JP7208075B2

JP7208075B2 - 周波数検出回路

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Description

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。

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。

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。

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。

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。

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。

特開昭５６－８６３６３号公報

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。

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、このパルス電圧と同じ周期の三角波電圧に変換するように構成された三角波生成回路と、前記三角波電圧と第１の閾値電圧とを比較した結果の電圧を出力するように構成された比較回路と、この比較回路から出力された電圧がパルス状か否かに基づいて、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の閾値電圧は、前記交流電圧の周波数が前記第１の周波数と前記第２の周波数の中間の第３の周波数のときに、前記三角波電圧の最大値が前記第１の閾値電圧と一致するように予め設定されてい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構成例は、前記交流電圧の周波数が前記第３の周波数のときに、前記三角波電圧の最大値が前記第１の閾値電圧と一致するように、ユーザの操作に応じて前記三角波電圧の傾きを調整可能なように構成された三角波調整回路をさらに備え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、前記三角波調整回路は、ユーザの操作に応じて、前記交流電圧の周波数が前記第１の周波数の場合の調整モードと、調整完了後の通常モードとを切り替え可能なように構成されたスイッチと、前記交流電圧の周波数が前記第１の周波数の環境下で前記調整モードに切り替えられたときに、ユーザの操作に応じて前記三角波電圧の最大値が前記第１の閾値電圧と略一致するように前記三角波電圧の傾きを調整可能なように構成された傾き調整回路とを含み、前記傾き調整回路は、前記調整モードにおいて前記交流電圧の周波数が前記第１の周波数のときの前記三角波電圧の最大値と、調整完了後の前記通常モードにおいて前記交流電圧の周波数が前記第３の周波数のときの前記三角波電圧の最大値とが略一致するように、前記調整モードと前記通常モードで前記三角波電圧の傾きが変わるように設定されてい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、前記三角波調整回路は、ユーザの操作に応じて、前記交流電圧の周波数が前記第２の周波数の場合の調整モードと、調整完了後の通常モードとを切り替え可能なように構成されたスイッチと、前記交流電圧の周波数が前記第２の周波数の環境下で前記調整モードに切り替えられたときに、ユーザの操作に応じて前記三角波電圧の最大値が前記第１の閾値電圧と略一致するように前記三角波電圧の傾きを調整可能なように構成された傾き調整回路とを含み、前記傾き調整回路は、前記調整モードにおいて前記交流電圧の周波数が前記第２の周波数のときの前記三角波電圧の最大値と、調整完了後の前記通常モードにおいて前記交流電圧の周波数が前記第３の周波数のときの前記三角波電圧の最大値とが略一致するように、前記調整モードと前記通常モードで前記三角波電圧の傾きが変わるように設定されてい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、前記傾き調整回路は、積分時定数を変更することで前記パルス生成回路から出力されたパルス電圧の発生で生成される前記三角波電圧の傾きを調整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構成例は、ユーザによる前記三角波電圧の傾きの調整を支援可能なように構成された調整支援回路をさらに備え、前記調整支援回路は、前記交流電圧の周波数が、前記第１の周波数よりも高く前記第３の周波数よりも低い第４の周波数よりも低いときに、ユーザに対して通知を行うように構成された第１の通知回路と、前記交流電圧の周波数が、前記第３の周波数よりも高く前記第２の周波数よりも低い第５の周波数よりも低いときに、ユーザに対して通知を行うように構成された第２の通知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の通知回路は、前記第４の周波数に対応する第２の閾値電圧と前記三角波電圧とを比較するように構成された第１のコンパレータと、前記三角波電圧の最大値が前記第２の閾値電圧を超えたときに点灯するように構成された第１の発光素子とを含み、前記第２の通知回路は、前記第５の周波数に対応し、前記第２の閾値電圧よりも低い第３の閾値電圧と、前記三角波電圧とを比較するように構成された第２のコンパレータと、前記三角波電圧の最大値が前記第３の閾値電圧を超えたときに点灯するように構成された第２の発光素子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の方形波生成回路と、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の方形波生成回路と、前記第１の方形波生成回路の出力電圧と前記第２の方形波生成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、前記三角波生成回路は、積分回路からな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、前記比較回路から出力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、所定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み、前記時間幅は、前記第１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。

