(57)【要約】【課題】  安価なフォトカプラを使用し、精度を損なうことなくリニアな特性をもつ絶縁した電圧検出回路を得る。【解決手段】  被測定電圧を抵抗にて分圧し検出回路とし、その分圧点にツェナーダイオード６、抵抗７、トランジスタ９を経てフォトカプラ１０に接続し、１測定電圧を出力し、これを複数段組み合わせ出力抵抗３５に接続することにより、被測定電圧に比例した出力電圧を得る。精度を上げるべく検出回路のＧＮＤレベルを被測定電圧に近い電圧までシフトアップすることによりツェナーダイオードの公差による検出誤差を少なくし、ダイオード１６、抵抗１７、トランジスタ１８、抵抗１９でエミッタフォロワ接続として、検出電圧間の出力電圧を補完することによりリニアな特性を得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分圧抵抗による電圧検出回路と検出点に接続されたツェナーダイオード、電流制限抵抗、電流増幅トランジスタを経てフォトカプラの発光部に接続し、フォトカプラの受光部コレクタ側を電流制限抵抗を経て電源に接続し、エミッタ側を出力抵抗を経てＧＮＤに接続し、一つの検出電圧を測定し、これと異なる検出電圧としたものを複数個組み合わせて出力抵抗に接続することにより、出力抵抗の電圧で被測定電圧を絶縁して検出することを特徴とする電圧検出回路。
【請求項２】
電圧検出回路の分圧抵抗のＧＮＤ側に基準電圧源を使用して検出部のＧＮＤレベルを高くして基準電圧とし、検出精度を高くしたことを特徴とした請求項１の電圧検出回路。
【請求項３】
検出電圧にトランジスタをエミッタフォロワ接続して次段の検出フォトカプラの発光部に電流を流し、検出電圧間の補完を行なうことを特徴とする請求項１の電圧検出回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は商用電源を平滑整流後の直流電圧を絶縁して検出する電圧検出回路に関する。
【背景技術】
【０００２】  図１１のブロック図を用いて従来の技術を説明する。例えば、電磁誘導調理器において、商用電源を整流回路で整流し、電源検出、インバータ回路、加熱コイル部にてパワー系の回路を構成し、整流回路よりスイッチング電源により降圧、安定化した電源を制御回路に供給し、制御回路にてインバータ回路を制御する。また、操作部は２次回路とする必要があり商用電源より第２の整流回路を経て第２のスイッチング電源で降圧、安定化して操作部に電源を供給する。【０００３】  電圧検出部では分圧抵抗等により電源電圧を減圧し制御回路のマイコンで読み込んで減圧比を演算することにより電源電圧の大きさを得ていた。その際、電圧検出回路と制御回路間で絶縁することができないために制御回路を１次回路としていた。操作部は２次回路とする必要があり、制御回路と操作部間で絶縁することにより操作部を２次回路としていた。また、操作部から設定電力値等の制御情報を制御回路に伝達する必要があり、フォトカプラを使用し絶縁してデジタル通信で伝達するためのインターフェース回路を必要としていた。【０００４】  制御回路１次回路としているものの、パワー系のノイズが大きいため制御回路の電源をインバータ回路、加熱コイル部のパワー系と分離する必要があり、制御回路とパワー系を絶縁していた。制御回路と電圧検出部を絶縁できれば制御回路を２次回路として操作部用のスイッチング電源等が不要となるためコストダウンが図れるのだが、アナログ電圧を絶縁して伝達するには、絶縁アンプ等の高価な部品が必要であり、また、オペアンプを使用した複雑な回路構成となり、１次側に安定した電源が必要となるためスイッチング電源が必要となる。【０００５】  また、検出電圧を安価なフォトカプラを使用して絶縁をとり２次回路に伝達する方法はあるが、電流に変換するトランジスタの電流増幅率ｈｆｅ（以下、単にｈｆｅと称す）、フォトカプラの変換効率ＣＴＲ（以下、単にＣＴＲと称す）の個体差が大きいため調整することが難しく、また、入力電流増加に対する出力電流増加の直線性が悪い。このため、一つの設定した電圧を超えるとＯＮするデジタル的な検出しかできなかった。（例えば、特許文献１、特許文献２参照）【０００６】
