(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２のラインを介して商用交流電源から電力の供給を受け、全波整流し平滑する全波整流平滑回路と、前記全波整流平滑回路の高圧側出力端と低圧側出力端とに各一方端が夫々接続され、各他方端が夫々接地された２つのコンデンサと、前記全波整流平滑回路からの出力を絶縁降圧し所望の直流電圧を出力するスイッチングレギュレータとを有する電源装置に接続されるゼロクロス検知回路において、
前記全波整流平滑回路の低圧側出力端にエミッタが接続され、コレクタからゼロクロス検知信号を出力するトランジスタと、
前記トランジスタのベースとエミッタとの間に接続された第１の抵抗と、
前記第１のラインと前記トランジスタのベースとの間に接続された第２の抵抗と、
前記第２の抵抗とほぼ同じ抵抗値をもち、前記第２のラインと前記トランジスタのエミッタとの間に接続された第３の抵抗とを有することを特徴とするゼロクロス検知回路。
【請求項２】
前記トランジスタのベースとエミッタとの間に、アノードを該エミッタ側にして接続されたダイオードを、さらに有することを特徴とする請求項１記載のゼロクロス検知回路。
【請求項３】
前記第１のラインと前記第２の抵抗との間に、アノードを該第１のライン側にして接続された第１のダイオードを、さらに有することを特徴とする請求項１記載のゼロクロス検知回路。
【請求項４】
前記第２のラインと前記第３の抵抗との間に、アノードを該第２のライン側にして接続された第２のダイオードを、さらに有することを特徴とする請求項３記載のゼロクロス検知回路。
【請求項５】
前記トランジスタはＮＰＮタイプのトランジスタであることを特徴とする請求項１に記載のゼロクロス検知回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力交流電圧が所定電圧（０V）を横切るタイミングを検出するゼロクロス検知回路に関し、特に、商用交流電源から電力の供給を受け、全波整流し平滑する全波整流平滑回路と、該全波整流平滑回路からの出力を絶縁降圧し所望の直流電圧を出力するスイッチングレギュレータとに接続されたゼロクロス検知回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は、商用AC電源を用いた電源回路において、入力AC電圧が０Vを横切るタイミングを検出する従来のゼロクロス検知回路、ならびに付随する整流平滑回路およびスイッチングレギュレータを示す回路図である。
【０００３】
図１０において、ラインLine1,Line2は、図示しないフィルタ回路などを経て商用AC電源に接続されるラインである。D11,D12,D13,D14は、全波整流回路を構成するダイオードであり、C11は、全波整流回路を構成する平滑用コンデンサである。
【０００４】
図１０において、参照符号が20番台（例えばQ21等）及び30番台（例えばC31等）の部品は自励式スイッチングレギュレータを構成し、この自励式スイッチングレギュレータは、トランスT21により絶縁され、+24Vの定電圧を生成する。
【０００５】
参照符号が40番台（例えばR41等）の部品は、ゼロクロス検知回路を構成する。ゼロクロス検知回路では、全波整流平滑回路の低圧側出力端がＮＰＮタイプのトランジスタQ41のエミッタに接続され、トランジスタQ41のベースとエミッタとの間に抵抗R43が接続される。この抵抗R43にはコンデンサC41が並列に接続され、このコンデンサC41とラインLine1との間に抵抗R41が接続される。
【０００６】
ゼロクロス検知回路では、抵抗R41,R43が、ダイオードD13とともに半波整流回路を構成しており、この出力がトランジスタQ41のベースエミッタ間に印加される。ここで、ラインLine1の電位がラインLine2の電位より高い場合、抵抗R41に電流が流れ、低い場合は抵抗R41に電流が流れない。この際、抵抗R41および抵抗R43の各抵抗値を適当な値にすることにより、トランジスタQ41のコレクタ電位の変化をほぼラインLine1とラインLine2の電位の大小の関係にあわせることが出来る。したがって、トランジスタQ41のコレクタ電位のHi/Lowエッジがゼロクロスタイミングと考えられ、この場合はフォトカプラPC41を介してゼロクロス信号ZEROXとしてトランスT21の２次側に伝達される。なお、コンデンサC41はノイズ除去用のコンデンサであり、本ゼロクロス検知回路の本質をなすものではない。
【０００７】
図１１および図１２は、ゼロクロス検知回路の各部における信号波形を示す図である。
