうち、第１の時間幅Ｔ１（９ｍｓｅｃ）の間はローレベルで、残りの１ｍｓｅｃはハイレベルとなる。
【００２６】
交流電圧の周波数が第１の周波数Ｆ１（本実施例では５０Ｈｚ）の場合には、第２の時間幅Ｔ２が経過する前に常にパルス電圧ｈの立ち上がりがモノステーブル・マルチバイブレータＩＣ２のトリガ入力端子Ｂに入力されるので、モノステーブル・マルチバイブレータＩＣ２は、図４に示すように常にローレベルの電圧ＯＵＴを出力する。
【００２７】
一方、商用電源からの交流電圧の周波数が第２の周波数Ｆ２（本実施例では６０Ｈｚ）の場合、交流電圧の半周期（パルス電圧ｆの周期であり、本実施例では８．３ｍｓｅｃ）が第１の時間幅Ｔ１よりも短くなる。第１の時間幅Ｔ１が経過する前に常にパルス電圧ｆの立ち上がりがモノステーブル・マルチバイブレータＩＣ１のトリガ入力端子Ｂに入力されるので、モノステーブル・マルチバイブレータＩＣ１は、図５に示すように常にハイレベルの電圧ｇを出力する。このため、マスク処理回路２から出力される電圧ｈは、図５に示すように常にローレベルとなる。
【００２８】
したがって、交流電圧の周波数が第２の周波数Ｆ２（本実施例では６０Ｈｚ）の場合、常にローレベルの電圧ｈがモノステーブル・マルチバイブレータＩＣ２のトリガ入力端子Ｂに入力されるので、モノステーブル・マルチバイブレータＩＣ２は、図５に示すように常にハイレベルの電圧ＯＵＴを出力する。
【００２９】
こうして、本実施例では、交流電圧が第１の周波数Ｆ１か第２の周波数Ｆ２かを判別することができる。
なお、モノステーブル・マルチバイブレータＩＣ１は、パルス電圧ｆの立ち上がりが入力される度に、第１の時間幅Ｔ１だけパルス電圧を出力するが、パルス電圧ｆの立ち下がりが入力される度に、第１の時間幅Ｔ１だけパルス電圧を出力するようにしてもよい。
同様に、モノステーブル・マルチバイブレータＩＣ２は、パルス電圧ｈの立ち上がりが入力される度に、第２の時間幅Ｔ２だけパルス電圧を出力するが、パルス電圧ｈの立ち下がりが入力される度に、第２の時間幅Ｔ２だけパルス電圧を出力するようにしてもよい。
【００３０】
また、本実施例では、商用電源からの入力を想定しているため、第１の周波数Ｆ１を５０Ｈｚ、第２の周波数Ｆ２を６０Ｈｚとしているが、これに限るものではなく、第１の時間幅Ｔ１、第２の時間幅Ｔ２を上記のとおり設定すれば、他の周波数に適用できることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、交流電圧の周波数を判別する技術に適用することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１…パルス生成回路、２…マスク処理回路、３…判別回路、ＩＣ１，ＩＣ２…モノステーブル・マルチバイブレータ、ＣＯＭＰ１〜ＣＯＭＰ３…コンパレータ、Ａ１〜オペアンプ、ＮＯＲ…否定論理和回路、Ｄ１〜Ｄ４…ダイオード、Ｒ１〜Ｒ１９…抵抗、ＶＲ１…可変抵抗、Ｃ１〜Ｃ３…コンデンサ、Ｔ１…トランス。
【図１】
2020153807.tif 000003
【図２】
2020153807.tif 000004
【図３】
2020153807.tif 000005
【図４】
2020153807.tif 000006
【図５】
2020153807.tif 000007