(57)【要約】【課題】交流電源のゼロクロス検出の高精度化を図ることで、入力力率を維持した電源装置を提供する。【解決手段】交流電源１の交流電圧と所定の基準電圧との大小関係に対応した２値信号に基づいて交流電源をリアクタ２を介して短絡する場合において、２値信号の立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジのどちらか片方向のエッジのみを待つ入力部８と、２値信号のパルス幅から検出された時刻とエッジ方向を記憶するか否か、かつ入力部８が待つエッジの方向を切り替えるか否かを判断する判断部９と、判断部９に基づいて２値信号の立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジの時刻とエッジ方向を記憶する記憶部１０と、記憶部１０に最も直近に記憶された立ち上がりエッジと立ち下がりエッジに対応する各時刻の中点と交流電源の周期を用いて次のゼロクロス点を算出することで、高力率を維持した電源装置が構成できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源をリアクタを介して短絡する短絡手段と、前記交流電源の交流電圧と所定の基準電圧との大小関係に対応した２値信号を出力する手段と、前記２値信号に基づいて前記短絡手段を駆動する制御手段を有する電源装置において、前記２値信号の立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジのどちらか片方向のエッジのみを待つ入力部と、前記２値信号のパルス幅に応じて検出された時刻とエッジ方向を記憶するか否か、かつ前記入力部が待つエッジの方向を切り替えるか否かを判断する判断部と、前記判断部に基づいて前記２値信号の立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジの時刻とエッジ方向を記憶する記憶部と、前記記憶部に最も直近に記憶された立ち上がりエッジと立ち下がりエッジに対応する各時刻の中点と前記交流電源の周期を用いて次のゼロクロス点を算出する算出部を備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記判断部は、前記２値信号の立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジが検出されるごとに、検出されたエッジと逆方向のエッジで、かつ最も直近に記憶された時刻からの時間が、第１の所定の値より小さい場合は、前記入力部を検出されたエッジと逆方向のエッジを待つ状態に切り替えるものであり、前記第１の所定の値より大きく、かつ前記２値信号の立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジごとにそれぞれあらかじめ設定された第２の所定の値より小さい場合は、前記入力部を検出されたエッジと同一方向のエッジを待つ状態に保つものであり、前記第２の所定の値より大きい場合は、検出された時刻とエッジ方向を記憶部に記憶した後に、入力部を検出されたエッジと逆方向のエッジを待つ状態に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記交流電源の周期は、算出部の演算に用いた立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジの検出周期を算出することによって得られることを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記交流電源の周期は、算出部の演算に用いた立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジと１周期前のゼロクロス点の算出に用いた立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジの時刻差とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項５】
算出部の演算に用いた立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジの検出周期があらかじめ設定された上限値以上、または下限値未満の場合は、判断部は異常と判断し、前記短絡手段を停止することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項６】