本発明によれば、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と、パルス電圧を、このパルス電圧と同じ周期の三角波電圧に変換する三角波生成回路と、三角波電圧と第１の閾値電圧とを比較した結果の電圧を出力する比較回路と、比較回路から出力された電圧がパルス状か否かに基づいて、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とを設け、第１の閾値電圧を、交流電圧の周波数が第１の周波数と第２の周波数の中間の第３の周波数のときに、三角波電圧の最大値が第１の閾値電圧と一致するように予め設定しておくことにより、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、外部から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。また、本発明では、交流電圧の半周期毎の判別が可能となる。

また、本発明では、三角波調整回路を設けることにより、部品の個体差による周波数判別の誤差を無くすことができる。

また、本発明では、調整支援回路を設けることにより、周波数検出回路の出荷調整時に、調整を行うユーザにとって分かり易い調整環境を提供することができる。

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。図２は、本発明の実施例に係る周波数検出回路の第１のパルス生成回路の動作を説明する波形図である。図３は、本発明の実施例に係る周波数検出回路の三角波生成回路の動作を説明する波形図である。図４は、本発明の実施例に係る周波数検出回路の第２のパルス生成回路の動作を説明する波形図である。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。図６は、本発明の実施例に係る周波数検出回路の第２のパルス生成回路の別の動作を説明する波形図である。図７は、本発明の実施例に係る周波数検出回路の判別回路の別の動作を説明する波形図である。図８は、本発明の実施例に係る周波数検出回路の三角波調整回路と調整支援回路の動作を説明する波形図である。

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、このパルス電圧と同じ周期の三角波電圧に変換する三角波生成回路２と、三角波電圧と第１の閾値電圧とを比較した結果の電圧を出力する比較回路３と、比較回路３から出力された電圧がパルス状か否かに基づいて、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４と、ユーザの操作に応じて三角波電圧の傾きを調整可能な三角波調整回路５と、ユーザによる三角波電圧の傾きの調整を支援可能な調整支援回路６とから構成される。

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～Ｒ８とから構成される。
三角波生成回路２は、オペアンプＡ１と、ダイオードＤ３と、抵抗Ｒ９と、コンデンサＣ１とから構成される。

比較回路３は、オペアンプＡ２，Ａ３と、コンパレータＣＯＭＰ３と、ダイオードＤ４，Ｄ５と、抵抗Ｒ１０～Ｒ２０とから構成される。
判別回路４は、モノステーブル・マルチバイブレータＩＣ１と、抵抗Ｒ２１と、コンデンサＣ４とから構成される。

三角波調整回路５は、抵抗Ｒ２２～Ｒ２６と、可変抵抗ＶＲ１と、スイッチＳＷ１とから構成される。
調整支援回路６は、コンパレータＣＯＭＰ４，ＣＯＭＰ５と、トランジスタＱ１，Ｑ２と、発光ダイオードＤ６，Ｄ７と、抵抗Ｒ２７～Ｒ４０とから構成される。

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。

続いて、第１の方形波生成回路を構成するコンパレータＣＯＭＰ１は、正の直流電源電圧ＶＣＣ＿Ｐ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。

同様に、第２の方形波生成回路を構成するコンパレータＣＯＭＰ２は、正の直流電源電圧ＶＣＣ＿Ｐ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。

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。

次に、オペアンプＡ１とダイオードＤ３と抵抗Ｒ９とコンデンサＣ１とからなる三角波生成回路２は、パルス生成回路１によって生成されたパルス電圧ｆを、このパルス電圧ｆと同じ周期の三角波電圧ｇに変換する。

