特開 2022-80808 絶縁型交流電圧測定回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022080808

(43)【公開日】2022-05-30

(54)【発明の名称】絶縁型交流電圧測定回路

(51)【国際特許分類】

   G01R 19/00 20060101AFI20220523BHJP

【ＦＩ】

G01R19/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】書面

(21)【出願番号】P 2020203037

(22)【出願日】2020-11-18

(71)【出願人】

【識別番号】592091057

【氏名又は名称】大平電子株式会社

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 守男

【テーマコード（参考）】

2G035

【Ｆターム（参考）】

2G035AB04

2G035AC03

2G035AC16

2G035AD04

2G035AD10

2G035AD11

2G035AD14

2G035AD23

2G035AD28

2G035AD29

2G035AD39

2G035AD43

2G035AD55

2G035AD56

(57)【要約】      （修正有）

【課題】小さくて軽く安価な部品で構成できる絶縁型交流電圧計を提供する。
【解決手段】交流電源１と交流電源１に接続されたダイオードブリッジ２と、基準電圧源３と、フォトカプラ５と、ダイオードブリッジ２の出力電圧を一方の入力端子に入力し、基準電圧源３の電圧を他方の入力端子に入力し、フォトカプラ５の発光素子の電流を出力端子から出力するコンパレータ４と、フォトカプラ５の受光素子に接続されたデューティ比測定回路を備え、デューティ比測定回路から得られるデューティ比から交流電源の電圧を測定する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流電源と前記交流電源に接続されたダイオードブリッジと基準電圧源とフォトカプラと前記ダイオードブリッジの出力電圧をその一方の入力端子に入力し前記基準電圧源の電圧をその他方の入力端子に入力し前記フォトカプラの発光素子に流す電流をその出力端子から出力するコンパレータと前記フォトカプラの受光素子に接続されたデューティ比測定回路を備え、前記デューティ比測定回路によって得られるデューティ比から前記交流電源の交流電圧を測定することを特徴とする絶縁型交流電圧計。

【請求項2】

前記デューティ比測定回路が抵抗とコンデンサを備えたフィルタであることを特徴とする請求項１記載の絶縁型交流電圧計。

【請求項3】

前記デューティ比測定回路がカウンタと演算装置を備えたデジタル処理装置であることを特徴とする請求項１記載の絶縁型交流電圧計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は測定回路に関し、特に測定の対象を電気的に絶縁して測定する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の絶縁型交流電圧測定回路は交流電源の電圧を絶縁トランスによって絶縁して測定する方法をとっていた。また、従来の別の絶縁型交流電圧測定回路は、交流電源の電圧を絶縁アンプによって絶縁された交流電圧を出力し、その出力電圧を測定する方法をとっていた。

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

従来の絶縁トランスを用いた方法は絶縁トランスの寸法が大きく重いという欠点と高価であるという短所を持っている。また、従来の絶縁アンプを用いた方法は絶縁アンプが高価であるという短所を持っている。
そこで本発明は、小さくて軽く、そして安価な部品で構成できる絶縁型交流電圧測定回路を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0004】

請求項１記載の発明において、交流電源と交流電源に接続されたダイオードブリッジと、基準電圧源と、フォトカプラと、ダイオードブリッジの出力電圧をその一方の入力端子に入力し、基準電圧源の電圧をその他方の入力端子に入力し、フォトカプラの発光素子の電流をその出力端子から出力するコンパレータと、フォトカプラの受光素子に接続されたデューティ比測定回路を備え、デューティ比測定回路から得られるデューティ比から交流電源の電圧を測定する。

【0005】

請求項２記載の発明において、デューティ比測定回路は抵抗とコンデンサを備えたフィルタである。

【0006】

請求項３記載の発明において、デューティ比測定回路はカウンタと演算装置を備えたデジタル処理装置である。

【発明の効果】

【0007】

請求項２記載の発明を実施した場合のコストは従来方法に比べて１０分の１で済む。

【0008】

また、請求項３記載の発明を実施した場合、既設のデジタル処理装置を利用することもできるので、更に安価に済ませることができる。

【発明を実施するための最良の形態】

【0009】

本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

【実施例0010】

図１は本発明の実施例を示す回路図である。

【0011】

図１において、１は交流電源、２はダイオードブリッジ、３は基準電圧源、４はコンパレータ、５はフォトカプラ、６はフィルタである。交流電源１の電圧はダイオードブリッジ２によって全波整流される。全波整流された電圧は、抵抗１１と１２によって分圧されてコンパレータ４の反転入力端子に加えられる。抵抗１１と１２は必須の部品ではないが、分圧することにより測定する交流電圧の範囲を広げたり、基準電圧源の電圧の選択の範囲を広げたりすることができる。基準電圧源３の電圧はコンパレータ４の非反転入力端子に加えられる。コンパレータ４の出力端子はフォトカプラ５の発光素子のアノードに接続されている。フォトカプラ５の受光素子の出力端子はフィルタ６に接続されている。