【特許文献１】  特許第３２１４３３７号公報
【特許文献２】  特開２００５−３００２８４号公報
【発明の開示】
【本発明が解決しようとする課題】
【０００７】  以上に述べたように、フォトカプラを使用して検出電圧を伝達するには、フォトカプラのＣＴＲ、フォトカプラの発光側の電流を流すトランジスタのｈｆｅの個体差（公差）が大きいため調整が困難であり、また、アナログ電圧を伝達するには、フォトカプラの受光電流の増加に対する出力電流の増加の直線性が悪いため使用できない。
【０００８】  本発明は、安価なフォトカプラを使用し前記の問題を解決し、検出電圧をリニアな電圧で絶縁して伝達し、制御回路を２次回路とし、図１０に示すような安価な製品構成とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  分圧抵抗により電源電圧を分圧する電圧検出回路の検出点をツェナーダイオード、抵抗、トランジスタを経てフォトカプラ発光部に接続し、受光部のコレクタ側を制限抵抗を経て定電圧電源に接続し、エミッタ側は出力抵抗を経てＧＮＤに接続し、エミッタと出力抵抗の接続点を出力電圧とする。検出電圧が異なった前記回路を複数段使用して、同一の出力抵抗に接続することにより、検出電圧を絶縁して出力電圧に変換することを特徴とする。
【００１０】  請求項２は、トランジスタ、シャントレギュレータ、抵抗等を使用して前記電圧検出回路のＧＮＤレベルをシフトアップすることにより電圧検出回路の検出精度を高くすることを特徴とする。
【００１１】  請求項３は、検出電圧間の補完を前記ツェナーダイオードのアノード側にダイオードのアノードを接続し、抵抗を経てトランジスタのベースに接続し、トランジスタのコレクタは電流制限抵抗を経て定電圧電源に接続し、エミッタを電流制限抵抗を経て次段のフォトカプラに接続してエミッタフォロワ接続として電流を供給し、検出電圧間の電圧を補完することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】  本発明により、複雑なアナログ回路を使用することなく、被測定電圧と絶縁して電圧を検出することが可能となり、安価な絶縁電圧検出回路を構成することができ、制御回路を２次側回路とし電磁誘導調理器等の入力電圧を検出する必要がある器具を安価に提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】  （実施形態１）
図２は本発明の実施形態である電圧検出回路の検出電圧を５箇所とした構成図を示す。直流電源の分圧比とツェナー電圧の調整により検出電圧を５箇所設定し、フォトカプラを順次ＯＮさせ、フォトカプラ受光側の出力抵抗３５の電圧を順次上げることにより、電圧検出を行なう。【００１４】  図３は検出電圧が一つである電圧検出回路の構成を示したものである。これを使用して動作を説明する。例えば、被測定電圧の２０Ｖの電圧を測定する場合、２０Ｖ時にツェナーダイオード６がＯＮとなるように抵抗１、抵抗２、抵抗３の定数を設定する。仮にツェナーダイオード６のツェナー電圧が６．２Ｖとし、抵抗１、抵抗２の合成抵抗を３ｋΩ、抵抗３を１．９６ｋΩとすると、被測定電圧が２０Ｖとなった時点で抵抗７を経てトランジスタ９にベース電流が流れトランジスタ９がＯＮとなる。これにより、フォトカプラ１０がＯＮして２次側電源より抵抗３３、フォトカプラ１０、抵抗３５へ電流が流れ、抵抗３５に発生する電圧を出力電圧として出力される。【００１５】  この時の出力電圧の最大値を考えると、２次側電源電圧を５Ｖ、抵抗３３を７５０Ω、抵抗３５を２２０Ωとしてフォトカプラ７のコレクタ電圧を０．６Ｖとすると抵抗３５に流れる電流は、【００１６】
【数１】
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【００１７】  約４．５３ｍＡとなる。この時、出力電圧は約１．０Ｖとなる。
この出力電圧が最大となる被測定電圧の最小値を求める。フォトカプラのＣＴＲを１００〜２００、トランジスタのｈｆｅを１２０〜５６０の一般品で考え、そのセンター値で検討する。フォトカプラ７の受光側に４．５３ｍＡ流せる発光側の電流はＣＴＲを１５０とすると【００１８】