【０００８】
図１１および図１２において横軸は全て時間であり、(A)は、ラインLine1のグラウンドGNDに対する電位、(B)は、ラインLine2のグラウンドGNDに対する電位、(C)は、ラインLine1とラインLine2の電位差、(D)は、抵抗R41に流れる電流、(E)は、(D)の縦軸拡大波形、(F)は、フォトカプラPC41の2次側のフォトトランジスタのコレクタ電位であり、ゼロクロス信号ZEROXである。なお、トランスT21の２次側に記されている電圧+3.3Vは、スイッチングレギュレータの出力+24Vから降圧作成されたものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１３に、別の従来のゼロクロス検知回路を示す。図１０と図１３とにそれぞれ示す回路図において、それらの違いは、図１３においてコンデンサC12,C13が追加されている点である。すなわち、全波整流平滑回路の高圧側出力端にコンデンサC12が接続されるとともに、低圧側出力端にコンデンサC13が接続され、コンデンサC12,C13の互いの接続点が接地される。
【００１０】
一般に、端子雑音対策として商用AC電源のラインとグラウンドGND間に数1000pF程度のコンデンサ（通称「Yコンデンサ」と呼ばれる）を設けることが行われており、コンデンサC12,C13が、このYコンデンサである。Yコンデンサは、全波整流回路の入力端に接続されることもあるが、全波整流回路の出力端に接続したほうが、端子雑音対策として効果がある場合があり、しばしば本構成が用いられる。
【００１１】
図１３に示す回路構成において、Yコンデンサ（コンデンサC12,C13）の容量が小さい場合や、商用AC電源の波形が正常である場合は問題ないものの、Yコンデンサの容量が大きい場合や、商用AC電源の波形が正常でない場合は以下のような問題がある。
【００１２】
図１４は、図１３に示す回路においてYコンデンサの容量が比較的小さい場合のゼロクロス検知回路の各部における信号波形を示す図である。なお、ラインLine1のグラウンドGNDに対する電位、ラインLine2のグラウンドGNDに対する電位、およびラインLine1とラインLine2の電位差は、図１１の(A)〜(C)に示すそれらと同じであるので、図示を省略する。
【００１３】
図１４の(D)は、抵抗R41に流れる電流、(E)は、(D)の縦軸拡大波形、(F)は、フォトカプラPC41の2次側のフォトトランジスタのコレクタ電位であり、ゼロクロス信号ZEROXである。
【００１４】
図１４から分かるように、Yコンデンサが設けられても、その容量が比較的小さい場合、ゼロクロス信号ZEROXは正常に得られる。
【００１５】
一方、図１５は、図１３に示す回路においてYコンデンサの容量が比較的大きい場合のゼロクロス検知回路の各部における信号波形を示す図である。なお、ラインLine1のグラウンドGNDに対する電位、ラインLine2のグラウンドGNDに対する電位、およびラインLine1とラインLine2の電位差は、図１１の(A)〜(C)に示すそれらと同じであるので、図示を省略する。
図１５の(D)は、抵抗R41に流れる電流、(E)は、(D)の縦軸拡大波形、(F)は、フォトカプラPC41の2次側のフォトトランジスタのコレクタ電位であり、ゼロクロス信号ZEROXである。
【００１６】
図１５から分かるように、Yコンデンサの容量が大きくなると、(F)のゼロクロス信号ZEROXは、ゼロクロスポイントを正常に捕らえられなくなる。
【００１７】
図１６および図１７は、図１３に示す回路において商用AC電源の波形が正常でない場合（第3次高調波が重畳した場合）のゼロクロス検知回路の各部における信号波形を示す図である。
【００１８】
図１６および図１７において、(A)は、ラインLine1のグラウンドGNDに対する電位、(B)は、ラインLine2のグラウンドGNDに対する電位、(C)は、ラインLine1とラインLine2の電位差、(D)は、抵抗R41に流れる電流、(E)は、(D)の縦軸拡大波形、(F)は、フォトカプラPC41の2次側のフォトトランジスタのコレクタ電位であり、ゼロクロス信号ZEROXである。
【００１９】
図１８および図１９は、図１３に示す回路において商用AC電源の波形が正常でない場合（位相差が１８０度ではなく６０度になった場合）のゼロクロス検知回路の各部における信号波形を示す図である。
【００２０】