前記算出部は、１周期前に算出されたゼロクロス点から前記交流電源の周期の概略３／４に相当する時間だけ加算した時刻に、次のゼロクロス点を算出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源からの交流電圧を整流して負荷へ直流電圧を供給する電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源電圧の歪みや２値信号のチャタリングによってゼロクロス点がずれるとＰＡＭ波形の出力タイミングを補正して所定のＰＡＭ波形を確実に生成する方法が考案されている（例えば、特許文献１参照）。図７に示すように、２値信号の立ち下がり位置が左側にずれた場合、カウントのスタート位置を△ｔだけ補正することで立ち下がり位置のずれが吸収されて、ゼロクロス点Ｐから通常時と同様のタイミングでＰＡＭ波形のパルス信号を出力させることができる。
【０００３】
一方、２値信号の立ち上がり時刻と立ち下がり時刻を用いて電源電圧のゼロクロス時刻を算出する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。図８から明らかなように、電源電圧波形の立ち上がり時刻ｔｏｎ（２）と立ち下がり時刻ｔｏｆｆ（２）の中間時刻ｔｐは電源電圧のピーク時刻となる。したがって、ピーク時刻ｔｐから９０度（ｔａｃ／４）遅れの時刻が立ち下がりのゼロクロス時刻であり、ピーク時刻ｔｐから２７０度（３・ｔａｃ／４）遅れの時刻が立ち上がりのゼロクロス時刻となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２５３１０２号公報
【特許文献２】特開２００１−４５７６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の電源装置は比較的良好な特性を有するが、図７に示すような２値信号の立ち下がり信号のずれ量に応じて補正する方式は電源電圧の歪みや２値信号のチャタリングに対して有効であったが、図２に示すような周期毎に電源電圧が歪む場合は常に２値信号がずれる形になるので、ゼロクロス点を正確に検出するのは困難であった。一方、図２に示すような２値信号の立ち上がり時刻と立ち下がり時刻からゼロクロス時刻を算出する方式は、ゼロクロス時刻を正確に得ることはできていたが、電源電圧の歪みや２値信号のチャタリングに対しては、不十分であるという課題を有していた。
【０００６】
本発明の電源装置は、前記のような従来の課題を解決するもので、電源電圧の歪みやチャタリングによって図２に示すような２値信号になっても交流電源のゼロクロス点を正確に検出することができる電源装置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】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明の電源装置は、交流電源をリアクタを介して短絡する短絡手段と、交流電源の交流電圧と所定の基準電圧との大小関係に対応した２値信号を出力する手段と、２値信号に基づいて短絡手段を駆動する制御手段を有する電源装置において、２値信号の立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジのどちらか片方向のエッジのみを待つ入力部と、２値信号のパルス幅に応じて検出された時刻とエッジ方向を記憶するか否か、かつ入力部が待つエッジの方向を切り替えるか否かを判断する判断部と、判断部に基づいて２値信号の立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジの時刻とエッジ方向を記憶する記憶部と、記憶部に最も直近に記憶された立ち上がりエッジと立ち下がりエッジに対
応する各時刻の中点と交流電源の周期を用いて次のゼロクロス点を算出する算出部を備えたものである。
【０００８】
これによって、２値信号の立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジが検出されるごとに、検出されたエッジと逆方向のエッジで、かつ最も直近に記憶された時刻からの時間から検出された時刻とエッジの方向を記憶するか否か判断することで、図２に示すような２値信号になっても交流電源のゼロクロス点を正確に検出することができるので、高力率を維持することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の電源装置は、電源電圧の歪みや２値信号のチャタリングによって２値信号の検出位置がずれても交流電源のゼロクロス点を正確に検出することができるので、高力率を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１における電源装置の構成図
【図２】チャタリング発生時における交流入力電圧と２値信号との関係を示す波形図
【図３】本発明の実施の形態１における各部動作の説明図
【図４】本発明の実施の形態１における判断部の処理内容を示すフローチャート
【図５】本発明の実施の形態１における算出部の説明図
【図６】本発明の実施の形態２における各部動作の説明図
【図７】従来の電源供給回路の一例に係る構成図
【図８】従来のコンバータ回路の一例に係る構成図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