この三角波生成回路２は、積分回路からなるものである。積分の時定数は、オペアンプＡ１の非反転入力端子に接続されている抵抗と、コンデンサＣ１によって決まり三角波電圧ｇが上昇する。パルス生成回路１によって生成されたパルス電圧ｆにより、三角波電圧ｇが下降するように設定されている。これにより、三角波生成回路２は、図３に示すように、パルス生成回路１によって生成されたパルス電圧ｆの立ち上がりで最大値（波高値）となり、パルス電圧ｆの立ち下がりで最小値となる三角波電圧ｇを生成する。

生成された三角波電圧ｇは、傾きが同じ場合、交流電圧の周波数に応じて最大値が変化し、交流電圧の周波数が高いほど最大値が低くなり、交流電圧の周波数が低いほど最大値が高くなる。本実施例では、この三角波電圧ｇの傾きを調整可能であるが、この調整方法については後述する。

次に、比較回路３は、三角波生成回路２によって生成された三角波電圧ｇを閾値電圧と比較して、比較結果の電圧を出力する。
具体的には、比較回路３のオペアンプＡ２と抵抗Ｒ１０～Ｒ１３とは、三角波電圧ｇを負側に電圧シフトさせると共に反転増幅する。比較回路３のオペアンプＡ３と抵抗Ｒ１４，Ｒ１５とは、オペアンプＡ２から出力された三角波電圧をさらに反転増幅する。こうして、図４のｈに示すように、三角波電圧ｇを増幅した三角波電圧を得ることができる。

なお、このような電圧シフトと増幅とは、三角波電圧を検出し易くするための処理なので、本発明において必須の構成要件ではない。

比較回路３のコンパレータＣＯＭＰ３は、正の直流電源電圧ＶＣＣ＿Ｐを分圧する抵抗Ｒ１６，Ｒ１７によって生成された閾値電圧ＴＨ２（第１の閾値電圧）と、前段のオペアンプＡ２、Ａ３によって増幅された三角波電圧ｈとを比較することにより、図４のｉに示すように比較結果の電圧を出力する。

次に、判別回路４を構成するモノステーブル・マルチバイブレータＩＣ１は、比較回路３から出力された電圧ｉがパルス状か否かに基づいて、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ＩＣ１は、電圧ｉの立ち上がりがトリガ入力端子Ｂに入力される度に、所定の時間幅Ｔだけ一定値（本実施例ではロー（０）レベル）のパルス電圧ＯＵＴを出力端子バーＱから出力する。時間幅Ｔは、抵抗Ｒ２１とコンデンサＣ４とによって設定される。本実施例では、時間幅Ｔを第１の周波数Ｆ１の半周期（１０ｍｓｅｃ）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ＩＣ１は、比較回路３から出力された電圧ｉを、この電圧ｉの立ち上がりから時間幅Ｔだけ一定値でマスク処理することになる。

本実施例では、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、図４に示したように、三角波電圧ｈの最大値が閾値電圧ＴＨ２を超えるように回路の定数が調整されている。したがって、図４のｉで示したように、比較回路３から交流電圧の半周期毎にパルス電圧が出力される。回路定数の調整については後述する。

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、時間幅Ｔが経過する前に常に電圧ｉ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ＩＣ２は、図５に示すように常にローレベルの電圧ＯＵＴを出力する。

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、三角波電圧ｈの最大値が閾値電圧ＴＨ２を下回るように回路の定数が調整されている。したがって、図６に示すように、比較回路３の出力電圧ｉは常にローレベルとなる。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には常にローレベルの電圧ｉが入力されるので、モノステーブル・マルチバイブレータＩＣ１は、図７に示すように常にハイレベルの電圧ＯＵＴを出力する。