図１８および図１９において、(A)は、ラインLine1のグラウンドGNDに対する電位、(B)は、ラインLine2のグラウンドGNDに対する電位、(C)は、ラインLine1とラインLine2の電位差、(D)は、抵抗R41に流れる電流、(E)は、(D)の縦軸拡大波形、(F)は、フォトカプラPC41の2次側のフォトトランジスタのコレクタ電位であり、ゼロクロス信号ZEROXである。
【００２１】
図１６〜図１９から分かるように、商用AC電源の波形が正常でない場合も、正常なゼロクロス信号が得られなくなる。
【００２２】
図１５、図１７、および図１９の各(E)に示された抵抗R41に流れる電流は、抵抗R41,R43、コンデンサC41、ダイオードD13で構成される半波整流回路に流れる電流以外の電流が含まれ、これらの電流は、コンデンサC12,C13（Yコンデンサ）に流れる電流に起因して発生する。
【００２３】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、半波整流タイプのゼロクロス検知回路において、全波整流平滑後に端子雑音対策用のYコンデンサを設けても正常に動作し、かつ商用AC電源が異常な波形を示してもゼロクロス信号を安定して得られるようにしたゼロクロス検知回路を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明によれば、第１および第２のラインを介して商用交流電源から電力の供給を受け、全波整流し平滑する全波整流平滑回路と、前記全波整流平滑回路の高圧側出力端と低圧側出力端とに各一方端が夫々接続され、各他方端が夫々接地された２つのコンデンサと、前記全波整流平滑回路からの出力を絶縁降圧し所望の直流電圧を出力するスイッチングレギュレータとを有する電源装置に接続されるゼロクロス検知回路において、前記全波整流平滑回路の低圧側出力端にエミッタが接続され、コレクタからゼロクロス検知信号を出力するトランジスタと、前記トランジスタのベースとエミッタとの間に接続された第１の抵抗と、前記第１のラインと前記トランジスタのベースとの間に接続された第２の抵抗と、前記第２の抵抗とほぼ同じ抵抗値をもち、前記第２のラインと前記トランジスタのエミッタとの間に接続された第３の抵抗とを有することを特徴とするゼロクロス検知回路が提供される。
【００２５】
また、請求項２記載の発明によれば、前記ゼロクロス検知回路は、前記トランジスタのベースとエミッタとの間に、アノードを該エミッタ側にして接続されたダイオードをさらに有することを特徴とする。
【００２６】
また、請求項３記載の発明によれば、前記ゼロクロス検知回路は、前記第１のラインと前記第２の抵抗との間に、アノードを該第１のライン側にして接続された第１のダイオードをさらに有することを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００２８】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係るゼロクロス検知回路を含む電源装置の第１の実施の形態の構成を示す回路図である。
【００２９】
図１に示す回路構成は、図１３に示す回路構成と基本的に同じであるので、同一部分には同一の参照符号を付す。
【００３０】
図中、電源回路は、図１３に示す回路構成と同様に、ゼロクロス検知回路、整流平滑回路、およびスイッチングレギュレータから構成される。参照符号が10番台（例えばD11等）の部品は全波整流平滑回路を構成し、参照符号が20番台（例えばQ21等）及び30番台（例えばC31等）の部品は自励式スイッチングレギュレータを構成し、参照符号が40番台（例えばR41等）の部品は、ゼロクロス検知回路を構成する。このスイッチングレギュレータはトランスT21を備え、全波整流平滑回路からの直流出力を絶縁降圧し所望の直流電圧を出力する。なお、スイッチングレギュレータとして自励式フライバックコンバータを用いているが、ゼロクロス回路は、スイッチングレギュレータの方式如何によらず同じ回路構成となる。
【００３１】
本発明に係るゼロクロス検知回路が、図１３に示す回路構成と異なる点は、ラインLine2と全波整流平滑回路の出力側の低電圧端側（トランジスタQ41のエミッタ端子）との間に抵抗R42が設けられている点である。抵抗R42は抵抗R41とほぼ同じ抵抗値をもつ。
【００３２】
このように抵抗R42を設けることにより、ラインLine1よりもラインLine2の電位が高いときには抵抗R42に電流が流れ、したがって、Yコンデンサ（コンデンサC12,C13）に流れる電流も抵抗R42に流れ、この結果、Yコンデンサの設置に伴い発生する有害な電流が、抵抗R41に流れなくなる。これによって、Yコンデンサの容量が大きい場合や、商用AC電源の波形が正常でない場合でも、ゼロクロス信号を安定して得られるようになる。