【数２】
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【００１９】  トランジスタ９のｈｆｅを３４０とするとトランジスタ９のベースに流れる電流は【００２０】
【数３】
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【００２１】  約８．８８μＡとなる。トランジスタのベース抵抗、抵抗７を１００Ωとすると８．８８μＡ流れる時の抵抗７の両端の電位差は０．８８８ｍＶ。分圧比を考慮して被測定電圧の値に変換すると、【００２２】
【数４】
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【００２３】  したがって、被測定電圧が２０Ｖから出力電圧は上昇し被測定電圧が２０．００２Ｖで出力電圧１．０Ｖを出力する。これ以上被測定電圧が上昇しても、出力電圧は抵抗３３により電流制限され１．０Ｖを維持し、被測定電圧が２０Ｖ以上であるか、２０Ｖ未満であるかの判定を可能とする。【００２４】  フォトカプラ、トランジスタの公差のバラツキを考えると、フォトカプラのＣＴＲが最小の１００、トランジスタのｈｆｅが最小の１２０となった時、出力電圧に対し、検出電圧が最大となり、同様に計算すると被測定電圧が２０．０１０Ｖの時に出力電圧は１．０Ｖとなる。同様に最小は、被測定電圧が２０．００１Ｖの時に出力電圧が１．０Ｖとなる。これは、ツェナー電圧の公差に比較し十分小さく、検出精度はツェナー電圧の精度に依存する。ツェナー電圧の公差を一般的な精度±１０％とすると電圧検出公差は【００２５】
【数５】
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【００２６】  ２０Ｖの検出に対し±７．８％となる。（ツェナーダイオード：６．２Ｖ）【００２７】  図４に出力検出を２箇所で行なう回路構成図を示す。例えば、２０Ｖと２５Ｖの電圧を検出する場合において説明する。抵抗２、抵抗３、ツェナーダイオード６で検出する電圧を２０Ｖ、抵抗４、抵抗５、ツェナーダイオード１１で検出する電圧を２５Ｖとする。フォトカプラ１０がＯＮとなった時に出力電圧が１．０Ｖとなるように抵抗３３、抵抗３５を設定する。フォトカプラ１５がＯＮとなった時にフォトカプラ１０はＯＮのままとなるので、抵抗３３と抵抗３４の並列回路となり、フォトカプラを経由して抵抗３５に接続される。この時に２．０Ｖとなるように抵抗３４の抵抗値を設定する。前記の設定にて、被測定電圧が２０Ｖ以上２５Ｖ未満で１．０Ｖ、２５Ｖ以上で２．０Ｖの出力電圧を得ることができる。同様に検出回路を数段接続することにより、出力電圧を増減させることができ、被測定電圧の電圧を絶縁して２次回路側で電圧として得ることが出来る。【００２８】  また、前記出力検出回路構成は、図５に示すように抵抗８をフォトカプラ７のアノード側に接続し、トランジスタ９のコレクタをフォトカプラ１０のカソード側に接続し、トランジスタ９のエミッタをＧＮＤに接続しても、前記出力検出回路と同等の結果を得られる。【００２９】  以上の手段にて被測定電圧をフォトカプラで絶縁して出力電圧として得ることができる。しかし、被測定電圧が高電圧の場合、例えば２００Ｖである場合に２００Ｖを６．２Ｖのツェナーダイオードで検出すると、ツェナーダイオードの公差により±１５．６９Ｖのバラツキを生じることになる。２００Ｖの電源電圧の検出を検出誤差±１５Ｖでは商用電源の電圧の検出としては精度が低すぎるため使用できない。そこで、精度を高くする手段を次に説明する。【００３０】  （実施形態２）
前記したようにトランジスタのｈｆｅ、フォトカプラのＣＴＲの影響は非常に小さくツェナーダイオードに電流が流れ始めた時点で出力電圧が得られる。検出電圧をＶｘ、被測定電圧をＶ、抵抗１、抵抗２の合成抵抗をＲ１、抵抗３をＲ２とすると、検出電圧Ｖｘは次式にて与えられる。【００３１】
【数６】