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。

次に、回路定数の調整による三角波電圧の傾きの調整について説明する。三角波調整回路５は、オペアンプＡ１の非反転入力端子に接続されている抵抗を切り替えて、コンデンサＣ１との積分の時定数を設定し、三角波生成回路２によって生成される三角波電圧ｇの傾きを調整する。

三角波調整回路５は、一端が負の直流電源電圧ＶＣＣ＿Ｎに接続された抵抗Ｒ２２と、一端が抵抗Ｒ２２の他端に接続された抵抗Ｒ２３～Ｒ２５と、３つの接点端子Ｓ１～Ｓ３がそれぞれ抵抗Ｒ２３～Ｒ２５の他端に１つずつ接続され、共通端子ＣＯＭが接地電圧に接続されたスイッチＳＷ１と、抵抗Ｒ２２と抵抗Ｒ２３～Ｒ２５との接続点と、オペアンプＡ１の非反転入力端子との間に直列に挿入された抵抗Ｒ２６および可変抵抗ＶＲ１とから構成される。抵抗Ｒ２２～Ｒ２６と可変抵抗ＶＲ１とは、傾き調整回路５０を構成している。

スイッチＳＷ１の接点端子Ｓ１は、交流電圧の周波数が第１の周波数Ｆ１（本実施例では５０Ｈｚ）の環境下で行われる第１の調整モードのための端子、接点端子Ｓ２は、調整完了後の通常モードのための端子、接点端子Ｓ３は、交流電圧の周波数が第２の周波数Ｆ２（本実施例では６０Ｈｚ）の環境下で行われる第２の調整モードのための端子である。

例えば周波数検出回路の出荷調整において、調整作業を行うユーザは、スイッチＳＷ１を第１の調整モードまたは第２の調整モードに切り替え、可変抵抗ＶＲ１の抵抗値を変えることで調整を行う。このような調整を支援するため、本実施例では、調整支援回路６を設けている。

調整支援回路６の第１のコンパレータＣＯＭＰ４とトランジスタＱ１と発光ダイオードＤ６と抵抗Ｒ２７～Ｒ３３とは、第１の通知回路６０を構成している。また、調整支援回路６の第２のコンパレータＣＯＭＰ５とトランジスタＱ２と発光ダイオードＤ７と抵抗Ｒ３４～Ｒ４０とは、第２の通知回路６１を構成している。

調整支援回路６の第１のコンパレータＣＯＭＰ４は、正の直流電源電圧ＶＣＣ＿Ｐを分圧する抵抗Ｒ２７，Ｒ２８によって生成された閾値電圧ＴＨ３（第２の閾値電圧）と、三角波生成回路２によって生成された三角波電圧ｇとを比較する。このため、三角波電圧ｇの最大値が閾値電圧ＴＨ３を超えると、トランジスタＱ１がオンして、発光ダイオードＤ６（第１の発光素子）が点灯する。

同様に、調整支援回路６の第２のコンパレータＣＯＭＰ５は、正の直流電源電圧ＶＣＣ＿Ｐを分圧する抵抗Ｒ３４，Ｒ３５によって生成された閾値電圧ＴＨ４（第３の閾値電圧、ＴＨ４＜ＴＨ３）と、三角波電圧ｇとを比較する。このため、三角波電圧ｇの最大値が閾値電圧ＴＨ４を超えると、トランジスタＱ２がオンして、発光ダイオードＤ７（第２の発光素子）が点灯する。

ここで、本実施例では、第１の周波数Ｆ１（本実施例では５０Ｈｚ）と第２の周波数Ｆ２（本実施例では６０Ｈｚ）の中間の周波数を第３の周波数Ｆ３（本実施例では５５Ｈｚ）とする。

コンパレータＣＯＭＰ４の閾値電圧ＴＨ３は、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）よりも高く第３の周波数Ｆ３（Ｆ１＜Ｆ３＜Ｆ２、本実施例では５５Ｈｚ）よりも低い第４の周波数Ｆ４（Ｆ１＜Ｆ４＜Ｆ３＜Ｆ２、本実施例では５４Ｈｚ）のときに、コンパレータＣＯＭＰ４に入力される三角波電圧ｇの最大値が閾値電圧ＴＨ３と略一致するように予め設定されている。