【００３３】
すなわち、ラインLine1から抵抗R41を介してゼロクロス検知回路へ入力する回路部分における抵抗R41と同程度の抵抗値をもつ抵抗R42を、ラインLine2からゼロクロス検知回路へ入力する回路部分に挿入して、ゼロクロス検知回路への２つの入力回路部分を対称にする。これにより、Yコンデンサの設置に伴い発生する有害な電流がゼロクロス検知回路をバイパスして流れ、ゼロクロス検知回路では、ゼロクロス信号を安定して得られるようになる。
【００３４】
こうしたゼロクロス検知回路での安定したゼロクロス信号の生成を、図２〜図７に示す実際の例を参照して説明する。
【００３５】
図２および図３は、図１に示すゼロクロス検知回路において、Yコンデンサの容量が大きな場合の各部の信号波形を示す図である。
【００３６】
図２および図３において横軸は全て時間であり、(A)は、ラインLine1のグラウンドGNDに対する電位、(B)は、ラインLine2のグラウンドGNDに対する電位、(C)は、ラインLine1とラインLine2の電位差、(D)は、抵抗R41に流れる電流、(E)は、(D)の縦軸拡大波形、(F)は、フォトカプラPC41の2次側のフォトトランジスタのコレクタ電位であり、ゼロクロス信号ZEROXである。
【００３７】
図４および図５は、図１に示すゼロクロス検知回路において、商用AC電源に３次高調波が重畳された場合の各部の信号波形を示す図である。
【００３８】
図６および図７は、図１に示すゼロクロス検知回路において、商用AC電源に６０度位相差がある場合の各部の信号波形を示す図である。
【００３９】
図３、図５および図７のいずれにおいても、(E)に示す抵抗R41に流れる電流に異常な電流波形は認められず、(F)に示すゼロクロス信号ZEROXは正常なゼロクロス信号となっている。
【００４０】
（第２の実施の形態）
図８は、本発明に係るゼロクロス検知回路を含む電源装置の第２の実施の形態の構成を示す回路図である。なお、第２の実施の形態の構成は、基本的に第１の実施の形態の構成と同じであるので、第２の実施の形態の説明においては、第１の実施の形態の構成を流用し、異なる部分だけを説明する。
【００４１】
第２の実施の形態では、図８に示すように、トランジスタQ41のベースエミッタ間にダイオードD42を、アノード側がトランジスタQ41のエミッタ側になるようにして挿入する。
【００４２】
これにより、商用AC電源にノイズが印加されても、トランジスタQ41のベースエミッタ間に逆バイアスが印加されることを防止することができる。
【００４３】
（第３の実施の形態）
図９は、本発明に係るゼロクロス検知回路を含む電源装置の第３の実施の形態の構成を示す回路図である。なお、第３の実施の形態の構成は、基本的に第１の実施の形態の構成と同じであるので、第３の実施の形態の説明においては、第１の実施の形態の構成を流用し、異なる部分だけを説明する。
【００４４】
第３の実施の形態では、図９に示すように、抵抗R41とシリーズにダイオードD43を、アノード側がラインLine1側になるようにして挿入する。
【００４５】
これによっても、第２の実施の形態と同様に、商用AC電源にノイズが印加されても、トランジスタQ41のベースエミッタ間に逆バイアスが印加されることを防止することができる。
【００４６】
なお、図９に示す回路においてさらに、ラインLine2と抵抗R42との間に、ダイオードD43と同じダイオードを、アノードをラインLine2側にして挿入し、抵抗R41と抵抗R42とを対称な回路とするようにしてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上詳述したように請求項１記載の発明によれば、第１および第２のラインを介して商用交流電源から電力の供給を受け、全波整流し平滑する全波整流平滑回路と、該全波整流平滑回路からの出力を絶縁降圧し所望の直流電圧を出力するスイッチングレギュレータとに接続されたゼロクロス検知回路が、前記全波整流平滑回路の高圧側出力端と低圧側出力端とに各一方端がそれぞれ接続され、各他方端がそれぞれ接地された２つのコンデンサと、前記全波整流平滑回路の低圧側出力端にエミッタが接続され、コレクタからゼロクロス検知信号を出力するトランジスタと、前記トランジスタのベースとエミッタとの間に接続された第１の抵抗と、前記第１の抵抗に並列に接続されたコンデンサと、前記第１のラインと前記トランジスタのベースとの間に接続された第２の抵抗と、前記第２の抵抗とほぼ同じ抵抗値をもち、前記第２のラインと前記トランジスタのエミッタとの間に接続された第３の抵抗とを有する。