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【００３２】  しかし、実際の検出電圧は、ツェナーダイオードの公差によりＶαずれた値で検出しており、次式のようになる。【００３３】
【数７】
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【００３４】  Ｖαによる被測定電圧の誤差電圧をＶθとすると、ＶθとＶαの関係は次式で与えられる。【００３５】
【数８】
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【００３６】  ツェナー電圧の公差Ｖαによる被測定電圧の誤差ＶθはＲ２に対しＲ１が小さいほど少ないことになる。Ｒ２に対しＲ１を小さくするということは、被測定電圧に近い検出電圧にすることになる。しかし、ツェナー電圧の公差は一般的にツェナー電圧に比例しており、ツェナー電圧が低いほど公差電圧Ｖαは小さくなる。したがって、精度を向上させるためには被測定電圧を低く抑えることが必要となる。【００３７】  図６に検出精度を高めた電圧検出回路の回路構成を示す。シャントレギュレータ２６のリファレンス電圧は抵抗２２と抵抗２３の分圧電圧となっており、検出部のＧＮＤ（抵抗２２と抵抗３の接続点）が被測定電圧のＧＮＤに対し１８０Ｖの電位差となった時にリファレンス電圧となるように設定されており、検出部の電圧が１８０Ｖより高くなると、シャントレギュレータのリファレンス端子（抵抗２２と抵抗２３の接続点）の電圧も高くなり、シャントレギュレータがＯＮとなる。これにより、トランジスタ３０がＯＦＦとなりトランジスタ３２がＯＮとなる。トランジスタ３２がＯＮとなることにより、検出部のＧＮＤから被測定電圧のＧＮＤに電流が流れ、被測定電圧のＧＮＤの電位が下る。逆に、検出部の電圧が１８０Ｖより低くなると、シャントレギュレータのリファレンス端子（抵抗２２と抵抗２３の接続点）の電圧も低くなり、シャントレギュレータがＯＦＦとなる。これにより、トランジスタ３０がＯＮとなりトランジスタ３２がＯＦＦとなる。この回路により、検出部のＧＮＤレベルは被測定電圧のＧＮＤレベルより１８０Ｖ高い電圧に固定される。【００３８】  検出部のＧＮＤレベルを１８０Ｖにシフトアップし、この１８０Ｖを基準電圧とし、基準電圧からの電位を検出すれば２００Ｖを検出する場合、２０Ｖの電圧を測定するのと同条件となり、誤差電圧は実施形態１と等しく±１．４１７Ｖであり、２００Ｖの電圧に対し±０．７％となる。この例においては、安価なシャントレギュレータを使用しているが、スイッチングレギュレータ等を使用することも可能である。
また、ツェナーダイオードの公差の小さいものを使用する、あるいは、検出電圧を可変抵抗により調整すれば、より高精度な検出となる。【００３９】  （実施形態３）
実施形態１、実施形態２で説明した電圧検出回路においては検出電圧に達すると出力を順次ＯＮとするもので検出電圧は精度よく検出できるものの、検出電圧間の電圧は測定できないものである。入力電圧と出力電圧を測定すると図７のようになる。そこで、その検出電圧間の電圧を安価に補完する手段について図１を用いて説明する。【００４０】  図１において、被測定電圧が２００Ｖ時にツェナーダイオード６がＯＮし、被測定電圧が２０５Ｖ時にツェナーダイオード１１がＯＮするよう設定されているものとする。被測定電圧が２００Ｖの時点でツェナーダイオード６がＯＮとなり、トランジスタ９をＯＮしてフォトカプラ１０がＯＮとなる。被測定電圧が２００Ｖの時点ではツェナーダイオード１１はＯＮしないため、フォトカプラ１５はＯＮとならない。このため、出力電圧には、抵抗３３と抵抗３５の分圧電圧が出力される。被測定電圧が増加すると、抵抗２と抵抗３の分圧による検出電圧が増加して抵抗７に流れる電流が増加し、ツェナーダイオード６と抵抗７の接続点の電圧がダイオード１６の順電圧以上となるとツェナーダイオード６と抵抗７の接続点の電圧からダイオード１６の順電圧を差し引いた電圧が抵抗１９に印加される。これにより、フォトカプラ１５に電流が流れ、前記出力電圧にフォトカプラ１５からの電流が加わり、出力電圧が高くなる。