一方、コンパレータＣＯＭＰ５の閾値電圧ＴＨ４は、商用電源からの交流電圧の周波数が第３の周波数Ｆ３（本実施例では５５Ｈｚ）よりも高く第２の周波数Ｆ２（本実施例では６０Ｈｚ）よりも低い第５の周波数Ｆ５（Ｆ１＜Ｆ４＜Ｆ３＜Ｆ５＜Ｆ２、本実施例では５６Ｈｚ）のときに、コンパレータＣＯＭＰ５に入力される三角波電圧ｇの最大値が閾値電圧ＴＨ４と略一致するように予め設定されている。

そして、比較回路３のコンパレータＣＯＭＰ３の閾値電圧ＴＨ２は、商用電源からの交流電圧の周波数が第３の周波数Ｆ３（本実施例では５５Ｈｚ）のときに、コンパレータＣＯＭＰ３に入力される三角波電圧ｈの最大値が閾値電圧ＴＨ２と略一致するように予め設定されている。

例えば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）の環境下で、周波数検出回路の調整を行う場合、ユーザは、スイッチＳＷ１を接点端子Ｓ１側にして第１の調整モードにする。この第１の調整モードにおいて、ユーザは、発光ダイオードＤ６が点灯し、発光ダイオードＤ７が点灯しないように、可変抵抗ＶＲ１を操作すればよい。

発光ダイオードＤ６が点灯し、発光ダイオードＤ７が点灯しない状態では、コンパレータＣＯＭＰ４，ＣＯＭ５に入力される三角波電圧ｇと閾値電圧ＴＨ３，ＴＨ４との関係は、図８のようになり、三角波電圧ｇの最大値は、概ね第３の周波数Ｆ３（本実施例では５５Ｈｚ）に対応する電圧レベルになる。このとき、コンパレータＣＯＭＰ３に入力される三角波電圧ｈの最大値は、閾値電圧ＴＨ２と略一致する電圧レベルになっている。

発光ダイオードＤ６が点灯し、発光ダイオードＤ７が点灯しないように調整した後、ユーザは、スイッチＳＷ１を接点端子Ｓ２側にして通常モードにする。この通常モードでは、上記のとおり、三角波生成回路２によって生成される三角波電圧ｇの上昇時の傾きが第１の調整モードにおける三角波電圧ｇの上昇時の傾きよりも急になる。

そして、第１の調整モードにおいて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）のときの三角波電圧ｇの最大値と、通常モードにおいて商用電源からの交流電圧の周波数が第３の周波数Ｆ３（本実施例では５５Ｈｚ）のときの三角波電圧ｇの最大値とが略一致するように、第１の調整モードと通常モードで三角波電圧ｇの傾きが変わるように予め設定されている。上記のとおり、通常モードにおいては、第１の調整モードの場合よりも三角波電圧ｇの上昇時の傾きが急になる。このような設定は、抵抗Ｒ２３と抵抗Ｒ２４の抵抗値の関係を予め調整しておくことで実現できる。

以上の調整と回路定数の設定により、通常モードにおいて、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、コンパレータＣＯＭＰ３に入力される三角波電圧ｈの最大値が閾値電圧ＴＨ２を超え、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、三角波電圧ｈの最大値が閾値電圧ＴＨ２を下回るので、上記のとおり交流電圧が第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。

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）の環境下で、周波数検出回路の調整を行う場合、ユーザは、スイッチＳＷ１を接点端子Ｓ３側にして第２の調整モードにする。第１の調整モードと同様に、ユーザは、発光ダイオードＤ６が点灯し、発光ダイオードＤ７が点灯しないように、可変抵抗ＶＲ１を操作すればよい。