【0012】

コンパレータ４の反転入力端子の電圧が非反転入力端子の電圧より高ければ、コンパレータ４の出力端子はＬｏになり、フォトカプラ５の発光端子には電流が流れず、フォトカプラ５の受光素子両端はＨｉになる。

【0013】

図２は図１の回路の主要部分の波形を示している。

【0014】

図２において、ａ）は交流電源１の電圧を、ｂ）はコンパレータ４の反転入力端子の電圧と基準電圧源３の電圧を、ｃ）はフォトカプラ５の受光素子両端の電圧を、ｄ）はフィルタの出力電圧を各々表している。

【0015】

図２のｂ）の波形において、交流の半周期０～Ｔの間に、半転入力端子の電圧と基準電圧源の電圧が交わる時刻が２ヶ所あるが、それらをｔ１とｔ２とするとフィルタの出力電圧Ｖｄｃは式１で表すことができる。式１の中のＶｃｃ２はフォトカプラ５の受光素子に供給される電圧である。

【式１】

【0016】

交流電圧は正弦波であるからｔ２－ｔ１はＴ－２・ｔ１と表すことができるので、式１からｔ１を求めると式２で表すことができる。フィルタの出力電圧ＶｄｃをＶｃｃ２で割った値はデューティ比である。

【式２】

【0017】

交流電圧が時刻ｔ１で交流電圧と等しくなるので、交流電圧の実効値をＶａｃ、抵抗１１と１２の値をｒ１１、ｒ１２とおき、基準電圧源３の電圧をＶｒｅｆとおくと、式３が成立する。式において、Ｖｒｅｆは既知である。また、πは円周率である。

【式３】

【0018】

ｔ１は式２に示したようにデューティ比から求まり、そのｔ１を式３に代入すればＶａｃが求まる。すなわち、フィルタの出力電圧を測定することにより、交流電源１の実効電圧が一元的に求まる。

【0019】

図３は本発明の別の実施例を示す回路図である。

【0020】

図３において、符号１～５は図１と同じ構成であるが、７はフォトカプラ５の受光素子の出力電圧のハイとローをカウントする機能を有し、そのカウント数から交流電圧を演算して求めるデジタル処理装置である。図の７１はデジタル処理装置の入力端子であり、７３は出力端子である。７２と７４は電力の供給を受ける端子である。

【0021】

図４は図３のデジタル処理装置の処理を示すフローチャート図の例を示している。式の表現はＣ言語の記述方法に準じている。

【0022】

図４において処理がスタートすると、まず端子７１から交流周期より十分短い周期毎に電圧を取り込み、その電圧Ｖ７１がしきい値Ｖｔｈより高いか低いかを判定し、高ければｍをカウントアップし、低ければｎをカウントアップする。ｍとｎの合計が交流の周期の整数倍に相当する時間に達するｐになるまでの間繰返す。

【0023】

ｍとｎの合計がｐに達したら、デューティ比Ｄを計算して端子７３から出力する。

【0024】

図４において、デューティ比Ｄをシリアル通信のデータに変換して出力することもまた、デジタルアナログ変換してアナログ値で出力することもできる。

【0025】

また、デューティ比Ｄから交流電圧を計算するサブルーチンを作り、出力端子に交流電圧の値をデータとして出力することもできる。

【産業上の利用の可能性】

【0026】

交流電源の電力を直流電力に変換する電源装置は、規定の入力電圧範囲を越えた電圧が入力した場合に動作を停止する機能や、入力した交流電圧に応じて出力電力を変える機能が要求されているので、安価でかつスペースを取らない本発明の絶縁型交流電圧計が市場で応用される可能性が高い。

【0027】

電気自動車の充電器は充電制御にマイコンを用いるが、マイコンは交流入力側から絶縁された回路に組込まれるため、そのマイコンを本発明のデューティ比を測定するデジタル処理装置として利用することは経済的効果を高める。

【0028】

図１において、交流電圧をコンパレータ４の非反転入力端子に、基準電圧をコンパレータ４の反転入力端子に各々接続することもできる。その場合は、図２のｄ）のフィルタの出力電圧は［式１］と異なるが、交流電圧を一元的に求めることができる。

【0029】

図３においても、上記のようにコンパレータ４の入力端子を替えることができる。

【0030】

図１と図３において、フォトカプラ５をトランジスタ出力タイプで表したが、ＩＣ出力タイプに変えることもできる。

【0031】

【図1】本発明の実施例を示す回路図である。

【図2】図１の回路図の主要部の波形図である。

【図3】本発明の別の実施例を示す回路図である。

【図4】図３のデジタル処理装置の処理を示すフローチャート図である。

【符号の簡単な説明】

【0032】

１ 交流電源
２ ダイオードブリッジ
３ 基準電圧源
４ コンパレータ
５ フォトカプラ
６ フィルタ
７ デジタル処理装置
１１、１２、１３、１４ 抵抗
１５ 電圧計
６１ 抵抗
６２ コンデンサ
７１ Ｖｃｃ２入力端子
７２ 入力端子
７３ 出力端子
７４ ＧＮＤ端子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】