検出電圧は被測定電圧が増加するのに比例して増加するため、抵抗７に流れる電流も比例して増加し、抵抗１９に加わる電圧も比例して増加する。このため、フォトカプラ１５の電流も被測定電圧に比例して増加する。この時、抵抗１９の値を適正値に設定すれば、抵抗４、抵抗５による検出電圧でフォトカプラ１５がＯＮするまでの電流値を補完することが可能となる。【００４１】  被測定電圧が２０５Ｖとなりフォトカプラ１５がＯＮした時点ではフォトカプラの出力は、抵抗３５により制限された電流を十分流せる状態となっているため、トランジスタ１８、抵抗１９から流れる電流により、出力電流が増加することは無い。また、ツェナーダイオード６がＯＮする以前にツェナーダイオード６と抵抗７の接続点に電圧が発生することは無いため、トランジスタ１８と抵抗１９による電流は、被測定電圧が２００Ｖとなりフォトカプラ１０がＯＮしてから、被測定電圧が２０５Ｖとなりフォトカプラ１５がＯＮするまでの補完電圧を発生するためだけに機能する。【００４２】  被測定電圧が２００Ｖから２０５Ｖの間の補完電圧はフォトカプラの発光側に微小電流を流し、その電流値に応じた電流を受光側に流すアナログとしての使用となるため、フォトカプラのＣＴＲに依存する。したがって、補完区間の電圧の精度を必要とする場合、ＣＴＲのバラツキを抑える、あるいは、抵抗１９を可変抵抗として測定電圧が２０５Ｖ時点にトランジスタ１８からフォトカプラ１５に流れる電流をフォトカプラ１５の出力側電流が抵抗  ３５により制限される電流を流すように設定すれば、高精度なアナログ出力を得ることが出来る。
また、検出電圧の間隔を狭くすることにより高精度な検出とすることも可能である。
【実施例】
【００４３】  図９に本発明の請求項１、請求項２、請求項３を使用した実施例を示す。ＤＣ２００Ｖ電圧において１９０Ｖから２１０Ｖまでの範囲を５Ｖ間隔で検出し、出力電圧の補完をする電圧検出回路の回路図である。検出回路をシャントレギュレータを使用して１８０Ｖにシフトアップしている。出力電圧は、１９０Ｖにて１．０Ｖ、１９５Ｖにて１．７５Ｖ、２００Ｖにて２．５Ｖ、２０５Ｖにて３．２５Ｖ、２１０Ｖにて４．０Ｖとなるように調整されている。この回路にてＤＣ２００Ｖを１８９Ｖから１９１Ｖまで１Ｖ間隔に変動させ出力電圧を測定した結果を図８に示す。補完電圧の調整を個々のフォトカプラにて行なっていないため、完全な直線のグラフとはなっていないものの、絶縁してアナログでの検出電圧を得ている。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の回路構成図
【図２】請求項１の回路構成図
【図３】検出回路の回路構成図
【図４】２箇所検出の回路構成図
【図５】検出回路の第２案
【図６】請求項２の電圧シフト回路構成図
【図７】請求項２の回路での測定データ（グラフ）
【図８】請求項３の回路での測定データ（グラフ）
【図９】本発明の実施例（回路図）
【図１０】発明の回路を使用した電磁誘導調理器のブロック図
【図１１】従来の回路を使用した電磁誘導調理器のブロック図
【符号の説明】
【００４５】１〜５：抵抗（電圧検出）、６：ツェナーダイオード、７〜８：抵抗（電流制限）
９：トランジスタ、１０：フォトカプラ、１１：ツェナーダイオード、
１２〜１３：抵抗（電流制限）、１４：トランジスタ、１５：フォトカプラ
１６：ダイオード、１８：トランジスタ、１９：抵抗（電流制限）、
２０〜２５：抵抗、２６：シャントレギュレータ、２７〜２９：抵抗、
３０：トランジスタ、３１：抵抗、３２：トランジスタ、３３〜４１：抵抗
４２：ツェナーダイオード、４３〜４４：抵抗、４５：トランジスタ
４６：フォトカプラ、４７：ツェナーダイオード、４８〜４９：抵抗
５０：トランジスタ、５１：フォトカプラ、５２：ツェナーダイオード
５３〜５４：抵抗、５５：トランジスタ、５６：フォトカプラ、５７〜５９：抵抗
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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