発光ダイオードＤ６が点灯し、発光ダイオードＤ７が点灯しない状態では、コンパレータＣＯＭＰ４，ＣＯＭ５に入力される三角波電圧ｇと閾値電圧ＴＨ３，ＴＨ４との関係は、図８と同じになり、コンパレータＣＯＭＰ３に入力される三角波電圧ｈの最大値は、閾値電圧ＴＨ２と略一致する電圧レベルになっている。

発光ダイオードＤ６が点灯し、発光ダイオードＤ７が点灯しないように調整した後、ユーザは、スイッチＳＷ１を接点端子Ｓ２側にして通常モードにする。この通常モードでは、上記のとおり、三角波生成回路２によって生成される三角波電圧ｇの上昇時の傾きが第２の調整モードにおける三角波電圧ｇの上昇時の傾きよりも緩やかになる。

そして、第２の調整モードにおいて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）のときの三角波電圧ｇの最大値と、通常モードにおいて商用電源からの交流電圧の周波数が第３の周波数Ｆ３（本実施例では５５Ｈｚ）のときの三角波電圧ｇの最大値とが略一致するように、第２の調整モードと通常モードで三角波電圧ｇの傾きが変わるように予め設定されている。上記のとおり、通常モードにおいては、第２の調整モードの場合よりも三角波電圧ｇの上昇時の傾きが緩やかになる。このような設定は、抵抗Ｒ２４と抵抗Ｒ２５の抵抗値の関係（直流電位Ｖ２とＶ３の関係）を予め調整しておくことで実現できる。

こうして、本実施例では、三角波調整回路５を設けることにより、部品の個体差による周波数判別の誤差を無くすことができる。また、本実施例では、調整支援回路６を設けることにより、周波数検出回路の出荷調整時に、調整を行うユーザにとって分かり易い調整環境を提供することができる。

なお、モノステーブル・マルチバイブレータＩＣ１は、比較回路３から電圧ｉの立ち上がりが入力される度に、時間幅Ｔだけ一定値の電圧ＯＵＴを出力するが、比較回路３から電圧ｉの立ち下がりが入力される度に、時間幅Ｔだけ一定値の電圧ＯＵＴを出力するようにしてもよい。

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、他の周波数に適用できることは言うまでもない。

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。

１…パルス生成回路、２…三角波生成回路、３…比較回路、４…判別回路、５…三角波調整回路、６…調整支援回路、５０…傾き調整回路、６０，６１…通知回路、ＩＣ１…モノステーブル・マルチバイブレータ、ＣＯＭＰ１～ＣＯＭＰ５…コンパレータ、Ａ１～Ａ３～オペアンプ、ＮＯＲ…否定論理和回路、Ｑ１，Ｑ２…トランジスタ、Ｄ１～Ｄ５…ダイオード、Ｄ６，Ｄ７…発光ダイオード、Ｒ１～Ｒ４０…抵抗、ＶＲ１…可変抵抗、Ｃ１～Ｃ４…コンデンサ、ＳＷ１…スイッチ、Ｔ１…トランス。