第１の発明は、交流電源をリアクタを介して短絡する短絡手段と、交流電源の交流電圧と所定の基準電圧との大小関係に対応した２値信号を出力する手段と、２値信号に基づいて短絡手段を駆動する制御手段を有する電源装置において、２値信号の立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジのどちらか片方向のエッジのみを待つ入力部と、２値信号のパルス幅に応じて検出された時刻とエッジ方向を記憶するか否か、かつ入力部が待つエッジの方向を切り替えるか否かを判断する判断部と、判断部に基づいて２値信号の立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジの時刻とエッジ方向を記憶する記憶部と、記憶部に最も直近に記憶された立ち上がりエッジと立ち下がりエッジに対応する各時刻の中点と交流電源の周期を用いて次のゼロクロス点を算出する算出部を備えることにより、２値信号の立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジが検出されるごとに、検出されたエッジと逆方向のエッジで、かつ最も直近に記憶された時刻からの時間から検出された時刻とエッジの方向を記憶するか否か判断することで、図２に示すような２値信号になっても交流電源のゼロクロス点を正確に検出することができるので、高力率を維持することができる。
【００１２】
第２の発明は、特に第１発明の判断部は、２値信号の立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジが検出されるごとに、検出されたエッジと逆方向のエッジで、かつ最も直近に記憶された時刻からの時間が、第１の所定の値より小さい場合は、入力部を検出されたエッジと逆方向のエッジを待つ状態に切り替えるものであり、第１の所定の値より大きく、かつ２値信号の立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジごとにそれぞれあらかじめ設定された第２の所定の値より小さい場合は、入力部を検出されたエッジと同一方向のエッジを待つ状態に保つものであり、第２の所定の値より大きい場合は、検出された時刻とエッジ方向を記憶部に記憶した後に、入力部を検出されたエッジと逆方向のエッジを待つ状態に切り替えるようにした電源装置であり、第１の所定の値と第２の所定の値の２つのしきい値を設けて検出された時刻とエッジ方向を記憶するか否か判断することで、交流電源のゼロクロス点を正確に検出することが実現できる。
【００１３】
第３の発明は、特に第１から第２の発明の交流電源の周期を算出部の演算に用いた立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジの検出周期を算出することによって得られるようにした電源装置であり、算出部の演算に用いたエッジの検出周期を交流電源の周期とすることで、交流電源のゼロクロス点をより精度よく検出することができる。
【００１４】
第４の発明は、特に第１から第３の発明の交流電源の周期を算出部の演算に用いた立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジと１周期前のゼロクロス点の算出に用いた立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジの時刻差とすることによって得られるようにした電源装置であり、最も直近に記憶された立ち上がりエッジまたは立ち下がりと１周期前に記憶された立ち上がりエッジまたは立ち下がりの時刻差を交流電源の周期とすることで、交流電源の周期が変動してもゼロクロス点を正確に検出することができる。
【００１５】
第５の発明は、特に第１から第４の発明の算出部の演算に用いた立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジの検出周期があらかじめ設定された上限値以上、または下限値未満の場合は、判断部は異常と判断し、短絡手段を停止するようにした電源装置であり、検出周期によって判断部が異常と判断することで、仮に交流電源の周期が想定外の値になった場合には短絡手段を停止できるので、システムの安全性が向上する。
【００１６】
第６の発明は、特に第１から第５の発明の算出部は、１周期前に算出されたゼロクロス点から交流電源の周期の概略３／４に相当する時間だけ加算した時刻に、次のゼロクロス点を算出するようにした電源装置であり、交流電源のピーク時刻付近で次のゼロクロス点を算出することで、正規の２値信号のエッジに近すぎて誤った時刻を用いて演算してしまう可能性が低くなるので、最も周波数変動に対応できる。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明にかかる第１の実施の形態の電源装置を示す構成図である。図１において、交流電源１の出力端からリアクタ２を経由して４個のダイオード４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄからなるブリッジ回路に入力される。ブリッジ整流回路の出力には平滑コンデンサ５、負荷６が接続されている。また、交流電源１の出力端からリアクタ２を介して交流電源１を短絡する短絡手段３が接続されることで、電源装置の力率を改善するようになっている。