【００４８】
こうした第３の抵抗を設けることにより、全波整流平滑後に端子雑音対策用のYコンデンサ（上記の２つのコンデンサ）を設けても正常に動作し、かつ商用交流電源が異常な波形を示してもゼロクロス信号を安定して得られるようになる。
【００４９】
また、請求項２記載の発明によれば、前記ゼロクロス検知回路が、前記トランジスタのベースとエミッタとの間に、アノードを該エミッタ側にして接続されたダイオードをさらに有する。あるいは、請求項３記載の発明によれば、前記ゼロクロス検知回路が、前記第１のラインと前記第２の抵抗との間に、アノードを該第１のライン側にして接続された第１のダイオードをさらに有する。
【００５０】
これにより、商用交流電源にノイズが印加されても、上記トランジスタのベースエミッタ間に逆バイアスが印加されることが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るゼロクロス検知回路を含む電源装置の第１の実施の形態の構成を示す回路図である。
【図２】図１に示すゼロクロス検知回路において、Yコンデンサの容量が大きな場合の各部の信号波形（１／２）を示す図である。
【図３】図１に示すゼロクロス検知回路において、Yコンデンサの容量が大きな場合の各部の信号波形（２／２）を示す図である。
【図４】図１に示すゼロクロス検知回路において、商用AC電源に３次高調波が重畳された場合の各部の信号波形（１／２）を示す図である。
【図５】図１に示すゼロクロス検知回路において、商用AC電源に３次高調波が重畳された場合の各部の信号波形（２／２）を示す図である。
【図６】図１に示すゼロクロス検知回路において、商用AC電源に６０度位相差がある場合の各部の信号波形（１／２）を示す図である。
【図７】図１に示すゼロクロス検知回路において、商用AC電源に６０度位相差がある場合の各部の信号波形（２／２）を示す図である。
【図８】本発明に係るゼロクロス検知回路を含む電源装置の第２の実施の形態の構成を示す回路図である。
【図９】本発明に係るゼロクロス検知回路を含む電源装置の第３の実施の形態の構成を示す回路図である。
【図１０】商用AC電源を用いた電源回路における従来のゼロクロス検知回路、ならびに付随する整流平滑回路およびスイッチングレギュレータを示す回路図である。
【図１１】ゼロクロス検知回路の各部における信号波形（１／２）を示す図である。
【図１２】ゼロクロス検知回路の各部における信号波形（２／２）を示す図である。
【図１３】従来の別のゼロクロス検知回路を示す回路図である。
【図１４】図１３に示す回路においてYコンデンサの容量が比較的小さい場合のゼロクロス検知回路の各部における信号波形を示す図である。
【図１５】図１３に示す回路においてYコンデンサの容量が比較的大きい場合のゼロクロス検知回路の各部における信号波形を示す図である。
【図１６】図１３に示す回路において商用AC電源の波形が正常でない場合（第3次高調波が重畳した場合）のゼロクロス検知回路の各部における信号波形（１／２）を示す図である。
【図１７】図１３に示す回路において商用AC電源の波形が正常でない場合（第3次高調波が重畳した場合）のゼロクロス検知回路の各部における信号波形（２／２）を示す図である。
【図１８】図１３に示す回路において商用AC電源の波形が正常でない場合（位相差が６０度である場合）のゼロクロス検知回路の各部における信号波形（１／２）を示す図である。
【図１９】図１３に示す回路において商用AC電源の波形が正常でない場合（位相差が６０度である場合）のゼロクロス検知回路の各部における信号波形（２／２）を示す図である。
【符号の説明】
C11  全波整流平滑回路を構成する平滑コンデンサ
C12,C13  Yコンデンサ（２つのコンデンサ）
C41  コンデンサ
D11〜D14  全波整流平滑回路を構成するダイオード
D42  ダイオード
D43  ダイオード（第１のダイオード）
line1  ライン（第１のライン）
line2  ライン（第２のライン）
R41  抵抗（第２の抵抗）
R42  抵抗（第３の抵抗）
R43  抵抗（第１の抵抗）
Q41  トランジスタ
T21  スイッチングレギュレータを構成するトランス
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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