Claims

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、このパルス電圧と同じ周期の三角波電圧に変換するように構成された三角波生成回路と、
前記三角波電圧と第１の閾値電圧とを比較した結果の電圧を出力するように構成された比較回路と、
この比較回路から出力された電圧がパルス状か否かに基づいて、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の閾値電圧は、前記交流電圧の周波数が前記第１の周波数と前記第２の周波数の中間の第３の周波数のときに、前記三角波電圧の最大値が前記第１の閾値電圧と一致するように予め設定されていることを特徴とする周波数検出回路。
請求項１記載の周波数検出回路において、
前記交流電圧の周波数が前記第３の周波数のときに、前記三角波電圧の最大値が前記第１の閾値電圧と一致するように、ユーザの操作に応じて前記三角波電圧の傾きを調整可能なように構成された三角波調整回路をさらに備えることを特徴とする周波数検出回路。
請求項２記載の周波数検出回路において、
前記三角波調整回路は、
ユーザの操作に応じて、前記交流電圧の周波数が前記第１の周波数の場合の調整モードと、調整完了後の通常モードとを切り替え可能なように構成されたスイッチと、
前記交流電圧の周波数が前記第１の周波数の環境下で前記調整モードに切り替えられたときに、ユーザの操作に応じて前記三角波電圧の最大値が前記第１の閾値電圧と略一致するように前記三角波電圧の傾きを調整可能なように構成された傾き調整回路とを含み、
前記傾き調整回路は、前記調整モードにおいて前記交流電圧の周波数が前記第１の周波数のときの前記三角波電圧の最大値と、調整完了後の前記通常モードにおいて前記交流電圧の周波数が前記第３の周波数のときの前記三角波電圧の最大値とが略一致するように、前記調整モードと前記通常モードで前記三角波電圧の傾きが変わるように設定されていることを特徴とする周波数検出回路。
請求項２記載の周波数検出回路において、
前記三角波調整回路は、
ユーザの操作に応じて、前記交流電圧の周波数が前記第２の周波数の場合の調整モードと、調整完了後の通常モードとを切り替え可能なように構成されたスイッチと、
前記交流電圧の周波数が前記第２の周波数の環境下で前記調整モードに切り替えられたときに、ユーザの操作に応じて前記三角波電圧の最大値が前記第１の閾値電圧と略一致するように前記三角波電圧の傾きを調整可能なように構成された傾き調整回路とを含み、
前記傾き調整回路は、前記調整モードにおいて前記交流電圧の周波数が前記第２の周波数のときの前記三角波電圧の最大値と、調整完了後の前記通常モードにおいて前記交流電圧の周波数が前記第３の周波数のときの前記三角波電圧の最大値とが略一致するように、前記調整モードと前記通常モードで前記三角波電圧の傾きが変わるように設定されていることを特徴とする周波数検出回路。
請求項３または４記載の周波数検出回路において、
前記傾き調整回路は、積分時定数を変更することで前記パルス生成回路から出力されたパルス電圧の発生で生成される前記三角波電圧の傾きを調整することを特徴とする周波数検出回路。
請求項３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、
ユーザによる前記三角波電圧の傾きの調整を支援可能なように構成された調整支援回路をさらに備え、
前記調整支援回路は、
前記交流電圧の周波数が、前記第１の周波数よりも高く前記第３の周波数よりも低い第４の周波数よりも低いときに、ユーザに対して通知を行うように構成された第１の通知回路と、
前記交流電圧の周波数が、前記第３の周波数よりも高く前記第２の周波数よりも低い第５の周波数よりも低いときに、ユーザに対して通知を行うように構成された第２の通知回路とを含むことを特徴とする周波数検出回路。
請求項６記載の周波数検出回路において、
前記第１の通知回路は、
前記第４の周波数に対応する第２の閾値電圧と前記三角波電圧とを比較するように構成された第１のコンパレータと、
前記三角波電圧の最大値が前記第２の閾値電圧を超えたときに点灯するように構成された第１の発光素子とを含み、
前記第２の通知回路は、
前記第５の周波数に対応し、前記第２の閾値電圧よりも低い第３の閾値電圧と、前記三角波電圧とを比較するように構成された第２のコンパレータと、
前記三角波電圧の最大値が前記第３の閾値電圧を超えたときに点灯するように構成された第２の発光素子とを含むことを特徴とする周波数検出回路。
請求項１乃至７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の方形波生成回路と、
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の方形波生成回路と、
前記第１の方形波生成回路の出力電圧と前記第２の方形波生成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１乃至８のいずれか１項に記載の周波数検出回路において、
前記三角波生成回路は、積分回路からなることを特徴とする周波数検出回路。
請求項１乃至９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、前記比較回路から出力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、所定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み、
前記時間幅は、前記第１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。