【００１９】
また、交流電源１の両端には交流電源１の電源電圧の位相を２値信号で出力し、この２値信号を入力部８に供給する２値信号出力手段７が接続されている。
【００２０】
この２値信号出力手段７は、図２に示すように、電源電圧に応じてＯＮ−ＯＦＦ信号を出力するように構成されており、例えば、電源電圧がある基準値以上になるとＯＮ信号を出力し、基準値以下になるとＯＦＦになるものである。例えば、フォトカプラ等で組まれる構成があり、本実施の形態１の所定の基準電圧は極めて０Ｖに近い値、または０Ｖも含まれる。また、図２には交流電源１の正サイクルに２値信号が出力される波形を示しているが、負サイクルに２値信号が出力される波形でも本実施の形態１を利用できる。
【００２１】
次に、図２に示すように、２値信号のチャタリングが生じると、２値信号が通常時よりも短い周期でＯＮ−ＯＦＦを繰り返す。このまま２値信号をゼロクロス点の算出に用いると、交流電源１の本来のゼロクロス点とは異なった点を算出してしまう。そのため、２値信号の立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジが検出されるごとに、検出されたエッジ
と逆方向のエッジで、かつ最も直近に記憶された時刻からの時間によって、検出されたエッジの時刻を記憶するか否か判断を行ない、最も直近に記憶された時刻のみをゼロクロス点の算出に用いるようにする。
【００２２】
なお、仮に交流電源１の入力に不具合があり周期的に２値信号がずれる場合として、図３に示すような正規のパルスｔｚ３からある程度の間隔ｔｚ２離れたところに細いパルスｔｚ１（例えば、１μｓ程度）が発生する場合が一般的であり、本発明は、図３に示すような２値信号の場合に交流電源１のゼロクロス点を正確に検出するのに有効である。
【００２３】
次に、図４に示すフローチャートを用いて判断部９の動作を説明する。まず、２値信号の立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジが検出されるごとに、検出されたエッジと逆方向のエッジで、かつ最も直近に記憶された時刻からの時間が、ステップ（あ）で第２の所定の値より大きかったら正規のパルス幅に達成していると判断して、ステップ（う）、ステップ（え）に進んで検出された時刻とエッジ方向が記憶部１０に記憶され、入力部８を検出されたエッジと逆方向のエッジを待つ状態に切り替える。一方、ステップ（あ）で第２の所定の値より小さかったらステップ（い）に進み、さらに第１の所定の値より小さい場合はステップ（え）で入力部８を検出されたエッジと逆方向のエッジを待つ状態に切り替える。なお、ステップ（い）で第１の所定の値より大きい場合は特に何も処理されず終了フラグに進む。
【００２４】
次に図３に示す２値信号の場合にどの時刻で入力部８がどちらのエッジを待ち、かつ記憶部１０に時刻を記憶するかを順に説明する。なお、図３の第１の所定の値はｔｚ１より大きく、かつｔｚ２より小さくなるように、第２の所定の値はｔｚ２より大きくなるように設定されているものとする。
【００２５】
まず、時刻（１）の時点で立ち上がりエッジ時刻Ｔ１が記憶部１０に記憶され、入力部８を立ち上がりエッジ待ちから立ち下がりエッジ待ちに切り替えている。
【００２６】
次に、時刻（２）の時点で最も直近の立ち上がりエッジ時刻Ｔ１までの時間は第１の所定の値より小さくなるので、時刻（２）の立ち下がりエッジ時刻は記憶部１０に記憶されず、入力部８を立ち下がりエッジ待ちから立ち上がりエッジ待ちに切り替える。
【００２７】
次に、時刻（３）の時点で最も直近の立ち下がりエッジは、時刻（２）の時刻は記憶されていないので、時刻（１）より手前の立ち下がりエッジとなり、時刻（３）の時点で最も直近の立ち下がりエッジ時刻までの時間はｔｚ３より大きくなる。つまり第２の所定の値より大きくなるので、時刻（３）の立ち上がりエッジの時刻Ｔ３は記憶部１０に記憶され、入力部８を立ち上がりエッジ待ちから立ち下がりエッジ待ちに切り替える。
【００２８】
次に、時刻（４）の時点で最も直近の立ち上がりエッジ時刻Ｔ３までの時間は第２の所定の値より大きくなり、時刻（４）の立ち上がりエッジ時刻Ｔ４は記憶部１０に記憶され、入力部８を立ち下がりエッジ待ちから立ち上がりエッジ待ちに切り替える。
【００２９】
次に、時刻（５）の時点で最も直近の立ち下がりエッジ時刻Ｔ４までの時間は第２の所定の値より小さいが、第１の所定の値よりは大きくなり、時刻（５）の立ち上がりエッジ時刻は記憶部１０に記憶されず、入力部８は現状の立ち上がりエッジ待ちに保たれる。続いて、時刻（６）の時点で立ち下がりエッジが出力されても時刻（５）の時点で立ち上がりエッジ待ちなので、時刻（６）では何も処理されず、引き続き立ち上がりエッジを待ち続ける。
【００３０】
以上のように処理することで、Ａ点からＣ点の間で記憶部１０に記憶された時刻は、立
ち上がりエッジ時刻Ｔ１、立ち上がりエッジ時刻Ｔ３、立ち下がりエッジ時刻Ｔ４の３つとなる。
【００３１】
次に、算出部１１の動作を説明する。算出部１１は図３のＢ点からＣ点の間で記憶部１０に記憶された時刻からゼロクロス点Ｃを算出するものであり、次のゼロクロス点Ｃの直近の立ち上がりエッジ時刻Ｔ３と立ち下がりエッジ時刻Ｔ４の中間時刻ｔｐは電源電圧のピーク時刻となる。したがって、ピーク時刻ｔｐから２７０度（３・ｔａｃ／４）遅れの時刻が立ち上がりのゼロクロス点Ｃとなる。ここでのｔａｃは交流電源１の周期であり、例えば５０Ｈｚ電源の場合は２０ｍｓ、６０Ｈｚ電源の場合は１６．６６７ｍｓのような所定の値である。また、図３では立ち上がりのゼロクロス点を算出していたが、ピーク時刻ｔｐから４５０度（５・ｔａｃ／４）遅れの時刻となる立ち下がりのゼロクロス点、さらには２周期目以降のゼロクロス点も同様に算出することもできる。
【００３２】
今回は、立ち上がりエッジ時刻Ｔ１と立ち上がりエッジ時刻Ｔ３の両方を記憶しているが、算出部１１では次のゼロクロス点Ｃの直近の立ち上がりエッジ時刻Ｔ３がゼロクロス点Ｃの算出に用いられるので、時刻（３）の時点で立ち上がりエッジ時刻Ｔ１に立ち下がりエッジ時刻Ｔ３の情報を上書きしても良い。
【００３３】
また、算出部１１で次のゼロクロス点Ｃを算出する時刻は次のゼロクロス点Ｃより手前で行なえばよいが、正規の２値信号のエッジに近すぎると誤った時刻を用いて演算してしまう可能性がある。例えば、図５に示すように１周期前のゼロクロス点Ａから約３／４ｔａｃだけ加算した時刻（点Ｐ）、つまり交流電源１のピーク時刻付近で算出することで、誤った時刻を用いて演算してしまう可能性は低くなるので、最も周波数変動に対応できる。
【００３４】
（実施の形態２）
図６は、本発明にかかる第２の実施の形態の電源装置を示す波形図である。交流電源１の周期を立ち下がりエッジｔｂとｔｃの検出周期ｔａｃ（ｎ）として、ゼロクロス点Ｃの算出を行なうようにする。例えば５０Ｈｚ電源の場合は２０ｍｓ、６０Ｈｚ電源の場合は１６．６６７ｍｓのような所定の値をあらかじめ設定した場合、仮に交流電源１の周期が変動した時に、ピーク時刻ｔｐから算出したゼロクロス点も変動してしまう。しかし、立ち下がりエッジｔｂとｔｃの検出周期ｔａｃ（ｎ）を用いることで、周期が変動すれば当然立ち下がりエッジ時刻も変動するので、周期の変動に対応できる。
【００３５】
さらに、立ち下がりエッジｔｂとｔｃの検出周期ｔａｃ（ｎ）、検出周期ｔａｃ（ｎ−１）、さらにそれ以前の検出周期とを平均した周期をゼロクロス点Ｃの算出に用いる。そうすることで、周期のばらつきにも対応できるので、交流電源１のゼロクロス点をより精度よく算出することができる。
【００３６】
さらに、立ち下がりエッジｔｂとｔｃの検出周期ｔａｃ（ｎ）があらかじめ設定した上限値以上、または下限値未満になった場合、判断部９は入力部８がどちらのエッジ方向を待ち、かつ記憶部１０に時刻を記憶するかどうか判断するのではなく、異常信号を記憶部１０、算出部１１を経由して制御手段１２に、または直接制御手段１２に優先的に出力し、短絡手段３を停止する。仮に交流電源の周期が想定外の値になった場合、そのまま追従して動作を続けるのではなく、判断部９が異常と判断して短絡手段３を停止することで、システムの安全性が向上する。
【００３７】
図６では、立ち下がりエッジ間の検出周期で説明したが、立ち上がりエッジ間の検出周期を用いても、実施の形態２に適用することはできる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上のように、本発明にかかる電源装置は、電源電圧の歪みや２値信号のチャタリングによって２値信号の検出位置がずれても交流電源のゼロクロス点を正確に検出することができるので、空気調和器や冷蔵庫をはじめ、洗濯機などの電化製品の電源装置、さらに交流電源の入力電圧の位相を検出する検出装置として適用できる。
【符号の説明】
【００３９】
１  交流電源
２  リアクタ
３  短絡手段
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ  ダイオード
５ａ、５ｂ  電解コンデンサ
６  負荷
７  ２値信号出力手段
８  入力部
９  判断部
１０  記憶部
１１  算出部
１２  制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図７】
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